定义 设函数 在区间 + 内,及对 有定义,且在任何有限区间 内可积,若积分 在 下有意义,当积分在 时的无穷极限函数 在区间 + 无穷积分,记作 . 若 ,则称无穷积分 收敛,且值为 .若 不存在,则无穷积分 发散.
类似可定义 在区间 上的无穷积分 ,若 的极限存在,则积分 收敛,否则发散.
当 时, 在区间 上都可积,则 称为函数 在 上的无穷积分,且有 (积分区间具有可加性),当积分 都收敛时,可判定无穷积分 收敛,否则发散.
定义 设 在区间 上有定义,点 的任意右邻域内无界,但在任何区间 上有界可积,若极限 存在,称极限为无界函数 在区间 上的广义积分,记作 ,且无界广义积分 收敛于 ,若极限不存在,则无界广义积分 发散. 被积函数 在点 附近是无界的,故点 成为 的瑕点,从而无界广义积分 又称瑕积分.
类似的可定义瑕点为 时的瑕积分,函数 在区间 上有定义,在 的任意左邻域内无界,但在 上可积则有 ,极限 存在时积分 收敛,极限不存在积分发散.
当函数 的瑕点 , 在 上有定义,在点 的任意邻域内无界,但在 上都是可积的,则有瑕积分
,当右边两个瑕积分同时收敛时,才可判定左边的瑕积分收敛.
若 都是 的瑕点,且 在 上可积,
则 ,当右边的两个瑕积分同时收敛时左边的瑕积分收敛.
定义 函数 在区域 上有意义,若对每一个固定的 ,无穷积分 收敛,积分 的值为变量 的函数,可表示为 ,称无穷积分 为定义在 上含参变量 的无穷限积分.
1.2 性质
无穷限广义积分 是否收敛取决于积分 在 时是否存在极限,从而根据函数极限和定积分的一些性质可推导出无穷积分的性质.
性质 如果积分 在 收敛,则积分 也收敛,且有 .
性质2 如果积分 均收敛,对 ,可推知积分 的和也是收敛的,则由定积分的可加性可以得出:
.
性质3 如果积分 均收敛,则积分 也收敛, 且有 .
性质 如果 在区间 上可积,且积分 收敛,则积分 必收敛,则成立不等式 .
瑕积分的理论与无穷积分的理论是平行的,从而得出瑕积分的性质:
性质5 设函数 的瑕点同为 ,当瑕积分
都收敛时,瑕积分 必收敛,从而有 .
性质6 设函数 的瑕点为 为任一常数,则瑕积分
同敛态,有 .
性质 设 的瑕点为 ,在 的 上可积,当 收敛,积分 收敛,则 .
2.无穷限广义积分和瑕积分的收敛性判别方法
2.1 定义判别法
判别无穷积分的收敛性可利用无穷限广义积分的定义及极限的方法,此法适用于无穷积分所对应的定积分且原函数较容易求出的类型.
例1 讨论无穷积分 收敛性.
解 设 ,对于 且 ,
则有 ,
则可知 时, .
而当 时, ,
综上可知,当 时,积分 收敛于 ;当 时,积分 发散.
判别较简单的瑕积分也可利用定义法,此法适用于瑕积分对应的定积分易于解出原函数的类型,且简单快捷.
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