Ejercicio resuelto. Hallar la integral: , con \sigma \neq 0. Derivar que: \int_{-\infty} ^{+\infty} e^{-x^2 / 2\sigma ^2} \mathrm{d}x = \sqrt{2\pi} |\sigma| .

La función integrando es positiva en todo \mathbb{R}^2, luego podemos considerar la sucesión básica M_n := [-n,n]^2. Podemos asegurar: \iint_{\mathbb{R}^2} f := \lim_{n\to +\infty} \iint_{M_n} f Haciendo un cambio a coordenadas polares, resulta: \begin{eqnarray} \iint_{M_n} e^{-(x^2 +y^2) /2\sigma ^2} \mathrm{d}A & := & \int_{0} ^{2\pi} \int_{0} ^n e^{-\rho^2 / 2\sigma^2} \rho \mathrm{d}\rho \mathrm{d}\theta = \\ & = & -2\pi \sigma^2 \int_{0}^n -2\rho \frac{1}{2\sigma ^2} e^{-\rho^2 /2\sigma ^2} \mathrm{d}\rho = \\ & = & -2\pi \sigma^2 \left [ e^{-n^2 /2\sigma^2} -1 \right ]  \longrightarrow 2\pi \sigma ^2 \ , \text{cuando } n\to +\infty \end{eqnarray} Por tanto, el valor de la integral impropia es justamente 2\pi \sigma ^2. Por otro lado, el teorema de Fubini permite establecer: \iint_{\mathbb{R}^2} f:= \int_{\mathbb{R}} \int_{\mathbb{R}} e^{-(x^2 +y^2) /2\sigma ^2} \mathrm{d}x \mathrm{d}y = \left ( \int_{\mathbb{R}} e^{-x^2 /2\sigma^2} \mathrm{d}x \right )^2 = 2\pi \sigma^2 Así: \int_{-\infty} ^{+\infty} e^{-x^2 / 2\sigma^2} \mathrm{d}x= \sqrt{2\pi} |\sigma|.

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