6.5.2 无界函数的广义积分
定义6.5.2 设函数f(x)在区间(a,b]上连续,且
(即x=a为函数f(x)的无穷间断点),而对任意小的ε>0,f(x)在[a+ε,b]上可积,极限
称为无界函数f(x)在(a,b]上的广义积分,仍然记为
,积分为
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若上式右端极限存在,则称此无界函数的广义积分收敛;否则,称为发散.
类似地,若函数f(x)在区间[a,b)上连续,且
(即x=b为函数f(x)的无穷间断点),而对任意小的ε>0,f(x)在[a,b-ε]上可积,定义无界函数f(x)在[a,b)上的广义积分为
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若上式右端极限存在,则称为收敛;否则称为发散.
若对任意小的ε>0,f(x)在[a,c-ε]和[c+ε,b]上可积,而
,则定义f(x)在区间[a,b]上的广义积分为
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当上式右端两个极限都存在时,则称广义积分
收敛;否则,称为发散.
此外,如果x=a,x=b均为f(x)的无穷间断点,则f(x)在[a,b]上的无界函数的积分定义为
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式中,c为a与b之间的任意实数,当右端的两个极限都存在时,则称之收敛;否则称为发散.
相应地,可以得到:若f(x),g(x)为定义在(a,b]上的函数,无穷间断点均为a,且在任何有限区间[u,b]⊂(a,b]上可积,并满足
f(x)≤g(x) x∈(a,b]
则当
收敛时
也收敛(或当
发散时
也发散).
备注:(1)定义中涉及的无穷间断点称为被积函数的瑕点,故无界函数的广义积分又常称为瑕积分.
(2)无界函数的广义积分与一般定积分(亦称常义积分)的含义不同,但形式一样,容易被忽视,因此,在计算定积分时,应该首先考察是常义积分还是广义积分,若是无界函数的广义积分,则要按广义积分的计算方法处理.
例6.5.6 讨论无界函数积分
的收敛性.
解 在x=a点的左邻域,被积函数的极限
,(https://www.daowen.com)
因此此积分属于无界函数的广义积分,按照定义6.5.2中的计算方法,

注:这个广义积分值的几何意义为位于曲线
之下、x轴之上、直线x=0和x=a之间的图形面积,如图6.11所示.
例6.5.7 讨论
的收敛性.
解 在[0,2]内部有瑕点x=1,利用定积分区间可加性,让瑕点出现在小区间的端点处,所以有

图6.11 例6.5.6的几何意义图示

所以
发散.
注 由于它不是常义积分,不能按常义积分处理.常义积分与瑕积分外表上没什么区别,如
就是普通定积分,而
就成了广义积分,所以计算积分
时要特别小心,一定要首先检查一下f(x)在[a,b]上有无瑕点,有瑕点时,要按广义积分来对待,不然就可能出错.如果本例按常义积分的方法计算,则
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出错的原因是未发现x=1是瑕点.
例6.5.8 讨论广义积分
的收敛性.
解 (1)当q=1时,
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(2)当q≠1时,

所以,当q<1时,该广义积分收敛,其值为
当q≥1时,该积分发散.