6.5反常积分初步
反常积分知识点总结框架
反常积分知识点总结框架一、反常积分的基本定义1.1 反常积分的概念反常积分是指积分区间为无穷区间或者积分函数在有限区间内存在间断点的积分。
对于无穷区间的积分,通常是指当积分区间的上限或下限取到无穷大时的情况。
而对于间断点处的积分,则是指在积分区间内,积分函数出现无穷大或不可导的情况。
1.2 反常积分的分类反常积分通常分为第一类和第二类两种情况。
第一类反常积分是指在无穷区间上的积分,通常是指当积分上限或下限趋于无穷大时的情况。
第二类反常积分是指在有限区间内积分函数发生间断的情况,通常是指积分函数在积分区间内出现无穷大或不可导的情况。
1.3 反常积分的性质反常积分有一些特殊的性质,包括线性性、可加性和可积性等。
具体来说,对于具体的积分函数和积分区间,可以根据这些性质来简化对反常积分的计算过程。
同时,这些性质也为我们理解和分析反常积分提供了重要的指导。
二、反常积分的计算方法2.1 无穷远点处的反常积分对于无穷远点处的反常积分,通常采用极限的方法进行计算。
具体而言,可以将无穷远点处的反常积分转化为极限形式,然后利用极限的性质和计算方法来求解反常积分的值。
这种方法通常比较直观和简单,适用于各类函数的反常积分计算。
2.2 间断点处的反常积分对于间断点处的反常积分,通常需要对积分区间进行分段讨论,然后将积分函数在每个子区间上进行化简和求解。
同时,还需要对积分函数在间断点附近的性质进行详细分析,以确保反常积分的计算过程是正确有效的。
2.3 特殊函数的反常积分一些特殊函数的反常积分计算通常需要依赖于一些特殊的方法和技巧。
例如,对于Gamma函数和Beta函数的反常积分计算,可以利用递推关系和变量替换等方法来简化计算过程,从而得到反常积分的精确解析表达式。
三、反常积分的应用3.1 物理学中的应用反常积分在物理学中有着重要的应用。
例如,在热力学和电磁学中,经常需要对一些特殊的物理量进行积分计算,而这些积分往往是反常积分。
《经济应用数学》课程复习大纲
《经济应用数学》课程学习资料继续教育学院《经济应用数学》课程复习大纲一、考试要求本课程是一门基础课,要求学生在学完本课程后,能够牢固掌握本课程的基本知识,并具有应用所学知识说明和处理实际问题的能力。
据此,本课程的考试着重基本知识考查和应用能力考查两个方面,包括识记、理解、应用三个层次。
各层次含义如下:识记:指学习后应当记住的内容,包括概念、原则、方法的含义等。
这是最低层次的要求。
理解:指在识记的基础上,全面把握基本概念、基本原则、基本方法,并能表达其基本内容和基本原理,能够分析和说明相关问题的区别与联系。
这是较高层次的要求。
应用:指能够用学习过的知识分析、计算和处理涉及一两个知识点或多个知识点的会计问题,包括简单应用和综合应用。
二、考试方式闭卷笔试,时间120分钟三、考试题型●选择题:18%●填空题:18%●判断题:12%●计算题:52%四、考核的内容和要求(基本要求、重点、难点)基本要求第1章函数【内容提要】§1.1预备知识§1.2 函数概念§1.3函数的几何特征§1.4反函数§1.5复合函数§1.6初等函数§1.7简单函数关系的建立【要求与说明】1.理解实数与实数绝对值的概念,掌握解简单绝对值不等式的方法。
2.理解函数、函数的定义域和值域等概念,熟悉函数的表示法。
3.了解函数的几何特性并掌握各几何特性的图形特征。
4.理解反函数的概念;知道函数与其反函数的图形关系;会求简单函数的反函数。
5.理解复合函数的概念;了解两个(或多个)函数能构成复合函数的条件;掌握求简单函数复合运算的方法;掌握将一个复合函数分解为较简单函数的方法。
6.理解基本初等函数及其定义域、值域等概念;掌握基本初等函数的基本性质。
7.理解初等函数的概念;了解分段函数的概念。
8.了解成本、收益、利润、需求、供给等经济函数及其性质;会建立简单应用问题的函数关系。
9.本章内容带有复习性质,凡中学已经学过的有关函数的知识,只需加以总结,不必再作详细讲解。
反常积分常用的计算公式
反常积分常用的计算公式在数学中,积分是一种非常重要的运算,它在求解曲线下面积、求解定积分、求解不定积分等方面都有着广泛的应用。
而在积分的计算中,反常积分是一种特殊的积分形式,它在一定范围内无法求解的情况下,需要通过特定的计算公式来求解。
本文将介绍反常积分常用的计算公式,并对其应用进行详细的讲解。
首先,我们来看一下反常积分的定义。
反常积分是指在积分区间上存在无穷限的积分,或者被积函数在积分区间上有无穷大的间断点的积分。
反常积分分为两类,第一类是无穷限的反常积分,第二类是间断点的反常积分。
对于这两类反常积分,我们都可以通过特定的计算公式来求解。
对于第一类无穷限的反常积分,常用的计算公式有以下几种:1. 收敛的无穷限反常积分。
对于收敛的无穷限反常积分,我们可以使用以下计算公式进行求解:\[ \int_{a}^{\infty} f(x) \, dx = \lim_{t \to \infty} \int_{a}^{t} f(x) \, dx \]其中,\( f(x) \) 是被积函数,\( a \) 是积分下限。
这个公式的意义是将积分区间扩展到一个无穷大的范围,然后求解极限值,从而得到无穷限反常积分的结果。
2. 发散的无穷限反常积分。
对于发散的无穷限反常积分,我们可以使用以下计算公式进行求解:\[ \int_{a}^{\infty} f(x) \, dx = \lim_{t \to \infty} \int_{a}^{t} f(x) \, dx \]但是需要注意的是,如果极限值不存在或者为无穷大,那么这个反常积分就是发散的,无法求解出具体的结果。
接下来,我们来看一下第二类间断点的反常积分,常用的计算公式有以下几种:1. 无穷间断点的反常积分。
对于无穷间断点的反常积分,我们可以使用以下计算公式进行求解:\[ \int_{a}^{b} f(x) \, dx = \lim_{\epsilon \to 0^+} \int_{a}^{b-\epsilon} f(x) \, dx + \lim_{\epsilon \to 0^+} \int_{b+\epsilon}^{a} f(x) \, dx \]其中,\( f(x) \) 是被积函数,\( a \) 和 \( b \) 分别是积分区间的下限和上限。
《反常积分课件》课件
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目录
反常积分的定义
反常积分的定义:反常积分是一种特殊的积分,它包括无穷积分和瑕积分两种类型。
无穷积分:当积分区间为无穷大时,称为无穷积分。
瑕积分:当积分区间为有限时,但积分函数在积分区间内有无穷多个间断点,称为瑕积 分。 反常积分的求解方法:反常积分的求解方法包括积分判别法、积分变换法、积分估计法 等。
反常积分的证明方法
直接证明法:通 过直接计算反常 积分的值来证明
间接证明法:通过 证明反常积分的极 限存在来证明
积分变换法:通过 积分变换来证明反 常积分的性质与定 理
级数展开法:通过 级数展开来证明反 常积分的性质与定 理
物理中的应用实例
计算电场强度:利用反常积 分求解电场强度
计算引力场强度:利用反常 积分求解引力场强度
反常积分的分类
无穷积分:积分区间为无穷大
瑕积分:积分区间为有限,但积分函数在积分区间内有无穷多个间断点
瑕积分的推广:积分区间为有限,但积分函数在积分区间内有无穷多个间断点,且间 断点处函数值趋于无穷大
积分函数在积分区间内有无穷多个间断点,且间断点处函数值趋于无穷大,但积分区 间为有限
反常积分的特点
反常积分的难点解析
反常积分的 定义和性质
反常积分的 收敛性判断
反常积分的 计算方法
反常积分的 应用实例
反常积分的易错点分析
积分函数的选择:注意函数 的连续性和可积性
积分方法的选择:注意积分 方法的适用条件和计算技巧
积分区间的选取:注意区间 的端点和区间内的函数值
积分结果的验证:注意积分 结果的正确性和合理性
《反常积分的概念》课件
02
反常积分在解决一些物理问题时,可以提供更精确、更可靠的
解决方案。
反常积分在物理问题中,可以用于研究物理系统的稳定性和动
03
态行为等。
在工程问题中的应用
01
反常积分在工程问题中主要用 于解决一些复杂的控制系统问 题,例如控制系统的稳定性、 响应特性和优化设计等。
02
反常积分在解决一些工程问题 时,可以提供更高效、更实用 的解决方案。
在数学分析中的应用
01
反常积分在数学分析中主要用于解决一些难以用常 规积分处理的积分问题。
02
反常积分在解决一些数学问题时,可以提供更简单 、更直观的解决方案。
03
反常积分在数学分析中,可以用于研究函数的性质 ,例如函数的连续性、可积性和可微性等。
在物理问题中的应用
01
反常积分在物理问题中主要用于描述一些非线性的物理现象, 例如波动、振动和混沌等。
反常积分的概念
contents
目录
• 反常积分概述 • 反常积分的计算方法 • 反常积分的收敛性判断 • 反常积分在数学物理中的应用 • 反常积分的扩展与展望
01 反常积分概述
定义与特点
定义
反常积分分为两种,一是无穷区间上 的反常积分,另一是瑕积分,它们都 拓展了定积分的概念。
特点
反常积分与定积分的不同之处在于, 其积分区间可能是无穷区间,或者被 积函数在积分区间内可能无界。
在工程领域的应用
在解决一些工程问题时,如信号处理、控制 系统分析和图像处理等,反常积分也发挥了 重要作用。
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无穷区间性质
反常积分在无穷区间上的积分值可能为无穷大或有限值,取决于被 积函数的性质。
反常积分的概念与计算
反常积分的概念与计算反常积分是微积分中一个非常重要的概念,在实际问题中经常会遇到需要计算反常积分的情况。
本文将介绍反常积分的概念、性质和计算方法。
1. 反常积分的概念反常积分是指定积分区间上函数不满足某些条件而导致积分值无法直接计算的情况。
它分为两类:第一类反常积分和第二类反常积分。
1.1 第一类反常积分第一类反常积分是指函数在积分区间上存在无穷间断点或者设置大量的函数间断点的情况。
这导致在这些间断点处,函数的积分值无法定义。
举个例子,考虑函数$f(x)=\\frac{1}{x}$,在区间(0,1)上,f(x)在x=0处无穷大。
因此,这个积分称为第一类反常积分。
为了计算这个反常积分,我们可以将它分解为两个部分,一个是从0到某个小正数$\\epsilon$的积分,另一个是从$\\epsilon$到1的积分。
然后,我们可以取极限$\\epsilon$趋近于0,来计算反常积分的值。
1.2 第二类反常积分第二类反常积分是指函数在积分区间上的某些点奇异或无界的情况。
这导致函数在这些点上的积分值为无穷大或无定义。
举个例子,考虑函数$f(x)=\\frac{1}{\\sqrt{x}}$,在区间(0,1)上,函数f(x)在x=0处无穷大。
因此,这个积分称为第二类反常积分。
同样地,为了计算这个反常积分,我们可以将它分解为两个部分,一个是从0到某个小正数$\\epsilon$的积分,另一个是从$\\epsilon$到1的积分。
然后,我们可以取极限$\\epsilon$趋近于0,来计算反常积分的值。
2. 反常积分的计算方法反常积分的计算方法主要有两种:换元法和分部积分法。
2.1 换元法换元法也被称为变量代换法,它适用于一类特殊的反常积分。
换元法的基本思想是将变量进行替换,将一个难以计算的函数变成一个简单的形式。
通常情况下,我们选择适当的变量替换来简化积分的计算。
具体步骤如下:1.选择一个适当的替换变量,使得被积函数转化为一个更简单的表达式。
反常积分
f ( x)dx 收敛,且
f ( x)dx
a
f ( x)dx
a
f ( x)dx .
Remark 有限区间上的函数值不影响无穷积分的收敛性; Remark 无穷积分
a
f ( x)dx 的收敛性及其值的大小与实数 a 的值无关,因为
f ( x)dx a
2
2
A 1 1 1 1 1 dx lim dx lim p 1 p 1 , p p 2 A A 1 p x ln x x ln x ln A ln 2
1 dx 发散. x ln p x
Remark 根据无穷积分的概念可知, 收敛的无穷积分具有与定积分类似的一些运算性质 和运算公式,如线性运算性质,换元积分公式与分部积分公式等.
1 dx 发散. xp
(2)当 p 1 时,
2 2
A 1 1 dx lim dx lim ln(ln A) ln(ln 2) , 2 A A x ln x x ln x
1 dx 发散; x ln p x
当 p 1 时,
2
2
例 4 判断下列无穷积分的收敛性
1
1 dx ; xp
(2)
2
1 dx . x ln p x
解(1)当 p 1 时,
1 1
A1 1 dx lim dx lim ln A , A 1 x A x
1 dx 发散; xp
当 p 1 时,
1
1
a
06-05反常积分
2. 反常积分2.1 无穷积分2.2 瑕积分黎曼积分(定积分)受到两个方面的限制:一是被积函数必须有界;但是在许多问题中,经常遇到无限区间和无界函数的情形.因此需要推广黎曼积分的概念,以扩大黎曼积分的应用范围.这就产生了反常积分(或者称为广义黎曼积分)的概念.二是积分区间必须有限.根据应用的需要,定积分在两个方面进行推广.1.保持被积函数有界,积分区间变为无限区间;2.保持积分区间有限,但是允许被积函数无界.有界函数在无界区间上的积分称为无穷积分;无界函数在有界区间上的积分称为瑕积分.2.1 无穷积分1 无穷积分的概念与例2 非负函数无穷积分的判敛法3 一般函数无穷积分的判敛法1 无穷积分的概念与例定义1假设函数f (x ) 在区间[a ,+∞) 有定义.并对于任意的A >a ,f (x )在区间[a , A ] 可积.(无论存在与否)称为极限∫+∞→A a A x x f d )(lim 上的在区间函数),[)(+∞a x f 无穷积分.,存在如果极限∫+∞→A aA x x f d )(lim.d )(lim就是这个无穷积分的值∫+∞→AaA x x f 收敛..d )(表示这个无穷积分并且用记号∫∞+a x x f ∫+∞a x x f d )(则称无穷积分,d )(lim 不存在如果极限∫+∞→AaA x x f 则称 f (x )在区间[a ,+∞)上的无穷积分发散.:),(上的无穷积分和∞+−∞=∫∞+∞−x x f d )(x x f c d )(∫∞−x x f cd )(∫+∞+( c 为任意取定的常数)当且仅当右端两个无穷积分都收敛时, :],(,.2上的无穷积分可以定义类似地b −∞,d )(lim d )(∫=∫−∞→∞−b B B bx x f x x f 左端的无穷积分才认为是收敛的.例1解收敛时求其值.∫∞+1d ,的收敛性讨论无穷积分px x,时当1.1<p 对于任意的A >1 ,=∫A pxx1d =−−A p px 111)1(111−−−p A p;)(时当+∞→+∞→A ,时当1.2=p 对于任意的A >1 ,A ln ;)(时当+∞→+∞→A .1时无穷积分发散当≤p =∫A px x1d ,时当1.3>p 对于任意的A >1 ,=−−A ppx 111=∫Ap x x 1d )1(111−−−p A p .)(11时当+∞→−→A p .1时无穷积分收敛于是当>p例2计算无穷积分解.d 1ln 11∫∞++x x x x.d 1ln 1lim d 1ln 111∫∫+=++∞→∞+A A x x x xx x x x .]d ln 1d )1ln(1[lim 11∫∫−+=+∞→A A A x x xx x x ∫∫+−+=+A AAxx x x x x x x111d 12)1ln(2d )1ln(1∫+−−+=A x x x A A 1d 122ln 2)1ln(2其中t t t x x xAA ∫∫+=+1221d 14d 12∫+−=At t 12)d 111(4其中.πarctan 4442ln 2)1ln(2d )1ln(11++−−−+=+∫A A A A x x xA.πarctan 444)arctan (41+−−=−=A A t t A 于是∫∫−=A AAx xx x x x x 111d 12ln 2d ln 1∫−=A x x A A 1d 12ln 2.44ln 2+−=A A A 第二个积分:因此.]d ln 1d )1ln(1[lim d 1ln 1111∫∫∫−+=++∞→∞+A A A x x xx x x x x x x π)arctan 42ln 21ln2(lim −+−+=+∞→A AA A A .2ln2π−=无穷积分的收敛判别法定理11.非负函数无穷积分的比较判别法.],[上可积它们在任何有穷区间A a ,),[)()(上的非负函数是与设∞+a x g x f ,)()(0.1x g x f x ≤≥时若;d )(d )(收敛收敛可以推出则由x x f x x g a a ∫∫∞+∞+,)()(0.2x g x f x ≥≥时若.d )(d )(发散发散可以推出则由x x f x x g a a ∫∫∞+∞+注释.)()()(时满足就可以了只要当a N x x g x f >≥≥≤证明.d )(d )(0)()(0)1(x x g x x f x g x f AaAa∫∫≤≤≤≤推出由.d )(limd )(存在收敛推出由x x g x x g AaA a∫∫+∞→∞+.d )(limd )(lim 存在存在推出进而由x x f x x g AaA aA ∫∫+∞→∞++∞→.d )(收敛于是由定义推出x x f a∫∞+(2)是(1)的逆否命题.推论(比阶判敛法)),0(),[)(>∞+a a x f 定义于设非负函数,0)1>M 若存在常数有使对充分大的x .)(px M x f ≤;d )(收敛则x x f a∫∞+,0)2>N 若存在常数有使对充分大的x .)(p x N x f ≥.d )(发散则x x f a∫∞+,1>p ,1≤p 且在任何有限区间[a , A ] 上可积.∫∞+⎩⎨⎧≤>111:d 发散收敛p p x x p 定理3.2(比较判别法的极限形式).],[上可积它们在任何有穷区间A a ,),[)()(上的非负函数是与设∞+a x g x f ,0)1(+∞<<l 若;d )(d )(同时收敛或同时发散与则x x f x x g a a ∫∫∞+∞+,0)2(=l 若.d )(d )(发散发散可以推出则由x x f x x g a a ∫∫∞+∞+并且.)()(lim l x g x f x =+∞→.d )(d )(,)3(发散发散推出则由若∫∫∞+∞++∞=aa x x f x x g l 则有下述结论:证明要点:极限保号性,比较判敛法推论(比阶判别法的极限形式).],[上可积在任何有穷区间A a ,),[)(上的非负函数是设∞+a x f .d )(发散则x x f a∫∞+,存在极限l x f x p x =+∞→)(lim 使得,如果存在1)1(>p ;d )(收敛则x x f a∫∞+使得,如果存在1)2(≤p ,存在极限0)(lim ≠=+∞→l x f x p x .)()(+∞→∞→x x f x p或者)0(>a pp x x f x f x 1)()(=判别反常积分∫∞++121d x x x的敛散性. 解,111lim 22=+⋅+∞→x x x x 因为根据定理3.2 推出该积分收敛. 例3判别反常积分∫∞+−11d )1(xe x的敛散性.解11e lim0=−→uu u 由例4.11e lim 1=−+∞→)(推出x x x 根据定理3.2 推出该积分发散..ln d 2的收敛性研究反常积分∫∞+xx xq p.故积分收敛解,1时当>p ,1,0>−>ααp 使充分小取,0ln 1lim ln 1lim ==+∞→−+∞→xx x x x q x q pp x αα例5有则,q ∀,1时当<p .故积分发散,1,0<+>ααp 使充分小取,ln lim ln 1lim +∞==+∞→++∞→xx x x x q x q pp x αα有则,q ∀.ln d 2的收敛性研究反常积分∫∞+xx xq p,1,1时当>=q p ,1)2(ln 1)(ln ln d 1212−=−=∫−+∞−∞+q q x xx x qqq .故积分收敛例5,1,1时当<=q p ,1)(ln ln d 212+∞=−=∫+∞−∞+q x xx x qq .故积分发散;,1,1,,1积分收敛时或任意当>=>q p q p ,综上所述.,积分均发散其他情况任意函数无穷积分的判敛法都有使,,,,021N A A a N >∀>∃>∀ε无穷积分的柯西收敛原则:的柯西收敛准则:函数极限)(lim x f x +∞→.)()(21ε<−x f x f :存在的充分必要条件是)(lim x f x +∞→ε<∫21d )(AA x x f :d )(收敛的充分必要条件是无穷积分∫∞+a x x f 都有使,,,,021N A A a N >∀>∃>∀ε.d )(d |)(|收敛则,收敛若∫∫∞+∞+aa x x f x x f ε<∫21d |)(|AA x x f 都有使,,,21N A A a N >∀>∃,0>∀ε,收敛由于∫∞+a x x f d |)(|5定理证明.用柯西收敛原则证明就有于是只要,,21N A A >ε<≤∫∫|d |)(||d )(2121AA A A x x f x x f 出因此由柯西收敛准则推.d )(收敛∫∞+a x x f 都有使,,,,021N A A a N >∀>∃>∀εε<∫21d )(AA x x f判断无穷积分是否收敛)0,,(d sin e )1(0>∫∞+−a b a x bx x a 为常数解,e sin e )1(x a x a x b −−≤.d e 0收敛x xa ∫∞+−于是由比较判敛法知,d sine 0收敛∫∞+−x bx x a 再由定理3.4 推出例1 .d sine 0收敛x bx x a ∫∞+−.d 1sin2)2(02x xx∫∞++.d 1sin202收敛x x x∫∞++.11|12sin |)2(22x x x +≤+ 2.2 瑕积分.d 1存在定积分∫δxx 并且存在极限考察积分.d 1∫xx=∫+→10d lim δδx x 由于被积函数在区间[0,1]无界,所以该定积分不存在.=+→102lim δδx .2)1(2lim 0=−+→δδ因此可以规定:=∫+→10d lim δδx x 引例,但是对于任意)1,0(∈δ=∫1d xx=+→102lim δδx .2)1(2lim 0=−+→δδ同样的方法可以讨论积分∫−11d x x .d lim 100∫−→+=δδxx定义.],()(有定义在假设b a x f ,对于任意),0(a b −∈δ.d )(存在定积分∫+ba x x f δ.)(无界,时当x f a x +→称为(不论是否存在)极限∫+→+b a xx f δδd )(lim 0上的在区间函数],[)(b a x f 瑕积分.是这个瑕积分的点a 瑕点.,存在如果∫+→+ba x x f δδd )(lim 0.d )(∫ba x x f 记作∫ba x x f d )(则称瑕积分收敛..d )(lim 0值的值就是这个瑕积分的极限∫+→+ba x x f δδ发散.,不存在如果∫+→+ba x x f δδd )(lim 0∫b a x x f d )(则称瑕积分注释在上述定义2 中,,无界,时当)(x f a x +→为该瑕积分的称a ,为瑕点如果b .d )(∫ba x x f 则同样可以定义瑕积分瑕点.例6解.0d ,010为瑕点,是一个瑕积分时当=>∫x xxp p 讨论这个瑕积分的收敛性,在收敛时求其值.,时当1.1>p ,)1,0(∈δ对于任意=∫1d δp x x =−−111δpx p )1(111p p−−−δ;)0(时当+→+∞→δ,时当1.2=p ,)1,0(∈δ对于任意=∫1d δp x x .)0(时当+→+∞→δδln −.d 110发散时∫≥pxx p .d 10的收敛性∫pxx∫<1.d ,1,收敛瑕积分时当于是px xp ,时当1.2<p ,)1,0(∈δ对于任意=∫1d δp x x =−−111δpx p)1(111p p−−−δ.)0(11时当+→−→δp瑕积分的收敛判别法瑕积分的比阶判敛法(极限形式),],()(有定义在非负函数设b a x f .],[可积且在任何b a ε−0)()(lim ≠=−+→l x f a x pax 使得存在如果存在正数,1.1<p ;d )(收敛则瑕积分x x f ba∫使得存在如果存在正数,1.2≥p .)()(∞→−x f a x p 或者.d )(发散则瑕积分x x f ba ∫存在,l x f a x p a x =−+→)()(lim .d )(的瑕点是积分x x f a ba ∫∫−=10)1(d q px x x I 例研究下述瑕积分的收敛性:∫−=2101)1(d qp x x x I ∫−=1221)1(d qpx x xI .0=x 瑕点1)(lim 0=+→x f x p x )0,0(>>q p .11发散,收敛≥<p p .1)()1(lim 1=−−→x f x q x .11发散,收敛≥<q q .11时原积分收敛且<<q p .1=x 瑕点∫−=10)1(d q p x x x I ∫−=210)1(d q p x x x .)1(d 22121I I x x x qp +=−+∫∫−=10d )1(x x x I q p 研究下列瑕积分的收敛性:)0,0(>>q p .11时积分收敛且−>−>q p ∫−=1)1(d qpx x xI 1,1<<q p 函数−Β∫−−−=Β1011d )1(),(xx x βαβα.00时积分收敛且>>βαΒ-函数的定义域是:}0,0|),{(>>βαβα函数−Γ∫∞+−=Γ01d e )(xx x αα.d e d e d e 211110101I I x x x x x x xxx+=+=∫∫∫∞+−−∞+−ααα.01收敛时当I >α.2都收敛时为任意实数I α.)0)(∞+−Γ,(函数的定义域为α研究下列瑕积分的收敛性:∫−10d ln )1(xx x x βα,1时<p .0)1(ln lim )(lim 0=−⋅=−→→++qp r x r x x xx x f x .1收敛I ,1时≥p .1发散I ∫−10d )1(ln x x x x qp .121<+=<pr p .d )1(ln 2101∫−=x x x xI qp.)1(ln lim )(lim 0∞=−=++→→qx p x x xx f x .d )1(ln 21121I I x x x x q p +=−+∫∫−=210d )1(ln x x x x q p,2时<q .1)1(ln lim )()1(lim 11−=−=−−−→→x x xx f x px r x .2收敛I ,2时≥q .2发散I .d )1(ln 1221∫−=x x x xI qp.11<−=q r .1)1(ln lim )(lim 0=−=++→→x x xx f x px r x .11≥−=q r 结论.2,1:d )1(ln 10时收敛<<−∫q p x x x xq p .2,1:d ln )1(10时收敛−>−>−∫βαβαx x x x 计算反常积分∫∞++02d )1(arctan 23x x x ∫=2032d sec sec πt tt t 12π)cos sin (2π0−=+=t t t ∫∫∫+++−=+−=+)1(d 21)1(2ln )11(d ln 21d )1(ln 22222x x xx x x x x x x x 12x x x x x x d )11(21)1(2ln 22∫+−++−=Cx x x x ++++−=2221ln 41)1(2ln x x xx AA d )1(ln lim122∫++∞→AA x x x x 12221ln 41)1(2ln lim ⎭⎬⎫⎩⎨⎧+++−=+∞→∫∞++122d )1(ln x x xx ∫+=+∞→A A x x x x 122d )1(ln lim AA x x x x 12221ln 41)1(2ln lim ⎭⎬⎫⎩⎨⎧+++−=+∞→2ln 411ln 41)1(2ln 222++++−=A A A A 2ln 41=∫∞++122d )1(ln x x xx ∫∞+∞++++−=1212d )1(121)1(2ln x x x x x AA x x x xδδ)1(2ln lim)1(2ln 2112+=++→+∞→∞+.000=−=也可以这样做研究反常积分的收敛性xxx d ]11)11[ln(0+−+∫∞+x xx d ]11)11[ln(10+−+=∫x x x d ]11)11[ln(1+−++∫∞+.21I I +=xx x I d ]11)11[ln(12+−+=∫∞+对于方法1.d ]11)11[ln(0取极限令,计算+∞→+−+∫A x xx A 方法2:比较判敛法21)1(111111)11ln(0x x x x x x x ≤+=+−≤+−+≤.d ]11)11[ln(d 112收敛收敛推出由∫∫∞+∞++−+x xx x x xxx I d ]11)11[ln(101+−+=∫对于.d ln 1011的收敛性只需研究x x I ∫=x xx x d ]11ln )1[ln(10+−−+=∫,)1,0(∈p 任取.0ln lim 0=+→x x p x 收敛x x x d ]11)11[ln(0+−+∫∞+x x x d ]11)11[ln(10+−+=∫xxx d ]11)11[ln(1+−++∫∞+结论:原积分收敛.判别瑕积分.ln d 31的敛散性∫x x解,1为瑕点此处=x 利用洛必达法则得x x x ln 1)1(lim 1−+→xx 111lim +→=1=根据比阶判别法推出积分发散.例。
反常积分概念
反常积分讨论的是无穷区间上的积 分和无界函数的积分,是定积分概念 的推广. 一、反常积分的背景 二、两类反常积分的定义
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一、反常积分的背景
在讨论定积分时有两个最基本的条件:积分区间 的有穷性; 被积函数的有界性. 但以下例子告诉我们有时我们需要考虑无穷区间
上的“积分”或无界函数的“积分”. 例1(第二宇宙速度问题)在地球表面垂直发射火 箭, 要使火箭克服地球引力无限远离地球, 试问初
lim f ( x ) A.
3. f ( x ) 在 [a, ) 上定义, 且
当
x
a
f ( x )dx 收敛时,是否必有 A 0?
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通常称a 为 f 的瑕点. 又称 a f ( x )dx 为瑕积分, 类似定义瑕点为 b 时的瑕积分
f ( x ) dx . a f ( x ) dx ulim a b
b
则称 f ( x )dx 发散.
a
a b
u a
b
b
u
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其中 f 在 [a, b) 有定义, 在 b 的任一左邻域内无界,
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类似定义
f ( x )dx , f ( x )dx ulim u
b b
f ( x )dx
a
f ( x )dx
a
f ( x )dx .
其中 a 是( , ) 内任意一点 .
定义2 设函数 f 定义在 (a, b] 上, 在 a 的任意右邻
r
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当 r 时,其极限 mgR 就是火箭无限远离地
《反常积分初步》课件
04
CATALOGUE
在概率论与数理统计中,反常积分用于计算概率密度函数和累积分布函数等。
概率论与数理统计
在复变函数中,反常积分用于计算复函数的积分和级数展开等。
复变函数
在微分方程中,反常积分用于求解初值问题和边值问题等。
微分方程
信号处理
控制系统
材料科学
反常积分的扩展知识
05
详细描述
在无穷区间上的反常积分,其积分上限或下限可能趋于无穷。这种情况下,我们需要考虑如何处理无穷大或无穷小的量,以及如何确定积分的值。
总结词:无界函数的反常积分是指被积函数在积分区间内无界的情况。
总结词:含参变量的反常积分是指被积函数中含有参数的情况。
详细描述:含参变量的反常积分是反常积分的一种复杂类型。在这种情况下,被积函数中的参数可能会影响积分的值。因此,我们需要仔细分析参数的变化对积分的影响。
反常积分可积的条件
被积函数在积分区间上连续或具有有限个第一类间断点时,反常积分可能可积。
反常积分可积的判断方法
通过定积分存在的充分条件、定积分存在的必要条件等方法判断反常积分的可积性。
03
02
01
反常积分的计算方法
03
CATALOGUE
03
微分法
通过积分函数的微分性质,将反常积分转化为定积分,再利用定积分的计算方法求解。
反常积分的性质
02
CATALOGUE
反常积分收敛的定义
如果反常积分在某个区间上的积分值存在,则称该反常积分在该区间上收敛。
反常积分收敛的判断方法
通过比较测试、Cauchy收敛定理等方法判断反常积分的收敛性。
反常积分收敛的条件
当被积函数在积分区间上非负或单调递减时,反常积分可能收敛。
《微积分(二)》同步练习册(最终使用版)解析
《微积分(⼆)》同步练习册(最终使⽤版)解析第五章不定积分 §5.3 凑微分法和分部积分法(第5.1~5.2节的内容,请参见本练习册末尾、第五章“⾃测题”前的附加材料)1. 求下列不定积分:(1) ?-dx e x2; (2)dx x x ln 1;(3)?+xx dx 2; (4) ?-dx x x 21; (5) dx x x x ?-+-2211; (6)()?-dx x 21sin 2;(7)?xdx x 32cos sin ; (8)dx x 4sin 1;(9) ?+dx xx 231;(10);(11)?dx xx x cos sin 1; (12*)?+dx ex11;ln 1; (14*)()+2cos 2sin x x dx.3. 求下列不定积分: (1)[]?++dx x x )1ln(arcsin ; (2)?-dx e x x 22;(3)?xdx e x2sin ; (4)()dx e x x x221?+;(5) ?xdx ln sin ; (6)?+dx x 21.4. 求下列有理函数的不定积分:(1)+dx x x )1(17; (2)?++dx x x x 21.5. 求下列不定积分: (1) 已知)(x f 是2x e -的⼀个原函数,求?'dx x f x )(;(2) 已知2x e -是)(x f 的⼀个原函数,求?'dx x f x )(.§5.4 换元积分法1. 求下列不定积分: (1)?+dx x 1; (2)?+-dx x 3211;dx x x cos ;(6)?-dx e x; (7)()-dx x x 21012981(7) ?++dx xx)11ln(.2*. 求不定积分?-+dx x x xx cos sin cos sin 2.3*. 试求不定积分2ln 1(ln )x dx x -?.4*. 已知ln(1)(ln )x f x x+=,求()f x dx ?.第六章定积分 §6.1 定积分的概念与性质1. 利⽤定积分的⼏何意义,计算下列定积分: (1)?-201dx x ; (2)?-11sin xdx ;(3)--22121dx x .2. 不计算积分,⽐较下列各积分值的⼤⼩(指出明确的“=<>,,”关系,并给出必要的理由). (1)?10xdx ; (2)?212dx x 与21xdx ;(3)?20sin πxdx 与20πxdx ; (4)?40tan πxdx 与40πxdx .3. 利⽤定积分的性质,估计?-=20dx xe I x 的⼤⼩.4. 设()x f 在区间[]1,0上连续,在()1,0内可导,且满⾜()()?=31031dx x f f ,试证:在()1,0内⾄少存在⼀点ξ,使得()0='ξf .5. 试判断下列定积分是否有意义(即,被积函数在相应的积分区间上是否“可积”),并说明理由. (1)?-111dx x ; (2)()?20dx x f ,其中()?=≠=1,21,2x x x x f .6*.根据定积分的定义,试将极限+++∞→n n n n n n πππsin 2sin sin 1lim表§6.2 微积分基本定理1.求下列函数关于x 的导数: (1)()1/1 2sin3x tt dt -?; (2)?12xt dt te ;(3)22x xt dt e ; (4*)()?-xtdt t x 0sin .2.求下列极限: (1)?→x x du x u 02tan lim; (2)()?+→xu x du u x 010211lim ;(3)?-→2040)cos 1(1lim x x du u x.3.求函数()()()?---=xudu e u u x f 0221的极值点.4.计算下列定积分: (1)?3231dx x x x ; (2)?ππ2121sin 1dx x x;(3)?-20cos 21πdx x ; (4){}-322,1min dx x ;(5)()?-21dx x f ,其中()≥<=1,1,2x xe x xe x f x x ;(6)?-b dx x 1,其中b 为常数.5.设()x f 在[]1,0上连续,且满⾜()()?+-=132dx x f x x f ,试求()x f .6*.试利⽤定积分的定义及计算原理求解数列极限n n S ∞→lim ,其中nn n n S n ++++++=21221121 .§6.3 定积分的换元积分法与分部积分法1. 试利⽤定积分的换元法计算下列积分: (1)?-2ln 01dx e x; (2)()?+-212(3)?-122221dx xx ; (4)?++202422dx x x x ;(5)-π3sin sin dx x x .2. 利⽤函数的奇偶性计算下列定积分:(1)()-++22221ln sin ππdx x x x ; (2)()-+-+1122513dx x x x x.3. 设()x f 是R 上的连续函数,试证:对于任意常数0>a ,均有()()??=2002321a a dx x xf dx x f x .4*. 设()x f 是R 上的连续函数,并满⾜()20x dt e t x f x t =-?5. 利⽤定积分的分部积分法计算下列积分:(1)?40sin πxdx x ; (2)()+121ln dx x ;(3)?21ln cos πe xdx .6*. 试计算()?20πdx x f ,其中()?=2sin πxdt ttx f .7*. 已知()x f 是R 上的连续函数,试证:()()()?=-x t x dt du u f dt t x t f 000.§6.4 定积分的应⽤1. 计算下列曲线围成的平⾯封闭图形的⾯积: (1)0,43=-=y x x y ; (2)x y x y x y 2,,===.2. 假设曲线()1012≤≤-=x x y 、x 轴和y 轴所围成的区域被曲线()02>=a ax y 分为⾯积相等的两部分,试确定常数a 的值.3. 求由下列曲线围成的平⾯图形绕指定轴旋转⼀周⽽成的⽴体体积: (1)1,41,0,14====x x y xy ;绕x 轴,(ii )绕y 轴4. 已知某产品的固定成本为50,边际成本和边际收益函数分别为()642+-=q q q MC ,()q q MR 2105-=,其中q 为产品的销售量(产量),试求最⼤利润.5. 已知某产品在定价1=p 时的市场需求量a Q =,在任意价格p 处的需求价格弹性为Qb E p =,其中0,0<>b a 均为常数,Q 为产品在价格p 处的市场需求量。
反常积分的知识点总结
反常积分的知识点总结一、反常积分的概念和性质1. 反常积分的定义反常积分是指在某些情况下,定积分的积分区间非有限区间,导致积分结果不存在或者收敛性不足的积分。
具体来说,若被积函数 f(x) 在积分区间内存在无穷大或者间断点,则定积分就无法进行,这时需要使用反常积分来进行求解。
反常积分可以分为第一类反常积分和第二类反常积分两种。
第一类反常积分指的是区间端点处的函数值为无穷大或定义间断的情况。
第二类反常积分则是函数在积分区间范围内的某一点发散的情况。
2. 反常积分的分类反常积分根据积分区间的不同性质可以分为以下几种情况:(1)无穷区间上的反常积分当被积函数在整个实数轴上无穷大或者间断时,就出现了无穷区间上的反常积分。
(2)有限区间上的反常积分当被积函数在积分区间内的某一点为无穷大或者不连续时,就出现了有限区间上的反常积分。
3. 反常积分的性质反常积分具有一些特殊的性质,这些性质对于理解和处理反常积分都具有重要意义。
(1)线性性质反常积分具有线性性质,即两个反常积分的和或差仍然是反常积分。
(2)可加性对于有限区间上的反常积分,如果将积分区间进行分割,可加性成立,即将积分进行分割后分别积分再求和等于整体积分。
(3)定积分收敛性的判定若函数在区间端点处的正负极限只要有一个是无穷大,则对应的反常积分就发散。
否则,就收敛。
二、反常积分的计算方法1. 无穷区间上的反常积分对于无穷区间上的反常积分,计算方法一般采用积分限的变换,将无穷区间转化为有限区间,然后再进行积分运算。
常用的方法包括极限计算和变量代换等。
极限计算法的基本思路是将无穷区间上的反常积分转化为有限区间上的积分,再利用定积分的性质进行求解。
变量代换法则是利用变量代换将无穷区间变换为有限区间,再进行积分求解。
2. 有限区间上的反常积分对于有限区间上的反常积分,可以采用逐点定义的方法,即将积分区间内的无穷大或间断点分别处理,再将结果求和,从而得到整体的反常积分结果。
反常积分表
反常积分表反常积分表是一种数学工具,用于计算反常积分的值。
反常积分是指无法通过基本积分公式或分部积分法等方法直接求解的积分。
反常积分的计算需要借助极限或无穷级数等概念。
以下是一些常见的反常积分表:1. 第一类反常积分当积分区间为无穷区间时,即∫ f(x)dx其中n为正无穷或负无穷。
此时,如果积分结果无限大或不存在,则称为第一类反常积分。
反之,如果积分结果有限,则称为收敛的第一类反常积分。
一些常见的收敛的第一类反常积分如下:∫ 1/x dx = ln(n) (n趋近于正无穷)∫-∞ e dx = 1∫ ln(x) dx = -12. 第二类反常积分当被积函数在积分区间上存在无限大的点时,即∫a f(x)dx其中a和n都是实数。
此时,如果积分结果无限大或不存在,则称为第二类反常积分。
反之,如果积分结果有限,则称为收敛的第二类反常积分。
一些常见的收敛的第二类反常积分如下:∫ 1/√x dx = 2∫ 1/x dx = 13. 第三类反常积分当被积函数既在积分区间上存在无限大的点,又在某些点上不连续或发散时,即∫a f(x)dx其中a和n都是实数。
此时,如果积分结果无限大或不存在,则称为第三类反常积分。
反之,如果积分结果有限,则称为收敛的第三类反常积分。
一些常见的收敛的第三类反常积分如下:∫ ln(ln(1/x))/x dx = γ (Euler-Mascheroni常数)∫ sin(1/x)/x dx = π/2以上是一些常见的反常积分表,可以作为参考工具用于计算反常积分的值。
反常积分常用结论
反常积分常用结论你知道吗,数学界里头有个挺有意思的东西,叫“反常积分常用结论”。
听起来挺高大上,但其实就像咱们生活里那些不起眼的智慧小妙招,用起来特顺手。
想象一下,你手里拿着一把尺子,准备量量家里那扇大窗户的宽度。
可窗户太大了,尺子不够长,咋办?这时候,你就得用上点“反常”的法子,比如找个小伙伴,你俩一人站一边,用绳子量,然后再把绳子拉直了对着尺子看。
这“反常”一量,问题不就解决了嘛!反常积分啊,就是这么个道理。
它对付的是那些普通积分搞不定的“大块头”函数,就像咱们遇到的超长窗户。
这些函数啊,要么在积分区间上“调皮捣蛋”,一会儿无穷大,一会儿又不知道跑哪儿去了;要么就直接在积分上下限那儿“玩消失”,让人摸不着头脑。
这时候,反常积分就像那个聪明的你,想出了各种招儿来对付它们。
比如说,有个函数在积分区间上老是“吹牛皮”,说自己无穷大,可咱们不怕它。
咱们用个“分段治理”的法子,把它分成好几段,每段都乖乖地听话,然后再把它们加起来。
嘿,这不就搞定了吗?还有啊,有些函数在积分上下限那儿“躲猫猫”,咱们就来个“极限追踪”,看看它们到底想跑哪儿去。
只要咱们跟紧了,它们就无处遁形了。
这些反常积分的常用结论啊,就像是数学世界里的“武林秘籍”,里面藏着各种高招儿。
学会了它们啊,你就能在数学的江湖里游刃有余了。
不过啊,这些结论可不是凭空来的哦,它们都是数学家们辛辛苦苦研究出来的。
所以啊,咱们在学习的时候啊,可得用心点儿哦!其实啊,数学这东西啊,说难也难说简单也简单。
只要你肯动脑筋、肯下功夫啊,就没有什么能难倒你的。
就像咱们平时说的那句话一样:“世上无难事只怕有心人。
”所以啊,大家在学习反常积分的时候啊也别怕难哦!只要咱们用心去琢磨、去实践啊就一定能掌握它的精髓的!。
反常积分知识点的总结
反常积分知识点的总结一、反常积分的基本概念(一)反常积分的定义反常积分是指在积分区间上,当被积函数存在无穷限的时候,即函数在积分区间上的某一个或两个端点处存在无穷大或者无穷小的情况,这种积分就称为反常积分。
数学上对函数在无穷限处的性态进行了严格的定义,并分别称为无穷限的反常积分。
反常积分的求解是非常重要的,也是数学中的一个重要工具。
(二)反常积分的类型反常积分主要有两种类型:一是无穷限的反常积分,二是间断点的反常积分。
1. 无穷限的反常积分当被积函数在积分区间有一个端点处无穷或者是无穷小的时候,那么这类积分就是无穷限的反常积分。
2. 间断点的反常积分当函数在积分区间上有一个间断点,且在那个点可能是无穷大,或者是无穷小的时候,这类积分就是间断点的反常积分。
(三)反常积分的性质反常积分具有一些特殊的性质,主要包括:1. 线性性质:对于反常积分,有线性积分的性质,即如果函数f(x)和g(x)在区间[ a, b ]上可积,那么有$\int_{a}^{b} [ f( x )+g( x ) ] dx= \int_{a}^{b} f( x )dx+\int_{a}^{b} g( x )dx$2. 可加性:如果函数f(x)在[a, c]和[c, b]上都是可积的,那么有$\int_{a}^{b} f( x )dx=\int_{a}^{c} f( x )dx+\int_{c}^{b} f( x )dx$3. 绝对收敛性:如果函数在某区间上绝对收敛,则在该区间上的反常积分也是收敛的。
以上是反常积分的基本概念,包括定义、类型和性质。
下面将介绍反常积分的求解方法。
二、反常积分的求解方法(一)无穷限的反常积分的求解方法对于无穷限的反常积分,常见的求解方法包括:1. 极限求解法当被积函数在积分区间上的一个端点处有无穷大或无穷小时,可以通过极限的方式来求解反常积分。
具体步骤如下:(1)将积分转化为某个极限形式;(2)利用极限的相关性质,对极限进行分析和计算;(3)得到反常积分的极限解。
反常积分的概念
反常积分的概念反常积分是指在积分计算过程中出现了一些不符合常规规则和常识的现象。
在数学中,积分是微积分的一个重要概念,通常用来描述曲线下方的面积或者描述某一变量的累积效应。
然而,在一些特定的情况下,积分的计算可能会出现一些反常的现象,这就是反常积分。
反常积分通常分为两类:无界积分和奇点积分。
无界积分是指在积分区间上,被积函数在某些点上的取值趋于无穷大或者在积分区间上存在无界的情况。
奇点积分则是指在积分区间上,被积函数在某些点上存在间断点或者无定义的情况。
在微积分课程中,我们通常会学习到定积分和不定积分。
定积分是指对一个函数在一个区间上的积分,通常用来计算曲线下方的面积。
不定积分则是指对一个函数的积分,求出一个原函数。
在这些常规的积分情况下,我们可以使用牛顿-莱布尼茨公式或者基本积分公式来进行计算。
然而,在一些特殊情况下,我们就需要考虑反常积分的情况。
比如,被积函数在积分区间上存在间断点,导致积分不收敛;或者被积函数在积分区间上存在无穷大的情况,导致积分不收敛。
这就需要我们对反常积分进行特殊的处理。
对于无界积分,我们通常采用极限的方法进行计算。
比如,当被积函数在积分区间上存在无穷大的情况时,我们可以考虑对被积函数进行适当的变换,使之在积分区间上的积分变为有界的,然后再计算极限。
在奇点积分的情况下,通常需要将积分区间分成多个子区间,分别处理每个子区间上的积分,最后将它们的结果进行合并。
这些处理方式都是为了应对反常积分的情况,确保积分的结果是良定义的。
反常积分在实际应用中也有着重要的地位。
在物理学、工程学、经济学等领域,我们经常需要对一些特殊函数的积分进行计算,这就需要考虑到反常积分的情况。
比如,在波动理论中,对于波函数的积分计算就可能会出现反常积分的情况。
在概率论中,对于一些分布函数的积分计算也可能会出现反常积分的情况。
因此,对于反常积分的理解和处理是十分重要的。
在处理反常积分时,我们通常需要先判断积分的收敛性。
反常积分的定义及其计算方法
反常积分的定义及其计算方法数学中的反常积分是一种特殊的积分形式,其定义更为复杂,计算方法也不同于一般积分。
本文将详细介绍反常积分的定义及其计算方法。
一、反常积分的定义反常积分是指无限积分或在某个点附近积分不收敛的积分,即积分区间可能为无限区间,也可能在有限区间内部存在瑕点。
形式化地说:若函数f(x)在区间[a, +∞)上连续但在此区间内的某点x0处不连续,或函数在[a, x0)内连续而在a处不连续,则称在区间[a, +∞)上的积分∫a f(x)dx为反常积分,并记作∫a+∞f(x)dx或∫a f(x)dx(注意,两种记法均表示同一个积分,只是为了书写方便采用不同的形式)。
同样地,若函数f(x)在区间(-∞, b]上连续但在此区间内的某点x0处不连续,或函数在(x0, b]内连续而在b处不连续,则称在区间(-∞, b]上的积分∫b f(x)dx为反常积分,并记作∫-∞b f(x)dx或∫bf(x)dx。
二、反常积分的计算方法反常积分的计算方法可以分为两类:无穷限积分的计算和瑕积分的计算。
1. 无穷限积分的计算对于一般的有限区间内的积分,我们可以通过牢记基本积分公式轻松计算,但是对于无穷限积分,我们需要考虑其极限是否存在,即积分是否收敛。
【定理】如果∫a+∞f(x)dx和∫a+∞|f(x)|dx都收敛(或者都发散),则∫a+∞f(x)dx收敛的充分必要条件是其绝对值|f(x)|在[a, +∞)上可积。
根据上述定理,我们可以将无穷限积分化为以下三类:(1)收敛但不绝对收敛的无穷限积分当无穷限积分∫a+∞f(x)dx收敛但∫a+∞|f(x)|dx发散时,称∫a+∞f(x)dx为收敛但不绝对收敛的反常积分。
此类积分的计算方法为:(2)绝对收敛的无穷限积分当无穷限积分∫a+∞f(x)dx和∫a+∞|f(x)|dx同时收敛时,称∫a+∞f(x)dx为绝对收敛的反常积分。
此类积分的计算方法为:(3)发散的无穷限积分当无穷限积分∫a+∞f(x)dx发散时,称∫a+∞f(x)dx为发散的反常积分。
反常积分计算技巧
反常积分计算技巧嘿,朋友们!今天咱们来唠唠反常积分这个有点小调皮的家伙。
你可以把反常积分想象成一个在数学世界里不走寻常路的小怪兽。
首先呢,对于无穷区间上的反常积分,就像是一场没有尽头的马拉松。
比如说从a到正无穷的积分,就好比你在一条永远跑不到头的跑道上计算面积。
这个时候,极限就成了我们的魔法棒。
我们把这个无穷区间分成一段一段的,就像把马拉松分成一个个小赛程。
当这个小段不断趋近于无穷的时候,我们就用极限来抓住这个小怪兽的尾巴。
那遇到瑕积分呢,就像是在一个到处是陷阱的迷宫里找宝藏。
瑕点就像迷宫里的那些危险陷阱。
比如说函数在某一点无界,这个点就是瑕点。
我们要小心翼翼地绕过这个陷阱来计算积分。
这时候呢,把积分拆分成两部分,一部分在瑕点左边,一部分在瑕点右边,就像从陷阱的两边偷偷绕过去一样。
再说说换元法在反常积分里的运用吧。
换元就像是给这个小怪兽换了一身衣服,让它看起来没那么吓人。
比如说,我们用一个合适的变量替换,就像给它穿上了一件伪装服,原本复杂的积分可能就变得简单多啦。
这就好比你把一个看起来很凶的怪兽,通过一个魔法道具,变成了一只温顺的小绵羊。
分部积分法在反常积分里也是个有趣的家伙。
它就像两个小伙伴在玩跷跷板。
一个函数是跷跷板的这头,另一个函数是那头。
通过不断地让它们在跷跷板上上下下,我们就能算出反常积分的值。
有时候这个跷跷板会晃得很厉害,那我们就得更小心地控制两边的力量,也就是函数的选择。
比较判别法呢,就像是在一群小怪兽里找出最厉害的那个。
我们找一个已知的积分来和要计算的反常积分比较。
如果已知的积分像一个大力士,我们要算的积分像个小瘦子,而且小瘦子比大力士还小,那小瘦子的积分就是收敛的。
这就好比在一群小动物里,你看到一只小兔子比一头大象还小很多,那你就知道这只小兔子肯定没大象那么“占地方”。
还有极限判别法,这就像是给反常积分做一个身体检查。
通过检查它在某个点或者趋近于无穷的时候的极限情况,来判断它是健康的(收敛)还是生病的(发散)。
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(1)利用分部积分公式有:
∫0
+∞
xe
−x
dx = − ∫
+∞
0
xde
−x
+ = − xe − x 0 ∞
+∫
+∞ − x e dx 0
+∞ − x + = e dx = −e − x 0 ∞ = 1 0
∫
+ 其中xe − x 0 ∞
= lim
x
x → +∞ e x
= lim
1
x → +∞ e x
=0
而∫
∴∫
1 1 + ∞ − αx 2 − 2 αx + ∞ e 2 dx = − e 1 1 α
=
2
α
1 − α e 2 收敛
+∞
1
x e
p −αx
+∞ p −αx sin β x dx收敛, 即 x e sin βxdx绝对收敛 1
① ② ③
当0 < l < +∞时, ∫ 当l = 0时, 若∫
+∞
+∞
a
f ( x)dx与∫
+∞
a
g ( x)dx有相同的敛散性 f ( x)dx也收敛 f ( x)dx也发散
a a
g ( x)dx收敛, 则∫
+∞
a a
当l = +∞时, 若∫
+∞
g ( x)dx发散, 则∫
+∞
(4)柯西判别法
设 f ( x ) ≥ 0 , x ∈ [ a , +∞ ), 且 f ( x ) 在[ a , b ]上可积 , 若
则称 ∫
+∞ a
f ( x)dx为f ( x)在[a,+∞)上的无穷限积分
b +∞
若 lim
此时定义
∫a f ( x)dx存在 , 则称无穷限积分 ∫a b → +∞
∫a
+∞
f ( x ) dx收敛 ,
f ( x ) dx = lim
∫a f ( x ) dx b → +∞
b
【6-5-1】
若 lim
【6-5-17】
2 绝对收敛与条件收敛 (1)绝对收敛: 若f ( x)在[a, b]上可积, 且∫a
无穷限积分
+∞
f ( x) dx收敛, 则称
∫a
+∞
f ( x ) dx绝对收敛
类似地可定义
∫− ∞ f ( x ) dx和 ∫− ∞ f ( x ) dx的绝对收敛
+∞
b
+∞
(2)结论: 若 ∫
∫
当x ≥ 1时, 有x ≥ x,∴ e
2
− x2
≤e
−x
,∫
+∞ − x 2 +∞ − x e dx ≤ e dx 1 1
∫
+∞ − x +∞ − x 2 − x +∞ 1 而 e dx = −e 1 = 因而收敛,∴ e dx收敛 1 0 e
∫
∫
【6-5-16】
1 ln x = lim x = lim 1 = +∞ (2) ∵ lim x → +∞ 1 x → +∞ ln x x → +∞ 1 x x +∞ 1 +∞ 1 dx发散 而∫ ∴∫ dx发散 2 x 2 ln x
+∞ 0
=
π
2
返回
【6-5-9】
(4) ∫
+∞
dx x2 + x
1
=∫
+∞
1
+∞ 1 dx 1 =∫ ( − )dx x(1 + x) 1 x x +1
x +∞ = ln 1 = ln 2 x +1
若作如下运算则是错误的:
∫
+∞ 1 +∞ 1 +∞ 1 1 ( − )dx = dx − dx 1 1 x 1 x +1 x x +1
x
dx = − ∫
b1
1
x
d cos x
cos x b b cos x cos b b cos x =− dx = cos1 − −∫ dx 1 −∫ 2 2 1 x 1 x x b
【6-5-19】
+ ∞ sin x + ∞ cos x cos b 而 lim = 0,∴ ∫ dx与∫ dx有相同的敛散性 1 1 x b → +∞ b x2
∫
∫
因为右边两个无穷限积分均不收敛,不满足相关性质的 条件,因此不能将其化为两个无穷限积分的差。
【6-5-10】
(二)无穷限积分敛散性的判别 1 当 f (x) 为保号函数时
若 (1)引理: f ( x)在[a,+∞)上单调递增且有上界, 则 lim f ( x) = A存在,
x → +∞
且f ( x) ≤ A, x ∈ [a,+∞)
∫a
+∞
f ( x)dx发散时, 则有∫
a
证明: 证明: ∵当x → +∞时, 有0 ≤ f ( x) ≤ g ( x),∴ ∃M > a , 使得
当x ∈ [ M ,+∞)时有0 ≤ f ( x) ≤ g ( x)
而∫
+∞ a
f ( x)dx与∫
+∞
M
f ( x)dx有相同的敛散性,因此只需证结论
为非负的情形
【6-5-11】
(2) 比较判别法:对∀b ∈ R, 若f ( x), g ( x)在[a, b]上可积, 且
当x → +∞时, 有0 ≤ f ( x) ≤ g ( x), 则有 :
① 当a ② 当
∫
+∞
g ( x)dx收敛时, 则有∫
+∞ +∞
a
f ( x)dx也收敛 g ( x)dx也发散
另外,定积分的换元积分法和分部积分法在无穷限积分中 也是适用的。
【6-5-5】
4 利用性质计算无穷限积分举例 例2 讨论下列无穷限积分的敛散性:
(1) ∫
+∞
0
xe
−x
dx
+ ∞ dx ( 2) 1 xp
∫
(3) ∫
+∞
e
x
−∞ 1 + e2 x
dx
(4) ∫
+∞
dx x2 + x
1
【6-5-6】
且有∫
+∞
a
[ f ( x) ± g ( x)]dx = ∫
+∞
a
f ( x)dx ± ∫
+∞
a
g ( x)dx
若 lim (4)性质4: F ( x)是f ( x)在[a,+∞)上的原函数, 且 x →+∞ F ( x)存在, 记为F (+∞)
则有 : ∫
+∞
a
f ( x)dx = F ( x) + ∞ = F (+∞) − F (a ) a
在[ M ,+∞)上成立即可
【6-5-12】
∵∫
+∞
M
f ( x)dx与∫
+∞
+∞
M
g ( x)dx都是关于b的单调递增函数
∴当∫
M
g ( x)dx收敛时, 依引理有 :
b M
F (b) = ∫
f ( x)dx ≤ ∫ g ( x)dx ≤ ∫
M
b
+∞
M
g ( x)dx
+∞
再依引理知 lim F (b) = ∫
b → +∞
+∞
M
f ( x)dx存在,即∫
M
f ( x)dx收敛
若∫
+∞
M
f ( x)dx发散, 则∫
+∞ M
+∞
M
f ( x)dx也发散, 否则若为收敛,
则依前述证明知∫
f ( x)dx也收敛(矛盾)
【6-5-13】
(3)比较判别法的极限形式
设f ( x), g ( x)为非负函数, 且在[a, b]上可积, 若有 lim f ( x) = l , 则有 x → +∞ g ( x )
∫−∞ f ( x)dx = ∫−∞ f ( x)dx + ∫c
+∞
c
+∞
f ( x)dx
上式右边两个反常积分中若有一个发散,则此无穷限积分 发散,只有右边两个都收敛才收敛。
【6-5-2】
2 利用定义判别无穷限积分的敛散性 例1 讨论下列无穷限积分的敛散性:
(1) ∫
+∞
1 1+ x2
1
0
dx; (2) ∫
+ ∞ sin x + ∞ sin x ∴ dx发散,因而 dx条件收敛 1 1 x x
∫
∫
【6-5-20】
(2) ∵ x e
p −αx
sin βx ≤ x e
p −αx
, lim
x
p
1 1 − αx − αx ∴当x → +∞时, 有x p e 2 ≤ 1,∴ x p e −αx ≤ e 2
x → +∞ 1 αx e2
又
cos x x
2
≤
1 x
2
, 且∫
+∞
1 x
2
1