calculus

広義積分

広義積分は、積分の限界が無限大であるか、または被積分関数が区間のどこかで非有界となる積分である。正規の積分の極限として評価する。

広義積分は次の少なくとも一方をもつ。

  1. 無限の限界af(x)dx\int_a^\infty f(x) \, dx または f(x)dx\int_{-\infty}^\infty f(x) \, dx
  2. [a,b][a, b] のどこかで非有界な被積分関数(垂直漸近線)。

いずれも正規の積分の極限として評価する。

af(x)dx=limbabf(x)dx\int_a^\infty f(x) \, dx = \lim_{b \to \infty} \int_a^b f(x) \, dx

有限であれば収束し、そうでなければ発散する。

有名な例

  • 11x2dx=1\int_1^\infty \frac{1}{x^2} dx = 1
  • 11xdx=\int_1^\infty \frac{1}{x} dx = \infty ✗(より遅い減衰は発散する)
  • ex2dx=π\int_{-\infty}^\infty e^{-x^2} dx = \sqrt{\pi} —— ガウス積分。

収束判定法(比較判定法、p 判定法)によって、そもそも積分する価値があるかを判断する。広義積分は確率論(確率密度関数の正規化)、フーリエ変換、物理学に現れる。