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第307题|快速掌握 反常积分敛散性判定的方法|武忠祥老师每日一题

时间:2024-09-15 13:26:04浏览次数:14  
标签:7D% 7Bx% 5E% 积分 散性 307 武忠祥 ln

解题思路:先判断这个反常积分的敛散性,再讨论a的取值范围;

判断反常积分的敛散性,我们通常有三个方法:
(1)根据定义,通常在原函数比较好求的情况下,可以根据定义

(2)比较判别法,

(3)p积分,这不是p积分。

所以我们使用比较判别法来做这道题。

0是无界点,又有无穷区间,既有无界函数的积分也有无穷区间的积分,所以我们要把它拆开。

这里从1拆还是从2拆都无关紧要,只要是在这个区间内的点都行。

比较判别法与谁比较?一般是与p积分进行比较。

回顾一下p积分的知识:

对于无界函数的p积分,p<1时收敛。

对于无穷区间上的p积分,p>1时收敛。

回到这题,要想积分收敛,必须要拆出来的两个积分都收敛才行。

1.先看第一个积分:

\int_{0}^{1} \frac{ln (x+1)dx}{x^{a}},当x趋于0时,ln(x+1)趋于x,等价代换之后是这个积分:

\int_{0}^{1} \frac{1 dx}{x^{a-1}},这两个积分具有相同的敛散性。\int_{0}^{1} \frac{1 dx}{x^{a-1}}是p积分,要想要它收敛,p<1,则有a-1<1,即a<2;

2.再看后面这个积分:

先说结论:x趋于无穷时,x^{a}的增长速度比ln(x+1)快 。此时a>1。

再来证明这个结论:证明过程如下

当x趋于无穷时,取一个\xi,满足a-\xi >1,\frac{ln(x+1)}{x^{a}}=\frac{1}{x^{a-\xi }}\frac{ln(x+1)}{x^{\xi }},

x^{\xi }的增长速度比ln(x+1)快,\frac{ln(x+1)}{x^{\xi }}趋于0,

则有

\frac{ln(x+1)}{x^{a}}=\frac{1}{x^{a-\xi }}\frac{ln(x+1)}{x^{\xi }}<\frac{1}{x^{a-\xi }},

\int_{1}^{+\infty }\frac{1}{x^{a-\xi }}是收敛的,因为p=a-Σ>1。

\frac{ln(x+1)}{x^{a}}小于一个收敛的数,那它自然也收敛。

如果a<=1了,\frac{ln(x+1)}{x^{a}}>\frac{1}{x^{a}},\frac{1}{x^{a}}是发散的,\frac{ln(x+1)}{x^{a}}比它还大,更发散,所以a<=1不成立。

得出答案,a的取值范围是(1,2)。

这是武老师的做法,其实还有可以秒杀的做法:http://反常积分敛散性判断,一个视频让他变成送分题_哔哩哔哩_bilibili https://www.bilibili.com/video/BV1sr4y1Q7Np/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=308462b4e45bfcb048847d072b0c819f

总结一下结论:

反常积分敛散性判定的方法:

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