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判别法推导 ​

发表: 5/26/2026 更新: 5/26/2026 字数: 0 字 时长: 0 分钟

基准 P 积分判别 ​

1.无穷区间 P 积分 ​

记 I+=∫a+∞1xαdx=limb→+∞∫ab1xαdx (a>0)I+=limb→+∞x1−α1−α|ab=limb→+∞b1−α−a1−α1−α①  α>1:1−α<0,limb→+∞b1−α→0I+=limb→+∞b1−α−a1−α1−α=−a1−α1−α⇒收敛②  α=1:I+=limb→+∞∫ab1xdx=limb→+∞ln⁡x|ab=limb→+∞[ln⁡b−ln⁡a]=∞⇒发散③  α<1:1−α>0,limb→+∞b1−α→∞I+=limb→+∞b1−α−a1−α1−α=∞⇒发散

Conc

α>1:∫a+∞1xαdx 收敛α≤1:∫a+∞1xαdx 发散

I+=limb→+∞∫ab1xαdx=x=−tlimb→+∞∫−b−a1(−x)αdx=limb→+∞∫−b−a1|x|αdx=limb→+∞∫−b−a|1xα|dx∴limb→+∞∫−b−a|1xα|dx 与 I+ 有相同的敛散性又根据绝对收敛:I−=limb→+∞∫−b−a1xαdx 与 I+ 有相同的敛散性

Conc

α>1:∫−∞−a1xαdx 收敛α≤1:∫−∞−a1xαdx 发散

2.瑕点型 P 积分 ​

记 Ia=∫a+b1(x−a)αdx=limε→0+∫a+εb1(x−a)αdx (a>0)Ia=limε→0+(x−a)1−α1−α|a+εb=limε→0+(b−a)1−α−ε1−α1−α①  α>1:1−α<0,limε→0+ε1−α→∞Ia=limε→0+(b−a)1−α−ε1−α1−α=∞⇒发散②  α=1:Ia=limε→0+∫a+εb1x−adx=limε→0+ln⁡(x−a)|a+εb=limε→0+[ln⁡(b−a)−ln⁡ε]=∞⇒发散③  α<1:1−α>0,limε→0+ε1−α→0Ia=limε→0+(b−a)1−α−ε1−α1−α=(b−a)1−α1−α⇒收敛

Conc

α<1:limε→0+∫a+εb1(x−a)αdx 收敛α≥1:limε→0+∫a+εb1(x−a)αdx 发散

Ia=limε→0+∫a+εb1(x−a)αdx=x+t=a+blimε→0+∫ab−ε1(b−x)αdx∴Ib=limε→0+∫ab−ε1(b−x)αdx 与 Ia 有相同的敛散性

Conc

α<1:limε→0+∫ab−ε1(b−x)αdx 收敛α≥1:limε→0+∫ab−ε1(b−x)αdx 发散

极限形式 P 判别法 ​

注: limx→◻f(x)g(x) 存在或为无穷大,瑕积分的瑕点必须是非震荡型无穷间断点

1.无穷区间 ​

对于积分 I+=∫a+∞1xαdx (a>0),我们已经知道:
∫a+∞1xαdx{收敛,α>1发散,α≤1

设 f(x),g(x) 在 [a,+∞) 上非负连续,基准函数 g(x)=1xα
limx→+∞f(x)g(x)=limx→+∞xαf(x)=L

无穷区间积分:∫a+∞f(x)dx≜limb→+∞∫abf(x)dx
无穷区间 P 积分:∫a+∞g(x)dx≜limb→+∞∫ab1xαdx

  1. α>1
    • 若 0<L<+∞: ∫a+∞f(x)dx 与 ∫a+∞g(x)dx 同敛散,因此 ∫a+∞f(x)dx 收敛;
    • 若 L=0: ∫a+∞g(x)dx 收敛⇒∫a+∞f(x)dx 收敛.

⇒∃ α>1,limx→+∞xαf(x) 存在 ⟹∫a+∞f(x)dx 收敛

  1. α≤1
    • 若 0<L<+∞: ∫a+∞f(x)dx 与 ∫a+∞g(x)dx 同敛散,因此 ∫a+∞f(x)dx 发散;
    • 若 L=+∞: ∫a+∞g(x)dx 发散⇒∫a+∞f(x)dx 发散.

⇒∃ α≤1,limx→+∞xαf(x)=k(≠0) 或 ∞⟹∫a+∞f(x)dx 发散


同理,因为积分 I−=∫−∞−a1xαdx (a>0), 与 I+ 具有相同的敛散性
所以通过 limx→−∞f(x)g(x)=limx→−∞xαf(x) 可推出对于无穷区间积分 ∫−∞−af(x)dx 有着与 ∫a+∞f(x)dx 相同的判别法.

Conc
  1. f(x)∈c[a,+∞) (a>0)
    ① ∃ α>1:limx→+∞xαf(x) ∃⇒∫a+∞f(x)dx 收敛;
    ② ∃ α≤1:limx→+∞xαf(x)=k(≠0) 或 ∞⇒∫a+∞f(x)dx 发散.
  2. f(x)∈c(−∞,a] (a<0)
    ① ∃ α>1:limx→−∞xαf(x) ∃⇒∫−∞af(x)dx 收敛;
    ② ∃ α≤1:limx→−∞xαf(x)=k(≠0) 或 ∞⇒∫−∞af(x)dx 发散.

2.瑕点型 ​

对于积分 Ia=limε→0+∫a+εb1(x−a)αdx (a>0),我们已经知道:
∫a+εb1(x−a)αdx{收敛,α<1发散,α≥1

设 f(x),g(x) 在 (a,b] 上非负连续,基准函数 g(x)=1(x−a)α
limx→a+f(x)g(x)=limx→a+(x−a)αf(x)=L

瑕积分:∫abf(x)dx≜limε→0+∫a+εbf(x)dx
瑕点型 P 积分:∫abg(x)dx≜limε→0+∫a+εb1(x−a)αdx
极限存在 ⟺ 积分收敛;极限不存在 ⟺ 积分发散.

  1. α<1
    • 若 0<L<+∞: ∫abf(x)dx 与 ∫abg(x)dx 同敛散,因此 ∫abf(x)dx 收敛;
    • 若 L=0: ∫abg(x)dx 收敛⇒∫abf(x)dx 收敛.

⇒∃ α<1,limx→a+(x−a)αf(x) 存在 ⟹∫abf(x)dx 收敛

  1. α≥1
    • 若 0<L<+∞: ∫abf(x)dx 与 ∫abg(x)dx 同敛散,因此 ∫abf(x)dx 发散;
    • 若 L=+∞: ∫abg(x)dx 发散⇒∫abf(x)dx 发散.

⇒∃ α≥1,limx→a+(x−a)αf(x)=k(≠0) 或 ∞⟹∫abf(x)dx 发散


同理,因为 Ib=∫ab−ε1(b−x)αdx (a>0), 与 Ia 具有相同的敛散性
所以通过 limx→b−f(x)g(x)=limx→b−(b−x)αf(x) 可推出对于瑕积分 ∫abf(x)dx (b 为唯一瑕点) 有着与 ∫abf(x)dx (a 为唯一瑕点) 相同的判别法.

Conc
  1. f(x)∈c[a,b],a 为唯一瑕点
    ① ∃ α<1:limx→a+(x−a)αf(x) ∃⇒∫abf(x)dx 收敛;
    ② ∃ α≥1:limx→a+(x−a)αf(x)=k(≠0) 或 ∞⇒∫abf(x)dx 发散.
  2. f(x)∈c[a,b],b 为唯一瑕点
    ① ∃ α<1:limx→b−(b−x)αf(x) ∃⇒∫abf(x)dx 收敛;
    ② ∃ α≥1:limx→b−(b−x)αf(x)=k(≠0) 或 ∞⇒∫abf(x)dx 发散.
极限形式比较判别法

limx→◻f(x)g(x)=L,f(x)≥0,g(x)≥0

  1. 0<L<+∞: ∫f(x)dx 与 ∫g(x)dx 同敛散
  2. L=0: 若 ∫g(x)dx 收敛,则 ∫f(x)dx 收敛
  3. L=+∞: 若 ∫g(x)dx 发散,则 ∫f(x)dx 发散

limx→+∞→∫a+∞limx→−∞→∫−∞alimx→a+→∫ablimx→b−→∫ab

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