反常积分敛散性的比较判别法

文章目录

  • 1.比较判别法的一般形式
  • 2.比较判别法的极限形式
  • 3.常用结论
    • ①常用反常积分一(p积分)
    • ②常用反常积分二(q积分)
    • ③常用反常积分三
    • ④常用反常积分四

1.比较判别法的一般形式

设f(x)f(x)f(x),g(x)g(x)g(x)在[a,+∞)[a,+\infty)[a,+∞)上 连续,且0<f(x)≤g(x)0<f(x)≤g(x)0<f(x)≤g(x)。则

    若∫a+∞g(x)dx\int_{a}^{+\infty} g(x) dx∫a+∞​g(x)dx收敛,则有∫a+∞f(x)dx\int_{a}^{+\infty} f(x) dx∫a+∞​f(x)dx收敛;

    若∫a+∞f(x)dx\int_{a}^{+\infty} f(x) dx∫a+∞​f(x)dx发散,则有∫a+∞g(x)dx\int_{a}^{+\infty} g(x) dx∫a+∞​g(x)dx发散。


     


2.比较判别法的极限形式

设f(x)f(x)f(x),g(x)g(x)g(x)在[a,+∞)[a,+\infty)[a,+∞)上 非负连续,lim⁡x→+∞f(x)g(x)=λ\lim\limits_{x \to +\infty}\frac{f(x)}{g(x)}=\lambdax→+∞lim​g(x)f(x)​=λ,则

    若λ>0\lambda>0λ>0,则∫a+∞f(x)dx\int_{a}^{+\infty}f(x)dx∫a+∞​f(x)dx 与 ∫a+∞g(x)dx\int_{a}^{+\infty}g(x)dx∫a+∞​g(x)dx敛散性相同。

    若λ=0\lambda=0λ=0,且 ∫a+∞g(x)dx\int_{a}^{+\infty}g(x)dx∫a+∞​g(x)dx收敛,则 ∫a+∞f(x)dx\int_{a}^{+\infty}f(x)dx∫a+∞​f(x)dx 收敛。

    若λ=+∞\lambda=+\inftyλ=+∞,且 ∫a+∞g(x)dx\int_{a}^{+\infty}g(x)dx∫a+∞​g(x)dx发散,则 ∫a+∞f(x)dx\int_{a}^{+\infty}f(x)dx∫a+∞​f(x)dx 发散。


3.常用结论

①常用反常积分一(p积分)

    对反常积分∫a+∞1xpdx\int_{a}^{+\infty}\frac{1}{x^p}dx∫a+∞​xp1​dx,(a>0)

    若p>1p>1p>1,则该反常积分收敛;

    若p≤1p≤1p≤1,则该反常积分发散。


②常用反常积分二(q积分)

    对反常积分∫ab1(x−a)qdx\int_{a}^{b}\frac{1}{(x-a)^q}dx∫ab​(x−a)q1​dx,(a>0)

    若q<1q<1q<1,则该反常积分收敛;

    若q≥1q≥1q≥1,则该反常积分发散。


③常用反常积分三

    对反常积分∫2+∞1xpln⁡qxdx\int_{2}^{+\infty}\frac{1}{x^p\ln^qx}dx∫2+∞​xplnqx1​dx,

    若P>1P>1P>1,则对任意q该反常积分都收敛;

    若P<1P<1P<1,则对任意q该反常积分都发散;

    若P=1P=1P=1,则q>1时该反常积分收敛,q≤1时该反常积分发散。


④常用反常积分四

∫−∞+∞e−x2dx=π\int_{-\infty}^{+\infty}e^{-x^2}dx=\pi∫−∞+∞​e−x2dx=π


对于一般的多数反常积分,如果可以化成p积分或q积分的形式,则化成即可再判断敛散性。

如果不能,则先尽可能地化简,然后选择合适的p积分或q积分,将其与之进行比较即可。


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