Frullanische Integrale

Als frullanische Integrale werden uneigentliche Integrale vom Typ

$\underset{0}{\overset{\mathrm{\infty }}{\int }}\frac{f(ax)-f(bx)}{x}\mathrm{d}x$

bezeichnet. Sie wurden erstmals 1821 von Giuliano Frullani in einem Brief erwähnt und 1828 veröffentlicht. Es gilt der folgende Satz:

Sei $f(x)$ eine für $x\ge 0$ stetige Funktion mit $A:=f(0)$ und dem endlichen Grenzwert $B:=\underset{x\to \mathrm{\infty }}{\lim }f(x)$, dann gilt

$\underset{0}{\overset{\mathrm{\infty }}{\int }}\frac{f(ax)-f(bx)}{x}\mathrm{d}x=(A-B)\ln \frac{b}{a}$.

Wichtige Beispiele ergeben sich für $f(x)=e^{-x}$ bzw. $f(x)=\arctan x$ mit $a,b>0$:

$\underset{0}{\overset{\mathrm{\infty }}{\int }}\frac{e^{-ax}-e^{-bx}}{x}\mathrm{d}x=\ln \frac{b}{a}$

$\underset{0}{\overset{\mathrm{\infty }}{\int }}\frac{\arctan (ax)-\arctan (bx)}{x}\mathrm{d}x=\frac{\pi }{2}\ln \frac{a}{b}$

Literatur

• G. Frullani, Sopra Gli Integrali Definiti, Memorie della Società Italiana delle Scienze, Modena, XX (1828), pp. 448–467.
• T. J. Bromwich, An Introduction to the Theory of Infinite Series, Macmillan, 1908, 432–433.
• A. M. Ostrowski: On Some Generalizations of the Cauchy-Frullani Integral. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 35, Nummer 10, Oktober 1949, S. 612–616, PMID 16588938, Vorlage:PMC.
• Francesco G. Tricomi: On the theorem of Frullani. American Mathematical Monthly, 58, 1951, Seiten 158–164.
• A. M. Ostrowski: On Cauchy-Frullani Integrals, Commentarii Mathematici Helvetici 51 (1976), 57–91. Vorlage:Doi (Coll. Math. Papers 349–383)
• Juan Arias-de-Reyna, On the Theorem of Frullani (PDF; 884 kB), Proc. A.M.S. 109 (1990), 165–175.
• Matthew Albano, Tewodros Amdeberhan, Erin Beyerstedt, and Victor H. Moll, Vorlage:Webarchiv (PDF; 106 kB), 2010, 7 Seiten.