无穷区间上的广义积分.
积分区间为无穷区间的广义积分
存在，
记作：
，
即：
=
此时也就是说广义积分
收敛。如果上述即先不存在，则说广义积分
时虽然用同样的记号，但它已不表示数值了。
类似地，设函数 f(x)在区间(-∞，b]上连续，取 a<b.如果极限
. 发散，此
则此极限叫做函数 f(x)在无穷区间(-∞，b]上的广义积分，
存在，
此时也就是说广义积分
如果广义积分
广义积分
在一些实际问题中，我们常遇到积分区间为无穷区间，或者被积函数在积分区间上具有无穷间断点的 积分，它们已不属于前面我们所学习的定积分了。为此我们对定积分加以推广，也就是———广义积分。 一：积分区间为无穷区间的广义积分
设函数 f(x)在区间[a,+∞)上连续，取 b>a.如果极限
则此极限叫做函数 f(x)在无穷区间[a,+∞）上的广义积分，
和
(-∞,+∞)上的广义积分，
记作：
，
即：
=
收敛。如果上述极限不存在，就说广义积分
. 发散。
都收敛，则称上述两广义积分之和为函数 f(x)在无穷区间
记作：
，
即：
=
上述广义积分统称积分区间为无穷的广义积分。
例题：计算广义பைடு நூலகம்分 解答：
第五节 广义积分
1 1
例2. 计算广义积分
2
x2 sin x dx.
解:
2
1 x2
sin 1 dx x
2
sin
1 x
d
1 x
lim b
b1
sin
2
x
d
1 x
lim
b
cos
1 b x 2
lim
b
t
f (x) d x
t
t a
例1. 计算广义积分
解:
dx 1 x2
0
dx 1 x2
0
dx 1 x2
lim a
01 a 1 x2
dx lim b
b1 0 1 x2 dx
y
y
1 1 x2
lim a
基本问题： （1）将定积分的概念推广至积分区间 为无限区间； （2）考虑被积函数在积分区间上无界的情形。
一、无穷限的广义积分
引例. 曲线
和直线
及 x 轴所围成的开口曲
边梯形的面积 可记作
A
dx 1 x2
其含义可理解为
A
lim
b
b 1
dx x2
lim b
lim
0
arcsin
x a
a
0
lim
0
arcsin
a
a
0
2
.
原式
arcsin x a
无穷限的广义积分
b
c
b
f ( x )dx
16
思考题
积分 ∫0
1
ln x dx 的瑕点是哪几点？ x −1
2010-1-4
广义积分(22)
17
思考题解答 积分 ∫0
1
ln x dx 可能的瑕点是 x = 0, x −1
x =1
ln x 1 = lim = 1, ∵ lim x →1 x x →1 x − 1
ln x ∵ lim =∞ x →0 x − 1
∴ x = 1 不是瑕点,
是瑕点,
∴ x=0
∴ ∫0
2010-1-4
1
ln x dx x −1
的瑕点是 x = 0.
广义积分(22) 18
2010-1-4 广义积分(22) 12
a −ε
1 例 6 证明广义积分 ∫0 q dx 当q < 1时收敛，当 x q ≥ 1时发散.
1
11 1 dx = ∫0 dx = [ln x ]1 = +∞ , 证 (1) q = 1, ∫0 q 0 x x ⎧+ ∞, q > 1 1− q 1 1 1 ⎡x ⎤ ⎪ ( 2) q ≠ 1, ∫ q dx = ⎢ ⎥ = ⎨ 1 ,q<1 0 x ⎣1 − q ⎦ 0 ⎪ ⎩1 − q 1 因此当q < 1时广义积分收敛，其值为 ； 1− q 当q ≥ 1时广义积分发散.
广义积分(22)
10
设函数 f ( x ) 在区间[a , b]上除点 c (a < c < b ) 外连 续，而在点 c 的邻域内无界.如果两个广义积分
∫a f ( x )dx 和 ∫c
b
c
b
f ( x )dx 都收敛，则定义
广义积分例题详解
广义积分例题详解在本篇文章中，我们将详细讲解广义积分的概念和例题。
广义积分是对于无限区间或者被积函数存在无穷大或无穷小值的情况下，对积分的一种推广。
在进行广义积分的计算时，需要对被积函数进行分段处理，然后计算每一段的积分。
接下来，我们来看两个广义积分的例题：例1：计算广义积分$int_0^{infty}frac{1}{x^2+1}dx$解析：由于被积函数存在无穷大值，所以需要对区间进行拆分，拆分成$[0,1]$和$[1,infty)$两个区间。
然后再分别对这两个区间进行积分计算。
对于$[0,1]$这个区间，我们可以采用换元积分法，令$x=tantheta$，则有$dx=frac{1}{cos^2theta}dtheta$，并且$0leqthetaleq frac{pi}{4}$。
则原积分可以转化为：$int_0^{frac{pi}{4}}frac{1}{1+tan^2theta}cos^2theta dtheta=int_0^{frac{pi}{4}}cos^2theta dtheta=frac{pi}{8}$ 对于$[1,infty)$这个区间，我们可以采用比较大小的方法，由于$x^2+1geq x^2$，所以$frac{1}{x^2+1}leqfrac{1}{x^2}$，而$int_1^{infty}frac{1}{x^2}dx$是一个收敛的积分，所以原积分也是收敛的。
则有：$int_1^{infty}frac{1}{x^2+1}dxleqint_1^{infty}frac{1}{x^2}d x=frac{1}{x}|_1^{infty}=1$综上所述，原积分的结果为$int_0^{infty}frac{1}{x^2+1}dx=frac{pi}{8}$。
例2：计算广义积分$int_0^1frac{lnx}{sqrt{x}}dx$解析：由于被积函数在$x=0$处存在无穷小值，所以需要对区间进行拆分，拆分成$[0,1]$和$(0,1]$两个区间。
考研高数笔记
考研高数笔记SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#第一章 函数、极限、连续第1节函数a) 反函数和原函数关于y=x 对称。
b) 只有定义域关于原点对称的函数才能讨论奇偶性。
c) 多个奇函数之和为奇函数；多个偶函数之和为偶函数。
d)2k 个奇函数的乘积是偶函数；2k+1个奇函数的乘积是偶函数；任意个偶函数的乘积还是偶函数。
(k=0,1,2......)。
e) 如果f(x)是周期函数，周期为T ，则f(ax+b)也是周期函数，周期为|T/a|。
f) 基本初等函数包括：幂函数、指数函数、对数函数、三角函数、反三角函数。
初等函数即上述五大类函数，以及它们有限次的四则运算与复合而成的函数。
g) 一切初等函数在其定义域内都是连续的。
第2节 极限a) 左右极限存在且相等⇔极限存在。
b) 如果函数在X 0极限为A ，则可以将函数改写为f(X)=A+ɑ(x)，其中0=(x)ɑlim 0x x →。
（等价无穷小）c) 极限存在⇔极限唯一。
（极限唯一性）d) A x =→)(f lim 0x x ，且A>0，则在x 的邻域内，f(x)>0。
（保号性）e) 函数f(x)在点x=x 0存在极限，则存在该点的一个去心邻域U ，在U 内f(x)有界。
（有界性）f) 当limf(x)=A ，limg(x)=B ，那么lim(f(x)+g(x))=limf(x)+limg(x)=A+B lim(f(x)-g(x))=limf(x)-limg(x)=A-B lim(f(x)*g(x))=limf(x)*limg(x)=A*B lim(f(x)/g(x))=limf(x)/limg(x)=A/B limg(x)不等于0 lim(f(x))^n=(limf(x))^n=A n lim(f(x)^g(x))=A b （极限的四则运算）g) 有限个无穷小之和仍然是无穷小。
有限个无穷小之积仍然是无穷小。
广义积分与无穷小量的概念与运算
广义积分与无穷小量的概念与运算在微积分学中，广义积分是一种重要的数学工具。
它的概念与运算方法与无穷小量密切相关。
本文将介绍广义积分和无穷小量的基本概念，并探讨它们之间的运算规则。
一、广义积分的概念广义积分是对一定范围内函数的积分运算。
它与定积分的概念类似，但对于某些函数而言，定积分的定义不能直接适用。
这时，我们就需要引入广义积分来处理这种情况。
对于函数f(x)，在区间[a, b]上的广义积分可表示为：∫f(x)dx = lim┬(t→b⁻)〖∫_a^t f(x)dx〗其中，lim表示极限，a和b为积分区间的端点。
在计算广义积分时，我们通常将b设为一个趋于无穷的数，使得函数在该点不再有定义上的问题。
二、无穷小量的概念无穷小量是微积分中一个重要的概念，它表示当自变量趋于某个确定值时，函数取得的极限为零。
无穷小量常用符号o来表示。
形式化地，如果当x趋于a时，函数f(x)满足lim┬(x→a)〖f(x) = 0〗，则称f(x)为x趋于a时的无穷小量。
无穷小量在微积分中有着广泛的应用。
例如，在求导数和积分中，可以利用无穷小量的性质进行计算和推导。
三、广义积分与无穷小量的关系广义积分中的无穷小量概念与极限的思想密切相关。
为了更好地理解广义积分与无穷小量的关系，我们以一个例子来说明。
考虑函数f(x) = 1/x，我们想要求解∫f(x)dx，其中积分区间为[1, ∞)。
首先，我们将该广义积分问题转化为极限问题，即求解lim┬(t→∞)〖∫_1^t 1/x dx〗。
根据定积分的性质，我们可以通过求解定积分的极限来得到广义积分的值。
进一步计算，我们有：lim┬(t→∞)〖∫_1^t 1/x dx = lim┬(t→∞)〖ln(t) - ln(1)〗= ∞〗由此可见，在这个例子中，广义积分∫f(x)dx的值为无穷大。
这说明函数f(x) = 1/x在区间[1, ∞)上不满足定积分的定义，因此需要引入广义积分的概念来处理。
11-1 广义积分
发散 ,
a
g ( x)dx
a
必定发散.
如果
g ( x)dx 收敛，由(1)知
解：
a
f ( x)dx 也收敛，论积分
e
1
x
x2
dx 的敛散性。
0e
x
2
e ,
x
x 1,
而由例2，积分
e
1
dx 收敛， 故积分
e
则
a
f ( x)dx 与
b a
b
f ( x)dx 有相同敛散性且有
b
a
f ( x)dx f ( x)dx
f ( x)dx.
此外，如同无穷级数一样有如下柯西收敛原理。
柯西收敛原理
无穷积分
0, 正数
A0 a, 只要 A A0 , A A0 , 便有
定义： 若无穷积分
a
f ( x) dx 收敛,则称无穷积分
a
f ( x)dx 绝对收敛。 若无穷积分 a f ( x)dx 收敛，
a
而无穷积分
f ( x) dx 发散,则称无穷积分
a
f ( x)dx 条件收敛。
绝对收敛的广义积分
例：
判别广义积分
e
ax
c
b
c
f ( x )dx
b
f ( x )dx lim c f ( x )dx
0
否则，就称瑕积分
a f ( x )dx
b
发散。
广义积分
二、无界函数的广义积分
【例7】
二、无界函数的广义积分
【例8】
下列算式是否正确？
二、无界函数的广义积分
二、无界函数的广义积分
二、无界函数的广义积分
思考
(1)本节学习了几种不同类型的广义积分？它与定积分有何 区别与联系？
(2)为什么要学习广义积分？什么情况下要用广义积分？
谢谢聆听
广义积分
一、无穷区间的广义积分
定义1
设f(x)在区间［a,+∞)内连续，任取b>a，若极限 limb→+∞ 存在，则称此极限为f(x)在区间［a,+∞)上的广义积 分，记作∫+∞af(x ，即
(5-7) 此时称广义积分∫+∞af(x 存在或收敛；否则称广义积分 ∫+∞af(x 没有意义或发散． 类似地，可定义f(x)在区间(－∞,b］上的广义积分
一、无穷区间的广义积分
注意分
【例3】
这个广义积分的几何意义是：当a→－∞，b→+∞时，虽然 图5-8中阴影部分向左、右无限延伸，但其面积却有极限值π．
图 5-8
二、无界函数的广义积分
定义3
此时称广义积分
存在或收敛；否则称广义积分
没有意义或发散．这种广义积分又称为瑕积分，a为瑕点．
类似地，可定义f(x)在区间［a,b)上的广义积分
二、无界函数的广义积分
定义4
否则，称其没有意义或发散．
二、无界函数的广义积分
【例4】
二、无界函数的广义积分
图 5-9
二、无界函数的广义积分
【例5】
注意
该题的结论一般要记住，可作为定理使用．
二、无界函数的广义积分
【例6】
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b
a
f
(
x
)dx
.
或 b f ( x)dx F ( x) b F (b) lim F (a) F(b) F(a)
a
a
xa
当极限存在时，称广义积分收敛；当极限不存在
时，称广义积分发散.
例1 计算广义积分
例题
41
41
1) 0
x dx , 2) 0 x2 dx
解 1） 因为 lim 1 , 所以 1 在x 0的右邻域无界.
x2
1 x
2
dx
1 3
2
1 x 1
1 x
1
dx
1 3
ln
x
1
ln
x
1 2
1 3
lim
b
ln
b1 b2
ln 4
1 3
ln 4.
例题
例6
证明广义积分
1
1 xp
dx
当
p
1时收敛，
当 p 1时发散.
证
(1)
p
1,1
1 xp
dx
1
1 x
dx
ln
x
1
,
(2)
p
1,
1
1 xp
dx
x1 p 1 p1
b
f ( x)dx
a
0 a
或
b f ( x)dx F ( x) b lim F ( x) F (a)
a
a xb
3）设 f ( x)在[a,b]上除点c (a c b)外连续，
lim
xc
f
(x)
.则
b
a
f
( x)dx
c
a
f
( x)dx
b
c
f
( x)dx
当且仅当两个广义积分
c
a
f
(
x
)dx
,
p
1
1
,
p1 p1
因此当 p 1时广义积分收敛，其值为 1 ； p1
当 p 1时广义积分发散.
例题
例 7 证明广义积分 e pxdx当 p 0时收敛， a
当 p 0时发散.
证
e pxdx a
lim
b
b
e
px
dx
a
e px b blim p a
lim e pa e pb
41 x 4 3 2
dx , 2)
4 4
1 x2
dx
解 1） 1 在[4, 4]上除了x 0外连续,且 lim 1 .
3 x2
x x0 3 2
4 1 dx 0 1 dx 4 1 dx
x 4 3 2
x 4 3 2
0 3 x2
0
4
3 3
x
4
3 3
x 0
0
33
6
3
4
例题
2)
例题
例１ 计算 e t dt 0
解
e tdx lim b e tdt
0
b 0
lim [e t
b
]0b
lim (eb 1) b
1.
例题
类似定义
2）
3）
f ( x)dx 0
f ( x)dx
0
f ( x)dx
0
b
lim a a
f
(
x)dx
lim
b
0
f ( x)dx
广义积分
•无穷区间上的广义积分 •无界函数上的广义积分
例题
广义积分
无穷区间
无界函数
无穷区间广义积分
定义 1） 设函数 f ( x)在区间[a,)上连续，取
b
a
，如果极限
lim
b
b
a
f
(
x
)dx
存在，则称此极
限为函数 f ( x) 在无穷区间[a,) 上的广义积
分，记作 a
f
( x)dx.
当极限存在时，称广义积分收敛；当极限不存在 时，称广义积分发散.
和
b
c
f
( x)dx都
b
收敛时，广义积分 a f ( x)dx 收敛。
否则，就称广义积分ab f ( x)dx 发散.
例题
a dx
例2 计算广义积分 0
a2 x2
解
lim 1 , xa0 a2 x2
(a 0).
x a 为被积函数的无穷间断点.
a
0
dx a2 x2
arcsin
x a
a
x
a
因此
例题
例5
计算
1
2 x2 x 2 dx.
解
2
x2
1 x
2
dx
？
1 3
1 dx 2 x1
2
x
1
1
dx
1 3
ln x 1 2 ln x 1 2
lim ln x 1 不存在 1 dx发散.
x
2 x2 x 2
例题
例5
计算
2
x2
1 x
2
dx.
解
2
0
b
注定义3）中 lim f ( x)dx 和 lim f ( x)dx
a a
b 0
只要有一个不存在，则有
发散
例题
例2 计算0 sin xdx.
解 a0sin xdx cosa
lim
a
a0sin
xdx
lim cos
a
a
不存在
0
sin
xdx
发散.
sin xdx
发散
例题
例3
计算广义积分
2、广义积分 1 dx 当_______时收敛；当_______时发 0 xq 散；
3、广义积分 dx 在______时收敛；在_______
2 x(ln x)k 时发散；
4、广义积分 x dx =____；
1 x2
例题
5、广义积分 1 xdx ________；
0 1 x2
x x0
x
4 1 dx lim 4 1 dx
0x
x 0
4
lim
0
2
x
lim
0
4
2
4
2)
41 0 x2 dx
1 x
4
0
lim
0
1 4
1
所以
4 0
1 x2
dx发散
例题
类似定义
2）设 f ( x)在[a,b)上连续，
lim f ( x) ，
xb
b f ( x)dx
lim
b p
p
e
ap
p
,
,
p0 p0
即当 p 0时收敛，当p 0 时发散.
无界函数的广义积分
定义 2
设
f
( x)在(a,b]上连续，
lim
xa0
f
(x)
（即在点a的右邻域内无界）．取 0，如果极
限 lim b 0 a
f ( x)dx存在，则称此极限为
f (x)在
(a,
b]上的广义积分，记作
4 0
1 x2
dx
1 x
4
0
lim
0
1 4
1
所以
4 4
1 x2
dx发散
例题
3
例4 计算广义积分
dx 2.
0 ( x 1)3
解
3 dx
0
2
( x 1)3
3(
x
1
1) 3
3
0
3 3 2,
例题
练习题
一、填空题：
1、广义积分 dx 当_______时收敛；当______ 时
1 xp 发散；
0
arcsin a arcsin 0 .
a
a2
例题
例3
计算广义积分
2 dx . 1 x ln x
解
2 dx
1 x ln x
2 d(ln x) 1 ln x
ln(ln x)2 1
lim ln(ln 2) ln(ln( x)) x1
.
故原广义积分发散.
例4 计算广义积分
例题
1)
1
dx x
2
.
解
dx
0 dx
dx
1 x2 1 x2 0 1 x2
lim a
0
a1
1 x2
dx
lim
b
b1 0 1 x2 dx
lim arctan
a
x0a
lim arctan
b
x
b
0
lim arctana a
lim arctanb b
2
2
.
例题
记 F lim F x , F x F F a