反常积分敛散性判别

反常积分敛散性判别
反常积分是指区间内存在无穷限制的单调函数积分,即正无穷或负无穷。对于反常积分而言,我们需要用不同的方法来判断其敛散性。
第一类反常积分
第一类反常积分是指下限是固定值,而上限趋近于一个数时的积分,记为:
$$\\int_a^{+\\infty}f(x)dx=\\lim_{t\o+\\infty}\\int_a^tf(x)dx$$

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若此极限存在,则为收敛,否则为发散。类似地,若积分的下限是负无穷,则判断方法是
$$\\int_{-\\infty}^af(x)dx=\\lim_{t\o-\\infty}\\int_t^af(x)dx.$$
第二类反常积分
第二类反常积分是指在积分区间内,存在一个或多个不连续点,记为$x_1,x_2,\\ldots,x_n$,其中可能存在下限和上限趋向于这些不连续点的情况。对于这种情况,我们要根据不连续点的类型和积分趋向不同的方向分别进行判断。
型Ⅰ不连续点
若积分区间内存在一个不连续点$x_0$,且$f(x)$在$x_0$处的左右极限都存在,则可以将原反常积分分为两个部分,即:
$$\\int_a^{+\\infty}f(x)dx=\\int_a^{x_0}f(x)dx+\\int_{x_0}^{+\\infty}f(x)dx,$$
若两个积分均收敛,则原积分收敛;若有一个积分发散,则原积分也发散;若两个积分均发散,则原积分可能收敛也可能发散,此时需要更加深入的研究。

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同理,对于下限为负无穷的情况,可以写成
$$\\int_{-\\infty}^af(x)dx=\\int_{-\\infty}^{x_0}f(x)dx+\\int_{x_0}^af(x)dx.$$
型Ⅱ不连续点
若积分区间内存在一个不连续点$x_0$,且在$x_0$处左右极限至少有一个不存在,则需要根据其趋向于不连续点的方向进行分类。若$x\o x_0-$时,$f(x)$趋向于无穷,则原积分是发散的;若$x\o x_0-$时,$f(x)$趋向于有限值,则原积分有可能收敛。同理,若$x\o x_0+$时,$f(x)$趋向于无穷(有限值),则原积分是发散的(有可能收敛)。
总结
反常积分敛散性的判定需要根据各种情况进行分类判断,一般的问题较为简单,而特殊情况需要更加细致的研究。此外,还有一些特殊方法可以用来证明或计算反常积分的收敛性或发散性,如比较判别法、积分审敛法、绝对收敛判别法等,具体可参考相关教材或资料。
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