本节介绍用含参广义积分表达的两个特殊函数.docx
编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第10页 共10页 §3 Euler积分 本节介绍用含参广义积分表达的两个特殊函数 , 即和. 它们统称为Euler积分. 在积分计算等方面, 它们是很有用的两个特殊函数. 一. Gamma函数 考虑无穷限含参积分 , 当时, 点还是该积分的瑕点 . 因此我们把该积分分为 来讨论其敛散性 .: 时为正常积分 .时, .利用非负函数积的Cauchy判别法, 注意到 时积分收敛 . (易见时, 仍用Cauchy判别法判得积分发散 ). 因此, 时积分收敛 . : 对R成立,.因此积分对R收敛.综上 , 时积分收敛 . 称该积分为Euler第二型积分. Euler第二型积分定义了内的一个函数, 称该函数为Gamma函数, 记为, 即 = , .函数是一个很有用的特殊函数 . 2. 函数的连续性和可导性:在区间内非一致收敛 . 这是因为时积分发散. 这里利用了下面的结果: 若含参广义积分在内收敛, 但在点发散, 则积分在内非一致收敛 .但在区间内闭一致收敛 .即在任何上 , 一致收敛 . 因为时, 对积分 , 有, 而积分收敛.对积分, , 而积分收敛. 由M判法, 它们都一致收敛, 积分在区间上一致收敛 .作类似地讨论, 可得积分也在区间内闭一致收敛. 于是可得如下结论:的连续性: 在区间内连续 .的可导性: 在区间内可导, 且 .同理可得: 在区间内任意阶可导, 且 . 3. 函数的凸性与极值:, 在区间内严格下凸. ( 参下段 ), 在区间内唯一的极限小值点( 亦为最小值点 ) 介于1与2 之间 . 4. 的递推公式 函数表: 的递推公式 : .证 .于是, 利用递推公式得: , , , , ,一般地有 .可见 , 在上, 正是正整数阶乘的表达式 . 倘定义 , 易见对,该定义是有意义的. 因此, 可视为内实数的阶乘. 这样一来, 我们很自然地把正整数的阶乘延拓到了内的所有实数上, 于是, 自然就有, 可见在初等数学中规定 是很合理的.函数表: 很多繁杂的积分计算问题可化为函数来处理. 人们仿三角函数表、对数表等函数表, 制订了函数表供查. 由函数的递推公式可见, 有了函数在内的值, 即可对, 求得的值. 通常把内函数的某些近似值制成表, 称这样的表为函数表 . 5. 函数的延拓:时, 该式右端在时也有意义 . 用其作为时的定义, 即把延拓到了内.时, 依式 , 利用延拓后的, 又可把延拓到内 .依此 , 可把延拓到内除去的所有点. 经过如此延拓后的的图象如1 P347图表214. 例1 求, , . ( 查表得.) 解 . ), . . 6. 函数的其他形式和一个特殊值:某些积分可通过换元或分部积分若干次后化为函数 . 倘能如此, 可查函数表求得该积分的值.常见变形有:> 令, 有 =,因此, , .> 令 . 注意到1 P277 E7的结果, 得的一个特殊值 .> 令, 得 . 取, 得 . 例2 计算积分 , 其中 .解 I. 二. Beta函数Euler第一型积分： 1 Beta函数及其连续性：称( 含有两个参数的 )含参积分 为Euler第一型积分. 当和中至少有一个小于1 时, 该积分为瑕积分. 下证对, 该积分收敛. 由于时点和均为瑕点. 故把积分分成和考虑.: 时为正常积分; 时, 点为瑕点. 由被积函数非负, 和 , ( 由Cauchy判法) 积分收敛 . ( 易见时积分发散 ). : 时为正常积分; 时, 点为瑕点. 由被积函数非负, 和 , ( 由Cauchy判法) 积分收敛 . ( 易见时积分发散 ).综上, 时积分收敛. 设D,于是, 积分定义了D内的一个二元函数. 称该函数为Beta函数, 记为, 即 = 不难验证, 函数在D内闭一致收敛. 又被积函数在D内连续, 因此 , 函数是D内的二元连续函数. 2. 函数的对称性: .证 = .由于函数的两个变元是对称的, 因此, 其中一个变元具有的性质另一个变元自然也具有. 3. 递推公式: .证 , 而 ,代入式, 有 ,解得 .由对称性, 又有. 4. 函数的其他形式: > 令, 有 , 因此得 , . > 令, 可得 , .特别地 , , . > 令, 有=,即 , > 令, 可得 . > , . 三. 函数和函数的关系: 函数和函数之间有关系式 , 以下只就和取正整数值的情况给予证明. 和取正实数值时, 证明用到函数的变形和二重无穷积分的换序. 参阅1 P349.证 反复应用函数的递推公式, 有 ,而 .特别地, 且或时, 由于, 就有.余元公式函数与三角函数的关系： 对，有 .该公式的证明可参阅: , 微积分学教程 Vol 2 第3分册, 或参阅余家荣编复变函数P118119 例1（ 利用留数理论证明 ）.利用余元公式, 只要编制出时的函数表, 再利用三角函数表, 即可对, 查表求得的近似值.四. 利用Euler积分计算积分: 例3 利用余元公式计算.解 , . 例4 求积分. 解 令, 有 I . 例5 计算积分 .解 , 该积分收敛 . ( 亦可不进行判敛 ,把该积分化为函数在其定义域内的值 , 即判得其收敛 . ) I . 例6 , 求积分 ,其中 V : .解 .而 .因此 , .第 10 页 共 10 页
