反常积分敛散性判断
反常积分判断敛散性,本质上就是在比大小,总原则就是越小越可能收敛,越大越可能发散,𝑙𝑛𝑥𝑎中无论x是趋向于+∞还是趋向于0+, 𝑙𝑛𝑥𝑎都→∞,fx𝑙𝑛𝑥𝑎就会变得更加可能发散,fx𝑙𝑛𝑥𝑎就更加可能收敛,另外一种情况,即𝑙𝑛𝑥𝑎, x→1时,𝑙𝑛𝑥𝑎~𝑥−1。2+∞1𝑙𝑛𝑥𝑎𝑑𝑥和012𝑙𝑛𝑥𝑎𝑑𝑥,对于任意的a,2+∞1
参考视频如下:
判敛方法总结(不会方法的先看这个)_哔哩哔哩_bilibili
根据此视频简单总结了一下,一些拙见,若有错误请私信我指出
基本思想(以下均默认f(x)≥0)
| 做题方法 判断有几处瑕点,每次只能处理一个瑕点(瑕点:x→∞或无穷间断点),将f(x)的等价无穷小(大)乘以非零常数,敛散性不变。 PS:上述审敛法须保证f(x)≥0 若反常积分较容易计算,也可以直接计算,从而判断敛散性,即定义法; 题目让判断敛散性,则有限考虑审敛法,不去经计算; 题目让算出积分值,则直接计算,不必先用审敛法判断。 | ||||||||||
只含幂函数:
0+∞1𝑥+𝑥3𝑑𝑥
判断瑕点,x→∞和x→0+,然后将原式拆分为01+1+∞,
X→∞时, 1𝑥+𝑥3 ~ 1𝑥32 (此处为等价无穷大,对于无穷大来说,低阶加高阶等价于高阶),说明这两个函数同敛散,而0+∞1𝑥32𝑑𝑥根据P积分收敛,故1+∞1𝑥+𝑥3𝑑𝑥收敛。
X→0+时, 1𝑥+𝑥3 ~ 1𝑥12 (此处为等价无穷小,对于无穷小来说,低阶加高阶等价于低阶),说明这两个函数同敛散,而1+∞1𝑥12𝑑𝑥根据Q积分收敛收敛,故1+∞1𝑥+𝑥3𝑑𝑥收敛。
收敛+收敛=收敛
1+∞1𝑥𝑥2−1𝑑𝑥
判断瑕点,x→+∞和x→1+,0不在区间范围内不用取,然后将原式拆分为12+2+∞,
X→+∞时, 1𝑥𝑥2−1 ~ 1𝑥2,说明这两个函数同敛散,而2+∞1𝑥2𝑑𝑥根据P积分收敛,故2+∞1𝑥𝑥2−1𝑑𝑥收敛。
X→1+时, 1𝑥𝑥2−1~ 12x−1,说明这两个函数同敛散,而121x−1𝑑𝑥根据Q积分收敛收敛,故121𝑥𝑥2−1𝑑𝑥收敛。
收敛+收敛=收敛
021𝑥1−𝑥𝑑𝑥
判断瑕点,x→1和x→0+, 将原式拆分为012+122
X→1时, 1𝑥1−𝑥~ 11−1+𝑥−1~ 1−12𝑥−1~ 1𝑥−1,说明这两个函数同敛散,而1221𝑥−1𝑑𝑥根据Q积分发散
X→0+时, 1𝑥1−𝑥~ 1x,说明这两个函数同敛散,而0121x𝑑𝑥根据Q积分收敛
发散+收敛=发散
−∞+∞𝑥1+𝑥2𝑑𝑥
判断瑕点,x→+∞和x→−∞,将原式拆分为−∞0+0+∞
X→+∞时, 𝑥1+𝑥2~ 1𝑥,说明这两个函数同敛散,而0+∞1𝑥𝑑𝑥根据Q积分发散
X→−∞时, 𝑥1+𝑥2~ 1𝑥,说明这两个函数同敛散,而−∞01𝑥𝑑𝑥根据Q积分发散
发散+发散=发散(同一个积分区间两个不同被积函数相加时,发散+发散=不确定;同一被积函数两个不同积分区间相加时,发散+发散=发散)
0+∞𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛𝑥𝑥2𝑑𝑥
判断瑕点,x→+∞和x→0+, 将原式拆分为01+1+∞
X→+∞时, 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛𝑥𝑥2~ 𝛱2𝑥2,说明这两个函数同敛散,而011𝑥2𝑑𝑥根据Q积分收敛
X→0+时, 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛𝑥𝑥2~ 1x,说明这两个函数同敛散,而1+∞1𝑥𝑑𝑥根据P积分发散
收敛+发散=发散
含指数函数𝒆𝒙:
0+∞1𝑒x−1𝑑𝑥
判断瑕点,x→+∞和x→0+, 将原式拆分为01+1+∞
X→+∞时, 1𝑒x−1~ 1𝑒x, 趋于无穷的速度是指数函数大于幂函数大于对数函数
, f(x)越小越收敛,所以1+∞1𝑒x−1𝑑𝑥收敛
X→0+时, 1𝑒x−1~ 1x,这两个函数同敛散,而011𝑥𝑑𝑥根据Q积分发散
收敛+发散=发散
−∞+∞𝑥2𝑒−𝑥2𝑑𝑥
判断瑕点,x→−∞和x→−∞,由于在此函数为偶函数,所以可以不区分正负,𝑥2𝑒−𝑥2判断方法同上题,f(x)越小越收敛,指数函数在分母趋于无穷的速度比分子的𝑥2快,所以−∞+∞𝑥2𝑒−𝑥2𝑑𝑥收敛
−∞+∞1𝑥2𝑒1x𝑑𝑥
判断瑕点,x→+∞和x→−∞和x→0,
X→+∞时,1𝑥2𝑒1x~1𝑥2,收敛
X→−∞时,1𝑥2𝑒1x~1𝑥2,收敛
X→0+时,1𝑥2𝑒1x~+∞,发散
X→0−时,1𝑥2𝑒1x~0,此时是零比零型,指数趋于0的速度比幂函数快,所以收敛,记住指数干什么都快
含对数函数lnx:
反常积分判断敛散性,本质上就是在比大小,总原则就是越小越可能收敛,越大越可能发散,𝑙𝑛𝑥𝑎中无论x是趋向于+∞还是趋向于0+, 𝑙𝑛𝑥𝑎都→∞,fx𝑙𝑛𝑥𝑎就会变得更加可能发散,fx𝑙𝑛𝑥𝑎就更加可能收敛,另外一种情况,即𝑙𝑛𝑥𝑎, x→1时,𝑙𝑛𝑥𝑎~𝑥−1
2+∞1𝑙𝑛𝑥𝑎𝑑𝑥和012𝑙𝑛𝑥𝑎𝑑𝑥,对于任意的a,2+∞1𝑙𝑛𝑥𝑎𝑑𝑥都发散,因为fx越小越收敛, 1𝑙𝑛𝑥𝑎>1𝑥12,小发必大发,012𝑙𝑛𝑥𝑎𝑑𝑥都收敛,对于任意的a,𝑙𝑛𝑥𝑎<𝑥12,大收必小收
2+∞𝑙𝑛𝑥𝑎𝑥𝑝𝑑𝑥和012𝑙𝑛𝑥𝑎𝑥𝑝𝑑𝑥敛散性仅仅取决于1𝑥𝑝,𝑙𝑛𝑥𝑎的作用可以忽略
2+∞1𝑥𝑝𝑙𝑛𝑥𝑎𝑑𝑥和0121𝑥𝑝𝑙𝑛𝑥𝑎𝑑𝑥,p≠1时,敛散性仅仅取决于1𝑥𝑝,𝑙𝑛𝑥𝑎的作用可以忽略;p≠1时,敛散性取决于a,𝑎>1时收敛,𝑎≤1时发散
0+∞𝑙𝑛𝑥21+𝑥2𝑑𝑥
瑕点x→+∞, x→0+,
X→+∞时,𝑙𝑛𝑥21+𝑥2~𝑙𝑛𝑥2𝑥2,收敛
X→0+时,𝑙𝑛𝑥21+𝑥2~𝑙𝑛𝑥2,收敛
0+∞ln1+𝑥𝑥32𝑑𝑥
瑕点x→+∞, x→0+,
X→+∞时,ln1+𝑥𝑥32~ln𝑥𝑥32,收敛
X→0+时,ln1+𝑥𝑥32~𝑥𝑥32~1𝑥12,收敛
0+∞𝑙𝑛𝑥𝑥+𝑥3𝑑𝑥
瑕点x→+∞, x→0+,
X→+∞时,𝑙𝑛𝑥𝑥+𝑥3~𝑙𝑛𝑥𝑥32,收敛
X→0+时,𝑙𝑛𝑥𝑥+𝑥3~𝑙𝑛𝑥𝑥12,收敛
0+∞1x+𝑥2𝑙𝑛𝑥13𝑑𝑥
瑕点x→+∞, x→0+,
X→+∞时,1x+𝑥2𝑙𝑛𝑥13~1𝑥2𝑙𝑛𝑥13,收敛
X→0+时,1x+𝑥2𝑙𝑛𝑥13~1𝑥𝑙𝑛𝑥13,发散
X→1时,1x+𝑥2𝑙𝑛𝑥13~1𝑥−113,收敛
01𝑚ln1−𝑥2𝑛𝑥𝑑𝑥
瑕点x→1−, x→0+,
X→0+时,𝑚ln1−𝑥2𝑛𝑥~−12m𝑥1n−2m,1n−2m<1,收敛; 1n−2m≥1,发散,因为n≥1,m≥1,所以1n≤1,2m>0,一个小于1的数减去一个正数都小于1;
X→1−时,𝑚ln1−𝑥2𝑛𝑥~1ln(1−x)2m,收敛
个人理解:
幂函数,按照无穷区间和无穷函数分为p型积分和q型积分,p>1和q<1时,积分收敛,其余情况发散。
𝑒x 无论取无穷大还是无穷小,他对于幂函数来说都是高阶的存在,所以只需要按照极限的高低阶来判断就行,例如在∞的比较上,极限是无穷,发散;在无穷小的比较上极限为0,收敛。
𝑙𝑛𝑥𝑎 x 只要不是与x的一次方一起出现在分母,就可以省略掉,如果出现上述情况,那么就使用a按照无穷区间的规则来进行判定,此时不考虑积分属于无穷区间还是无穷函数;单独出现时,跟𝑒x相反,他被视作低阶的存在,对应为p和q型积分,但他的p和q恒小于1,这就导致无穷区间上发散,无穷函数上收敛
最重要的是记住中心思想:f(x)越小越收敛,越大越发散,以及趋于无穷的速度是指数函数大于幂函数大于对数函数
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