反常积分的敛散性判定方法

绝世美人儿
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2021年02月13日 23:18
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-

2021年2月13日发(作者:谭千秋的资料)



内蒙古财经大学本科学年论文





反常积分敛散性的判定方法









作






者




陈志强





















学






院




统计与数学学院













专






业




数学与应用数学












年






级




2012


级





















学






号




122094102











指导教师




魏运
























导师职称



教授



最终成绩





75


分





















































目





录



摘


要



……… ………………………………………..…….….…………….


.


1



关


键


词


………………………………………………..…….….………….

.


1



引言

< p>
-------------------------------------------- --------------------------------------------2


一


、


预


备


知


识


…………………………..…….….………… …. 2












1.< /p>


无


穷


限


反


常


积


分


……………… …………..…….….…………….


.


2











2.


瑕


积< /p>


分


……………………..…….….…………

3


3.


反


常

积


分


的


性


质


……………………..…….….…………


3



二


、


反

常


积


分


的


收


敛


判


别


法< /p>


………………………………..…….….………4







1


无


穷


积


分


的


收


敛


判


别


……………………..…….….……………< /p>


4


(1).


定义判别法


…………………..…….….…………….


.


……< /p>


4



(2).< /p>


比较判别法


…………………..…….….…………….


.


……


4


(3).


柯西判别法


…………………..…….….…………… .


.


……


5



(4)


阿贝尔判 别法


.


…………………..…….….…………….

< p>
6



(5).

< p>
狄利克雷判别法


…………………..…….….……………


7




< br>2


瑕


积


分


的


收


敛


判


别


…………………..…….….……………. …


.


…


8



(1).


定义判别法


…………………. .…….….…………….


.


……


8< /p>












(2).


定


理


判


别


法< /p>


……………………………..…….….…………….


.9












(3).


比


较


判


别


法< /p>


…………………………………..…….….…………


9




(4).

< p>
柯西判别法


……………………………..…….….……………

< p>
9


(5).


阿贝尔判别法


……………………………..…….….………


.10


(6).


狄利克雷判别法


……………………..…….….…………….


10

















































参考文献


………………………………………………..…….….………


11



















































































































































摘要











在很多 实际问题中,要突破积分区间的有穷性和被积函数的有界性,由


此得到了定积分的两种形 式的推广:


无穷限反常积分和瑕积分。


我们将这两种积


分统称为反常积分。


因为反常积分涉及到一个收敛问题,


所以反常积分的敛散性


判定就显得非常重要了。


本文将 对反常积分的敛散性判定进行归纳总结,


并给出


了相关定理的证 明,


举例说明其应用,


这样将有助于我们灵活的运用各种等价定


理判断反常积分的敛散性。



关键词< /p>


:


反常积分




瑕积分




极限




敛散性























































































1



引言




近些 年以来,


一些数学工作者对反常积分敛散性的判别方法做了研究并取得

< br>了许多重要的进展。如华东师范大学数学系编,数学分析(上册)


,对反常积分< /p>


积分的定义,


性质的运用及讲义其判别收敛性的方法。

< p>
华中科技大学出版的数学


分析理论方法与技巧,


也 对反常积分敛散性判别做了详细的讲解,


还用图形的方


法说明其 意义。引申出反常积分敛散性的等价定义,并通过例题说明其应用。


< br>众多学者研究的内容全而广,


实用性很高,


尤其是在研究 敛散性的判别很明


显,


这对我现所研究的论文题目提供了大量的 理论依据和参考文献,


对我完成此


次论文有很大的帮助,


但绝大多数文献只是对其一种方法进行研究,


而本文将对


其进行归纳总结,举例说明其应用。



一



、



预备知识



1.


无穷限反常积分



定义


1.1


设函数


f


(


x


)


在


[


a,+∞)有定义,若


f


(


x


)


在


[< /p>


a,


A]


上可积(


A>a


)


且当


A

→+∞时,


lim


称反常积分


< /p>


对反常积分


A





a



A


f


(


x


)


dx



存在,称反常积分




f


(


x


)

dx


收敛,否则


a





a


a

< br>


f


(


x

)


dx


与



f


(


x


)


d x


发散。











f


(


x


)


dx


与



f


(


x


)


dx


可


类


似的


给


出


敛


散性定


义


。






f


(


x

< p>
)


dx


和



f


(


x


)

< br>dx


都收敛时,


才认为






注意:


只有当



a






< /p>





f


(


x


)


dx


是收敛的。



2


.


.


瑕


积


分



定


义


1


:


设


f(x)


在


a


的

< p>
任


何


邻


域


内


均


无


界

,


则


称


a


为


f(x)


的


一


个


瑕


点



定


义


2


:


设


f(x)


在


[


a< /p>


,


b


)


内有定义 ,且


b


为唯一瑕点,若


δ


lim



0



a



b


< br>δ


f


(


x


)


dx


存


在,称瑕积分



b


a


f

< br>(


x


)


dx

收敛



c


定义

3


:设


C




a


,


b



且为


f(x)


的一个瑕点,若



a


f


(


x


)


dx


和



f


(


x

)


dx


c


d


均收敛,则称瑕积分



3.


反常积分的性质




b


a


f

(


x


)


dx
















































2



( 1)Cauchy


收敛原理:




a


f


(


x


)


dx


收敛



对



ε


>0

< p>
,



A


0


>a,


当


A


1


>


A


2


>

A


0


时,有


A


2


A


1


f


(


x


)


dx


<


ε



(2)


线性性质:若



a


f


(


x


)


dx


与



g


(


x


)


dx< /p>


都收敛,则对任意常数


k


1


,


k


2


,

< br>a





k


a



1


f


(


x


)



k


2


g


(


x


)



dx

< p>
(



f


2


也



收


敛


,


且


有




k


a


< /p>


1


)



k


g



x


=

< p>
k


1



a


(


f


(


k

x


)


dx


)


2



a


x



g


(


x


)


dx


d


x


(3)< /p>


积


分


区


间


可


加


性


,

< p>
若



b




a


f


(

x


)


dx




收


敛


,


则



b




a< /p>


,






,



a


f


(


x


)


dx


=

< p>


a


f


(


x


)


dx


< br>


b


(4)


若

< br>


f


(


x


)


dx


.




a


f


(


x


)


dx


收敛,则




a


f


(


x


)


dx


≤< /p>




a


f


(


x


)


dx


。



二


、


反


常


积


分

< br>的


敛


散


性


判


别


法



1 .


无


穷


积


分< /p>


的


敛


散


性


判


别



< p>
(


1


)


定


义


判


别


法


设


函


数


f


定


义


在


无< /p>


穷


区


间


[


a


,





)


上


,


且


在


任


何


有


限

< br>区


间


[


a


,


u


]


上


可


积


.


如


果


存


在


极


限













lim



u


a


f


(


x


)


dx



J


,


< p>
u





则


称

< p>





敛


,


否


则


发


散

< br>,


即


相


应


定


积


分


的


极


限


存


在


广


义


积


分


收


敛


,


定


积


分


的


极


限

< br>不


a


f


(


x


)


dx


收


存


在


广


义


积< /p>


分


发


散



例


1.1


计算无穷积分




0


xe


解:







px


dx



(


p


是常数,且


p


0


)



1






px


1



0


e


dx




2


e



px


p


p


1



2


p


x

< p>




0


xe

< p>


px


dx


< p>


e



px


p


式


中





lim


x e


x






p x





0



 


0



x


1< /p>



lim


px



lim


px



0



x





e


x





pe















































3




( 2).


比较判别法的普通形式


:


f


(


x


),


g


(


x


)


在

< p>


a


,






有


定


义

< br>,


且


0



f


(


x


)



g


(


x


)(< /p>


x



a


)



(


a


)

< p>



a


g


(


x


)


dx

< br><






< br>a



f


(


x


)


dx


<






(


b


)




a


f


(


x


)


dx


=+





g


(


x


)


dx


=+




a


例


1.2


讨论




0


s in


x


dx


的收敛性

< br>


2


1



x



,



x




解:由于


sin


x


1

< br>


2


1



x


1



x


2



0


,


< /p>




因为


收敛。





0



si n


x


dx


π


d x


为绝对



为收敛,

< br>所以根据比较判别法



0


2


2


1



x


1



x


2


(3).


比


较


判别


法


的


极


限


形


式


:


f

< br>(


x


),


g

(


x


)


在



a


,






有定义,且非负,且


f


(


x


)


lim



l


则:



x





g


(


x


)



(


a

< br>)当


l



(

< br>b


)


l


=


0


时,



a


g


(


x


)


dx


<






a


f


(


x


)


dx


<










+



时


,



a


g


(

< br>x


)


dx


=





a


f

(


x


)


dx


=








(


c


)


0


<


l


<





时,




a


g


(


x


)


dx


,



f


(


x


)


dx

< br>具有相同点敛散性。



a



f


(


x


)



l





< p>
,由极限的性质,存在常数


A


(

< br>A>a


)使



证:


(


1)


若


x


lim





g


(< /p>


x


)


得当


x



A


时成立



f


(


x


)


<


l


+


1




g

< br>(


x


)



即



f


(


x


)


<


(


l


+


1


)


g


(


x


)

< br>


于是由比较判别法,当



a


g


(


x


)


dx


收敛时
















































4

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