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反常积分 ​

发表: 5/23/2026 更新: 6/1/2026 字数: 0 字 时长: 0 分钟

在定积分的定义一节我们提到了黎曼积分可积的一个充分条件:

若 f(x) 在 [a,b] 上有界,且存在有限个第一类间断点,则 f(x) 必可积

现在我们定义反常积分:
① f(x) 积分区间无限
② f(x) 在 [a,b] 上有瑕点

满足任意一点即称为反常积分.

积分区间无限 ​

  1. f(x)∈c[a,+∞)
def - ∫abf(x)dx=F(b)−F(a)
Notes:

① F(b)−F(a)≠∫a+∞f(x)dx
② limb→+∞[F(b)−F(a)]=∫a+∞f(x)dx


If limb→+∞[F(b)−F(a)]=A. then 称 ∫a+∞f(x)dx 收敛于A,记 ∫a+∞f(x)dx=A;
If limb→+∞[F(b)−F(a)] 不存在. then 称 ∫a+∞f(x)dx 发散.
  1. f(x)∈c(−∞,a]
def - ∫baf(x)dx=F(a)−F(b)
Notes:

① F(a)−F(b)≠∫−∞af(x)dx
② limb→−∞[F(a)−F(b)]=∫−∞af(x)dx


If limb→−∞[F(a)−F(b)]=A. then 称 ∫−∞af(x)dx 收敛于A,记 ∫−∞af(x)dx=A;
If limb→−∞[F(a)−F(b)] 不存在. then 称 ∫−∞af(x)dx 发散.
  1. f(x)∈c(−∞,+∞]
def - ∫−∞+∞f(x)dx=∫−∞af(x)dx+∫a+∞f(x)dx

极限形式判别法

  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.

  3. f(x)∈c(−∞,+∞]

Conc ∫−∞+∞f(x)dx 收敛⟺∫−∞af(x)dx 与 ∫a+∞f(x)dx 都收敛.

对于反常积分来说,敛散性是高于奇偶性的,只有确定敛散性后才能使用奇偶性.

例1. ∫0+∞x1+x2dx ?
∵limx→+∞x32⋅x1+x2=limx→+∞x21+x2=1 且 α=32>1∴∫0+∞x1+x2dx 收敛.

例2. ∫−∞+∞x1+x2dx ?
∵limx→+∞x1⋅x1+x2=1(≠0) 且 α=1≤1∴∫0+∞x1+x2dx 发散∴∫−∞+∞x1+x2dx 发散.

⭐Gamma 函数

Note: Γ函数(数一、三(概率统计))
def - Γ(α)≜∫0+∞xα−1e−xdx (α>0)
Nat -

① Γ(α+1)=αΓ(α);
② Γ(n+1)=n!;
③ Γ(12)=π

积分区间有限 ​

  1. 瑕点
def -

若函数 f(x) 在 x=a 的任一领域内都无界,则称点 a 为函数 f(x) 的瑕点.
此时 f(a±0) 不存在.

当且仅当该点是无穷间断点或无界震荡间断点时为瑕点.

  1. f(x)∈c[a,b],且 a 为唯一瑕点
def - limε→0+∫a+εbf(x)dx=F(b)−F(a+ε)
Notes:

① F(b)−F(a+ε)≠∫abf(x)dx
② limε→0+[F(b)−F(a+ε)]=∫abf(x)dx


If limε→0+[F(b)−F(a+ε)]=A. then 称 ∫abf(x)dx 收敛于A,记 ∫abf(x)dx=A;
If limε→0+[F(b)−F(a+ε)] 不存在 then 称 ∫abf(x)dx 发散.
  1. f(x)∈c[a,b],且 b 为唯一瑕点
def - limε→0+∫ab−εf(x)dx=F(b−ε)−F(a)
Notes:

① F(b−ε)−F(a)≠∫abf(x)dx
② limε→0+[F(b−ε)−F(a)]=∫abf(x)dx


If limε→0+[F(b−ε)−F(a)]=A. then 称 ∫abf(x)dx 收敛于A,记 ∫abf(x)dx=A;
If limε→0+[F(b−ε)−F(a)] 不存在 then 称 ∫abf(x)dx 发散.

极限形式判别法

  1. f(x)∈c[a,b],a 为唯一瑕点(无穷间断点)
    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(无穷间断点)
    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.
  3. f(x)∈c[a,c)∪(c,b] 且 limx→cf(x)=∞
Conc ∫abf(x)dx 收敛⟺∫acf(x)dx 与 ∫cbf(x)dx 都收敛.

例1. ∫121xx−1dx
例2. ∫0212x−x2 dx

qindlute's notes