calculus

反常积分

反常积分指积分上下限为无穷,或被积函数在区间某处无界的积分。以正常积分的极限来计算其值。

反常积分至少具备下列其一:

  1. 无穷限:∫a∞f(x) dx\int_a^\infty f(x) \, dx 或 ∫−∞∞f(x) dx\int_{-\infty}^\infty f(x) \, dx。
  2. 在 [a,b][a, b] 某处被积函数无界(垂直渐近线)。

两者皆以正常积分的极限来计算:

∫a∞f(x) dx=lim⁡b→∞∫abf(x) dx\int_a^\infty f(x) \, dx = \lim_{b \to \infty} \int_a^b f(x) \, dx

若极限有限则收敛;否则发散。

著名例子:

  • ∫1∞1x2dx=1\int_1^\infty \frac{1}{x^2} dx = 1 ✓
  • ∫1∞1xdx=∞\int_1^\infty \frac{1}{x} dx = \infty ✗(衰减较慢者发散)
  • ∫−∞∞e−x2dx=π\int_{-\infty}^\infty e^{-x^2} dx = \sqrt{\pi} —— 高斯积分。

收敛判别法(比较判别法、p 判别法)用来判断是否值得进行积分。反常积分出现于概率论(概率密度函数的归一化)、傅里叶变换与物理学中。

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