反常积分-审敛法.doc

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第11章 反常积分 §11. 1 反常积分的概念   一 基本内容 一、无穷限反常积分 定义1 设函数在上有定义,且在任意区间上可积,如果存在,则称此极限为在上的反常积分,亦称为在上的无穷限反常积分,简称无穷限积分,记作. , 此时并称收敛.如果极限不存在,则称发散. 同理可定义,, 几何解释如图. 收敛 是指图中阴影区域的 面积存在. 二、瑕积分 定义2 设函数在上有定义,且在点的任一右邻域内无界,而在上有界可积,如果存在,则称此极限为无界函数在上的反常积分,记作,,并称收敛,否则称其发散.其中称为瑕点.无界函数的反常积分亦称为瑕积分.同理可得b为瑕点时,. 当的瑕点,则定义 . 若都是的瑕点,则定义 . 二 习题解答 1 讨论下列无穷积分是否收敛?若收敛,则求其值 (1) ; 解:由于, . 所以该反常积分收敛,且收敛于. (2) ; 解:由于 而 所以该反常积分收敛,且收敛于. (3) ; 解:由于, . 所以该反常积分收敛,且收敛于. (4) ; 解:由于 . . 所以该反常积分收敛,且收敛于. (5) ; 解:由于 , 所以该反常积分收敛,且收敛于. (6) ; 解:由于, . 所以该反常积分收敛,且收敛于. (7) ;   解:由于, . 所以该反常积分发散. (8) . 解:由于, . 所以该反常积分发散. 2 讨论下列瑕积分是否收敛?若收敛,则求其值 (1) ; 解:由于为瑕点,而 , , 所以时,该瑕积分收敛,且值为; 所以时,该瑕积分发散. (2) ; 解:由于为瑕点,而 , . 所以该瑕积分发散. (3) ; 解:由于为瑕点,而 , . 同理, 所以该瑕积分收敛,且值为. (4) ; 解:由于为瑕点,而, 所以该瑕积分收敛,且值为. (5) ; 解:由于为瑕点,而 , . 所以该瑕积分收敛,且值为. (6) ; 解:令,则 , 所以该瑕积分收敛,且值为. (7) ; 解:令,则 . 所以该瑕积分收敛,且值为. (8) . 解:由于,为瑕点, 又, 而时,, 时, 时, 所以,瑕积分发散. 3 举例说明:瑕积分收敛时,不一定收敛. 解:例如收敛于,但发散. 4 举例说明:积分收敛,且在上连续时,不一定有. 解:例如.因令得 . 所以收敛,且在上连续, 但不存在. 5 证明:若收敛,且存在,则. 证:假设,不妨设,因,所以 ,. 于是,从而 . 此与收敛矛盾,故. 6 证明:若在上可导,且与都收敛,则. 证:因为, 所以由都收敛知存在, 故由上一题知. §11. 2 无穷限积分的性质与收敛判别 一 基本内容 一、无穷限积分的性质 由无穷限积分的定义知 收敛存在; 由极限的柯西收敛准则知 存在 . 定理1 收敛 . 性质1 若都收敛,则, 也收敛,且 . 性质2 若在上可积,则,与同收同发,且 . 性质3 若在上可积,则 收敛收敛, 且 . 定义1 如果收敛,则称绝对收敛. 二、比较判别法 比较判别法仅应用于绝对收敛的判别. 由于单调上升,所以, 收敛有上界. 定理2 若在上可积,且 , 则 收敛收敛; 而 发散发散. 推论 (比较判别法的极限形式)若在上可积,,且 , 则与同收同发; 时,收敛收敛; 时,发散发散. 当选用为比较“尺子”时,则得下面的柯西判别法. 定理3 (柯西判别法) 若在上可积,则 ,且时,收敛; ,且时,发散. 定理(柯西判别法的极限形式) 若在上可积,且,则 ,且时,收敛; ,且时,发散. 三、狄立克雷判别法与阿贝尔判别法 此法是对一般无穷限积分的敛散性判别. 定理4 (狄立克雷判别法) 若有界,在上单调,且,则 收敛. 定理5 (阿贝尔判别法) 若收敛,在上单调有界,则收敛. 二 习题解答 1 设与是定义在上的函数,,与在上可积,证明:若与都收敛,则与亦收敛. 证:(1) 因为,,从而 , 即. 故由判别式为负得 . 即  . 而  ,收敛, 所以 收敛. 又      , 所以 收敛. 证:(2) 因为与都收敛, 所以 收敛. 而  , 故绝对收敛,亦收敛. 又  . 所以由四则运算知收敛. 2 设、、是定义在上的三个连续函数,且,证明 (1) 若,都收敛,则也收敛; 证:因为,所以, . 而 ,都收敛,  所以 ,都存在, 从而 存在, 故收敛. (2) 若,则. 证:因为 所以 ,, 于是由夹逼性定理得, 故 . 3 讨论下列无穷限积分的收敛性: (1) ; 解:

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