反常积分与含参变量的积分.ppt
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1、返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页第十二章第十二章 反常积分与含参变量的积分反常积分与含参变量的积分12.1 无穷无穷积分积分12.2 瑕积分瑕积分12.3 含参变量的积分含参变量的积分返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页第一节第一节 无穷无穷积分积分&无穷积分收敛与发散的概念无穷积分收敛与发散的概念&无穷积分与级数无穷积分与级数&无穷积分的性质无穷积分的性质&无穷积分的敛散性判别法无穷积分的敛散性判别法返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页 一、无穷限的广义积分一、无穷限的广义积分返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页类似定义类似定义返回返回返回
2、返回后页后页后页后页前页前页前页前页注:注:若若 f(x)的原函数为的原函数为 F(x),无穷积分的无穷积分的牛顿牛顿莱布尼兹莱布尼兹公式写作公式写作返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页证证返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页由函数极限的柯西准则由函数极限的柯西准则,得,得定理定理 11.1(Cauchy准则)准则)二二、无穷积分的性质、无穷积分的性质返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页性质性质1 返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页性质性质2 若若f在任何有限区间在任何有限区间a,u上可积,上可积,a1时,时,由比较由比较判别法判别法请同学记忆
3、本题结果。请同学记忆本题结果。返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页由狄利克雷(由狄利克雷(Dirichlet)判别法,判别法,返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页例例3 证明下列无穷积分都是条件收敛的:证明下列无穷积分都是条件收敛的:解解由例由例1,得条件收敛。,得条件收敛。由(由(1),得条件收敛。),得条件收敛。返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页 作作 业业P275.3 4(2、4、6)5(2、3)返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页第二节第二节 瑕积分瑕积分&瑕积分收敛与发散的概念瑕积分收敛与发散的概念&瑕积分敛散性判别法瑕积分敛散性判别
4、法返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页 一、无界函数的广义积分一、无界函数的广义积分-瑕积分瑕积分返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页定义中定义中c为为瑕点瑕点,以上积分称为,以上积分称为瑕积分瑕积分.返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页证证返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页注意注意 广义积分与定积分不同,尤其是瑕积分,它广义积分与定积分不同,尤其是瑕积分,它与定积分采用同一种表达方式,但其含义却不同,与定积分采用同一种表达方式,但其含义却不同,遇到有限区间上的积分时,要仔细检查是否有瑕遇到有限区
5、间上的积分时,要仔细检查是否有瑕点。点。广义积分中广义积分中的的N-L公式,换元积分公式、公式,换元积分公式、分部积分公式仍然成立,不过代入上、下限时分部积分公式仍然成立,不过代入上、下限时代入的是极限值。代入的是极限值。返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页如如 无穷限积分无穷限积分再如再如 瑕积分瑕积分返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页瑕积分和无穷积分之间的关系式瑕积分和无穷积分之间的关系式-可以相互转化可以相互转化返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页二、二、瑕积分的性质与收敛判别法瑕积分的性质与收敛判别法一一 瑕积分的性质瑕积分的性质假设假设为函数为函
6、数的瑕点的瑕点.瑕积的柯西收敛准则瑕积的柯西收敛准则:定理定理11.1收敛收敛即即定理定理11.5收敛收敛返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页性质性质1 1 若若和和都收敛都收敛,为常数为常数,则则也收敛也收敛,且且性质性质1 1 若若和和都收敛都收敛,为常数为常数,则则也收敛也收敛,且且返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页性质性质2 2 若若在任何有限区间在任何有限区间上可积上可积,则则与与同时收敛或同时发散同时收敛或同时发散,且有且有性质性质2 2 若若为为的瑕点的瑕点,则则与与同时收敛或同时发散同时收敛或同时发散,且有且有返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前
7、页前页性质性质3 3 若若在任何有限区间在任何有限区间上可积上可积,且有且有收敛收敛,则则亦必收敛亦必收敛,并有并有性质性质3 3 若若在任何有限区间在任何有限区间上可积上可积,且有且有收敛收敛,则则亦必收敛亦必收敛,并有并有绝对收敛的瑕积分绝对收敛的瑕积分,它自身也一定收敛它自身也一定收敛.但是它的逆命题一般不成立但是它的逆命题一般不成立.称收敛而不绝对收敛者为条件收敛称收敛而不绝对收敛者为条件收敛.返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页二二 比较判别法比较判别法定理定理11112(2(比较法则比较法则)设定义在设定义在上的两个函数上的两个函数和和都在任何有限区间都在任何有限区间上
8、可积上可积,且满足且满足则当则当收敛时收敛时收敛收敛.(或者或者,当当发散时发散时,必发散必发散).).定理定理11116(6(比较法则比较法则)设设同为两个函数同为两个函数和和的瑕点的瑕点,且在任何区间且在任何区间上可积上可积,且满足且满足则当则当收敛时收敛时收敛收敛.(或者或者,当当发散时发散时,必发散必发散).).返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页推论推论1 1 设设定义于定义于且在任何有限区间且在任何有限区间上可积,则有上可积,则有:(i)(i)当当且且时时收敛收敛;(ii)(ii)当当且且时时发散发散.推论推论1 1 设设定义于定义于且在任何有限区间且在任何有限区间上可
9、积,则有上可积,则有:(i)(i)当当且且时时收敛收敛;(ii)(ii)当当且且时时发散发散.返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页比较法则的极限形式比较法则的极限形式推论推论2 2若若和和都在任何都在任何上可积上可积,且且则有则有:(i)(i)当当时时,与与同敛态同敛态;(ii)(ii)当当时,由时,由收敛可推知收敛可推知也收敛也收敛;(iii)(iii)当当时,由时,由发散可推知发散可推知也发散也发散.推论推论2 2若若且且则有则有:(i)(i)当当时时,与与同敛态同敛态;(ii)(ii)当当时,由时,由收敛可推知收敛可推知也收敛也收敛;(iii)(iii)当当时,由时,由发散可
10、推知发散可推知也发散也发散.返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页柯西判别法柯西判别法选用选用作为比较对象作为比较对象推论推论3 3 设设定义于定义于且在任何有限区间且在任何有限区间上可积上可积,且且则有则有:(i)(i)当当时时,收敛收敛;(ii)(ii)当当时时,发散发散.推论推论3 3 设设定义于定义于且在任何有限区间且在任何有限区间上可积上可积,且且则有则有:(i)(i)当当时时,收敛收敛;(ii)(ii)当当时时,发散发散.返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页例例1 1 讨论下列瑕积分的收敛性讨论下列瑕积分的收敛性:2)2)2)2)瑕点为瑕点为又又故故 发散发散
11、.返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页三三 狄利克雷判别法与阿贝尔判别法狄利克雷判别法与阿贝尔判别法 判别一般瑕积分收敛时判别一般瑕积分收敛时,也有相应的狄利克雷判别也有相应的狄利克雷判别狄利克雷判别法狄利克雷判别法 阿贝尔(阿贝尔(Abel)判别法)判别法 若若 在上有界,在上有界,则收敛则收敛若以若以a为瑕点的瑕积分收敛,为瑕点的瑕积分收敛,收敛收敛只叙述如下只叙述如下由于证明与无穷积分的类似,由于证明与无穷积分的类似,法与阿贝尔判别法法与阿贝尔判别法.故在此故在此当当时时,单调趋于单调趋于,在在 上单调上单调有界,有界,则则 返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页返
12、回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页首页首页含参量积分:称为格马(Gamma)函数(写作函数).它们在应用中经常出现,统称为欧拉积分,称为贝塔(Beta)函数(写作B函数).下面分别讨论这两个函数的收敛域四四 函数与函数与函数函数返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页首页首页1、函数1.积分区间为无穷;特点:函数2.当 s-1 0 时,x=0 为瑕点;写函数为如下两个积分之和:返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页首页首页当 s 1 时,为正常积分,当 0 s 0 时收敛.即函数的定义域为 s 0 对任何实数 s,都是收敛的,特别当 s 0 时收敛.返回返回返回返
13、回后页后页后页后页前页前页前页前页2、B函数首页首页当 p 1 时,I(p,q)为正常积分,当 0 p 1时收敛.当 q 1 时,J(p,q)为正常积分,当 0 q 0,q 0 时,B(p,q)收敛.即B(p,q)函数的定义域为 p 0,q 0返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页第第三三节节 含参量积分含参量积分&含参量有限积分含参量有限积分&含参量的无限积分含参量的无限积分返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页1 含参量正常积分 对多元函数其中的一个自变量进行积分形成的函数称为含参量积分,它可用来构造新的非初等函数.含参量积分包含正常积分和非正常积分两种形式.一、含参量
14、正常积分的定义 返回返回返回返回五、例题 四、含参量正常积分的可积性 三、含参量正常积分的可微性 二、含参量正常积分的连续性 返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页一、含参量正常积分的定义设设是定是定义义在矩形区域在矩形区域上的上的 定定义义在在上以上以 y 为为自自变变量的一元函数量的一元函数.倘若倘若这时这时 在在上可上可积积,则则其其积积分分值值 是定是定义义在在 上的函数上的函数.一般地一般地,设设 为为定定义义在区域在区域二元函数二元函数.当当 x取取上的定上的定值时值时,函数函数 是是返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页上的二元函数上的二元函数,其中其中c(x
15、),d(x)为为定定义义在在上的上的连连续续函数函数(图图19-1),19-1),若若对对于于上每一固定的上每一固定的 x 值值,作作为为 y 的函的函 返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页数在数在闭闭区区间间 上可上可积积,则则其其积积分分值值 是定是定义义在在 上的函数上的函数.用用积积分形式分形式(1)和和(2)所定所定义义的的这这函数函数 与与通称通称为为定定义义在在 上的含参量上的含参量 x 的的(正常正常)积积分分,或或简简称称为为含参量含参量积积分分.返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页二、含参量正常积分的连续性定理定理19.1()若二元函数若二元函数在矩
16、在矩 形区域形区域 上上连续连续,则则函数函数在在 a,b上上连续连续.证证 设设 对对充分小的充分小的(若若 x 为为区区间间的端点的端点,则仅则仅考考虑虑 ),于是于是 返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页由于由于 在有界在有界闭闭区域区域 R上上连续连续,从而一致从而一致连续连续,即即对对任意任意总总存在存在对对R内任意两点内任意两点 只要只要就有就有 所以由所以由(3),(4)可得可得,返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页即即 I(x)在在 上上连续连续.同理可同理可证证:若若在矩形区域在矩形区域 R上上连续连续,则则含参含参 量量 的的积积分分 在在c,d 上
17、上连续连续.注注1 对对于定理于定理19.1的的结论结论也可以写成如下的形式也可以写成如下的形式:返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页若若在矩形区域在矩形区域 R 上上连续连续,则对则对任何任何 都有都有 这这个个结论结论表明表明,定定义义在矩形区域上的在矩形区域上的连续连续函数函数,其极其极限运算与限运算与积积分运算的分运算的顺顺序是可以交序是可以交换换的的.为为任意区任意区间间.注注2 由于由于连续连续性是局部性性是局部性质质,定理定理19.1中条件中条件返回返回返回返回后页后页后页后页前页前页前页前页定理定理19.2()若二元函数若二元函数在区在区 域域上上连续连续,其其 中
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- 关 键 词:
- 反常 积分 参变量
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