瑕积分的收敛判别法
219322169_第一型曲线瑕积分及收敛判别法
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瑕积分的性质与收敛判别
§ 3瑕积分的性质与收敛判别教学目的：掌握瑕点，瑕积分的概念，会运用瑕积分的收敛判别法。
重点难点：重点与难点为瑕积分的收敛判别方法及其与无穷积分收敛判别法的区 别。
教学方法：讲练结合。
教学内容：例1圆柱形桶的内壁高为h ，内半径为R,桶底有一半径为r 的小孔•试问从盛 满水开始打开小孔直至流完桶中的水，共需多少时间 ？ 从物理学知道，在不计摩擦力的情形下，当桶内水位高度为 （h —x ）时，水从孔 中流出的流速（单位时间内流过单位截面积的流量）为v J 2g （h _ x ）,其中g 为重力加速度.设在很小一段时间de 内，桶中液面降低的微小量为dx ,它们之间应满足：R 2dx = v 「：r 2dt ，由此则有所以流完一桶水所需时间在形式上亦可写成“积分”：但是在这里因为被积函数是［0,h ）上的无界函数，所以它的确切含义应该是uR 2 —2 dxr 2 ,2g(h-x)=lim *^2-R^(加‘h 一 h 一u)u -.h _.g r、瑕积分的定义定义2 f 定义在区间（a,b ］上，在点a 的任一右邻域内无界，但在任何内闭区间［u,b ］ （a, b ）上有界且可积.如果存在极限limj f （x ）dx = J ，则称此极限为 无界函数f 在（a,b ］上的 u T a 十打 反常积分，记作J = ：f(x)dx,dtR 2 r_2g(^x)dx, x [0, h].R 2 r 2 2g(h-x)t fa f (x)dx收敛.如果极限lim f f(x)dx=J不存在，这时也说反常并称反常积分u积分a f (x)dx发散.在定义2中，被积函数f在点a近旁是无界的，这时点a称为f的瑕点，而b无界函数反常积分a f(x)dx又称为瑕积分•类似地，可定义瑕点为b时的瑕积分：b uf (x)dx lim f (x)dx.其中f在[a,b)有定义，在点b的任一左邻域内无界，但a ub _ a在任何[a,u] [a,b)上可积.若f的瑕点(a,b)，则定义瑕积分b c b u bf (x)dx f(x)dx f(x)dx= lim f(x)dx lim f (x)dx.a a 乜u )c - • a v >c • v其中f在[a,c) 一(c,b]上有定义，在点c的任一邻域内无界，但在任何[a,u ] [a, c)和[v,b] [ c, b)上都可积.当且仅当右边两个瑕积分都收敛时，左边的瑕积分才是收敛的.又若a、b两点都是f的瑕点，而f在任何[u,v] (a,b)上可积，这时定义瑕积分b c b c vf (x)dx f(x)dx f(x)dx 二lim f (x)dx lim f (x)dx,a a c —a …u v c其中c为(a,b)内任一实数.当且仅当⑺ 式右边两个瑕积分都收敛时，左边的瑕积分才是收敛的.例i瑕积分f亍d的值1解：被积函数f(x) -——在[0,1)上连续，从而在任何[0,u] [0,1)上可、'1 - x21 dx u dx 応积，x=1为其瑕点. 依定义2 求得J # = lim [ j= lim arcsinu= — .E—14nu,q T (0 :: u :: 1), Sx2I-人1-x2* 2例2讨论瑕积分0)的收敛性.x解：被积函数在(0,1 )上连续，X =0为其瑕点.由于1 dxu^故当0<q<1时，瑕积分(8)收敛，且f 密=lim $卑=丄；而当q > 1时，瑕积 h x q u -0+'u x q1 -q分(8)发散于•：：.注：当0<q<1时，瑕积分b dXq二(b-a)7收敛，且而当q > 1时，瑕 站(x —a)q 1-qbdx积分发散于，-例3讨论瑕积分2 dX 的收敛性. 耳 xln x 解：x =1是瑕点，有则发散8dx例4讨论瑕积分 d x 的收敛性」J xX"是瑕点，有dx 8 dx叮 x 03xo』dx 3-3」£ =吧」3厂吧2(3" = -2 诜鸭喝匕咙(」)=6 则收敛二、瑕积分的性质类似于无穷积分的柯西收敛准则以及其后的三个性质，瑕积分同样可由函数bb极限lim f(x)dx = f (x)dx 的原意写出相应的命题.u —:a uab定理11. 5瑕积分［f (x)dx (瑕点为a)收敛的充要条件是：任给总>0， a.-bbU 2存在 6 >0，只要 u 1、u 2 € (a,a +6)，总有『f (x)dx - f f (x)dx = f f (x)dx c 名.UL u 2L U 12 dx 1 xln x|i f dx芒+'&xln x2= ^」nln(x)w8dxx0 dx-A8 dx ■・ 8 dx性质1 设函数f1与f2的瑕点同为x = a,k1、k2为常数，则当瑕积分$ f i (x)dx 与f f 2(x)dx 都收敛时，瑕积分 ｛［屮。
《数学分析》课件 10-3瑕积分的性质与收敛判别
(x a)p
a
推 设f 定义于(a,b]a为瑕点，且在任何区间[u,b] a,b上
论 可积,若
lim (x a) p f (x) .
xa
则 (i) 当0＜p＜1,0 时, b f (x)dx收敛; a
(ii) 当p 1,0 时, b f (x) dx发散. a
例1 例2
例3 判别广义积分 3 dx 的收敛性. 1 ln x
e x x s1dx 对 s 0 均收敛. 0
o
s
－函数的几个重要性质：
１．递推公式(s 1) s(s) (s 0). ２．当 s 0 时，(s) . 3．余元公式 (s)(1 s) (0 s 1).
sin s
４．在 (s) ex xs1dx 中，作代换 x u2， 0
1
(1) 当 s 1 时, I1 是常义积分; 当 0 s 1 时,
ex
x s1
1 x 1 s
1 ex
1 x1s ,
而 1 s 1, 根据比较审敛法2, I1 收敛.
(2)lim x
x2
(e x xs1 )
lim
x
x s1 ex
0,
(s)
根据极限审敛法1, I2 也收敛.
由 (1), (2) 知
若 b g(x)dx收敛 则 b f (x)dx收敛;
a
a
若 b f (x) dx发散 则 b g(x)dx发散.
a
a
推论 又若 g(x) 0,且
lim f (x) c，则有
xa g(x)
(i) 当0 c 时 b f (x)dx与 b g(x)dx同敛态;
a
a
(ii) 当c 0时 若 b g(x)dx收敛 则 b f (x)dx收敛;
11-3瑕积分的性质与收敛判别
u1
u2
u1
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证 设 F (u) b f ( x)dx, u (a,b), 则
b
f ( x)dx
u
a
收敛的充要条件是 lim F (u) 存在.由函数收敛的 ua
柯西准则，此等价于 0, 0,
u1,u2 (a,a )，F (u1) F (u2 ) ,
0<a<1 收敛 收敛 收敛
a1 定积分
发散 发散
所以, (a) 只有当 0 a 1 时才是收敛的.
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复习思考题
1.试给出瑕积分的狄利克雷判别法和阿贝尔判别法.
2. 设 f ( x) 为[a, b) 上的连续函数,b 为瑕点.试问当
b f ( x) dx 收敛时, b f 2( x)dx 是否收敛? 反之是
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I(a)
x 1 a1 dx
0 1 x
(i) 先讨论 I(a). 当 a 1 0, 即 a 1 时它是定积分;
当 a 1 时它是瑕积分,瑕点为 x 0.由于
lim x1a xa1 1,
x0
1 x
因此由定理11.6 的推论 3,当 0 p 1 a 1, 即
a
的柯西收敛准则可推出瑕积分的柯西收敛准则.
定理11.5 （瑕积分收敛的柯西准则）
瑕积分 b f ( x)dx (瑕点为a) 收敛的充要条件是 a
任给 0,存在 0,当 u1,u2 (a,a ) 时，
b
b
f ( x)dx f ( x)dx
u2 f ( x)dx .
xa
则有：（ⅰ）当0＜p＜1，0
【精品】3 瑕积分的性质与收敛判别
【精品】3 瑕积分的性质与收敛判别
瑕积分是一种重要的数学工具,可以用来求解基础积分和定积分.它由Leibniz在17
月引入.它是一种多元函数的连续变化,可以用来定义连续量,如曲线,曲面等.
1.收敛判别：瑕积分的收敛判别原则指出，如果函数f(x)在[a,b]内可以连续微分无
限次，那么存在一种调和穷举积分函数，使得函数在[a,b]内可以和谐积分。
由于调和穷
举积分是瑕积分的一种，因此瑕积分也可以用这种原则来判别，当函数f(x)在[a,b]内做
了微分，且在该区间已准确计算完毕，则该瑕积分可收敛。
2.性质：瑕积分的性质主要是指它具有多元变化的特点：
（1）可导性：瑕积分是导数的函数，它对x的连续变化可以得到连续变换的导数；
（2）可分性：瑕积分的分段计算可以使得各段的函数特征保持一致，环境自然无限；
（3）可组合性：瑕积分可以结合多个函数，形成新的函数；
（4）高效性：瑕积分计算简单，效率极高，可以对大量函数以及微分函数进行计算；
（5）复杂性：瑕积分可以用来处理复杂的函数，例如可以应用在微分方程、圆形几
何等；
（6）实时性：瑕积分可以实现实时的计算，可以用在连续的状态的函数的运算上；
（7）可表示性：瑕积分可以用来表示各种函数，例如可用于描述平面空间中的曲线等；
（8）递推性：瑕积分可以应用于复杂函数的递推性运算中。
以上就是瑕积分的性质及收敛判别。
瑕积分的性质及收敛原则为数学物理以及其他经
科学分析确定结果提供了重要参考价值，它实际上是用来分析连续量的调和穷举积分函数。
瑕积分的性质与收敛判别
f ( x)dx为绝对收敛.
性质３说明绝对收敛的级数自身一定收敛．但自身收敛的级数 不一定绝对收敛．
我们称收敛而不绝对收敛的级数为条件收敛．
二. 无穷积分收敛的判别法
瑕积分
１.柯西准则 b
a
f ( x)dx a为瑕点收敛的充要条件是 :
0, 0, 只要u1､ u2 a, a , 便有
11.3瑕积分的性质与收敛判别
瑕积分与无穷积分有平行的理论和结果 .
一. 瑕积分的性质 性质１
当瑕积分
b
b
若f1与f 2的瑕点同为x a，k1 , k2为任意常数则
b a
[k f ( x) k 性质２
a 1 1
瑕积分 [k1 f1 ( x) k2 f 2 ( x)]dx也收敛, 且
根据比较判别法,
1 sin 1 x dx 收敛， 0 x
1 sin 1 x dx 也收敛． 从而 0 x
函数
定义 ( s ) e x x s 1dx ( s 0)
0
特点: 1.积分区间为无穷;
2.当 s 1 0 时被积函数在点 x 0 的 右领域内无界.
u2
u1
f ( x)dx .
２，比较原则
设定义在(a, b]上的两个函数f 和g , 瑕点同为x a都在 任何区间 u,b (a, b]上可积且满足 f ( x) g ( x), x (a, b]
若 f ( x) dx发散则 g ( x)dx发散. a a f ( x) 推论 又若g ( x) 0, 且 lim c，则有 x a g ( x) b b (i) 当0 c 时 f ( x) dx与 g ( x)dx同敛态;
瑕积分的收敛判别法
例3 计算广义积分
2 dx . 1 x ln x
解
2 dx
2
lim
dx
1 x ln x 0 1 x ln x
lim 0
2
1
d (ln x) ln x
lim ln(ln
0
x)
2
1
lim ln(ln 2) ln(ln(1 )) 0
收敛收敛发散1m3收敛是瑕点易见sinsin收敛原理所以由auchydirichlet积分收敛判别法所以是发散的而此时判断积分dx存在不是瑕点因此dx由于对充分小的对于lnlnlimlim故所给积分收敛例11是瑕点易见把积分分成两部分为此dx的收敛性现讨论i的收敛性讨论积分的收敛性和显然的收敛性相同dx的收敛性再讨论isin条件收敛dx绝对收敛dx条件收敛所以的收敛性讨论积分arctanarctandx发散时积分收敛其他情况所以当sincoscosdxcossinsincossincossin收敛发散时积分收敛其他情况综上主值无穷积分的cauchylim主值称此极限为存在如果极限cauchydx此内容选讲主值瑕积分的cauchy定义中的唯一瑕点在区间暇积分收敛的判别法1
0, f ( x), g( x)在[a ε,b]上可积，如果f ( x), g( x)满足
下列条件：
1 M 0, 使得对0 b a，有
| b a
f ( x)dx |
M;
2 g 在(a, b]上单调,且 lim g( x) 0, x a
则 b a
二. 瑕积分的性质
性质１
若f1 ( x), f1 ( x)的瑕点同为x a, k1 ,k2为任意常数，
则当瑕积分ab
11.3瑕积分的收敛判别法
解 易见 x = 0 是瑕点, 为此, 把积分分成两部分 :
−α sin x −α + ∞ sin x I = ∫ 1 − − 1dx + ∫1 1 − − 1dx 0 x x 1
= I1 + I 2
讨 现 论I1 的 敛 收 性
故当q > 0时, 第二个积分收敛 ; 因此原积分在 p > 0, q > 0时收敛 . 故积分定义了一个二元函数B( p, q ) －－ －－Beta函数 函数
例2 Γ − 函数
Γ(s )
+∞ −x s −1
Γ ( s ) = ∫ e x dx ( s > 0)
0
o
s
ln x 例 3： ∫ 0 ( 1 − x 2 )d x
3o. 当 ≤ p < 2 , 积 条 收 1 时 分 件 敛
Q 当1 ≤ p < 2时, t p− 2单调地趋于 0, ∴ 由Dirichlet判别法, 积分收敛 . + ∞ | sint | dt是发散的, 所以L 而此时, ∫ 2 -p 1 t
ln x 例9： ∫0 x sin xdx
∞
∞
讨论绝对收敛
sin 2 x lim x m − 2 m = 1, m − 2 < 1, m < 3 收敛 x→0 x
sin 2 x 1 由于 ≤ m ，m > 1 m x x
收敛
sin 2 x 1 − cos 2 x m ≤ 1, m = x xm
发散
例 6： ∫
1 2 0
ln x
(1 − x )
理 定 11.3' ( 较 敛 的 限 式 比 审 法 极 形 )
关于瑕积分收敛的判断
关于瑕积分收敛的判断课本中关于瑕积分收敛的判断主要是基于定理3与其推论（课本下册p.283）。
由这一推论可以看出：推论是根据 +→a x （视具体情况亦可是 -→b x ）时无穷大量 ()x f 相对于无穷大量ax -1 的阶来判断。
因为：()()d x f a x a x =-+→λlim 等价于()()d a x x f ax =-+→λ1lim ，当 +∞<<d 0 时，无穷大量 ()x f 与无穷大量 ()λa x -1是同阶无穷大量（ 即：相对于无穷大量a x -1，无穷大量 ()x f 的阶是 λ ），由于例3 （课本下册p.280），相对于无穷大量 ax -1，无穷大量 ()x f 的阶 1<λ 时瑕积分()⎰b ax d x f 收敛，阶1≥λ 时瑕积分()⎰bax d x f 发散。
当然，由于存在不可比较的无穷大量，这一判断收敛的方法也不是万能的。
习题例解：例1． 判别瑕积分⎰-2sin 1πθθd 的敛散性（课本下册p.289：2（6））解：由于∞+=--→θπθsin 11lim 2，点 2πθ= 是其瑕点。
又由于（注1）22sin 22cos 1sin 1θπθπθ-=⎪⎭⎫⎝⎛--=- ，122sin 22lim 2=---→θπθππθ ，当 -→2πθ 时，相对于无穷大量θπ-21，无穷大量22sin 1θπ-的阶为1 ，故：这一瑕积分发散。
（注2）（ 若直接用推论，判定发散的理由是 2sin 12lim 2=---→θθππx 。
）例2． 判别瑕积分⎰10ln xx xd 的敛散性（课本下册p.289：2（5）） 解：由于 01ln = ，1=x 显然是瑕点。
当 +→0x 时，由洛必达法则有()02lim 211lim 211lim 1ln lim ln lim 0000=-=-=-==+++++→→→→→x x x xx x x xx x x x x x x x ， 因而 0=x 亦是瑕点。
含参变量瑕积分的狄利克雷判别法
含参变量瑕积分的狄利克雷判别法
瑕积分是指在某一点处不可积的积分，例如在函数f(x)中，当x=a时，f(x)无界或不可积。
狄利克雷判别法是判断瑕积分是否收敛的一种方法。
它的条件如下：
1. 函数f(x)在某一区间[a, b]上单调。
2. 函数f(x)在[a, b]上有界。
3. 函数f(x)在[a, b]上只有有限个第一类或第二类间断点。
如果满足以上条件，则瑕积分∫[a, b]f(x)dx收敛。
具体步骤如下：
1. 首先判断函数f(x)在[a, b]上是否满足单调性和有界性。
2. 如果函数f(x)在[a, b]上有有限个第一类或第二类间断点，记为c1, c2, ..., cn，则将区间[a, b]分为若干个子区间，并在每个子区间内判断函数f(x)的单调性和有界性。
3. 判断每个子区间上的函数f(x)是否满足单调性和有界性。
4. 如果所有子区间上的函数f(x)都满足单调性和有界性，则瑕积分∫[a, b]f(x)dx收敛。
需要注意的是，狄利克雷判别法只适用于具有特定性质的函数，对于其他类型的瑕积分可能需要使用其他方法进行判断。
同时，狄利克雷判别法只判断瑕积分的收敛性，对于发散的瑕积分无法给出结论。
瑕积分阿贝尔判别法例题
瑕积分阿贝尔判别法例题
瑕积分（improper integral）是指被积函数在一定区间上的某个点发散，或在整个区间发散的情况下所定义的积分。
阿贝尔判别法（Abel's test）是判断瑕积分是否收敛的一种方法。
下面是一个使用阿贝尔判别法判断瑕积分收敛性的例题：
考虑瑕积分∫0^∞ sin(x) / x^p dx。
根据阿贝尔判别法，我们需要判断以下两个条件是否满足：
1. 函数 f(x) = sin(x) 在区间[0,∞) 上单调递减。
2. 积分∫0^∞ x^(-p) dx 收敛。
先来看第一个条件，由于 sin(x) 在整个区间[0,∞) 上都在 [-1,1] 之间，而 x 越大，sin(x) 的绝对值越小，所以函数 f(x) = sin(x) 在区间[0,∞) 上单调递减。
然后来看第二个条件，计算积分∫0^∞ x^(-p) dx。
这是一个常见的瑕积分，我们可以通过计算不定积分再进行极限计算。
∫ x^(-p) dx = x^(1-p) / (1-p)
当 1-p > 0 时，即 p < 1 时，∫ x^(-p) dx 在[0,∞) 上收敛。
因此，根据阿贝尔判别法，当 p < 1 时，瑕积分∫0^∞ sin(x) /
x^p dx 收敛；当p ≥ 1 时，瑕积分发散。
瑕积分的收敛判别法
瑕积分的收敛判别法PB07210226，王丹临我们学习过两种反常积分，即无穷积分和瑕积分。
但对如何判断这两种积分的敛散，未作进一步讨论。
学过无穷级数后，再来学习反常积分的收敛判别法，会发现两者在许多方面是基本一样的。
下以瑕积分为例进行论述。
如何判断瑕积分的敛散性？先看，一个简单的例子。
研究积分10⎰y =，即得1212y e dy =⎰， 这样就把判断瑕积分收敛的问题归结为判断无穷积分的收敛问题。
一般来说，如果a 是f 的瑕点，做变换1x a y =+，那么通过上面的变换，每一个瑕积分一定可以化成一个无穷积分。
判断无穷积分收敛的方法都可以平行的对瑕积分建立起来。
例1 研究积分120log 1x dx x-⎰的敛散性。
看上去似乎x=0，x=1都是瑕点，但实际上由于 21log 1lim 21x x x →=--， 被积函数在x=1附近是有界的，因此1不是瑕点。
考虑x=0附近的情况。
对于充分小的x ，恒有2112x -≥，所以 2log 2log 1xx x ≤-，而积分是收敛的，因此原积分收敛。
现在考虑一下反常积分主值的概念。
以往定义无穷积分()f x dx +∞-∞⎰收敛，是指两个无穷积分 ()a f x dx -∞⎰()a f x dx +∞⎰都收敛。
并且规定 ()f x dx +∞-∞⎰为以上两者相加。
这就意味着，当A ，B 独立的趋于正无穷时极限积分值存在。
但对某些函数来说， 此极限并不存在。
但当A=B 时，lim ()A AA f x dx -→∞⎰却是存在的。
如果此极限存在，称这极限为无穷积分的柯西主值。
对于瑕积分，同样可以定义柯西主值的概念。
设c 是f 在区间[a ，b]中唯一的瑕点，定义它的柯西主值为 0lim(()())c e b a c e e f x dx f x dx -+→+⎰⎰容易知道，收敛的无穷积分或瑕积分的柯西主值一定存在，但反之不一定成立。
总之，判断收敛性是一项需要耐心的工作，我们需要在学习中不断积累经验才能很好的掌握各种判断方法。
瑕积分的性质与收敛判别法.
性质2 若 f (x)在任何有限区间 [a,u] 上可积, a b,
则
f (x)dx
与
f (x)dx 同时收敛或同时发散,
a
b
b
且有 a f (x)dx a f (x)dx b f (x)dx.
性质2 若 x a为 f (x)的瑕点, c (a,b),
则
b
f (x)dx 与
c f (x)dx 同时收敛或同时发散,
§3 瑕积分的性质与收敛判别法
一 瑕积分的性质
b
b
f (x)dx lim f (x)dx
a
ua u
假设 x a 为函数 f (x) 的瑕点.
瑕积的柯西收敛准则:
定理11.1 f (x)dx 收敛 a
0,M 0,u1,u2 M :
| F(u2 ) F(u1) | ,
即 | u2 f (x)dx 1 f (x)dx || u2 f (x)dx | .
a
a
u1
b
定理11.5 f (x)dx 收敛 a
0, 0,
u1,u2 (a, a ) :
|
b
f (x)dx
b
f (x)dx ||
u2 f (x)dx | .
u1
u2
u1
性质1 若
a
f1 ( x)dx 和
a
f2 (x)dx
都收敛,
k1, k2
为常数,
则 a
[k1 f1(x) k2 f2 (x)]dx也收敛,且
a
a
b
c
b
且有 a f (x)dx a f (x)dx c f (x)dx.
性质3 若 f (x) 在任何有限区间[a,u] 上可积, 且有
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0, f ( x), g( x)在[a ε,b]上可积，如果f ( x), g( x)满足
下列条件：
1 M 0, 使得对0 b a，有
| b a
f
( x)dx
|
M;
2 g 在(a,b]上单调,且 lim g( x) 0, xa
则 b a
f
( x)g( x)dx 收敛.
6. 定理4.5(Abel判别法)
由洛必达法则知：
1
1
lim( x
x10
1) ln
x
lim
x10
1
1 0,
x
根据判别法极限形式,所给广义积分发散.
例6
研究
1
0
x
p1 (1
x )q1
dx
的敛散性.
解：当p 1时, x 0是瑕点; 当q 1时, x 1是瑕点.
故取a (0,1), 把积分拆成两部分:
1 x p1 (1 x)q1 dx a x p1 (1 x)q1 dx
显然 I 的收敛性和 1
I' 1
1
0
1
sin x
x
dx的收敛性相同.
因为当x 0时,
sin x x 1 x3 O(x5), 3!
所以 ,
1 sin x 1 x2 O( x4 ) 1 x2 (1 O( x2 )).
x 3!
6
因而当x 0时,
1
sin
x
~ 1
x 2 .
xp
xp
当p 1时第一项积分收敛；
又当p
0时
＋
1
e sin
x cos xp
x
dx发散，
当p
1时
＋
1
esinx cos xp
x
dx发散，
当0
p 1时，＋ esinx 1
cos xdx
0
0
1 x p1 (1 x)q1 dx a
当x 0时, x p1(1 x)q1 ~ x p1 ,
故当p 0时, 第一个积分收敛;
当x 1时, x p1(1 x)q1 ~ (1 x)q1 , 故当q 0时, 第二个积分收敛;
综上，原积分在p 0,q 0时收敛.
故积分定义了一个二元函数B( p,q). －－Beta函数
例7
研究积分(s)
0
e
x
x
s1dx
(s
0)的敛散性.
解： 当s 1时, x 0是瑕点,
(s)
但它又是无穷积分.
下面我们把它拆成两个部分来讨论 :
o
s
e x x s1dx 1 e x x s1dx e x dx x s1
0
0
1
当x 0时, ex x s1 ~ x s1 ,
所以第一个积分当s 0时收敛.
x
dx条件收敛,
1
O(
1 x2
)dx
绝对收敛,
所以 I2条件收敛.
故 I当0 1 时条件收敛.
2
例12
讨论积分0＋
arctan xp
x
dx的收敛性.
解：
原积分＝01
arctan xp
x
dx
＋
1
arctan xp
x
dx
由arctan x ~ 1 ( x 0)可知,
xp
x p1
当 p 2时第一项积分收敛；
b
f ( x)dx.
a
a
a
绝对收敛 收敛. 收敛 绝对收敛.
3. 定理4.3（比较判别法）
设f ( x)，g( x)在(a,b]上有定义，瑕点同为 x a, 且对
0, f ( x), g( x)在[a ε,b]上可积，对充分靠近a的
x ( x a),如果有0 f ( x) g( x),则
3 3 2,
3 dx
0
2
( x 1)3
3(1 3
2).
2 dx
例3
计算广义积分
1
. x ln x
解
2 dx
2 dx
1
x ln x
lim 0
1
x ln x
lim 0
2 1
d(ln x) ln x
lim ln(ln
0
x)
2 1
lim ln(ln 2) ln(ln(1 )) 0
x 6
故当 1 时, I '收敛.
2
1
由于 sin x x
1,
故I1'绝对收敛.
再讨论 I2 的收敛性 : | sin x | 1, 由二项式展开得, x
所以,
1
sin x
x
1
sin x x
O( 1 ). x2
1
sin x
x
1
sin x
x
O(
1 x2
).
因为积分
1
sin x
瑕点为积分上限或者中间值时, 有类似的结果.
例4
1 ln x ln(1 x) dx
0 x(1 x)
解
ln x ln(1 x)
lim
x0
x(1 x) 1
lim
x0
1
x4
ln
x
lim
x0
ln x
1
4 lim x0
1
1 1
0
x4
xx 4
1
x4
收敛
例5 判别广义积分 3 dx 的收敛性. 1 ln x 解 被积函数在点 x 1的左邻域内无界．
1o. 当p 2时, 积分发散.
这是因为若取A' 2kπ, A'' 2(k 1) ,则当k 时，
|
2( k1)
2 k
t
p2
sin
tdt
|
(2k
)
p2
0
sin
tdt
2(2k ) p2 2,
所以由Cauchy收敛原理, 当p 2时, 积分发散.
2o. 当0 p 1时, 积分绝对收敛.
.
故原广义积分发散.
注意 （1） 瑕积分与定积分表达方式相同，遇到有限区
间上的积分时，要仔细检查是否有瑕点。
（2） 瑕积分N-L公式，换元积分公式、分部积分
公式仍然成立，代入上、下限时对应的是极限值。
问题： 如何判断瑕积分的敛散性?
设a是f ( x) 的瑕点, 作代换x a 1 , 则 y
设f ( x), g( x)在(a,b]上有定义，且f ( x)有唯一瑕点x a, 0, f ( x), g( x)在[a ε,b]上可积，如果 f ( x), g( x)满足
下列条件：
1
b
a
f
( x)dx 收敛;
2 g( x)在(a,b]中单调有界.
则 b a
f
( x)g( x)dx 收敛.
1o
若 b a
g( x)dx 收敛
b
a
f
( x)dx 收敛;
2o
若 b a
f
( x)dx 发散
b
a
g( x)dx 发散.
常用的比较对象：
b dx
当 p 1 时收敛；
a ( x a)p (a 0) 当 p 1 时发散．
4. 定理4.4（比较判别法极限形式）
设f ( x), g( x) 0, 且 lim f ( x) l，则 xa g( x)
当x 时, x e x 2 x s1 0,
所以第二个积分不论 s为何值都收敛.
因此原积分当 s 0时收敛.
该积分定义了一个以s为变量的函数(s).
函数
－函数的几个重要性质：
１．递推公式(s 1) s(s) (s 0). ２．当 s 0 时，(s) . 3．余元公式 (s)(1 s) (0 s 1).
0+ a
(2) 若c (a,b),且f ( x)在c点无界，则f ( x)在[a,b]
上的积分为
b
c
b
a f ( x)dx a f ( x)dx c f ( x)dx
c
b
lim f ( x)dx lim f ( x)dx
0+ a
0+ c
当上述右边的两个极限都存在时，称该瑕积分收敛；
x
1,
m
2
1,
m
3
收敛
由于
sin2 x xm
1 xm
，m
1
收敛
sin2 x 1 cos 2x m 1, xm 2xm
发散
例9
设p
0,
讨论积分
1 0
sin xp
1
xdx的敛散性.
解： 易见 x 0 是瑕点, 作变换 1 t, 得
x
1
0
sin xp
1
xdx
1
sin t dt,
t 2 p
sin s
４．在 (s) ex xs1dx 中，作代换 x u2， 0
有 (s) 2 eu2 u2s1du. 0
sin2 x
例8
0 xm dx
1<m<3,收敛
解：
0
sin2 xm
xdx
1 0
sin2 xm
x
dx
sin2 x 1 xm dx
lim
x0
x
m2
sin2 xm
f1 (
x)的瑕点同为x
a
,
k1
,k
为任意常数，
2
则当瑕积分ab
f 1
(
x
)dx与ab
f ( x)dx都收敛时， 2