反常积分的无界函数的反常积分
先给出瑕点或奇点的概念,若 函数(或 )时, ,则点 (或点 )称为无界函数 的瑕点或奇点. 的无穷间断点就是 的瑕点.
定义6.3设函数 在 上连续,左端点 为 的瑕点,如果 存在,就称此极限值为无界函数 在 上的广义积分.记作
( 6.27 )
这时我们说广义积分 存在或收敛.如果 不存在,就说广义积分 不存在、不收敛或发散.
注: 表明 从大于0的方向趋于0,已经隐含了 .
类似地,设函数 在 上连续,右端点 为 的瑕点,如果 存在,就称此极限值为无界函数 在 上的广义积分.记作
( 6.28 )
这时我们说广义积分 存在或收敛.如果
不存在,就说广义积分 不存在、不收敛或发散.
还有,设函数 在 上连续,左端点 、右端点 均为 的瑕点,如果
及 均存在,其中 为 内的一个确定点,且 与 两者之间是独立变化的,就称 存在或收敛,记作
如果及中至少有一个不存在,则称 不存在、不收敛或发散.
对于区间端点 、 均为 的瑕点的广义积分 有存在 和 均存在. 和 都存在.
其中 为 内的一个确定点,且 与
两者之间是独立变化的,
另外,设函数 在 上除一个内部点 外连续
,且内部点 为 的瑕点,如果 和 均存在,也即 和 都存在,其中 与 两者之间是独立变化的,就称 存在或收敛,记作
( 6.29 )
如果及 中至少有一个不存在,则称 不存在、不收敛或发散.
对于内部点 为 的瑕点的广义积分 有
存在和 均存在.和 都存在.
广义积分收敛时,具有常义积分的那些性质与积分方法,如换元法、分部积分法以及广义牛顿—莱布尼兹公式等,但有时代数和运算要注意,不要随便拆开,参见例5与例6.在用广义的牛顿—莱布尼兹公式时,无界点处原函数应取极限.
为方便起见,引入记号
左端点为瑕点时,记 ,这时广义的牛顿—莱布尼兹公式为
右端点 为瑕点时, 记 ,这时广义的牛顿—莱布尼兹公式为
左端点 、右端点 均为瑕点时,广义的牛顿—莱布尼兹公式为
( 为 内的一个确定点)
( )
( 这里 的值有时不必马上算出,可对抵掉. )
仅内部点 为瑕点时,广义的牛顿—莱布尼兹公式为
注意:由于有限区间上的无界函数的广义积分常常会与常义积分混淆,因此求积分时,首先应判断积分区间上有无瑕点.有瑕点的,是广义积分;无瑕点的,是常义积分.若是广义积分,还要保证积分区间仅有一端是瑕点,中间没有瑕点.若不然,要将积分区间分段,使每一段区间仅有一端是瑕点,中间没有瑕点.