本文主要介绍高等数学中关于反常积分的概念与判断方法,包括两种类型:无穷限反常积分和无界函数的反常积分。
对于无穷限反常积分,其定义为:设函数f(x)在区间[a,b]上连续,对于任意c属于(a,b),f(x)在[c,b]上可积,若存在极限F(b)-F(c),则称此极限为无穷限反常积分,并记作∫f(x)dx从c到∞或从-∞到c。若此极限存在,则称反常积分收敛;否则,反常积分发散。
对于无穷积分的定义,若同时存在两个无穷限反常积分,则它们的和可以定义为区间上的反常积分。
无穷限积分敛散性的判别有定理1和定理2,其中定理1表明若f(x)在[a,b]上连续,且在[c,b]和[a,c]上可积,则两个无穷限积分之和收敛于[a,b]上的反常积分。
定理2是关于比较法的,若f(x)非负且在[a,b]上有界,则可以将f(x)与某个已知函数g(x)进行比较以判断无穷限积分的收敛性。
例题包括了无穷限积分收敛性的判断,例如∫x^(-1)dx从1到∞发散,而∫e^(-x)dx从0到∞收敛。
对于无界函数的反常积分,定义为:设函数f(x)在区间[a,b]上有界但无界,对任意c属于(a,b),f(x)在[c,b]上可积,若存在极限F(b)-F(c),则称此极限为瑕积分,其中c为瑕点。若此极限存在,则称瑕积分收敛;否则,瑕积分发散。
瑕点的定义和判断是关键,若f(x)在x=a或x=b处无界,则称a或b为瑕点。如果瑕点a为瑕点,且f(x)在[a,b)上可积,则可以定义∫f(x)dx从a到b。
无界函数积分的收敛性判断方法与无穷限积分基本相同,主要采用柯西准则进行判断。
例题如∫1/√(x-1)dx从1到3,其瑕点为x=1,通过变换变量可以判断其收敛性。