积分机

反常积分敛散性之极限方法

发布时间:2022/10/26 14:52:01   

在判断一个反常积分是否收敛的时候往往有很多方法,但是有一种以不变应万变的方法,那就是极限的方法,使用这种极限的等价形式可以快速判断敛散性

01一般情况反常积分

什么是一般情况的反常积分?在求极限的过程中,都能等价为x的变量的形式,,那么怎么化为极限的形式呢?我们知道反常积分也是定积分的一种,只要是定积分就有上限和下限确定的区间,在这个区间中,看被积函数中是否有间断点,当然无论如何都包括∞的情况,我们同各国一道例

首先第一步找被积函数中的间断点,发现在积分区间中没有被积函数的间断点,而被积函数中有无穷,所以无穷是一个反常点

第二步分别将被积函数求极限,x趋于刚刚找到的间断点,再按照下面的条件进行比对,x趋于常数时候,P小于1收敛,当x趋于无穷的时候P大于1收敛

例如上面的那个题,在积分区间并没有间断点,只有一个无穷,那么如下计算

根据上面的步骤可以发现间断点为x=1和∞,分别进行取极限

当x趋于无穷时是收敛,当x趋于1时是发散,只有全部收敛才收敛,一个发散就是发散,在计算的时候常数项是无法影响收敛性的,比如整体乘以常数2或者是-1,最后练习一般形式的反常积分

可以看出0和二分之pi常数是被积函数的间断点,所以分别求极限

02lnx函数情况

带有lnx函数的时候又与一般情况不同,因为不仔细研究就感觉就像玄学一样,其实通过总结我们发现就三种情况,而且可以快速判断

值得注意的是上面图片的第一个是2到正无穷,不包括1,当包含1时使用等价无穷小

最后一种情况请接着往下看

根据上面的三种情况举个例子,如下图所示

判断上述的敛散性,可以看出是第三种情况P=1,a2收敛

你会发现这三种情况中当有正无穷的时都不包含1这个点,那么如果区间有1应该怎么判断呢?有两种可能,一种是1在积分区间中本身就不是间断点,可以忽略;当1是间断点的时候,使用等价无穷小进行处理,例如下面的题目

首先仅仅1是间断点,而且是lnx,我们知道ln(1+x)等价于x,那么下面就用这个等价进行判别

发散

03伽马函数

其实伽马函数也是反常积分的一种,然而我们知道,伽马函数是有公式计算的,并且直接可以算出结果,所以是收敛的

例如下面的伽马函数,可以根据公式直接得出结果

值得注意的是,伽马函数的区间是0到正无穷,并且e的指数上是积分变量的相反数,对于伽马函数也有快速理解计算法,如下所示

具体按照下面的规律你就会瞬间明白,请看下面的图

04绝对收敛

什么是绝对收敛,就是加绝对值后收敛,那么原函数必收敛就叫绝对收敛,如果加绝对值不收敛,而原函数收敛,就叫条件收敛。绝对值收敛一般是被积函数中带有三角函数的积分形式,如下面的函数

本篇文章总结了反常积分判别的方法,使用极限进行计算判断敛散性,不要忘记lnx的几种特殊的情况以及绝对收敛的情况,感谢大家的阅读



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