反常积分敛散性的比较判别法专题(及常用反常积分)

反常积分敛散性的比较判别法


1.比较判别法的一般形式

f ( x ) f(x) f(x), g ( x ) g(x) g(x) [ a , + ∞ ) [a,+\infty) [a,+)连续,且 0 < f ( x ) ≤ g ( x ) 0<f(x)≤g(x) 0<f(x)g(x)。则

    若 ∫ a + ∞ g ( x ) d x \int_{a}^{+\infty} g(x) dx a+g(x)dx收敛,则有 ∫ a + ∞ f ( x ) d x \int_{a}^{+\infty} f(x) dx a+f(x)dx收敛;

    若 ∫ a + ∞ f ( x ) d x \int_{a}^{+\infty} f(x) dx a+f(x)dx发散,则有 ∫ a + ∞ g ( x ) d x \int_{a}^{+\infty} g(x) dx a+g(x)dx发散。


     在这里插入图片描述


2.比较判别法的极限形式

f ( x ) f(x) f(x), g ( x ) g(x) g(x) [ a , + ∞ ) [a,+\infty) [a,+)非负连续 lim ⁡ x → + ∞ f ( x ) g ( x ) = λ \lim\limits_{x \to +\infty}\frac{f(x)}{g(x)}=\lambda x+limg(x)f(x)=λ,则

    若 λ > 0 \lambda>0 λ>0,则 ∫ a + ∞ f ( x ) d x \int_{a}^{+\infty}f(x)dx a+f(x)dx ∫ a + ∞ g ( x ) d x \int_{a}^{+\infty}g(x)dx a+g(x)dx敛散性相同。

    若 λ = 0 \lambda=0 λ=0,且 ∫ a + ∞ g ( x ) d x \int_{a}^{+\infty}g(x)dx a+g(x)dx收敛,则 ∫ a + ∞ f ( x ) d x \int_{a}^{+\infty}f(x)dx a+f(x)dx 收敛。

    若 λ = + ∞ \lambda=+\infty λ=+,且 ∫ a + ∞ g ( x ) d x \int_{a}^{+\infty}g(x)dx a+g(x)dx发散,则 ∫ a + ∞ f ( x ) d x \int_{a}^{+\infty}f(x)dx a+f(x)dx 发散。


3.常用结论

①常用反常积分一(p积分)

    对反常积分 ∫ a + ∞ 1 x p d x \int_{a}^{+\infty}\frac{1}{x^p}dx a+xp1dx,(a>0)

    若 p > 1 p>1 p>1,则该反常积分收敛;

    若 p ≤ 1 p≤1 p1,则该反常积分发散。


②常用反常积分二(q积分)

    对反常积分 ∫ a b 1 ( x − a ) q d x \int_{a}^{b}\frac{1}{(x-a)^q}dx ab(xa)q1dx,(a>0)

    若 q < 1 q<1 q<1,则该反常积分收敛;

    若 q ≥ 1 q≥1 q1,则该反常积分发散。


③常用反常积分三

    对反常积分 ∫ 2 + ∞ 1 x p ln ⁡ q x d x \int_{2}^{+\infty}\frac{1}{x^p\ln^qx}dx 2+xplnqx1dx

    若 P > 1 P>1 P>1,则对任意q该反常积分都收敛;

    若 P < 1 P<1 P1,则对任意q该反常积分都发散;

    若 P = 1 P=1 P=1,则q>1时该反常积分收敛,q≤1时该反常积分发散。


④常用反常积分四

∫ − ∞ + ∞ e − x 2 d x = π \int_{-\infty}^{+\infty}e^{-x^2}dx=\sqrt{\pi} +ex2dx=π


对于一般的多数反常积分,如果可以化成p积分或q积分的形式,则化成即可再判断敛散性。

如果不能,则先尽可能地化简,然后选择合适的p积分或q积分,将其与之进行比较即可。


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