反常積分:反常積分又叫做廣義積分,指含有無窮上限/下限,或者被積函數含有瑕點的積分,也就是分為無窮區間上的反常積分和無界函數的反常積分。
無窮區間上的反常積分:設f(x)在區間[a,∞)上連續,稱為f(x)在[a, ∞)上的反常積分.如果右邊極限存在,稱此反常積分收斂;如果右邊極限不存在,就稱此反常積分發散。
無界函數的反常積分:設f(x)在區間[a,b)上連續,且f(x)在趨向于點b上的極限為∞,成為f(x)在區間[a,b)上的反常積分(也稱瑕積分),使f(x)極限為∞的點b稱為f(x)的奇點(也稱瑕點),這個點上是無法積分的。
圖一
如圖所示,給出一個反常積分,并告訴我們該反常積分收斂,則我們可以得到哪些信息。
通過反常積分的概念,可以知道這道題指的是在無窮區間的反常積分(隻要一看積分區間有∞存在,即可知道該反常積分為在無窮區間上的反常積分),如果右邊的極限存在,就稱該反常積分收斂,這個概念說明該反常積分存在極限,這道題反常積分的瑕點為1。
那我們便可以将該反常積分分為兩個區間來計算,一個區間是位于(0,1),另一個區間則是位于(1, ∞),我們可以先對第一個區間進行判斷,因為要讓該反常積分收斂,必須讓兩個區間的積分都收斂才可以。(一個是無界函數的反常積分,另一個則是無窮區間的反常積分。)
如果說這兩個反常積分有一個不存在,就說明該反常積分不存在(發散),反之,要說明該反常積分存在(收斂),說明兩個反常積分都要存在才可以。
由第一個區間判斷可以得到,a<1;由第二區間判斷可以得到當a b>1時,收斂。
最後得到的結果便是,a<1,a b>1,該反常積分收斂。
最後給出解答過程:
圖二
雖然有這道實例的支撐,但我對反常積分還是不夠理解,直到我看到了瑕積分的判斂性定理:
定理一,f(x)在區間(a,b]上連續并且f(x)>=0,設該區間趨向于a的極限存在,那就可以得到當x的幂次方小于1,該反常積分收斂,根據這個定理我們就能夠得到a<1這個結果的存在。
定理二,假設f(x)在區間[b, ∞)上連續,并且f(x)>=0,并且可以設為極限在x趨向于正無窮的區間上得到的結果存在。
那麼就可以得到,如果該結果屬于[b, ∞),且其中x的幂次方大于1,則可以得到該反常積分收斂,則可以得到a b>1。
當然,還有其他很多定理,這裡我就不多講了,大家自己去看看書,查閱一下資料,總的來說,如果不知道定理,完全可以通過計算定積分的方式來解答出題目,但如果不是太擅長計算定積分的話,那最好可以背誦一下這些定理,有助于解題。
這道題目其實要深究的話還要追溯到一元函數積分學的基本概念,具體的我們後面再講。
圖三
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