6.5.2 无界函数的广义积分

更新于 2026年10月10日 版权声明
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,且图示(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,极限图示称为无界函数f(x)在(a,b]上的广义积分,仍然记为图示,积分为

图示

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,且图示(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

图示

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,而图示,则定义f(x)在区间[a,b]上的广义积分为

图示

当上式右端两个极限都存在时,则称广义积分图示收敛;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

图示

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]

则当图示收敛时图示也收敛(或当图示发散时图示也发散).

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 讨论无界函数积分图示的收敛性.

解 在x=a点的左邻域,被积函数的极限图示,(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,

图示

注:这个广义积分值的几何意义为位于曲线图示之下、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 讨论图示的收敛性.

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

图示

图6.11 例6.5.6的几何意义图示

图示

所以图示发散.

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,如图示就是普通定积分,而图示就成了广义积分,所以计算积分图示时要特别小心,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

图示

出错的原因是未发现x=1是瑕点.

例6.5.8 讨论广义积分图示的收敛性.

解 (1)当q=1时,

图示

(2)当q≠1时,

图示

所以,当q<1时,该广义积分收敛,其值为图示当q≥1时,该积分发散.

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