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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

 I+=a+1xαdx=limb+ab1xαdx (a>0)I+=limb+x1α1α|ab=limb+b1αa1α1α  α>1:1α<0,limb+b1α0I+=limb+b1αa1α1α=a1α1α  α=1:I+=limb+ab1xdx=limb+lnx|ab=limb+[lnblna]=  α<1:1α>0,limb+b1αI+=limb+b1αa1α1α=

Conc

α>1:a+1xαdx α1:a+1xαdx 

I+=limb+ab1xαdx=x=tlimb+ba1(x)αdx=limb+ba1|x|αdx=limb+ba|1xα|dxlimb+ba|1xα|dx  I+ :I=limb+ba1xαdx  I+ 

Conc

α>1:a1xαdx α1:a1xαdx 

2.瑕点型 P 积分

 Ia=a+b1(xa)αdx=limε0+a+εb1(xa)αdx (a>0)Ia=limε0+(xa)1α1α|a+εb=limε0+(ba)1αε1α1α  α>1:1α<0,limε0+ε1αIa=limε0+(ba)1αε1α1α=  α=1:Ia=limε0+a+εb1xadx=limε0+ln(xa)|a+εb=limε0+[ln(ba)lnε]=  α<1:1α>0,limε0+ε1α0Ia=limε0+(ba)1αε1α1α=(ba)1α1α

Conc

α<1:limε0+a+εb1(xa)αdx α1:limε0+a+εb1(xa)αdx 

Ia=limε0+a+εb1(xa)αdx=x+t=a+blimε0+abε1(bx)αdxIb=limε0+abε1(bx)αdx  Ia 

Conc

α<1:limε0+abε1(bx)αdx α1:limε0+abε1(bx)αdx 

极限形式 P 判别法

注: limxf(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,α1

f(x),g(x)[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)dxlimb+abf(x)dx
无穷区间 P 积分:a+g(x)dxlimb+ab1xαdx

  1. α>1
    • 0<L<+: a+f(x)dxa+g(x)dx 同敛散,因此 a+f(x)dx ;
    • L=0: a+g(x)dx a+f(x)dx .

 α>1,limx+xαf(x)  a+f(x)dx 

  1. α1
    • 0<L<+: a+f(x)dxa+g(x)dx 同敛散,因此 a+f(x)dx ;
    • L=+: a+g(x)dx a+f(x)dx .

 α1,limx+xαf(x)=k(0)  a+f(x)dx 


同理,因为积分 I=a1xαdx (a>0),I+ 具有相同的敛散性
所以通过 limxf(x)g(x)=limxxαf(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)
     α>1:limx+xαf(x) a+f(x)dx ;
     α1:limx+xαf(x)=k(0)  a+f(x)dx .
  2. f(x)c(,a] (a<0)
     α>1:limxxαf(x) af(x)dx ;
     α1:limxxαf(x)=k(0)  af(x)dx .

2.瑕点型

对于积分 Ia=limε0+a+εb1(xa)αdx (a>0),我们已经知道:
a+εb1(xa)αdx{收敛,α<1发散,α1

f(x),g(x)(a,b] 上非负连续,基准函数 g(x)=1(xa)α
limxa+f(x)g(x)=limxa+(xa)αf(x)=L

瑕积分:abf(x)dxlimε0+a+εbf(x)dx
瑕点型 P 积分:abg(x)dxlimε0+a+εb1(xa)αdx
极限存在 积分收敛;极限不存在 积分发散.

  1. α<1
    • 0<L<+: abf(x)dxabg(x)dx 同敛散,因此 abf(x)dx ;
    • L=0: abg(x)dx abf(x)dx .

 α<1,limxa+(xa)αf(x)  abf(x)dx 

  1. α1
    • 0<L<+: abf(x)dxabg(x)dx 同敛散,因此 abf(x)dx ;
    • L=+: abg(x)dx abf(x)dx .

 α1,limxa+(xa)αf(x)=k(0)  abf(x)dx 


同理,因为 Ib=abε1(bx)αdx (a>0),Ia 具有相同的敛散性
所以通过 limxbf(x)g(x)=limxb(bx)αf(x) 可推出对于瑕积分 abf(x)dx (b ) 有着与 abf(x)dx (a ) 相同的判别法.

Conc
  1. f(x)c[a,b],a 
     α<1:limxa+(xa)αf(x) abf(x)dx ;
     α1:limxa+(xa)αf(x)=k(0)  abf(x)dx .
  2. f(x)c[a,b],b 
     α<1:limxb(bx)αf(x) abf(x)dx ;
     α1:limxb(bx)αf(x)=k(0)  abf(x)dx .
极限形式比较判别法

limxf(x)g(x)=L,f(x)0,g(x)0

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

limx+a+limxalimxa+ablimxbab

qindlute's notes