反常积分瑕点怎么判断敛散性判定,如图,我这么做为什么不对?为什么不能拆开了分别判定收敛?

你是从哪里看出来收敛的???由于中间有个瑕点,所以要分成两段反常积分来考虑:\int_{-1}^{1}\frac{1}{sinx}dx=\int_{-1}^{0}\frac{1}{sinx}dx+\int_{0}^{1}\frac{1}{sinx}dx ,必须两部分瑕积分都收敛才行,不能将两部分直接抵消化为零。考虑 (0,1] 区间,由 0<sinx<x 知 \frac{1}{sinx}>\frac{1}{x}>0 。故
\int_{0}^{1}\frac{1}{sinx}dx|>|\int_{0}^{1}\frac{1}{x}dx
,而 \lim_{t \rightarrow 0^+}{\int_{t}^{1}\frac{1}{x}dx}=\lim_{t \rightarrow 0^+}{(-lnt)}=+\infty ,可知瑕积分是发散的。}
有很多同学问我,这万能公式在有些反常积分中并不适用,显然,你对此万能公式理解的太不到位了!我之所以这么写是因为这样已经是比较好用的简洁归纳了,实际上,为了保证证明的一致性,最为简洁的反常积分万能公式,只有一个即任意的反常积分(包括瑕积分和无穷区间的反常积分)均可化为\int_{}^{}\frac{1}{x^{\alpha}ln^{\beta}x}dx ,当 且仅当 x\rightarrow 0(瑕积分),\begin{cases}
\alpha<1
\\[2ex] \alpha=1,\beta>1\end{cases},收敛 反常积分的敛散性判别在考研数学中主要是以选择题的形式出现,但我发现很多同学在遇到较复杂的反常积分,或者含参积分并不会做题,根据现有的教材普遍有定义法、比较审敛法的极限形式等等方法,小题大作,甚至有的同学在看到解析后仍是一头雾水,如何归纳出简介快速有效的判敛方法至关重要!有鉴于此,在这里我们给出一个关于反常积分的小总结(反常积分敛散性万能公式),让你能够面对反常积分快速判断出来!首先给定以下例题进行示例,并比较常规做法,与万能公式法之间的区别:1.判别 \int_{2}^{3}\frac{1}{(x-1)^{4}\sqrt{x(x-2)}}dx 的敛散性。2.设 m,n 为正整数,则反常积分 \int_{0}^{1}\frac{\sqrt[m]{ln^{2}(1-x)}}{\sqrt[n]{x}}dx 的敛散性。3.设 m,n 为常数,若反常 x\rightarrow 0 积分 \int_{0}^{+\infty}\frac{x^{n}(1-e^{-x})}{(1+x)^{m}}dx 收敛,则 m,n 的取值范围。4.若反常积分 \int_{0}^{1}x^{a}(1-x)^{b}lnxdx 收敛,则可确定 a、b 。5.设 a>0,f(x)=\begin{cases}\frac{arctanx}{x^{\frac{a+1}{2}}},0<x<1\\[2ex] \frac{ln(1+sin\frac{1}{x^{a}})}{x^{b}lncos\frac{1}{x}},1\leq x <+\infty \end{cases} ,若 \int_{0}^{+\infty}f(x)dx 收敛,则 a,b 的取值范围。一、万能公式将任意反常积分化为标准型 \int_{}^{}\frac{1}{x^{\alpha}ln^{\beta}x}dx ,(1)当
x\rightarrow 0(瑕积分),\begin{cases}
\alpha<1
\\[2ex] \alpha=1,\beta>1\end{cases},收敛
;(2)当x\rightarrow \infty(无穷区间的反常积分),\begin{cases}
\alpha>1
\\[2ex] \alpha=1,\beta>1\end{cases},收敛
(3)其他情况均发散!(注意:此公式推导可参照我的14节课冲刺课,实际上,记住结论即可)二、例题示范1.判别 \int_{2}^{3}\frac{1}{(x-1)^{4}\sqrt{x(x-2)}}dx 的敛散性。万能公式法:当 x\rightarrow2^{+} 时,\frac{1}{(x-1)^{4}\sqrt{x(x-2)}}\sim\frac{1}{\sqrt{2}\sqrt{x-2}}
,因 \alpha=\frac{1}{2}<1 ,故收敛。2.设 m,n 为正整数,则反常积分 \int_{0}^{1}\frac{\sqrt[m]{ln^{2}(1-x)}}{\sqrt[n]{x}}dx 的敛散性。万能公式法;当x\rightarrow0^{+}时,有\frac{\sqrt[m]{ln^{2}(1-x)}}{\sqrt[n]{x}}=\frac{1}{x^{\frac{1}{n}}ln^{-\frac{2}{m}}(1-x)}\sim\frac{1}{x^{\frac{1}{n}-\frac{2}{m}}} ,因, \frac{2}{m}>0,\frac{1}{n}<1, 所以 \alpha=\frac{1}{n}-\frac{2}{m}<1, 显然关于 x=0 的瑕积分收敛;当x\rightarrow1^{-}时,有 \frac{\sqrt[m]{ln^{2}(1-x)}}{\sqrt[n]{x}}=\frac{1}{x^{\frac{1}{n}}ln^{-\frac{2}{m}}(1-x)}\sim\frac{1}{(1-x)^{0}ln^{-\frac{2}{m}}(1-x)}由于 \alpha=0<1 ,显然,关于 x=1 的瑕积分收敛;综上所述,任意正整数m,n均使得反常积分 \int_{0}^{1}\frac{\sqrt[m]{ln^{2}(1-x)}}{\sqrt[n]{x}}dx收敛。3.设 m,n 为常数,若反常积分 \int_{0}^{+\infty}\frac{x^{n}(1-e^{-x})}{(1+x)^{m}}dx 收敛,则 m,n 的取值范围。万能公式法:当x\rightarrow0^{+}时,有\frac{x^{n}(1-e^{-x})}{(1+x)^{m}}\sim\frac{1}{x^{-(n+1)}} 若关于 x=0 的瑕积分收敛,则 \alpha=-(n+1)<1, 即 n>-2 ;当x\rightarrow+\infty时,有\frac{x^{n}(1-e^{-x})}{(1+x)^{m}}\sim\frac{1}{x^{m-n}} 若关于无穷区间的反常积分收敛,则 \alpha=m-n>1, 即 m>n+1 ;综上所述,当n>-2,m>n+1时使得反常积分 \int_{0}^{+\infty}\frac{x^{n}(1-e^{-x})}{(1+x)^{m}}dx收敛。4.若反常积分 \int_{0}^{1}x^{a}(1-x)^{b}lnxdx 收敛,则可确定 a、b 。万能公式法:当x\rightarrow0^{+}时,有x^{a}(1-x)^{b}lnx\sim\frac{1}{x^{-a}ln^{-1}x} 若关于 x=0 的瑕积分收敛,则 \alpha=-a<1, 即 a>-1 ;当x\rightarrow1^{-}时,有x^{a}(1-x)^{b}lnx\sim-\frac{1}{(1-x)^{-(b+1)}} 若关于 x=1 的瑕积分收敛,则 \alpha=-(b+1)<1, 即 b>-2 ;综上所述,当a>-1,b>-2时使得反常积分 \int_{0}^{1}x^{a}(1-x)^{b}lnxdx收敛。 5.设 a>0,f(x)=\begin{cases}\frac{arctanx}{x^{\frac{a+1}{2}}},0<x<1\\[2ex] \frac{ln(1+sin\frac{1}{x^{a}})}{x^{b}lncos\frac{1}{x}},1\leq x <+\infty \end{cases} ,若 \int_{0}^{+\infty}f(x)dx 收敛,则 a,b 的取值范围。万能公式法:当x\rightarrow0^{+}时,有\frac{arctanx}{x^{\frac{a+1}{2}}}\sim\frac{1}{x^{\frac{a-1}{2}}} 若关于 x=0 的瑕积分收敛,则 \alpha=\frac{a-1}{2}<1, 即 a<3 ;当x\rightarrow+\infty时,有\frac{ln(1+sin\frac{1}{x^{a}})}{x^{b}lncos\frac{1}{x}}\sim-\frac{2}{x^{a+b-2}} 若关于无穷区间的反常积分收敛,则 \alpha=a+b-2>1, 即 a+b>3 ;综上所述,当a<3,a+b>3时使得反常积分 \int_{0}^{+\infty}f(x)dx收敛。 三、反常积分与无穷级数的关系在这里,我们给出了一个很好用的万能公式,那么是否囊括的足够全呢?或者说所有的反常积分都适合吗?不妨,再给出一个迥然不同的例子:6.若反常积分 \int_{0}^{+\infty}e^{-ax}cosbxdx 收敛,求 a,b
取值范围。常规做法(分类讨论):(1)当 a=b=0 时,反常积分为 \int_{0}^{+\infty}1dx ,发散;(2)当 a=0,b\ne0 时,反常积分为 \int_{0}^{+\infty}cosbxdx=\frac{sinbx}{b}丨_{0}^{+\infty} ,发散;(3)当 a\ne0,b=0 时,反常积分为 \int_{0}^{+\infty}e^{-ax}dx a.若 a>0 ,则反常积分 \int_{0}^{+\infty}e^{-ax}dx=-\frac{e^{-ax}}{a}=\frac{1}{a} ,收敛;b.若 a<0 ,则反常积分\int_{0}^{+\infty}e^{-ax}dx发散。(4)当a\ne0,b\ne0 时,区间再现,有\int_{0}^{A}e^{-ax}cosbxdx=\frac{e^{-aA}}{a^2+b^2}(bsinbA-acosbA)+\frac{a}{a^2+b^2} a.若 a>0 ,则反常积分 \lim_{A \rightarrow +\infty}[{x}\frac{e^{-aA}}{a^2+b^2}(bsinbA-acosbA)+\frac{a}{a^2+b^2}]=\frac{a}{a^2+b^2} ,收敛;b.若 a<0 ,则反常积分\lim_{A \rightarrow +\infty}[{x}\frac{e^{-aA}}{a^2+b^2}(bsinbA-acosbA)+\frac{a}{a^2+b^2}]不存在,发散。综上所述,当 a>0,b 任意时,反常积分收敛。极简做法(向无穷级数看齐):将其作为连续型的无穷级数看待,则根据无穷级数收敛性质可知,令\lim_{x \rightarrow +\infty}{}u_{x}=\lim_{x \rightarrow +\infty}{}e^{-ax}cosbx=0 时级数收敛的必要条件,因此,当a>0,b 任意时, \lim_{x \rightarrow +\infty}{}u_{x}=0 ,显然,此时,级数必收敛,结果易得。从这里,我们引出了关于无穷级数的敛散性判别,这又是另一个万能公式的开始了!具体请参照14课冲刺课或我的专栏考研数学如何取得145+的分数?!}

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