(优选)第十一章广义积分与含参变量的积分复习.

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g(x) ≥0，它们在任意区间[a,b]上都可积，且
则有以下结论：
lim f (x) k, x g(x)
(1)当0≤k<+∞时,若
g(x)d收x 敛则 a
f (x)d收x 敛； a
(2)当0<k ≤ +∞时,若
g(x)d发x 散则 a
f (x)d发x 散。 a
当0<k<+∞时,两无穷级数同时收敛或同时发散。
第十一章广义积分与含参变量的积分
复习
精选
§1 广义积分
1.无穷积分
(1)定义a：设函数f(x)在[a,+∞)上有定义，且对任意
A>a,
f(x)在[a,A]上可积。若
lim
A
A
a
f
(x)dx
存在，则称
无穷积分
f (x)dx
a
收敛，并定义
f (x)dx lim
A f (x)dx；
a
A a
否则称无穷积分发散。
上述无穷积分收敛。
精选
(5)无穷积分收敛的判别法
定理3(阿贝尔判别法): 设f(x)与g(x)在[a,+∞)上有定义，并考虑无穷积分
a f (x)g(x)dx.
若无穷积分
A
a
f
(x)dx
收敛，且函数g(x)在
[a,+
∞)
上单调有界，则无穷积分
a
f
(x)g(x)dx
收敛。
精选
2. 瑕积分
(1)定义a：设函数f(x)在(a,b]上有定义，且f(x)在任意
A'
A'
A f (x)dx A | f (x) | dx.

参变量积分

0
由复合函数的连续性
f (a( y ) t (b( y ) a( y )), y )(b( y ) a( y ))
在[0,1][c,d]上连续,由定理1,
F ( y)
在[c,d]上连续.
b( y )
a( y )
f ( x, y)dx
数学分析选讲
多媒体教学课件
定理4设f(x,y), fy(x,y)在矩形[a,b,c,d]上连续, a(y), b (y) 存在,且当y[c,d]时,

0
sin t dt 收敛,故对任意>0,存在M>0,使对任意 t
数学分析选讲
A >M>0,有
多媒体教学课件
sin t | dt | . A t 因此当Aa>M时,对任意x[a,+),有

Ax aA M ,
从而
|
Ax sin xy sin t dt || dy | . A t y
b( y )
a( y )
f ( x, y)dx
数学分析选讲
多媒体教学课件
证明：作积分变换 x a( y ) t (b( y ) a( y )), 则
F ( y)
b( y )
a( y )
1
f ( x, y)dx
f (a( y ) t (b( y ) a( y )), y )(b( y ) a( y ))dt ,
多媒体教学课件
定理5设函数f(x,y)在矩形[a,b,c,d]上连续,,是

d
c
dy f ( x, y )dx dx f ( x, y )dy
b b d a a c

含参变量的积分精编版共29页

谢谢！
51、天下之事常成于困约，而败于奢靡。——陆游 52、生命不等于是呼吸，生命是活动。——卢梭
53、伟大的事业，需要决心，能力，组织和责任感。 ——易卜生 54、唯书籍不朽。——乔特
55、为中华之、人民应该为法律而战斗，就像为了城墙而战斗一样。 ——赫拉克利特 17、人类对于不公正的行为加以指责，并非因为他们愿意做出这种行为，而是惟恐自己会成为这种行为的牺牲者。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强者做什么事都横行霸道。— —奥维德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含义是财富。— —爱献生

第十一讲含参变量的无限积分

三、含参变量的无穷积分设二元函数(,)f x u 在区域(,)D a x u αβ≤<+∞≤≤有定义，[,]u αβ∀∈，无穷积分(,)af x u d x +∞⎰都收敛，即[,]u αβ∀∈都对应唯一一个无穷积分（值）(,)af x u dx +∞⎰，于是，(,)af x u dx +∞⎰是[,]αβ上的函数，表为()(,),[,]au f x u dx u ϕαβ+∞=∈⎰，称为含参变量的无穷积分，有时也简称为无穷积分，u 是参变量．已知无穷积分()af x dx +∞⎰与数值级数1n n u ∞=∑的敛散性概念、敛散性判别法及其性质基本上是平行的，不难想到含参变量的无穷积分(,)af x u dx +∞⎰与函数级数1()nn ux ∞=∑之间亦应如此．讨论函数级数的和函数的分析性质时，函数级数的一致收敛性起着重要作用；同样，讨论含参变量的无穷积分的函数分析性质时，一致收敛性同样也起着重要的作用．[,]u αβ∀∈，无穷积分(,)af x u dx +∞⎰都收敛，即[,]u αβ∀∈，有(,)lim(,)A aaA f x u dx f x u dx +∞→+∞=⎰⎰，即0,,u u A a A A ε∀>∃≥∀>，有(,)(,)(,)A aaAf x u d x f x u d x f x u d x ε+∞+∞-=<⎰⎰⎰．（4）一般来说，相等的ε之下，不同的,u u A 也不同。

是否存在一个通用的0A a ≥，0,[,]A A u αβ∀>∀∈，有（4）式成立呢？事实上，有些参变量的无穷积分在[,]αβ上存在0A ，于是，有下面的一致收敛概念：定义若000,,,,A a A A u I ε∀>∃≥∀>∀∈有(,)(,)(,)A aaAf x u dx f x u dx f x u dx ε+∞+∞-=<⎰⎰⎰，则称无穷积分(,)af x u d x +∞⎰在区间I 一致收敛；若无穷积分(,)af x u dx +∞⎰在区间I不存在通用的0A a ≥，就称(,)af x u dx +∞⎰在区间I 非一致收敛．现将一致收敛与非一致收敛对比如下：一致收敛： 000,,,,A a A A u I ε∀>∃≥∀>∀∈有(,)Af x u dx ε+∞<⎰；非一致收敛：0000,,,A a A A u I ε∃>∀≥∃>∃∈，有00(,)A f x u dx ε+∞≥⎰．例5 证明：积分0xu ue d x +∞-⎰在区间[,](0)a b a >一致收敛，在[0,)+∞上非一致收敛．证：设0A >，则1()xutt A uA aAA uA uued x xu tuedt e dt ee a u b u+∞+∞+∞-----===≤≤≤⎰⎰⎰．0ε∀>，要使不等式Aa e ε-<成立，只要11ln0A aε>≥。

含参变量广义积分36页PPT

人类法律，事物有规律，这是不容忽视的。— —爱献生
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德谟克利特 67、今天应做的事没有做，明天再早也是耽误了。——裴斯泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运的，只是一瞬之间。 ——歌德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
含参变量广义积分
36、如果我们国家的法律中只有某种神灵，而不是殚精竭虑将神灵揉进宪法，总体上来说，法律就会更好。—— 马克·吐温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之时。— —威·皮物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律是丝毫没有力量的。 ——菲力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们迅速累聚，进而变成法律。 ——朱尼厄斯

含参变量广义积分

若函数序列sn ( x) 在集合 X 上一致收敛,
n 1 k 1 n
则称函数项级数 un ( x) 在 X 上一致收敛。
n 1

即函数项级数在给定区间的一致收敛，是用级数前n项部分和序列在相同区间的一致收敛来定义。
若函数项级数 un ( x) 在 X 上一致收敛，
n 1

则它也在 X 收敛,但反之不成立。
设二元函数 f ( x, y ) 在 (x,y) a x , c y d 上有定义，
固定y c , d , 若无穷积分 f ( x, y)dx收敛，

则在 c , d 上定义了一个函数

a
g ( y) a来自f ( x, y)dx ,
c yd ,
如果函数项级数 un ( x )在区间 I 上满足条件:

(1) (2)
un ( x ) a n
n 1
n 1
( n 1,2,3 ) ;
正项级数 a n 收敛,
n 1
则函数项级数 un ( x )在区间 I 上一致收敛.
注 : 如上判别法得出的级数收敛还是绝对收敛。又级数 an 也称为函数级数 un ( x) 的强级数。

一切 y 都收敛, 若 0, N a, 使当 A N 时, 对一切 y Y , 都有

A
f x, y dx ,
则称含参变量的无穷积分 a f x, y dx 在 Y 上一致收敛.
命题: 设含参变量的无穷积分
f x, y dx
n 1 n 1
例1

0
e
x
sin x dx

11-3含参变量广义积分

tx
A
A
eu2 du t 0
eu2 du

.
tA
0
2
这样 J (t)在区间[0, d]上不一致收敛 .
定理2（狄利克雷判别法）
若函数 f (x, y) , g(x, y) 满足：（1） y Y, 函数 g(x, y) 关于 x 单调且
g(x, y) 0 , y Y, x ,
中都需要如下一致收敛概念。
定义：设无穷积分

g( y) f (x, y)dx ,
a
对区间Y（Y 为任意区间）中的一切 y 都收敛，如果
0, N N( ) a, A N, y Y,

A f (x, y) dx
则称含参变量的无穷积分在区间 Y 上一致收敛。
（2）
A a,
积分 A a
f (x, y)dx
存在且对 y Y 一致有界,
即存在常数 M 0, 满足
A
f (x, y)dx M ,
A a, y Y;
a
则含参变量无穷积分 f (x, y)g(x, y)dx 在 Y 一致收敛。 a
定理3（阿贝耳判别法）
( 含有两个参数的 )含参数积分
1 x p1(1 x)q1 dx 0
(p0, q0 )
当p 1且q 1时，为正常积分 . 当p 1时x 0为瑕点；
当q 1时x 1为瑕点. 将它写为两项之和：
1 x p1(1 x)q1dx 1 2 x p1(1 x)q1dx 1 x p1(1 x)q1dx,
(分部积分)
x ex x e1 x d x

数学分析第十一章课件广义积分

x 0 x 0
0, ,
p 0(此时可判断收敛 ) p 0(此时可判断发散)
p 1 对这样 p 的要求 : , 这样的 p 均能找到 1 p
即
1, 收敛 1, 发散
1
ln x ( ln x) 1时， x ln xdx = dx = 0 0 x 2
b
例2
判断积分

2
1 1
dx 1 x
2
的收敛性：

1 1
dx 1 x

定理11.8 (柯西收敛原理 ) 设瑕积分

b a
f ( x ) d x 只有唯一的瑕点 a ，则

b a
f ( x ) d x 收敛

， 0 : 0 , ,
有，

a a
K为任意正常数，且
lim x p f ( x) l ,
x
（）若0 l ，且p 1, 1
则 f ( x )dx收敛；
a
，（2）若0 l , 且p 1
则 f ( x )dx发散。
a
例6

1
arctan x dx x
arctan x 0, x [1, ) x

1
1 dx ，当 p 1 时收敛， p x
1 1 dx dx ln x 1 , (1) p 1, 1 证 1 xp x , p 1 1 p 1 x ( 2) p 1, dx p 1 , p1 1 x 1 p 1 p1 1 因此当 p 1 时广义积分收敛，其值为； p1 当 p 1 时广义积分发散.

第十讲含参变量的积分

第十讲含参变量的积分10 . 1 含参变量积分的基本概念含参量积分共分两类：一类是含参量的正常积分；一类是含参量的广义积分．一、含参量的正常积分 1 ．定义设()y x f ,定义在平面区域[][]d c b a D ,,⨯=上的二元函数，对任意取定的[]b a x ,∈．()y x f ,关于 y 在[]d c ,上都可积，则称函数()()[]b a x dy y x f x I dc,,,∈=⎰为含参量二的正常积分．一般地，若 ()()(){}b x a x d y x c y x D ≤≤≤≤=,|, ，也称()()()()[]b a x dy y x f x I x d x c ,,,∈=⎰为含参量x 的正常积分．同样可定义含参量 y 的积分为()()[]d c y dx y x f y J ba,,,∈=⎰或()()()()[]d c y dx y x f y J y b y a ,,,∈=⎰2 ．性质（以 I ( x ）为例叙述）( l ）连续性：若 ()y x f ,必在 D 上连续，()x c ，()x d 在[]b a ,连续，则 ()x I 在[]b a ,连续，即对[]b a x ,0∈∀，()()()()⎰=→000,lim 0x d x c x x dy y x f x I( 2 ）可积性：若()y x f ,在 D 上连续，()x c ，()x d 在[]b a ,连续，则 ()x I 在[]b a ,可积．且有()()()⎰⎰⎰⎰⎰==bab ad cbadcdx y x f dy dy y x f dx dx x I ,,（若 D 为矩形区域， ·( 3 ）可微性：若 ()y x f ,的偏导数()y x f x ,在 D 上连续，()x c ，()x d 在[]b a ,可导，则()x I 在 []b a ,可导，且()()()()()()()()()()x c x c x f x d x d x f dy y x f x I x d xc x''',,,-+=⎰·以上性质的证明见参考文献［ 1 ] ，这里从略，例10. l 求积分⎰>>-⎪⎭⎫ ⎝⎛10,ln 1ln sin a b dx xxx x ab 解法 1 （用对参量的微分法）：设()⎰>>-⎪⎭⎫ ⎝⎛=100,ln 1ln sin a b dx x xx x b I ab ，()()()()()()()b I b b dx x x x x b x d x b dx x x b x b x b x d x dxx x b I b b b b b b b '221010121102101010111'11111ln sin |1ln cos 111ln cos 111ln cos 11|1ln sin 111ln sin 1ln sin +-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫⎝⎛=⎰⎰⎰⎰⎰++++所以()()()()()⎰++=++=⇒++=C b db b b I b b I 1arctan11111122'，令a b =，则 ()()()1arctan 1arctan0+-=⇒++==a C C a a I 所以原积分()()()1arctan 1arctan+-+==a b b I I 解法 2 : （交换积分顺序方法）因为xx x dy x ab bayln -=⎰，所以⎰⎰⎰⎰⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=10101ln sin 1ln sin b a y b a y dx x x dy dy x x dx I同解法()⎰++=⎪⎭⎫ ⎝⎛1021111ln sin y dx x x y，所以有 ()()()⎰+-+=++=baa b dy y I 1arctan 1arctan1112注：在以上解题过程中，需要验证对参量积分求导和交换积分顺序的条件，为简洁省略了，但按要求是不能省的．例10.2 设()()()dz z f yz x y x F xyyx ⎰-=,，其中f 为可微函数，求()y x F xy,·解：()()()()()()()()()()()()()()()()()()()xy f y y x y x f y x xy f xy x xy f y y x xy f y x x y f y x xy xf F xy f y yx dz z f xy f xy x y dz z f y x f x x y xy f xy x y dz z f F xy xyyx xyyx xyy x x '2222'222222213213111-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=-+-+⎪⎭⎫⎝⎛+=-+=-+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛---+=⎰⎰⎰二、含参量的广义积分含参量的广义积分包括两类：含参量的无穷积分和含参量的瑕积分（一）含参量的无穷积分1 ．定义：设 ()y x f ,定义在[][)+∞⨯=,,c b a D 上，对每个取定的[]b a x ,∈，积分 ,()()[]⎰+∞∈=cb a x dy y x f x I ,,,都收敛（也叫逐点收敛），它是一个定义在[]b a ,上的函数，称该积分为含参量x 的无穷积分同样可以定义 ()()[]⎰+∞∈=ad c y dx y x f y J ,,,2 ．一致收敛若对c M >∃>∀,0ε，当 A > M 时，对一切[]b a x ,∈，恒有()()()εε<<-⎰⎰+∞AA cdy y x f dy y x f x I ,,或则称含参量积分在[]b a ,上一致收敛．注：非一致收敛定义：若00>∃ε，使得c M >∀，总存在M A >0，及存在[]b a x ,0∈，，使得()()()000000,,εε<<-⎰⎰+∞A A cdy y x f dy y x f x I 或3 ．一致收敛的柯西准则含参量积分（ l ）在[]b a ,上一致收敛⇔对 c M >∃>∀,0ε，当 M A A >>12时，对一切[]b a x ,∈，都有()ε<⎰21,A A dy y x f注：非一致收敛的柯西准则：含参量积分（ 1 ）在[]b a ,上非一致收敛c M >∀>∃⇔,00ε存在M A A >>12，及存在[]b a x ,0∈，使得()0021,ε<⎰A A dy y x f4.一致收敛判别法( I ) M 判别法：若()()()D y x y g y x f ∈∀≤,,,而()⎰+∞cdy y g 收敛，则()⎰+∞cdy y x f ,在[]b a ,上一致收敛（同时也绝对收敛） .( 2 ）阿贝尔判别法： ①()⎰+∞cdy y x f ,在[]b a ,上一致收敛； ② 对每一个[]b a x ,∈，()y x g ,关于y 单调，月关于x 一致有界，则积分()()⎰+∞cdy y x g y x f ,,在[]b a ,上一致收敛．( 3 ）狄利克雷判别法： ①()[]()c A b a x M dyy x f Ac>∀∈∀≤⎰,,,（即一致有一界）;② 对每一个[]()y x g b a x ,,,∈必关于 y 单调，且当 +∞→y 时()y x g ,对x 一致趋于零，则积分()()⎰+∞cdy y x g y x f ,,在[]b a ,上一致收敛 ·例 10 . 3 讨沦下列积分的一致收敛性：（1）()⎰∞++-122222dx y xx y 在()+∞∞-,；（2）[)⎰+∞-+∞∈0,0,sin y dx xxe xy 解： ( 1 ）因为()()()()+∞∞-∈∀≤+=++≤+-,112222222222222y xy x y xy x y xx y ，而积分 ⎰+∞121dx x 收敛，由M 发，()⎰∞++-122222dx yx x y 在()+∞∞-,一致收敛 ·( 2 )因为⎰+∞sin dx xx收敛，且与y 无关，故关于y 一致收敛，而xy e -对固定的y 关于x 在[)+∞,1上单调减，且1≤-xye ，对()()()+∞⨯+∞∈∀,0,0,y x ．由阿贝尔判别法知，积分⎰+∞-0sin dx xxe xy在()+∞∈,0y 上一致收敛． 5 ．分析性质( l ）连续性：若满足：① ()y x f ,在[][)+∞⨯=,,c b a D 上连续； ② ()()[]⎰+∞∈=cb a x dy y x f x I ,,,一致收敛；则()x I 在[]b a ,上连续，即()()()dy y x f x I x I cx x ⎰+∞→==,lim 000·( 2 ）可积性：参量 []b a x ,∈若满足： ①()y x f ,在[][)+∞⨯=,,c b a D 上连续； ② ()()[]⎰+∞∈=cb a x dy y x f x I ,,,一致收敛；则()x I 在[]b a ,上可积，即()()()⎰⎰⎰⎰⎰+∞+∞==babaccb adx y x f dy dy y x f dx dx x I ,,参量[)+∞∈,a x ，若满足：① ()y x f ,在 [)[)+∞⨯+∞=,,c a D 上连续； ②()[]()c d d c y dy y x f a>∀∈⎰+∞,,,和()[]()a b b a x dy y x f c>∀∈⎰+∞,,,都一致收敛；③ 积分()⎰⎰+∞+∞acdy y x f dx ,与()⎰⎰+∞+∞cadx y x f dx ,收敛；则()x I 在[]b a ,上收敛，且()()dx y x f dy dy y x f dx acca⎰⎰⎰⎰+∞+∞+∞+∞=,,( 3 ）可微性：若满足：①()y x f ,和()y x f x ,在 [][)+∞⨯=,,c b a D 上连续； ② ()()[]b a x dy y x f x I c,,,∈=⎰+∞收敛；③()[]b a x dy y x f cx ,,,∈⎰+∞一致收敛；则()x I 在[]b a ,上可微，且()()[]b a x dy y x f x I cx ,,,'∈=⎰+∞注： ( 1 ）在定理的条件下，必可导出 ② 也是一致收敛的． ( 2 ）定理的条件都是充分而非必要的． 6 ．狄尼（ Dini ）定理若()y x f ,在 [][)+∞⨯=,,c b a D 连续且非负，则()()dy y x f x I c⎰+∞=,在[]b a ,上连续()x I 在[]b a ,上一致收敛．证明：充分性是显然的，下证必要性．（反证法）假设()()[]b a x dy y x f x I c,,,∈=⎰+∞不一致收敛，由定义，00>∃ε，对cM >∀总存在[]b a x M A ,,00∈∃>，使得()()0000,ε≥-⎰A cdy y x f x I ．特别地，取 M 大于c 的自然数n ·则分别存在 []b a x n A n n ,,∈> ，使得()()0,ε≥-⎰nA cn n dy y x f x I · 注意到f 非负，可写作()()0,ε≥-⎰nA cn n dy y x f x I ．由于{}[]b a x n ,⊂有界，记为{}(),...2,1=k x n ，则[]b a x x nk k ,lim 0∈=∞→，不妨设......21<<<<nk n n A A A ，再注意到 f 非负，因此有()()()()⎰⎰≥-≥-10,,n nkA cA cnk nk nk nk dy y x f x I dy y x f x I ε （*）由已知条件，对固定的1n A ，函数()()()⎰-=1,n A cdy y x f x I x F 在[]b a ,上连续，对（*）令∞→k 取极限得()()()00001,ε≥-=⎰dy y x f x I x F n A c．此与()x I 的定义（即逐点收敛）矛盾，即()()[]⎰+∞∈=cb a x dy y x f x I ,,,一致收敛 ·（二）含参量的瑕积分 1 ．定义设()y x f ,在区域[](]d c b a D ,,⨯=上有定义，对取定的[]c y b a x =∈,,为函数 f 的瑕点, 若积分()()[]⎰∈=dcb a x dy y x f x I ,,,收敛，它是一个定义在[]b a ,上的函数，称其为含参量x 的瑕积分．2 一致收敛对c d -<<∃>∀δδε0:,0，当δη<<0时，恒有()εη<⎰+c cdy y x f ,，对一切[]b a x ,∈成立，称()()dy y x f x I dc⎰=,在[]b a ,上一致收敛．3.M 判别法设 g ( y ）为定义在（ c , d ］上以 c y =瑕点的非负函数．且()()[]()b a x y g y x f ,,∈∀≤ ，而()dy y g d c⎰收敛，则()()[]b a x dy y x f x I dc,,,∈=⎰必一致收敛其余的可仿照含参量无穷积分的相关内容平行推得，当然也可以将它转化为无穷积分进行讨论，这里不再赘述．。

高等数学含参变量的广义积分

g( x, y )在[a, b]上一致有界，则含参量反常积分

c
f ( x , y ) g( x , y )dy 在[a , b]上一致收敛.
xy sin x 例4 : 证明含参量反常积分 e dx 0 x 在 [0, d ] 上一致收敛. sin x 证 : 由于反常积分 dx 收敛 0 x (当然，对于参量y, 它在[0, d ]上一致收敛)
对参量x, g ( x, y)一致地收敛于0, 则含参量反常积分

c
f ( x, y) g ( x, y)dy
在[a, b]上一致收敛.
定理3（阿贝尔判别法:）
若 (i )

c
f ( x , y )dy 在[a , b]上一致收敛;
( ii ) x [a , b],函数g( x , y )为y的单调函数，且对参量x ,
设f ( x, y)在[a, b] [c,)上连续，含参量反常积分
I ( x)
c
f ( x, y)dy 在[a, b]上一致收敛, 则I ( x)在[a, b]上连续.
注:
连续性定理说明，在一致收敛的条件下，极限运算
与积分运算可以可以交换顺序.
即:
x x0 c
lim

含参量反常积分

0
cos xy dx 在 (,) 上一致收敛. 2 1 x
例3 : 证明含参量反常积分
在 [a,) 上一致收敛 (a 0).

0
e
ux 2
dx
证:
u [a,), 有 e
而无穷积分 e
0
ux2
e

含参量广义积分

类似于无穷积分的比较判别法，我们有如下的 Weierstrass 判别法：若 ∀x ∈ X ，y ≥ a 时，有 f ( x, y ) ≤ M ( y ) ，并且对于 x ∈ X 一致收敛。
∫
+∞
a
M ( y ) dy 收敛，则∫
+∞
a
f ( x, y ) dy
3
命题 1：
Abel 判别法
A′
ξ
A′′
ξ
≤M
∫
ξ
A′
f ( x, y ) dy + M +M ⋅
∫ξ f ( x, y ) dy
A′′
<M⋅
所以，
ε
2M
ε
2M
=ε
∫
+∞
a
f ( x, y ) g ( x, y ) dy 对于 x ∈ X 一致收敛。
证毕
4
Dirichlet 判别法
命题 2：若 1) ∃M > 0 ， ∀x ∈ X ， A ≥ a 时，有 2) 则： ∫
∫
+∞
a
f ( x, y ) dy 对 x ∈ X 一致收敛的充分必要条件为：∀ε > 0 ，∃A > a ，当 A′, A′′ > A
时， ∀x ∈ X ，
∫
A′′
A′
f ( x, y ) dy < ε 。
一致收敛原理的证明可由上一节得定理 1 直接得到。
18.1
含参量的广义积分
2
Weierstrass 判别法（M 判别法）
证明仿照定理 4 的证明即可。
定理 5：（积分号下求导定理）假设： 1) f ( x, y ) , f x ( x, y ) 在 x ∈ [ a, b ] ， y ≥ α 上连续；

广义积分和含参数的积分习题选解

广义积分和含参数的积分习题选解广义积分（GeneralizedIntegral）是一种常见的数学方法，在各类领域中都有着广泛的应用，特别是在解决含参数的积分问题上。

在学习这种方法之前，我们首先需要了解什么是含参数的积分问题，以及它们之间的联系。

其实，含参数的积分问题是指在求解积分过程中，在自变量中引入参数的积分问题。

这种积分问题一般比普通积分问题更难处理，因为在求解过程中，会出现许多不同的参数，需要找出适当的方法来解决。

而广义积分就可以有效地解决这种含参数的积分问题。

它的本质是将参数的问题转化为单变量的积分问题，从而可以较容易地求解出解析解。

下面，我们就以一些实例来深入剖析广义积分是如何解决参数问题的。

例1：求解 $∮_c(x^2+1)dx$解：首先，我们先将参数转化为单变量$t=x^2+1$，从而可以将上式转化为$∮_c(t)dt$，接着，将$dt$积分后，得$∮_c tdt=t|_a^b$，将起止点代入即可得出结果：$t|_a^b=x_b^2 + 1 - x_a^2 -1=∮_c(x^2 + 1)dx$例2：求解 $int_a^b e^{-x^2}dx$解：和上题一样，先将参数转化为单变量：$t=e^{-x^2}$，将上式转化为$∮_c(t)dt$，积分后，得$∮_c tdt=t|_a^b$，将起止点代入即可得出结果：$t|_a^b=e^{-x_b^2} - e^{-x_a^2}=∮_ce^{-x^2}dx$以上就是广义积分解决参数积分问题的两个实例，希望能帮助大家更好地理解这种方法。

即使是复杂的含参数的积分问题，也可以应用广义积分来完成。

下面，我们以一道含参数的积分习题来进一步剖析这种方法。

例：求解 $int_1^{sqrt{e}}e^{x^2}dx$解：首先，将参数转化为单变量$t=e^{x^2}$，从而可以将上式转化为$∮_c(t)dt$，接着，将$dt$积分后，得$∮_c tdt=t|_a^b$，将起止点代入即可得出结果：$t|_1^{sqrt{e}}=e^{sqrt{e}^2} -e^1=∮_1^{sqrt{e}} e^{x^2}dx$以上就是使用广义积分求解含参数积分问题的举例，可以看出，运用广义积分特别实用，可以将含参数的积分问题转化成更为容易解决的单变量的积分问题。

第十讲含参变量的积分

第十讲含参变量的积分10 . 1 含参变量积分的基本概念含参量积分共分两类：一类是含参量的正常积分；一类是含参量的广义积分．一、含参量的正常积分 1 ．定义设()y x f ,定义在平面区域[][]d c b a D ,,⨯=上的二元函数，对任意取定的[]b a x ,∈．()y x f ,关于 y 在[]d c ,上都可积，则称函数()()[]b a x dy y x f x I dc,,,∈=⎰为含参量二的正常积分．一般地，若 ()()(){}b x a x d y x c y x D ≤≤≤≤=,|, ，也称()()()()[]b a x dy y x f x I x d x c ,,,∈=⎰为含参量x 的正常积分．同样可定义含参量 y 的积分为()()[]d c y dx y x f y J ba,,,∈=⎰或()()()()[]d c y dx y x f y J y b y a ,,,∈=⎰2 ．性质（以 I ( x ）为例叙述）( l ）连续性：若 ()y x f ,必在 D 上连续，()x c ，()x d 在[]b a ,连续，则 ()x I 在[]b a ,连续，即对[]b a x ,0∈∀，()()()()⎰=→000,lim 0x d x c x x dy y x f x I( 2 ）可积性：若()y x f ,在 D 上连续，()x c ，()x d 在[]b a ,连续，则 ()x I 在[]b a ,可积．且有()()()⎰⎰⎰⎰⎰==bab ad cbadcdx y x f dy dy y x f dx dx x I ,,（若 D 为矩形区域， ·( 3 ）可微性：若 ()y x f ,的偏导数()y x f x ,在 D 上连续，()x c ，()x d 在[]b a ,可导，则()x I 在 []b a ,可导，且()()()()()()()()()()x c x c x f x d x d x f dy y x f x I x d xc x''',,,-+=⎰·以上性质的证明见参考文献［ 1 ] ，这里从略，例10. l 求积分⎰>>-⎪⎭⎫ ⎝⎛10,ln 1ln sin a b dx xxx x ab 解法 1 （用对参量的微分法）：设()⎰>>-⎪⎭⎫ ⎝⎛=100,ln 1ln sin a b dx x xx x b I ab ，()()()()()()()b I b b dx x x x x b x d x b dx x x b x b x b x d x dxx x b I b b b b b b b '221010121102101010111'11111ln sin |1ln cos 111ln cos 111ln cos 11|1ln sin 111ln sin 1ln sin +-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫⎝⎛=⎰⎰⎰⎰⎰++++所以()()()()()⎰++=++=⇒++=C b db b b I b b I 1arctan11111122'，令a b =，则 ()()()1arctan 1arctan0+-=⇒++==a C C a a I 所以原积分()()()1arctan 1arctan+-+==a b b I I 解法 2 : （交换积分顺序方法）因为xx x dy x ab bayln -=⎰，所以⎰⎰⎰⎰⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=10101ln sin 1ln sin b a y b a y dx x x dy dy x x dx I同解法()⎰++=⎪⎭⎫ ⎝⎛1021111ln sin y dx x x y，所以有 ()()()⎰+-+=++=baa b dy y I 1arctan 1arctan1112注：在以上解题过程中，需要验证对参量积分求导和交换积分顺序的条件，为简洁省略了，但按要求是不能省的．例10.2 设()()()dz z f yz x y x F xyyx ⎰-=,，其中f 为可微函数，求()y x F xy,·解：()()()()()()()()()()()()()()()()()()()xy f y y x y x f y x xy f xy x xy f y y x xy f y x x y f y x xy xf F xy f y yx dz z f xy f xy x y dz z f y x f x x y xy f xy x y dz z f F xy xyyx xyyx xyy x x '2222'222222213213111-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=-+-+⎪⎭⎫⎝⎛+=-+=-+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛---+=⎰⎰⎰二、含参量的广义积分含参量的广义积分包括两类：含参量的无穷积分和含参量的瑕积分（一）含参量的无穷积分1 ．定义：设 ()y x f ,定义在[][)+∞⨯=,,c b a D 上，对每个取定的[]b a x ,∈，积分 ,()()[]⎰+∞∈=cb a x dy y x f x I ,,,都收敛（也叫逐点收敛），它是一个定义在[]b a ,上的函数，称该积分为含参量x 的无穷积分同样可以定义 ()()[]⎰+∞∈=ad c y dx y x f y J ,,,2 ．一致收敛若对c M >∃>∀,0ε，当 A > M 时，对一切[]b a x ,∈，恒有()()()εε<<-⎰⎰+∞AA cdy y x f dy y x f x I ,,或则称含参量积分在[]b a ,上一致收敛．注：非一致收敛定义：若00>∃ε，使得c M >∀，总存在M A >0，及存在[]b a x ,0∈，，使得()()()000000,,εε<<-⎰⎰+∞A A cdy y x f dy y x f x I 或3 ．一致收敛的柯西准则含参量积分（ l ）在[]b a ,上一致收敛⇔对 c M >∃>∀,0ε，当 M A A >>12时，对一切[]b a x ,∈，都有()ε<⎰21,A A dy y x f注：非一致收敛的柯西准则：含参量积分（ 1 ）在[]b a ,上非一致收敛c M >∀>∃⇔,00ε存在M A A >>12，及存在[]b a x ,0∈，使得()0021,ε<⎰A A dy y x f4.一致收敛判别法( I ) M 判别法：若()()()D y x y g y x f ∈∀≤,,,而()⎰+∞cdy y g 收敛，则()⎰+∞cdy y x f ,在[]b a ,上一致收敛（同时也绝对收敛） .( 2 ）阿贝尔判别法： ①()⎰+∞cdy y x f ,在[]b a ,上一致收敛； ② 对每一个[]b a x ,∈，()y x g ,关于y 单调，月关于x 一致有界，则积分()()⎰+∞cdy y x g y x f ,,在[]b a ,上一致收敛．( 3 ）狄利克雷判别法： ①()[]()c A b a x M dyy x f Ac>∀∈∀≤⎰,,,（即一致有一界）;② 对每一个[]()y x g b a x ,,,∈必关于 y 单调，且当 +∞→y 时()y x g ,对x 一致趋于零，则积分()()⎰+∞cdy y x g y x f ,,在[]b a ,上一致收敛 ·例 10 . 3 讨沦下列积分的一致收敛性：（1）()⎰∞++-122222dx y xx y 在()+∞∞-,；（2）[)⎰+∞-+∞∈0,0,sin y dx xxe xy 解： ( 1 ）因为()()()()+∞∞-∈∀≤+=++≤+-,112222222222222y xy x y xy x y xx y ，而积分 ⎰+∞121dx x 收敛，由M 发，()⎰∞++-122222dx yx x y 在()+∞∞-,一致收敛 ·( 2 )因为⎰+∞sin dx xx收敛，且与y 无关，故关于y 一致收敛，而xy e -对固定的y 关于x 在[)+∞,1上单调减，且1≤-xye ，对()()()+∞⨯+∞∈∀,0,0,y x ．由阿贝尔判别法知，积分⎰+∞-0sin dx xxe xy在()+∞∈,0y 上一致收敛． 5 ．分析性质( l ）连续性：若满足：① ()y x f ,在[][)+∞⨯=,,c b a D 上连续； ② ()()[]⎰+∞∈=cb a x dy y x f x I ,,,一致收敛；则()x I 在[]b a ,上连续，即()()()dy y x f x I x I cx x ⎰+∞→==,lim 000·( 2 ）可积性：参量 []b a x ,∈若满足： ①()y x f ,在[][)+∞⨯=,,c b a D 上连续； ② ()()[]⎰+∞∈=cb a x dy y x f x I ,,,一致收敛；则()x I 在[]b a ,上可积，即()()()⎰⎰⎰⎰⎰+∞+∞==babaccb adx y x f dy dy y x f dx dx x I ,,参量[)+∞∈,a x ，若满足：① ()y x f ,在 [)[)+∞⨯+∞=,,c a D 上连续； ②()[]()c d d c y dy y x f a>∀∈⎰+∞,,,和()[]()a b b a x dy y x f c>∀∈⎰+∞,,,都一致收敛；③ 积分()⎰⎰+∞+∞acdy y x f dx ,与()⎰⎰+∞+∞cadx y x f dx ,收敛；则()x I 在[]b a ,上收敛，且()()dx y x f dy dy y x f dx acca⎰⎰⎰⎰+∞+∞+∞+∞=,,( 3 ）可微性：若满足：①()y x f ,和()y x f x ,在 [][)+∞⨯=,,c b a D 上连续； ② ()()[]b a x dy y x f x I c,,,∈=⎰+∞收敛；③()[]b a x dy y x f cx ,,,∈⎰+∞一致收敛；则()x I 在[]b a ,上可微，且()()[]b a x dy y x f x I cx ,,,'∈=⎰+∞注： ( 1 ）在定理的条件下，必可导出 ② 也是一致收敛的． ( 2 ）定理的条件都是充分而非必要的． 6 ．狄尼（ Dini ）定理若()y x f ,在 [][)+∞⨯=,,c b a D 连续且非负，则()()dy y x f x I c⎰+∞=,在[]b a ,上连续()x I 在[]b a ,上一致收敛．证明：充分性是显然的，下证必要性．（反证法）假设()()[]b a x dy y x f x I c,,,∈=⎰+∞不一致收敛，由定义，00>∃ε，对cM >∀总存在[]b a x M A ,,00∈∃>，使得()()0000,ε≥-⎰A cdy y x f x I ．特别地，取 M 大于c 的自然数n ·则分别存在 []b a x n A n n ,,∈> ，使得()()0,ε≥-⎰nA cn n dy y x f x I · 注意到f 非负，可写作()()0,ε≥-⎰nA cn n dy y x f x I ．由于{}[]b a x n ,⊂有界，记为{}(),...2,1=k x n ，则[]b a x x nk k ,lim 0∈=∞→，不妨设......21<<<<nk n n A A A ，再注意到 f 非负，因此有()()()()⎰⎰≥-≥-10,,n nkA cA cnk nk nk nk dy y x f x I dy y x f x I ε （*）由已知条件，对固定的1n A ，函数()()()⎰-=1,n A cdy y x f x I x F 在[]b a ,上连续，对（*）令∞→k 取极限得()()()00001,ε≥-=⎰dy y x f x I x F n A c．此与()x I 的定义（即逐点收敛）矛盾，即()()[]⎰+∞∈=cb a x dy y x f x I ,,,一致收敛 ·（二）含参量的瑕积分 1 ．定义设()y x f ,在区域[](]d c b a D ,,⨯=上有定义，对取定的[]c y b a x =∈,,为函数 f 的瑕点, 若积分()()[]⎰∈=dcb a x dy y x f x I ,,,收敛，它是一个定义在[]b a ,上的函数，称其为含参量x 的瑕积分．2 一致收敛对c d -<<∃>∀δδε0:,0，当δη<<0时，恒有()εη<⎰+c cdy y x f ,，对一切[]b a x ,∈成立，称()()dy y x f x I dc⎰=,在[]b a ,上一致收敛．3.M 判别法设 g ( y ）为定义在（ c , d ］上以 c y =瑕点的非负函数．且()()[]()b a x y g y x f ,,∈∀≤ ，而()dy y g d c⎰收敛，则()()[]b a x dy y x f x I dc,,,∈=⎰必一致收敛其余的可仿照含参量无穷积分的相关内容平行推得，当然也可以将它转化为无穷积分进行讨论，这里不再赘述．。

《含参变量广义积分》课件

对含参变量广义积分进行了系统的定义和性质研究，包括积分区间、积分变量、参变量等要素，以及积分的基本性质和运算规则。
含参变量广义积分的计算方法
针对不同类型的含参变量广义积分，提出了多种计算方法，如换元法、部分分式法、留数法等，并给出了相应的计算步骤和实例。
含参变量广义积分的应用
探讨了含参变量广义积分在数学、物理、工程等领域的应用，包括求解定积分、求解微分方程、求解积分方程等，并给出了具体的应用实例。
信号处理
在信号处理中，含参变量广义积分被广泛应用于信号的滤波、调制和解调等处理过程。通过广义积分，可以有效地提取信号中的有用信息，并抑制噪声干扰。
优化设计
在工程优化设计中，含参变量广义积分可以用来描述系统的性能指标和约束条件，从而进行更有效的优化设计。
在金融领域的应用
风险评估与管理
在金融领域中，含参变量广义积分被广泛应用于风险评估与管理。通过引入广义积分，可以对金融市场的风险进行更准确的度量和控制。
03
求解物理问题
含参变量广义积分在解决某些物理问题中具有重要应用，如求解电磁场
问题、流体动力学问题等。通过引入适当的广义积分，可以简化问题的
求解过程。
在工程领域的应用
控制系统设计
在工程领域中，控制系统设计是含参变量广义积分的一个重要应用方向。通过引入广义积分，可以对系统的动态性能进行更准确的描述和控制。
应用领域
物理学、工程学、经济学等众多领域中都有广泛的应用。
含参变量广义积分的背景和重要性
背景
随着科学技术的发展，越来越多的实际问题需要用到含参变量的广义积分。例如，在控制工程中，需要用到含参变量的广义积分来描述系统的动态行为。
VS

广义积分和含参数的积分习题选解

广义积分和含参数的积分习题选解广义积分是微积分中的一个重要概念，它可以看作是原函数不可求导造成的补救措施。

含参数的积分即在积分过程中引入参数，通过改变参数的取值来研究积分的特性。

下面是一些关于广义积分和含参数的积分的习题。

1. 计算广义积分∫(0,∞) dx/x^n ，其中n>1解析：对于这种形式的广义积分，我们可以采用定积分的思路。

将积分限分别取为a和t，代入积分式中得到∫(a,t) dx/x^n = [(1-n)x^(1-n)]/(1-n) ， (a,t) = (t^(1-n)-a^(1-n))/(1-n)。

由于n>1，所以t^(1-n)→0 当t→∞，所以可以将积分限从(0，∞)化简为(0，a)，计算上式并令a→0，得到∫(0,∞) dx/x^n = 1/(n-1)。

2. 若函数f(x)在[a,b]上连续，证明方程∫(a,x) f(t) dt = x^2/2 - ax + a^2/2 在[a,b]上恒成立。

解析：根据题目要求，我们需要证明对于任意x∈[a,b]，都有∫(a,x) f(t) dt = x^2/2 - ax + a^2/2、我们可以直接对右侧进行微分，得到(x^2/2 - ax + a^2/2)’ = x - a = ∫(a,x) f(t) dt’。

由于f(x)在[a,b]上连续，积分的上限函数是连续函数，所以右侧的导数存在并且等于积分式的极限。

所以原方程右侧的导数等于左侧的导数，从而证明了该方程在[a,b]上恒成立。

3. 求解含参数的积分∫(0,π/2) sin(x+a) dx ，其中a为参数。

解析：对于这种含参数的积分，我们可以通过先求解不含参数的积分，然后通过讨论参数取值的方式进行分析。

在这个问题中，我们可以将sin(x+a)展开为sinx*cosa+cosx*sina。

然后分别计算这两个项的积分，得到∫(0,π/2) sinx*cosa dx 和∫(0,π/2) cosx*sina dx。

含参变量的积分PPT课件

证设 x 和 x x是[a,b]上的两点，则
( x x) ( x)
( xx )
( x)
f ( x x, y)dy f ( x, y)dy.
( xx )
(x)
12
xx
f ( x x, y)dy
( xx )
(x)
( x)
f ( x x, y)dy f ( x x, y)dy
x
x
f ( x, y) ( x, y, x), (6)
x
9
其中 0 1，可小于任意给定的正数，只要
x 小于某个正数 . 因此
(
x
,
y, x )dy
dy
(
)
这就是说
lim
x0
(
x,
y,
x)dy
0.
综上所述有
( x ),
(
x
x) x
(
x
)
f
( x, x
y)
dy
(
x,
y,
x)dy,
1
( xx )
f ( x x, y)dy
x ( x)
1 [ ( x x) ( x)] f ( x x,),
x
其中在 ( x)与 ( x x) 之间. 当 x 0时,
1 [ ( x x) ( x)] ( x),
x
f ( x x,) f [ x, ( x)],
17
于是 1 ( xx) f ( x x, y)dy f [ x, ( x)] ( x).
x ( x) 类似地可证,当 x 0 时,
1 ( xx) f ( x x, y)dy f [ x, ( x)] ( x).
x ( x) 因此，令 x 0 ，取(8)式的极限便得公式(7).

含参变量的积分

设二元函数f(x,u)在区域 D(a x , u )
有定义。u [, ],
无穷积分 a
f (x,u)dx 都收敛，即
u [ , ] 都对应唯一一个无穷积分（值）a f (x,u)dx
于是，
f (x,u)dx是区间 a
[, ]
证: 令 F (x,t) (x t)n1 f (t), 显然, F (x,t) 及 Fx (x,t)
在原点的某个闭矩形邻域内连续, 由定理5 可得
(x) 1
x
(n
1)( x
t)n2
f
(t) d t
(n 1)! 0
1 (x x)n1 f (x)
(n 1)!
一致收敛(a>0).
0
证明： u [a, ), e 有 ux2 eax2
又x 1，有
eax2

ax
e.
因为无穷积分

1
e
ax
dx

1 a

1
eaxd
(ax)
e

1 a
eax
1
1 a 收敛,
a
所以无穷积分

1
eax2
dx
收敛，从而无穷积分
u [, ]
.
下面给出函数 (u) 在区间 [, ] 的可微性.
定理4. 若 f (x,u)及其偏导数 fu(x,u) 都在矩形域
R(a x b, u )连续,而函数 a(u)与b(u) 在区间
[, ]可导，u [ , ]，有 a a(u) b, a b(u) b
则函数 (u) b(u) f (x,u)dx,u [, ] 在区间 a(u)

(优选)第十一章广义积分与含参变量的积分复习.

【通用】第十一章 广义积分与含参变量的积分 复习.ppt

参变量积分

含参变量的积分精编版共29页

第十一讲 含参变量的无限积分

含参变量广义积分36页PPT

含参变量广义积分

11-3含参变量广义积分

数学分析 第十一章 课件 广义积分

第十讲含参变量的积分

高等数学含参变量的广义积分

含参量广义积分

广义积分和含参数的积分 习题选解

第十讲含参变量的积分

《含参变量广义积分》课件

广义积分和含参数的积分习题选解

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含参变量的积分

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第十一讲含参变量的无限积分

数学分析第十一章课件广义积分

广义积分和含参数的积分习题选解