Bachelor's Thesis

The Feynman's Method of Integration and Its Usage

Final Thesis 323.79 kB

Author of thesis: Martin Dufek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. RNDr. Jan Čermák, CSc.

Reviewer: Mgr. Viera Štoudková Růžičková, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis is dedicated to the systematic processing and practical application of Feynman's integration method, formally known as differentiation under the integral sign (Leibniz's rule). The theoretical part formulates key theorems on interchanging the order of differentiation and integration, and derives the necessary combinatorial, trigonometric, and integral identities. The practical section demonstrates the power of the method on problems involving transcendental functions, Fresnel integrals and other problems. The main contribution of this thesis is the formulation of an original analytical algorithm for the complete evaluation of the generalized Dirichlet integral. The resulting analytical expressions, which standard computer algebra systems fail to solve analytically, are successfully verified in the conclusion using numerical integration in Wolfram Alpha software.

Keywords:

Feynman's integration method, Feynman's trick, Leibniz's rule, differentiation under the integral sign, Dirichlet integral, Wolfram Alpha.

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Dotazy zodpovězeny uspokojivě. Matematický přínos převážil nad formálními nedostatky uvedenými v oponentském posudku.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mathematical Engineering (B-MAI-P)

Composition of Committee

prof. RNDr. Jan Čermák, CSc. (předseda)
doc. Mgr. et Mgr. Aleš Návrat, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Tomáš Kisela, Ph.D. (člen)
Ing. Petra Rozehnalová, Ph.D. (člen)
RNDr. Pavel Popela, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. RNDr. Jan Čermák, CSc.

Hlavním cílem této práce bylo uvedení specifické integrační metody (původně nazývané  Lebnizovo integrační pravidlo, později zpopularizované pod návem Feynmanův integrační trik) do širšího matematického povědomí. Autor však nezůstal pouze u rešeršní činnosti, a svoji práci obohatil v dalších směrech. Jednak do práce zahrnul originální příklady ilustrující užitečnost metody, a dále se její aplikací pokusil o vyčíslení  hodnoty tzv. zobecněného Dirichletova integrálu, jehož exaktní vyřešení v dostupné literatuře nedohledal. 

Ve směru původního autorského přínosu snese tato bakalářská práce i velmi přísná hodnotící měřítka. Rád bych v této souvislosti vyzdvihnul nejen autorův zájem  o téma, ale i jeho snahu objevovat nepoznané. Bohužel však rozsah zpracování se ukázal být nad jeho síly, především ve smyslu dodržení očekávané formální úrovně práce. Ta je zejména v kapitole o výpočtu zobecněného Dirichletova integrálu na úrovni nedostačující jejímu významu. I přes řadu komplikací spojených s formálním vylepšováním práce  však mohu konstatovat, že pro školitele  byla radost a obohacení takovou práci vést.

Na základě výše uvedeného doporučuji přijmout tuto práci k obhajobě. 
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout C
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations B
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: B

Táto práca je nadpriemerne kvalitná, z odborného hľadiska – autor okrem iného odvodil vlastný postup na výpočet zovšeobecnených Dirichletovych integrálov, kde využil Feynmanovu integračnú metódu. Zároveň však práca obsahuje nadpriemerné množstvo typografických chýb a niektoré výpočty a zdôvodnenia chýbajú. Toto všetko výrazne znižuje jej praktickú použiteľnosť. Je teda ťažké prácu ohodnotiť jednou známkou. V súčasnom stave hodnotím známkou C.
Čo by sa podľa mňa malo doplniť či opraviť:
Str. 18: (aj neskôr) Namiesto intervalu (1-ε, 1+ε) sa pracuje s väčším intervalom (-ε, 1+ε). Toto nie je nikde zdôvodnené. (1. otázka k obhajobe.)
Str. 25: Tvrdí sa tam, že integrál z druhej derivácie diverguje, toto nie je bližšie zdôvodnené.
Str. 25: Dôkaz legitimity zámeny derivácie a integrálu je odkázaný na literatúru, kde je to ale urobené pre inú F. Pre túto F by to teda vyšlo inak. Nemalo by sa overiť, že aj v tomto prípade po transformácii bude existovať integrovateľná majoranta? (2. otázka k obhajobe.)
Str. 27: Výpočty sú asi omylom skopírované z predchádzajúceho príkladu, až výsledná suma je dobre.
Str. 40, 46: V častiach, kde sa ukazuje legitimita limitného prechodu, je viacero chýb. Na str. 40 na začiatku zavedené M_0 sa zmení na M, ktoré nie je definované (je to iné suprémum), integrál od R do nekonečna má vyjsť 1/R. Potom musíme vziať iné R. Podobné chyby sú aj na str. 46. Prosím na obhajobe ukázať opravené. (3. otázka k obhajobe.)
Str. 43: Hore v časti B) chýba časť výpočtu limity.
Str. 45: Limita C) má byť z niečoho iného.
Str. 47: Chýba zostavenie samotného algoritmu, z ktorého by vyplynulo, že sú pokryté všetky možné kombinácie parity M, N. Teda, že žiadna ďalšia možnosť už nevedie k integrálu, ktorý diverguje. (4. otázka k obhajobe.)
Ďalej je vhodné skúmať, či sa tento algoritmus dá previesť do jediného vzťahu, podobného, ako je pre 4 vyriešené typy.

Na záver prikladám zoznam nájdených drobnejších chýb:
Str. 7: z αx sa stalo ty
Str. 13: v Leme 3.2.7 má byť n+1, nie n
Str. 20: v postupe per partes – zámeny α a α+1
Str. 26: namiesto 1+x^2 má byť P(x)
Str. 29: Dôkaz Vety 5.3.1: integrál dx má byť od 0 do nekonečna, nie od a do b, dvakrát chýba dy, má byť 1/y namiesto 1/x. Pr. 5.3.2: π má byť pod odmocninou
Str. 30: chýba mínus v exponente e, x^2 má byť pri cos, nie pri sin
Str. 31: 5.4.2: pri prvej derivácii chýba lomeno x
Str. 34: chýba dvakrát y pri výpočte v Poznámke 6.0.1, dole chýba časť poznámky pod čiarou
Str. 38: vypadlo x v argumente sinusov pri suprémach, vypadla 2 pri druhej derivácii
Str. 39: vypadla 2 pri k pri F', opačné znamienka v časti 3 v poslednom riadku
Str. 41: vypadlo mínus pri tretej derivácii f podľa α, dvojka má byť v exponente pri druhej derivácii, pri sin je 2n+1 namiesto 2n
Str. 43: v časti 4. vo vyjadrení F(α) vypadol riadok s arctan, na poslednom riadku pri výpočte I_1 má byť iný výraz
Str. 44: vypadlo mínus v poslednom riadku v časti A)
Str. 47: vo výpočte v predposlednom riadku vypadlo M-1
Str. 38, 39, 40, 42, 44: chybné čísla použitej lemy nad =
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. Str. 25: Dôkaz legitimity zámeny derivácie a integrálu je odkázaný na literatúru, kde je to ale urobené pre inú F. Pre túto F by to teda vyšlo inak. Nemalo by sa overiť, že aj v tomto prípade po transformácii bude existovať integrovateľná majoranta?
  2. Str. 18: Namiesto intervalu (1-ε, 1+ε) sa pracuje s väčším intervalom (-ε, 1+ε). Aký je na to dôvod?
  3. V častiach, kde sa ukazuje legitimita limitného prechodu, je viacero chýb. Na str. 40 na začiatku zavedené M_0 sa zmení na M, ktoré nie je definované (je to iné suprémum), integrál od R do nekonečna má vyjsť 1/R. Potom musíme vziať iné R. Podobné chyby sú aj na str. 46. Prosím na obhajobe ukázať opravené.
  4. Chýba zostavenie samotného algoritmu, z ktorého by vyplynulo, že sú pokryté všetky možné kombinácie parity M, N. Teda, že žiadna ďalšia možnosť už nevedie k integrálu, ktorý diverguje. Prosím, môžete toto doplniť?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová