考研高数——反常积分敛散性的判别的两个重要结论

对于反常积分敛散性的判别,我们需要掌握两个重要结论,并能熟练地进行无穷小、无穷大比阶。1

注意到:

∫ 1 x p d x = 1 ( p − 1 ) x p − 1 = 1 p − 1 ⋅ e ( 1 − p ) ln ⁡ x \int \frac{1}{x^p} \mathrm{d}x = \frac{1}{(p-1)x^{p-1}} = \frac{1}{p-1} \cdot e^{(1-p)\ln x} xp1dx=(p1)xp11=p11e(1p)lnx

有:

(1)无穷区间的反常积分 ∫ 1 ∞ ( 1 / x p ) d x \int_1^\infty (1/{x^p}) \mathrm{d}x 1(1/xp)dx:在 p > 1 p \gt 1 p>1 时收敛,在 p ⩽ 1 p \leqslant 1 p1 时发散。

  • ln ⁡ x 在 ( 1 , ∞ ) \ln x 在 \left(1, \infty \right) lnx(1,) 上恒正,
    • ( 1 − p ) < 0 \left( 1 - p \right) \lt 0 (1p)<0 时, lim ⁡ x → ∞ e ( 1 − p ) ln ⁡ x = 0 \lim_{x \to \infty} e^{(1-p)\ln x} = 0 limxe(1p)lnx=0, 故收敛;
    • p = 1 p = 1 p=1 时, 1 p − 1 \frac{1}{p-1} p11 不存在,故发散;
    • ( 1 − p ) > 0 \left( 1 - p \right) \gt 0 (1p)>0 时, lim ⁡ x → ∞ e ( 1 − p ) ln ⁡ x = ∞ \lim_{x \to \infty} e^{(1-p)\ln x} = \infty limxe(1p)lnx=, 故发散。

(2)无界函数的反常积分 ∫ 0 1 ( 1 / x p ) d x \int_0^1 (1/{x^p}) \mathrm{d}x 01(1/xp)dx:在 p < 1 p \lt 1 p<1 时收敛,在 p ⩾ 1 p \geqslant 1 p1 时发散。

  • ln ⁡ x 在 ( 0 , 1 ) \ln x 在 \left(0, 1 \right) lnx(0,1) 上恒负,
    • ( 1 − p ) > 0 \left( 1 - p \right) \gt 0 (1p)>0 时, lim ⁡ x → 0 e ( 1 − p ) ln ⁡ x = e − ∞ = 0 \lim_{x \to 0} e^{(1-p)\ln x} = e^{-\infty} = 0 limx0e(1p)lnx=e=0, 故收敛;
    • p = 1 p = 1 p=1 时, 1 p − 1 \frac{1}{p-1} p11 不存在,故发散;
    • ( 1 − p ) < 0 \left( 1 - p \right) \lt 0 (1p)<0 时, lim ⁡ x → ∞ e ( 1 − p ) ln ⁡ x = e + ∞ \lim_{x \to \infty} e^{(1-p)\ln x} = e^{+\infty} limxe(1p)lnx=e+,故发散。

LaText 公式2


  1. 《高数18讲P155》 ↩︎

  2. LaText 语法参考来自StackExchange ↩︎

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