微积分学习笔记(五)反常积分

p积分

\int_1^{+\infty} \frac{1}{x^p} d x \qquad \begin{cases}\text { 发散 } & p \leqslant 1 \\ \text { 收敛 } & p>1\end{cases}

\int_0^1 \frac{1}{x^p} d x \qquad \begin{cases}\text { 发散 } & p \geqslant 1 \\ \text { 收敛 } & p<1\end{cases}

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这个结合图像记忆,不然时间长就忘了。

审敛法

f(x)>g(x)>0 ,积分是面积,所以可以得出 \int_1^{+\infty} f(x) d x>\int_1^{+\infty} g(x) d x

如果 \int_1^{+\infty} g(x) d x 是无穷大(发散),那么 \int_1^{+\infty} f(x) d x 也是无穷大(发散)。
如果 \int_1^{+\infty} f(x) d x 是个数(收敛),那么 \int_1^{+\infty} g(x) d x 也是个数(收敛)。

有时候看不出大小,可以用比值判断 f(x) g(x) 大小:
\lim _{x \rightarrow 0} \frac{f(x)}{g(x)}=l 时, \int_0^1 f(x) d x \int_0^1 g(x) d x 同敛散
\lim _{x \rightarrow 0} \frac{f(x)}{g(x)}=0 时, g(x)>f(x)
\lim _{x \rightarrow 0} \frac{f(x)}{g(x)}=\infty 时, f(x)>g(x)

常用不等关系

反常积分审敛法,要点是构造不等式。下面介绍几个常用的不等式。


x\rightarrow +\infty 时, e^x>x^{100}
例:判断 \int_1^{+\infty} x^3 e^{-x} d x 的敛散性


x\rightarrow +\infty 时, x^{0.001}>\ln x
例:判断 \int_2^{+\infty} \frac{\ln x}{x^{1.001}} d x 的敛散性


x\rightarrow 0 时, \frac{1}{x^{0.001}}>|\ln x|
例:判断 \int_0^1 \frac{|\ln x|}{x^{0.9}} d x 的敛散性

常用的两个反常积分

要求记住结论,并且会证明。

\int_{-\infty}^{+\infty} e^{-x^2} d x=\sqrt{\pi}

\int_0^{+\infty} x^n e^{-x} d x=n!

posted @ 2025/07/11 00:38:28