当前课程知识点:微积分——多元函数与重积分 > 第三章重积分 > 第七节 含参变量积分 > 广义含参积分的连续性和积分导数
好我们来看看
一致收敛的广义含参积分的性质
也就是说关于I y从a到正无穷
f x y dx其中那个y呢
是属于c到d这个区间
定义的这么一个I y函数
它的可导性 可积性
以及连续性的性质
我们有如下三个定理
第一个定理
如果说f x y作为二元函数
在D这么一个带状域里
是一个连续函数
并且它的广义含参积分
关于y属于c d是一致收敛
那么我们可以知道
I y是一个连续函数
如果更进一步的讲
也就是说
f x y对于二元函数其中一元x呢
从a到正无穷上的积分
对y呢做一个极限运算
那么这两种运算 可以交换运算顺序
那么第二个定理 如果f x y
和f关于y的偏导数
构成一个新的二元函数
在D这么一个带状域上是连续函数
并且 f对y的偏导数构成的广义积分
关于y属于c d是一致收敛的
这要注意 这是 不是f一致收敛
是f对y偏导数是一致收敛的
那么 我们可以知道
I y所对应
广义含参积分所对应的函数呢
是一个可导的函数
并且I对y的导数
就可以写成这种形式
如果你把左边写开的话
那么也就是说 关于y的导数
和关于x从a到正无穷上的广义积分
这两种运算 可以交换积分顺序
第三个定理告诉我们
假如说f x y作为二元函数
在D上是一个连续函数
并且关于x从a到正无穷的广义积分
关于y属于c d是一致收敛的
那么I y我们已经讲过
是一个连续函数
它一定可以积分的
那么I y的积分 可以写成
f x y首先在c d上对y的积分
然后在a到正无穷上对x的广义积分
如果把左边写开的话我们可以发现
f x y作为二元函数
对于y呢 在c d上的积分
对x 从a到正无穷上的积分
两个积分 同样可以交换积分顺序
好最后我们看一个例子
我们来求这么一个积分
从零到正无穷
sin ax除以x dx
要求这么一个广义积分
我们所用的知识呢
就是用我们三个定理的知识
我们来看看 我们先构造一个
假如说k呢
我们假设是一个大于零的一个数
我们求一个I a
就等于从0到正无穷
e的负的kx sin ax除以x的dx
那么在这个积分里面我们解释一下
x当然就是积分变量
k呢 是一个大于零的常数
就是一个常数
那么a呢 当然就是一个含参
广义含参积分的 它的一个参变量
我们求一下偏导数
偏 对a求偏导数
e的负kx sin ax除以x
这个函数对 把a看成是一个变量
对a的偏导数
就等于e的负kx乘上cos ax
可以证明
这个我们就不详细证明了
这么一件事情
这个函数 从零到正无穷
我们就不详细证了
e的负kx k是大于零的
cos ax dx
这是一个关于a呢
是一个一致收敛的
也就是说 关于a 这个是关于a
是一致收敛的
也就是说 这个偏导数
是 它的含参积分呢
广义积分是一个一致收敛的
我们用什么东西呢 用这么一个定理
也就是说 f x y这个被积函数
和求完偏导的被积函数
它本身都是连续函数
并且求完偏导数之后
关于 现在y就是a
关于a呢是一致收敛的
所以说 我们可以知道
我把I对a的导数呢
就可以写成从零到正无穷 偏 偏a
e的负kx sin ax除以x的dx
也就等于从零到正无穷
e的负kx cos ax的dx
如果大家还记得的话
我们当时算过这么一个不定积分
e的负kx cos ax dx这个不定积分
我们是会的
我们用了两次分部积分
最后求出来了结果
那么 我们把上限下限代进去之后
我们可以知道 这就等于
a平方加上k平方分之k
那么我们可以发现
I对a的导数等于
a平方加k平方分之k
所以I a呢我们马上就可以算出来
I a呢就是这么一个积分
这个积分呢 就可以写成是
arc tangent k分之a加上任意常数c
我们做一下积分
好 当a等于零的时候
我们一看 a等于零的时候
a等于零的时候 被积函数是零
所以I a一定等于零
所以呢 我们同样可以知道
I 0呢 a等于零时取零
所以a取零朝里面代 c呢就等于零
也就是说 I a呢就等于
arc tangent a除以k
或者说呢 我们把它写开
就是arc tangent a除以k
就等于 从零到正无穷
e的负kx sin ax除以x的dx
我们现在有的结果
就是这么一个结果
下一步 我们把这个函数
重新改写成J k
也就是说 在这个函数里面
我们把k当成一个参变量
含参积分的参变量
把a呢 看成是一个常数
那么这是k的一个函数
那么我们再来看看 我们可以证明
同样我们不去具体证明
e的负kx sin ax除以x
从零到正无穷的积分
dx 关于k大于零是一致收敛
大于 大于等于零是一致收敛的
这时候我把含参积分
那个k叫做含参积分的参数
可以证明关于k大于等于零
这是一个一致收敛的
既然是一致收敛的
所以我们原来这个定理就告诉我们
I k就应该是个连续函数
I k是一个连续函数
那么我们求极限
左边那个极限
k趋于零正 arc tangent a除以k
就等于 k趋于零 k趋于零呢
我们可以 定理告诉我们
这个k趋于零可以放进去
既然可以放进去
从零到正无穷 sin ax除以x的dx
因为放进去之后 k取零的话
e的负kx 它是等于1
所以放进去就等于它
所以我们最后可以发现
从零到正无穷
sin ax除以x这么一个积分
就等于limit k趋于零正
arc tangent a除以k
等于什么东西呢
就要分情况讨论了
当a大于零的时候 k趋于零正
a如果是大于零的一个常数
那么这就是正无穷
arc tangent 正无穷
是二分之pi
当a是大于零的时候
当a等于零的时候
arc tangent k分之零就等于零
所以呢等于零 当a等于零的时候
当a小于零的时候
arc tangent 负无穷
等于负的二分之pi
当a小于零的时候
所以我们用了
广义含参积分的两个定理
第一个定理就是连续性
第二个定理就是可导性两个定理
我们算出来这么一个特殊的积分
sin ax除以x
从零到正无穷上特殊的积分
如果大家
如果说再仔细想一下的话
这么一个积分 它的被积函数
也就是它的不定积分
已经不再是初等函数
所以用牛顿莱布尼茨公式
这个积分永远是算不出来的
因为牛顿莱布尼茨公式
用来计算的话
首先要把不定积分算下来
把上限下限朝里面代
再求一下上限趋于正无穷的极限
但是呢 这个不定积分
已经不再是初等函数
所以呢 传统的 定积分的方法
已经是不能用于这个积分的计算
但是我们用了一点点技巧
绕了一个回路
就是用了一些关于广义含参积分的
一致收敛性的问题
然后呢我们算出来非常简单的结果
-第一节 多元连续函数
--开集、闭集、区域
--二重极限的定义
--二重极限的例题
--二次极限的定义
-第一章 多元函数微分学--第一节练习题
-第二节 多元函数的偏导数
--偏导数的概念
--偏导数的几何意义
--高阶偏导数的概念
-第一章 多元函数微分学--第二节练习题
-第三节 多元函数的全微分
--全微分的概念
--可微的必要条件
--可微的充分条件
--可微的充要条件
--多元函数的原函数
-第一章 多元函数微分学--第三节练习题
-第四节 多元函数的微分法
--隐函数存在定理
--隐函数组求导法
-第一章 多元函数微分学--第四节练习题
-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量
--方向导数的概念
--方向导数的计算
-第一章 多元函数微分学--第五节练习题
-第六节 映射及其微分
--复合映射的微分法
-第一章 多元函数微分学--第六节练习题
-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)
-第一章 多元函数微分学--第七节练习题
-第一节 多元函数微分学的几何应用
-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题
-第二节 多元函数的极值
--极值点的判别法
--极值问题举例
-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题
-第三节 多元函数的条件极值
--条件极值问题举例
--最小二乘法
-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题
-第一节 二重积分的概念和性质
--二重重积分引入
--二重积分定义
--二重积分性质
-第二节 二重积分的计算
-第三章重积分--第二节练习题
-第三节 极坐标系及一般坐标系
--极坐标系
--一般坐标系
-第三章重积分--第三节练习题
-第四节 三重积分
--三重积分的引入
--三重积分的定义
--三重积分的性质
--直角坐标系
--空间坐标变换
--空间柱坐标系
--球坐标系
--球坐标系例题
-第三章重积分--第四节 练习题
-第五节 第一类曲线积分
-第三章重积分--第五节 练习题
-第六节 第一类曲面积分
-第三章重积分--第六节 练习题
-第七节 含参变量积分
--含参定积分的定义
--含参积分的连续性
--含参积分的导数
--含参积分的例题
-- 广义含参积分的一致收敛性
-第三章重积分--第七节 练习题
-第一节 第二类曲线积分
-第四章 向量分析--第一节 练习题
-第二节 Green公式及其应用
-第四章 向量分析--第二节 练习题
-第三节 第二类曲面积分
--曲面的定向
-第四章 向量分析--第三节 练习题
-第四节 Gauss公式与Stokes公式
--Gauss公式
-第四章 向量分析--第四节 练习题
-第五节 无源场,保守场与调和场
--平面保守场
--势函数及其计算
--空间保守场
--常见的场
-第四章 向量分析--第五节 练习题
-第一节 微分方程的基本概念
--微分方程概念举例
-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)
--变量分离方程
--齐次型方程
-第五章 常微分方程--第二节 练习题
-第三节 高阶线性微分方程解的结构
-第五章 常微分方程--第三节 练习题
-第四节 高阶线性常系数微分方程
--欧拉方程
--欧拉方程举例
-第五章 常微分方程--第四节 练习题