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El valor principal y el contorno indentado: la integral de $\sin(x)/x$

La integral de Dirichlet sinxxdx=π\int_{-\infty}^{\infty}\dfrac{\sin x}{x}\,dx=\pi es el ejemplo clásico de un polo sobre el eje real. Se escribe sinxx=Imeixx\dfrac{\sin x}{x}=\operatorname{Im}\dfrac{e^{ix}}{x}, y eiz/ze^{iz}/z tiene un polo simple en z=0z=0, justo en el camino de integración. El contorno se indenta: se rodea el polo con un semicírculo pequeño de radio ε\varepsilon que lo esquiva.

Media vuelta, medio residuo. Ese semicírculo pequeño recorre solo media vuelta alrededor del polo, no una entera. Por eso aporta πiRes\pi i\operatorname{Res} en lugar de 2πiRes2\pi i\operatorname{Res}: la mitad. La regla general, cerrando por arriba, es PV ⁣ ⁣f=2πi ⁣ ⁣Im>0 ⁣Res+πi ⁣ ⁣eje real ⁣Res.\text{PV}\!\int_{-\infty}^{\infty}\! f = 2\pi i\!\!\sum_{\operatorname{Im}>0}\!\operatorname{Res} + \pi i\!\!\sum_{\text{eje real}}\!\operatorname{Res}.

Por qué funciona / De dónde sale. Sobre el semicírculo pequeño z=εeiϕz=\varepsilon e^{i\phi}, la parte singular Res/z\operatorname{Res}/z integra a iπRes-i\pi\operatorname{Res} (recorriéndolo en sentido horario para excluir el polo), y el resto se anula cuando ε0\varepsilon\to0. El «valor principal» es precisamente el límite simétrico que recorta un entorno del polo. Para eiz/ze^{iz}/z: no hay polos arriba y el de z=0z=0 aporta πi1=πi\pi i\cdot1=\pi i, cuya parte imaginaria es π\pi.

En el operador de integral por residuos de MathOperator, un polo simple real se rodea con su semicírculo y aporta su medio residuo. Pueden probarse sin(x)/x, sin(x)/(x*(x^2+1)) o sin(2*x)/x.

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