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一般函数无穷积分的收敛性

下一节:其他无穷积分

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一般函数无穷积分的收敛性课程教案、知识点、字幕

好我们现在来讨论

一般函数的无穷积分的收敛性

所谓一般函数

就对应于刚才我们讲过的非负函数

也就说可正可负的函数

经常变号的正负号经常改变的函数

第一概念我们回过头去再来看一看

如果f(x)在我们所讨论的范围内是可正可负的

也就不是我们原来所讨论的非负函数

那么我们来看一看

所谓无穷积分的收敛性

指的是a到Af(x)dx

A趋于正无穷

这个极限要存在

我们知道极限存在

可以用定义来证明

实际上来讲对于极限存在的判断法则

还有一个所谓的柯西准则

我们回忆一下

我们的柯西准则实际上是这么讲的

如果说对于任意的ε>0

存在着一个很大的一个数M是大于a的

使得对于任意的A一撇和A两撇大于M

都有从A一撇到A两撇f(x)dx这个定积分小于ε

则limA趋于正无穷

这是充分必要的

从a到Af(x)dx极限存在

也就是说从a到正无穷f(x)dx这么一个反常积分是收敛的

那么柯西准则

实际上就给反常积分的收敛性

找了一个充分必要条件

我们来看看从这么一个充分必要条件

我们来看看

一般的一个函数的反常积分的收敛性

这个定理告诉我们

如果说从a到正无穷

f(x)取了绝对值之后构成的反常积分收敛

则原来的a到正无穷f(x)这么一个反常积分

一定也收敛

也就是说我把被积函数f(x)取了绝对值之后

构成的反常积分如果是收敛的话

那么原来那个反常积分本身一定是收敛的

证明我们来看看

因为取了绝对值之后

反常积分是收敛的

由柯西准则告诉我们

上面那句话

对于任意的ε>0

存在着一个M是大于a的常数

使得对于任意的A一撇A两撇大于M

都有从A一撇到A两撇绝对值f(x)这个函数的定积分

是小于ε的

这是绝对值f这么一个反常积分收敛性的柯西准则

因为从A一撇到A两撇f(x)dx

根据定积分的保序关系

它是小于等于从A一撇到A两撇

绝对值f(x)dx的积分

那这样的话我们知道

它一定是小于ε的

也就是说我们从头到尾捋一下

我们可以知道对于任意的ε>0

存在着一个M是大于a的一个实数

使得只要A一撇A两撇都大于M的话

我们从A一撇到A两撇f(x)这么一个定积分的绝对值

一定小于ε

这就是a到正无穷f(x)dx这个函数

反常积分收敛性的柯西准则

所以一定是收敛的

那现在我们可以知道

对于一个可正可负的函数的反常积分的收敛性

如果说我们可以判断出它绝对值之后构成的非负函数

如果反常积分是收敛的

那么它本身一定是收敛的

那么我们就可以给出定义

如果说从a到正无穷

我加上绝对值之后构成的反常积分是收敛的

刚才那个定理告诉我们

不加绝对值本身的一个反常积分一定收敛

我们把本身那个反常积分的收敛性

我们把它称之为绝对收敛

则称a到正无穷f(x)dx绝对收敛

就称它就称原来那个反常积分

把它称之为绝对收敛的这是第一个

第二件事情的话

如果说从a到正无穷

取了绝对值之后这个反常积分是发散的

但是原来a到正无穷f(x)dx

原来那个反常积分是收敛的

我们把这种收敛性

称为a到正无穷

原来那个反常积分

我们把它称为条件收敛

所以我们现在就可以知道

对于一个可正可负的一个一般的函数

那么它的收敛性就分成两类

一类是更强的一种收敛性

就是加上绝对值也收敛

定理保证它本身一定收敛

我们把它称之为绝对收敛

另外一类加上绝对值之后发散了

但它本身是收敛的

那么我们把这类

叫作条件收敛

所以可正可负的函数

它有绝对收敛条件收敛

以及最最糟糕的情况

他就是发散

那么这三种情况

都有可能出现

我们留一个问题

这个问题我们将在下一章讲

这个问题是这么一个问题

是否存在这么一种函数

使得这个函数

它的反常积分是条件收敛

我们讲了半天

我们讲绝对收敛讲条件收敛

那么我们必须要给出这么一个例子

告诉大家条件收敛的反常积分

确确实实是存在的

好刚才我们讲了

有对一般的一个函数来讲

我们把反常积分分为绝对收敛和条件收敛

那么我们必须要给出一个例子

例我们讨论这么一个函数的反常积分

sinx除以x的dx

我们先来看这个函数

x分之sinx

xinx当x从1到正无穷的时候

它是正负交替的

所以这个函数是一个交替

正负交错的这么一个函数

那么先来看看这个函数的反常积分的收敛性

好根据反常积分的定义

它就等于limA趋于正无穷

从1到Asinx除以x

这么一个积分的极限形式

我们再来看看sinx除以x

从1到A这么一个定积分

我们用一下分部积分

等于负的从1到A

dcosx除以x

就等于负的cosx除以x

上限下限是1

上限是A再加上cosx

x分之1的导数

是负的x平方

从1到Adx

我们来看看分别来看这两个极限

第一个极限limA趋于正无穷

负的cosx除以x

下限是1上限是A

就等于limA趋于正无穷

cos1减去cosA除以A就等于cos1

这个极限是存在的

我们再来看看第二个

从1到Acosx除以负的x平方的dx

那么我们来看一看

因为cosx除以负的x的平方的绝对值

是小于等于x平方分之1的

而从1到正无穷x平方分之1

这个反常积分是收敛的

所以我们根据刚才我们讲过的

反常积分的条件收敛和绝对收敛的知识

我们可以知道

这么一个从1到正无穷

cosx除以负的x平方的dx

这么一个反常积分是绝对收敛的

因为它加上绝对值之后

小于等于x平方分之1是收敛的

所以它是一个绝对收敛的

绝对收敛的本身一定收敛

所以第一项当A趋于正无穷的时候

它是有极限的

第二项当A趋于正无穷的时候

我们讲绝对收敛

它本身一定收敛也有极限

所以我们可以知道

我们原来讲的这么一个反常积分

它是一个收敛的

那么我们加上绝对值看一下

讨论它的绝对收敛性

sinx绝对值除以x从1到正无穷dx

我们知道sinx的绝对值除以x

它本身大于等于sin的平方x除以x

sin平方x除以x从三角函数的角度上来讲

就可以写成二分之一的括弧x分之一

减去cos的两倍的x除以x

那么我们来看一下这么一件事情

从1到正无穷二分之一x分之一减去cos两倍的x除以x

这么一个等号右边的反常积分

我们跟我们这个例题一样

sinx除以x的反常积分是收敛的

同样的方法我们可以证明

cosx除以x的反常积分它也是收敛的

所以我们可以知道

在这个反常积分里面

cos两倍的x除以x

从1到正无穷

这个反常积分是一个收敛的

但是从1到正无穷

前面那一项它的反常积分是发散的

一个收敛的反常积分

加上一个发散的反常积分

它必然是一个发散的

所以我们可以得到结论就是

从1到正无穷sinx的绝对值除以xdx

这个反常积分是发散的

这也就是给了我们一个例子

告诉我们原来我们sinx除以x

从1到正无穷

这么一个反常积分本身是收敛的

但是加上绝对值之后是发散的

那么我们把这个收敛

就叫作条件收敛

所以我们可以知道

条件收敛的反常积分

确确实实是存在的

那么我们再来看一看

一般函数的反常积分的收敛性的一个例子

从1到正无穷e的-x次方

负的x平方次方sinxdx

e的负x平方

前面那个函数一定是一个正的函数

sinx从1到正无穷

它是一个正负交错的这么一个函数

所以这么一个构成的函数

它本身是可正可负的一个交错的函数

我们来讨论这么一个函数的

一般函数的反常积分的收敛性

好我们知道e的负x的平方次方sinx绝对值

一定小于等于e的负x平方

而且我们也知道

从1到正无穷e的负x平方这个反常积分一定收敛

原因很简单我们找一个尺度来比较一下

e的负x平方除以x平方分之1

我们讨论这个极限

x趋于正无穷

它就等于limx趋于正无穷

x平方除以e的x平方

这个极限一定是等于0

所以我们可以知道

e的负x平方

作为一个非负函数

远远小于x平方分之1

而x平方分之1

这么一个非负函数的反常积分

已经收敛了

所以原来那个e的负x平方

根据比阶的原则构成的反常积分

它一定收敛

既然是收敛

加上绝对值之后还收敛

那么我们原来这个

本题目要算的

e的负x平方sinx这么一个反常积分

一定是绝对收敛的反常积分

所以绝对收敛的判断

又回到了我们原来刚才讲过的

非负函数的反常积分的收敛性的判断

那么这一套东西

我们可以有我们的办法

比大比小比阶这一套办法

微积分——极限理论与一元函数课程列表:

序言

-序言

--序言

第一章 实数与函数

-第一节 实数集的界与确界

--实数集的界

--实数集的确界

-第一节思考与练习

--思考题

--练习题

-第二节 函数的概念

--函数定义与函数图形

--分段函数与隐函数

-第二节思考与练习

--思考题

--练习题

-第三节 函数的运算

--函数的四则运算与复合运算

--函数的反函数

-第三节思考与练习

--思考题

--练习题

-第四节 函数的初等性质

--函数的有界性,奇偶性

--函数的周期性,单调性

--函数的凸性

-第四节思考与练习

--思考题

--练习题

-第五节 初等函数

--初等函数

-第五节思考与练习

--思考题

--练习题

-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线

--极坐标系与点的极坐标,极坐标方程表示的几种曲线

--参数方程表示的几种曲线

第二章 极限论

-第一节 数列极限的概念与性质

--数列的概念,数列极限的概念(1)

--数列极限的概念(2)

--数列极限的性质及四则运算法则

--无穷大量

-第一节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第一节思考与练习

-第二节 数列极限存在的充分条件

--数列极限存在的充分条件

--单调有界收敛定理

-第二节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第二节思考与练习

-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则

--Bolzano定理与Cauchy收敛准则

--区间套定理与Bolzano定理

--Cauchy收敛准则

-第三节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第三节思考与练习

-第四节 函数极限的概念与性质

--函数极限的概念

--函数极限的性质

-第四节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第四节思考与练习

-第五节 函数极限的运算

--函数极限的四则运算与复合函数的极限

--夹逼定理与重要极限

-第五节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第五节思考与练习

-第六节 无穷小量及其(阶的)比较

--无穷小量与无穷大量的概念与性质

--无穷小量的比较

-第六节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第六节思考与练习

第三章 连续函数

-第一节 连续函数的概念与性质

--函数在一点连续的概念

--间断点的分类

--连续函数的性质

--连续函数的运算与初等函数的连续性

-第一节 思考与练习

--思考题

--第三章 连续函数--第一节 思考与练习

-第二节 闭区间上连续函数的性质

--闭区间上连续函数的性质

-第二节 思考与练习

--思考题

--第三章 连续函数--第二节 思考与练习

-第三节 函数的一致连续性

--一致连续的概念

--一致连续的必要条件

--闭区间上连续与一致连续的等价性

-第三节 思考与练习

--思考题

--第三章 连续函数--第三节 思考与练习

第四章 导数与微分

-第一节 导数与微分的概念

--导数的概念

--单侧导数、可导与连续的关系

--导数的几何意义

--微分概念

-第一节 思考与练习

--思考题

--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习

-第二节 导数与微分的运算

--导数的四则运算

--复合函数的求导法(链导法则)

--反函数求导法

-第二节 思考与练习

--思考题

--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习

-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数

--几种特殊函数的求导法

--参数方程求导法与对数求导法

--高阶导数

-第三节 思考与练习

--思考题

--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习

第五章 导数应用

-第一节 微分中值定理

--Fermat定理

--Rolle定理

--Lagrange中值定理

--Cauchy中值定理

-第一节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第一节 思考与练习

-第二节 L'Hospital 法则

--0/0型不定式

--∞/∞型不定式

--其他形式的不定式

-第二节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第二节 思考与练习

-第三节 函数的单调性与极值

--函数的单调性

--函数的极值

--函数最值的求法

-第三节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第三节 思考与练习

-第四节 函数的凸性与拐点

--函数凸性的判别法

--拐点

--曲线的渐近性

-第四节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第四节 思考与练习

-第五节 Taylor 公式

--带有Peano型余项的Taylor 公式

--带有Lagrange型余项的Taylor公式

--Maclaurin公式

--Taylor公式的应用(一)

--Taylor公式的应用(二)

-第五节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第五节 思考与练习

第六章 原函数与不定积分

-第一节 概念与性质

--原函数的概念

--原函数存在的充分条件

--6-1视频纠正

--原函数存在的必要条件

--不同原函数之间的关系

--不定积分的概念与性质

--简单函数求不定积分

-第一节思考与练习

--思考题

--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习

-第二节 换元积分法

--第一换元法

--第二换元法

-第二节思考与练习

--思考题

--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习

-第三节 分部积分法

--分步积分法

-第四节 有理函数的积分

--四个特殊函数的不定积分

--有理分式函数的化简

--html

--有理分式函数的不定积分

--三角有理函数化成分式有理函数

--三角有理函数的不定积分

--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习

-第五节 简单无理式的积分

--无理函数的有理化

--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习

第七章 定积分

-第一节 积分概念与积分存在条件

--定积分的概念

-- 函数的可积性

--第七章 定积分--第一节思考与练习

-第二节 定积分的性质

--定积分的性质

--定积分性质的应用

-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式

--变上限积分

--复合变限积分

--变限积分所定义的函数

--Newton-Leibniz公式

--定积分的计算

--第七章 定积分--第三节思考与练习

-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法

--定积分的计算-换元法

--定积分的计算-分部积分法

--分段函数定积分的计算

--第七章 定积分--第四节思考与练习

-第五节 定积分的几何应用

--平面区域的面积

--曲线的弧长

--平面曲线的曲率

--旋转体体积与表面积

--第七章 定积分--第五节思考与练习

-第六节 定积分的物理应用

--物理应用简介

-第七节 反常积分

--反常积分

--非负函数无穷积分的收敛性

--一般函数无穷积分的收敛性

--其他无穷积分

--无界函数的反常积分---瑕积分

--无界函数、无界区间上的反常积分

--第七章 定积分--第七节思考与练习

第八章 级数

-第一节 数项级数的概念与性质

--8-1 数项级数的概念

--8-2 级数收敛的概念

--8-3 级数收敛的性质

--8-4 级数收敛的Cauchy准则

--8-5 正项级数的概念

--8-6 正项级数的比较判别法

--8-7 正项级数的比阶判别法

--8-8 正项级数的比值判别法

--第八章 级数--第一节 思考与练习

-第二节 正项级数的收敛判别法

--正项级数的根式判敛法

--正项级数的积分判别法

--第八章 级数--第二节 思考与练习

-第三节 任意项级数

--交错项级数

--交错项级数判敛举例

--绝对值判敛法

--绝对收敛与条件级数收敛的性质

--绝对收敛级数的交换律

--条件收敛级数的Riemann定理

--第八章 级数--第三节 思考与练习

-第四节 函数级数

--函数项级数的概念、逐点收敛性

--函数项级数的一致收敛性-概念

--函数项级数的一致收敛性-判断

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(1)

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(2)

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(3)

--第八章 级数--第四节 思考与练习

-第五节 幂级数

--Abel判别法

--收敛半径与收敛域

--幂级数的分析性质

--无穷可导函数的幂级数展开

--幂级数求和

--第八章 级数--第五节思考与练习

-第六节 傅里叶级数

--三角函数的正交性

--奇函数与偶函数的形式Fourier展开和周期开拓

--其他函数的周期函数的形式Fourier展开

--Fourier级数的收敛性

--第八章 级数--第六节思考与练习

一般函数无穷积分的收敛性笔记与讨论

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