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词条 反常积分
释义

无限区间上的积分或无界函数的积分,这两类积分叫作广义积分,又名反常积分.

1.无限区间上的积分

一般地,我们有下列定义

定义6.2 设函数f(x)在区间[a,+∞)上连续,取t>a,如果极限 当t→+时lim∫f(x)dx (t为上限,a为下限)存在,就称此极限值为函数f(x)在无穷区间[a,+∞)上的广义积分.记作∫f(x)dx(+∞为上限,a为下限)

即 ∫f(x)dx(+∞为上限,a为下限)=lim(t→+∞)∫f(x)dx(t为上限,a为下限) ( 6.24 )

这时我们说广义积分∫f(x)dx(+∞为上限,a为下限) 存在或收敛;

如果 不存在,就说函数f(x)在无穷区间[a,+∞)的反常积分没有意义或发散

类似地,可以定义 在区间(-∞,b]及取t<b上的广义积分∫f(x)dx(b为上限,-∞为下限).

( 6.25 )

其中∫f(x)dx(b上限,-∞为下限)=lim(t→-∞)f(x)dx (b上限,t下限) ( 6.26 )

对于广义积分 ,其收敛的充要条件是: 与 都收敛.

广义积分收敛时,具有常义积分的那些性质与积分方法,如换元法、分部积分法以及牛顿—莱布尼兹公式等,但有时代数和运算要注意,不要随便拆开.在用广义的牛顿—莱布尼兹公式时,无穷远点应取极限.

为方便起见,引入记号

这样,若 为 的一个原函数,则

( 其中 )

注意:这里 与 是独立变化的,不能合并成 .

2.无界函数的积分

先给出瑕点或奇点的概念,若 函数(或 )时, ,则点 (或点 )称为无界函数 的瑕点或奇点. 的无穷间断点就是 的瑕点.

定义6.3设函数 在 上连续,左端点 为 的瑕点,如果 存在,就称此极限值为无界函数 在 上的广义积分.记作

( 6.27 )

这时我们说广义积分 存在或收敛.如果 不存在,就说广义积分 不存在、不收敛或发散.

: 表明 从大于0的方向趋于0,已经隐含了 .

类似地,设函数 在 上连续,右端点 为 的瑕点,如果 存在,就称此极限值为无界函数 在 上的广义积分.记作

 ( 6.28 )

这时我们说广义积分 存在或收敛.如果

不存在,就说广义积分 不存在、不收敛或发散.

还有,设函数 在 上连续,左端点 、右端点 均为 的瑕点,如果

及 均存在,其中 为 内的一个确定点,且 与 两者之间是独立变化的,就称 存在或收敛,记作

如果 中至少有一个不存在,则称 不存在、不收敛或发散.

对于区间端点 、 均为 的瑕点的广义积分 有存在 和 均存在. 和 都存在.

其中 为 内的一个确定点,且 与

两者之间是独立变化的,

另外,设函数 在 上除一个内部点 外连续

,且内部点 为 的瑕点,如果 和 均存在,也即 和 都存在,其中 与 两者之间是独立变化的,就称 存在或收敛,记作

( 6.29 )

如果 及 中至少有一个不存在,则称 不存在、不收敛或发散.

对于内部点 为 的瑕点的广义积分 有

存在和 均存在.和 都存在.

广义积分收敛时,具有常义积分的那些性质与积分方法,如换元法、分部积分法以及广义牛顿—莱布尼兹公式等,但有时代数和运算要注意,不要随便拆开,参见例5与例6.在用广义的牛顿—莱布尼兹公式时,无界点处原函数应取极限.

为方便起见,引入记号

左端点为瑕点时,记 ,这时广义的牛顿—莱布尼兹公式为

右端点 为瑕点时, 记 ,这时广义的牛顿—莱布尼兹公式为

左端点 、右端点 均为瑕点时,广义的牛顿—莱布尼兹公式为

( 为 内的一个确定点)

( )

( 这里 的值有时不必马上算出,可对抵掉. )

仅内部点 为瑕点时,广义的牛顿—莱布尼兹公式为

注意:由于有限区间上的无界函数的广义积分常常会与常义积分混淆,因此求积分时,首先应判断积分区间上有无瑕点.有瑕点的,是广义积分;无瑕点的,是常义积分.若是广义积分,还要保证积分区间仅有一端是瑕点,中间没有瑕点.若不然,要将积分区间分段,使每一段区间仅有一端是瑕点,中间没有瑕点.

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更新时间:2025/3/22 20:39:17