diff --git a/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.pdf b/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.pdf index e0b93f6..0866b2a 100644 Binary files a/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.pdf and b/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.pdf differ diff --git a/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.tex b/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.tex index 2e009bd..9de089c 100644 --- a/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.tex +++ b/advanced-math/exercise/4-integal-of-functions-of-single-variable/integal-of-functions-of-single-variable.tex @@ -979,7 +979,13 @@ $D.\int_0^{1-\cos x}\sqrt{\sin^3t}\,\textrm{d}t$ 反常积分的瑕点可能在积分区间内,此时需要根据瑕点分隔积分区间。 -\subsection{求值} +反常积分的计算就是判敛,如果存在就计算其值。 + +\subsection{直接计算} + +即可以根据不定积分求出原函数,再对原函数求极限。 + +\subsubsection{求值} \textbf{例题:}求$\displaystyle{\int_0^{+\infty}\dfrac{\textrm{d}x}{(1+x)(1+x^2)}}$。\medskip @@ -997,7 +1003,7 @@ $\therefore=\displaystyle{\int_0^\frac{\pi}{2}\dfrac{1}{1+\tan u}\textrm{d}u=\in $=\displaystyle{\int_0^{+\infty}x\textrm{d}\left(\dfrac{1}{1+e^{-x}}\right)}=\left[\dfrac{x}{1+e^{-x}}\right]_0^{+\infty}-\int_0^{+\infty}\dfrac{\textrm{d}x}{1+e^{-x}}=\lim\limits_{x\to+\infty}\dfrac{x}{1+e^{-x}}-\int_0^{+\infty}\dfrac{\textrm{d}e^x}{1+e^x}=\lim\limits_{x\to+\infty}\left[\dfrac{x}{1+e^{-x}}-\ln(1+e^x)\right]+\ln2=\lim\limits_{x\to+\infty}\dfrac{1}{1+e^{-x}}[x-\ln(1+e^x)(1+e^{-x})]+\ln2=\lim\limits_{x\to+\infty}[x-\ln(1+e^x)(1+e^{-x})]+\ln2=\lim\limits_{x\to+\infty}[\ln e^x-\ln(1+e^x)(1+e^{-x})]+\ln2=\lim\limits_{x\to+\infty}\left[\ln e^x-(1+e^x)\dfrac{\ln(1+e^x)}{e^x}\right]+\ln2=\lim\limits_{x\to+\infty}\\\left[\ln\dfrac{e^x}{1+e^x}-\dfrac{\ln(1+e^x)}{e^x}\right]+\ln2=\ln1-0+\ln2=\ln2$。 -\subsection{求参数} +\subsubsection{求参数} 题目会给出一个含参的式子,并给出对应的极限值,要求对应的参数值。首先必须知道对应的式子什么时候才会收敛。 @@ -1015,7 +1021,7 @@ $=\displaystyle{\int_0^{+\infty}x\textrm{d}\left(\dfrac{1}{1+e^{-x}}\right)}=\le $=\displaystyle{\int_1^{+\infty}\dfrac{b-a}{2x+a}+\dfrac{1}{x}-\dfrac{2}{2x+a}\textrm{d}x=\int_1^{+\infty}\dfrac{b-a-2}{2x+a}+\dfrac{1}{x}\textrm{d}x}$。此时前后两个式子都是发散的,所以不能求出收敛的参数。 -\subsection{递推公式} +\subsubsection{递推公式} \textbf{例题:}利用递推公式计算反常积分$I_n=\int_0^{+\infty}x^ne^{-x}\,\textrm{d}x$($n\in N$)。 @@ -1027,27 +1033,51 @@ $I_n=-\int_0^{+\infty}x^n\,\textrm{d}(e^{-x})=[-x^ne^{-x}]_0^{+\infty}+\int_0^{+ $\therefore I_n=n!$。 -\subsection{判敛} +\subsection{比较判敛} -\subsubsection{结论} +可以直接通过计算反常积分判断收敛或发散。但是只有少数反常积分能直接计算出来。比较判敛就是不计算反常积分的原函数,而是通过与其他已知敛散性的积分进行对比来判断积分的敛散性。 -无穷区间的反常积分$\int_1^{+\infty}\dfrac{\textrm{d}x}{x^p}$在$p>1$时收敛,在$p\leqslant1$时发散。 +\subsubsection{无穷区间} -无界函数的反常积分$\int_0^1\dfrac{\textrm{d}x}{x^p}$($p>1$,奇点$x=0$)在$0
0$,判断反常积分$\displaystyle{\int_1^{+\infty}\dfrac{\left(\arctan\dfrac{1}{x}\right)^a}{\left[\ln\left(1+\dfrac{1}{x}\right)\right]^{2\beta}}\textrm{d}x}$的敛散性。 +不用计算积分值,直接通过幂函数的极限来代替积分。 -解:积分存在唯一奇点$+\infty$,当$x\to+\infty$时,$\arctan\dfrac{1}{x}\sim\dfrac{1}{x}$,$\ln\left(1+\dfrac{1}{x}\right)\sim\dfrac{1}{x}$。 +\subsubsection{无穷区间} -$\dfrac{\left(\arctan\dfrac{1}{x}\right)^a}{\left[\ln\left(1+\dfrac{1}{x}\right)\right]^{2\beta}}=\dfrac{1}{x^{\alpha-2\beta}}$。 +对于无限反常积分$\int_a^{+\infty}f(x)\,\textrm{d}x$,$f(x)$在$[a,+\infty)$上连续非负,对于常数$\rho$: -当$\alpha-2\beta>1$时收敛,$\alpha-2\beta\leqslant1$时发散。 +\begin{itemize} + \item 若存在$\rho>1$,使得$\lim\limits_{x\to+\infty}x^\rho f(x)=c<+\infty$,则积分收敛。 + \item 若只存在$\rho=1$,使得$\lim\limits_{x\to+\infty}xf(x)=c>0$或为$-\infty$,则积分发散。 +\end{itemize} -\subsubsection{计算} +\subsubsection*{无界函数} -可以直接通过计算反常积分判断收敛或发散。 +对于瑕积分$\int_a^bf(x)\,\textrm{d}x$,其中$a$为瑕点,$f(x)$在$[a,b]$上连续非负,对于常数$\rho$: + +\begin{itemize} + \item 若存在$0<\rho<1$,使得$\lim\limits_{x\to a^+}(x-a)^\rho f(x)=c$存在,则积分收敛。 + \item 若只存在$\rho=1$,使得$\lim\limits_{x\to a^+}(x-a)f(x)=c>0$或为$+\infty$,则积分发散。 +\end{itemize} + +% \subsubsection{结论} + +% 无穷区间的反常积分$\int_1^{+\infty}\dfrac{\textrm{d}x}{x^p}$在$p>1$时收敛,在$p\leqslant1$时发散。 + +% 无界函数的反常积分$\int_0^1\dfrac{\textrm{d}x}{x^p}$($p>1$,奇点$x=0$)在$0
0$,判断反常积分$\displaystyle{\int_1^{+\infty}\dfrac{\left(\arctan\dfrac{1}{x}\right)^a}{\left[\ln\left(1+\dfrac{1}{x}\right)\right]^{2\beta}}\textrm{d}x}$的敛散性。 + +% 解:积分存在唯一奇点$+\infty$,当$x\to+\infty$时,$\arctan\dfrac{1}{x}\sim\dfrac{1}{x}$,$\ln\left(1+\dfrac{1}{x}\right)\sim\dfrac{1}{x}$。 + +% $\dfrac{\left(\arctan\dfrac{1}{x}\right)^a}{\left[\ln\left(1+\dfrac{1}{x}\right)\right]^{2\beta}}=\dfrac{1}{x^{\alpha-2\beta}}$。 + +% 当$\alpha-2\beta>1$时收敛,$\alpha-2\beta\leqslant1$时发散。 \section{一元函数积分应用}