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calculus_int_ln_sin

0π2ln(sin(x))dx \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} ln(sin(x))dx


We know,
sinx=cos(π2x) sin x = cos( \frac{\pi}{2}-x)
I=0π2ln(sin(x))dx=0π2ln(cos(π2x))dx(u=π2x,du=dx)=π20ln(cos(u))du=0π2ln(cos(u))du I = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} ln(sin(x))dx \\ = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} ln( cos( \frac{\pi}{2}-x))dx \\ (u = \frac{\pi}{2}-x, du = -dx) \\ = \int_\frac{\pi}{2}^{0}ln(cos(u))-du\\ = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}}ln(cos(u))du
So,
I=0π2ln(sin(x))dx=0π2ln(cos(u))du I = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} ln(sin(x))dx = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}}ln(cos(u))du
2I=0π2ln(sin(x))dx+0π2ln(cos(x))dx=0π2ln(sin(x))+ln(cos(x))dx=0π2ln(sin(x)cos(x))dx=0π2ln(12sin(2x))dx=0π2ln(12)dx+0π2ln(sin(2x))dx=π2ln(12)+0π2ln(sin(2x))dx=π2ln(2)+0π2ln(sin(2x))dx(u=2x,du=2dx) 2I = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} ln(sin(x))dx + \int_{0}^{\frac{\pi}{2}}ln(cos(x))dx\\ =\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} ln(sin(x))+ln(cos(x))dx\\ =\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} ln(sin(x)cos(x))dx \\ =\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} ln(\frac{1}{2} sin(2x))dx \\ = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} ln(\frac{1}{2})dx + \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} ln(sin(2x))dx \\ =\frac{\pi}{2}ln(\frac{1}{2})+ \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} ln(sin(2x))dx \\ =-\frac{\pi}{2}ln(2)+ \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} ln(sin(2x))dx \\ (u=2x, du=2dx)

=π2ln(2)+120πln(sin(u))du =-\frac{\pi}{2}ln(2)+ \frac{1}{2}\int_{0}^{\pi} ln(sin(u))du
The ln area of Sin from 0 to pi is 2 times of the area of sin from 0 to pi/2.
=π2ln(2)+0π2ln(sin(u))du2I=π2ln(2)+II=0π2ln(sin(x))dx=π2ln(2) =-\frac{\pi}{2}ln(2)+ \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} ln(sin(u))du \\ 2I=-\frac{\pi}{2}ln(2)+ I \\ \therefore I = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} ln(sin(x))dx = -\frac{\pi}{2}ln(2)

Author
crazyj7@gmail.com
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calculus_int_e_to_neg_x_square_gauss

Gaussian integration

ex2dx \int_{-\infty}^{\infty}{e^{-x^2}}dx

I=ex2dxI=ey2dyI2=ex2dxey2dy=ex2ey2dxdy=e(x2+y2)dxdy I = \int_{-\infty}^{\infty}{e^{-x^2}}dx \\ I = \int_{-\infty}^{\infty}{e^{-y^2}}dy \\ I^2 = \int_{-\infty}^{\infty}{e^{-x^2}}dx \int_{-\infty}^{\infty}{e^{-y^2}}dy \\ = \int_{-\infty}^{\infty} \int_{-\infty}^{\infty} e^{-x^2} e^{-y^2} dx dy \\ = \int_{-\infty}^{\infty} \int_{-\infty}^{\infty} e^{-(x^2+y^2)} dx dy

극좌표계로 변경
x=rcosθ,y=rsinθdxdyrdrdθ x = r cos\theta , y=r sin\theta \\ dx dy \rightarrow r dr d\theta

I2=02π0er2rdrdθ I^2 = \int_{0}^{2\pi} \int_{0}^{\infty} e^{-r^2} rdr d\theta
u=r2u = r^2 , du=2rdrdu=2rdr
0er2rdr=0eu12du=12[eu]0=12 \int_{0}^{\infty} e^{-r^2} rdr = \int_{0}^{\infty}e^{-u} \frac{1}{2} du\\ = \frac{1}{2}[-e^{-u}]_{0}^{\infty} = \frac{1}{2}

I2=02π0er2rdrdθ=02π12dθ=122π=π I^2 = \int_{0}^{2\pi} \int_{0}^{\infty} e^{-r^2} rdr d\theta \\ = \int_{0}^{2\pi}\frac{1}{2}d\theta \\ = \frac{1}{2} 2\pi = \pi
I=ex2dx=π \therefore I = \int_{-\infty}^{\infty}{e^{-x^2}}dx = \sqrt{\pi}

Author
crazyj7@gmail.com
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keras 손실함수 중에 아래 두 개가 비슷하지만 사용할 때는 완전히 다르다.

주의가 필요하다.


+ categorical_crossentropy ; 다중 분류 손실함수. one-hot encoding 클래스

출력값이 one-hot encoding 된 결과로 나오고 실측 결과와의 비교시에도 실측 결과는 one-hot encoding 형태로 구성된다.

예를 들면 출력 실측값이 아래와 같은 형태(one-hot encoding)로 만들어 줘야 하는 과정을 거쳐야 한다.

[[0 0 1]

[0 1 0]

[1 0 0]]  (배치 사이즈 3개인 경우)

네트웍 레이어 구성시 마지막에 Dense(3, activation='softmax') 로 3개의 클래스 각각 별로 positive 확률값이 나오게 된다.

[0.2, 0.3, 0.5]

위 네트웍 출력값과 실측값의 오차값을 계산한다.

model.compile(optimizer=.., loss='categorical_entropy')


+ sparse_categorical_crossentropy ; 다중 분류 손실함수. 위와 동일하지만 , integer type 클래스라는 것이 다르다.

예를 들면 출력 실측값이 아래와 같은 형태로 one-hot encoding 과정을 하지 않아도 된다. 

[0, 1, 2]  (배치 사이즈 3개로 했을 때)


네트웍 구성은 동일하게 Dense(3, activation='softmax')로 하고 출력값도 3개가 나오게 된다.

단 실측 출력값을 입력하는 부분에서 별도로 one-hot encoding을 할 필요가 없이 정수값 그대로 주고, 손실함수를  sparse_categorical_crossentropy 로 바꿔주기만 하면 된다.

model.compile(optimizer=.., loss='sparse_categorical_entropy')





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