微積分小題集(4)

2022-09-10 09:21:09 字數 1573 閱讀 7866

\(\newcommand \d} \newcommand \f\newcommand \dxx}\)

討論廣義積分:

\[\f_1^ \frac} \d x,\f_1^ \frac} \d x

\]的收斂性與絕對收斂性。

當 \(\alpha \le 0\) 時,根據柯西收斂原理,廣義積分不收斂。

當 \(\alpha > 0\) 時,任取 \(1,有:

\[|\f^_\frac} \d x| = |-\frac|^_-a\f \frac} \d x|\\

\le \frac+\frac 1+a\f\frac 1} \d x =\frac 2

\]故存在滿足柯西收斂原理的 m,收斂。

當 a > 1 時,$\f^_\frac \d x <\f \frac 1 \d x $,絕對收斂。

當 $0 < a \le 1 $ 時,

\[\f_1^a \frac \d x \ge \f_1^a \frac \d x = \frac 12(\f_1^a\frac 1x \d x -\f_1^a \frac \d x)

\]後面收斂,前面收斂,故條件收斂。

判別 \(\f_0^1 \frac \d x\) 收斂性。

\(\f_0^1 \frac \d x=\f_0^\frac12 \frac \d x + \f_\frac 12^1 \frac \d x\)

前半段極限除以 \(x^\) = 0,而 \(x^\) 收斂,故前半段收斂。

後半段發散,與 (1-x)^-1 同階

求廣義積分 \(i = \f^b_a \frac} \d x\) 其中 b > a

因為 \(\frac+\frac = 1\) 並且兩項都 >= 0,所以令 \(\frac=\cos^2 t\)

\(i = \f_^0 \frac =\pi\)

這個積分和 a,b 取值無關。

\(\f_1^ \frac-1}}=\f_1^ \frac\d x}}}=-\f_^0 \frac 1}\d x=\arcsin \frac 1e\)

求 $\f^_0 \frac $ 的值。

$\f^_0 \frac =\f^_0 \frac +\f^_1 \frac $

\(\f_0^1 \frac=-\f_^1 \frac=\f^_1 \frac\)

\(\f^_0 \frac =\f^_0 \frac +\f^_1 \frac=\f_1^\frac \d x = \f_1^\frac \d x=\frac\)

求 \(\f^_0 \ln \sin x \d x\)

\[\f_0^ \ln \sin x \d x \\

=\f_0^ \ln 2\sin \frac x2\cos \frac x2 \d x \\

=\frac \pi2 \ln 2+\f_0^ \ln \sin \frac x2 \d x+\f_0^ \ln \cos \frac x2 \d x\\

=\frac \pi2 \ln 2+2\f_0^ \ln \sin x \d x+2\f_0^ \ln \cos x\d x\\

=\frac \pi2 \ln 2+2 i\\

\]所以 \(i = -\frac\pi2 \ln 2\)

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