calcoli

Risolvere l'integrale
M(X2) = 0+∞   x2αe-αx dx =

risolviamolo intanto come integrale indefinito, poi, sul risultato faremo le differenze da +∞ a 0

E' un integrale da risolvere per parti considerando x2 come il termine di cui conosciamo la derivata ed αe-αx come il termine di cui conosciamo l'integrale: la formula mnemonica e':
f g = fg - [f 'g]
abbiamo
f = x2
g = αe-αx
f ' = 2x
g = αe-αx = - e-αx
   vedi lo sviluppo in una nota precedente
applico la formula
x2αe-αx dx = x2 αe-αx dx- [ 2x αe-αx dx] dx =
= x2(- e-αx)- [ 2x (-e-αx) dx =
eseguo i calcoli
= -x2 e-αx + 2 xe-αx dx = ora lo scrivo in modo da avere la derivata dell'esponente dentro il segno di integrale
= -x2 e-αx + 2/α xαe-αx dx =     questo ultimo integrale lo abbiamo gia' sviluppato per calcolare il valore medio
= -x2 e-αx + 2

α
( -x e-αx - e-αx
 
α
) =
= -x2 e-αx -   2x e-αx

α
2 e-αx
-
α2
Ora torniamo all'integrale definito
0+∞   x2αe-αx dx = -x2 e-αx -   2x e-αx

α
2 e-αx
-
α2
+∞
 
0
=

sostituendo +∞ ai primi due termini -x·e-αx e -x·e-αx ottengo la forma indeterminata ∞·0 che posso risolvere applicando la regola di De l'Hôpital due volte al primo termine ed una volta al secondo
Basta fare le derivate dei fattori e sostituire ad x il simbolo +∞
Primo termine
applico una prima volta la regola     2x·(-αe-αx)    ed ho ancora una forma indeterminata ∞·0
applico la regola una seconda volta     2 ·(α2e-αx)= 2 ·[α2e-α(+∞)]= 2 ·(α2e-∞)= 2 ·0 = 0 ed ora il termine vale 0
Per i secondo termine basta applicare la regola una volta sola    -2 ·(-αe-αx)= -2αe-αx = -2αe-α(+∞) = -2αe-∞ = 0
Quindi ho, sostituendo ad ogni termine prima +∞ e poi 0:
= 0 + 0e0 - 2·0

α
2·0e0
+ -
α
e-∞

α2
2e0
+  
α2
= 0 + 0 - 0 + 0 - 0 + 2

α2
quindi
M(X2) = 2

α2