反常积分的收敛性及计算

反常积分与瑕积分

反常积分:形如\int_a^{+\infty}f(x)dx,\int_{-\infty}^bf(x)dx,\int_{-\infty}^{\infty}f(x)dx 的积分
瑕积分:设f(x) 在点a处趋于无穷,则瑕积分可定义为\int_a^bf(x)dx

反常积分的收敛性

原函数法
若被积函数f(x) 有原函数F(x)bf(x) 的奇点,则\int_a^bf(x)dx=\lim_{x\to b^-}F(x)-F(a)
放缩法
被积函数f(x)\le g(x) ,若\int_a^{b}g(x)dx 收敛,且\int_a^{b}g(x)dx\ge\int_a^{b}f(x)dx ,则\int_a^{b}f(x)dx 也收敛
\int_a^{b}f(x)dx 发散,且\int_a^{b}g(x)dx\ge\int_a^{b}f(x)dx ,则\int_a^{b}g(x)dx 也发散
比较判别法
设函数f(x) 在区间[a,b) 上连续,且f(x)\ge0 ,若存在常数p>1,s.t.\lim_{x\to b^-}(x-b)^pf(x) 存在,则反常积分\int_a^{b}f(x)dx 收敛
\lim_{x\to b^-}(x-b)f(x)=d>0d 有限或无穷,则反常积分\int_a^{b}f(x)dx 发散
Dirichlet定理
\int_a^Af(x)dxA\in[a,+\infty) 上有界,g(x)x\in[a,+\infty) 上单调趋近于0,则\int_a^{+\infty}f(x)g(x)dx 收敛
Abel定理
\int_a^{+\infty}f(x)dx 收敛,g(x)x\in[a,+\infty) 上单调有界,则积分\int_a^{+\infty}f(x)g(x)dx 也收敛

瑕积分的收敛性

原函数法
若被积函数f(x) 有原函数F(x) ,则\int_a^bf(x)dx=\lim_{x\to b^-}F(x)-F(a)
放缩法
被积函数f(x)\le g(x) ,若\int_a^{b}g(x)dx 收敛,bf(x) 的奇点且\int_a^{b}g(x)dx\ge\int_a^{b}f(x)dx ,则\int_a^{b}f(x)dx 也收敛
\int_a^{b}f(x)dx 发散,且\int_a^{b}g(x)dx\ge\int_a^{b}f(x)dx ,则\int_a^{b}g(x)dx 也发散
比较判别法
设函数f(x) 在区间[a,b) 上连续,且f(x)\ge0 ,若存在常数p>1,s.t.\lim_{x\to b^-}(x-b)^pf(x) 存在,则反常积分\int_a^{b}f(x)dx 收敛
\lim_{x\to b^-}(x-b)f(x)=d>0d 有限或无穷,则反常积分\int_a^{b}f(x)dx 发散