首先,我们知道$e^{-x^2}$是一个偶函数,因此:

$$\int_{-\infty}^{\infty} e^{-x^2}dx = 2\int_{0}^{\infty} e^{-x^2}dx$$

接下来,我们可以使用高斯积分的方法来求解:

$$\begin{aligned} I &= \int_{0}^{\infty} e^{-x^2}dx \ I^2 &= \left(\int_{0}^{\infty} e^{-x^2}dx\right)\left(\int_{0}^{\infty} e^{-y^2}dy\right) \ &= \int_{0}^{\infty}\int_{0}^{\infty} e^{-(x^2+y^2)}dxdy \ &= \int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\int_{0}^{\infty} e^{-r^2}rdrd\theta \quad (\text{极坐标变换}) \ &= \frac{\pi}{2}\int_{0}^{\infty} e^{-r^2}rdr \ &= \frac{\pi}{4}\int_{0}^{\infty} e^{-u}du \quad (u=r^2) \ &= \frac{\pi}{4} \end{aligned}$$

因此:

$$I = \sqrt{\frac{\pi}{4}} = \frac{\sqrt{\pi}}{2}$$

所以,$$\int_{-\infty}^{\infty} e^{-x^2}dx = 2\int_{0}^{\infty} e^{-x^2}dx = 2I = \sqrt{\pi}$$


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