在考研中,判断反常积分的敛散性是一个重要的知识点,尤其是数学二科目中。以下是一些常用的方法来判别反常积分的敛散性:
1. 定义法
比较判别法:
如果存在一个已知敛散性的函数 ( f(x) ),使得对于所有 ( x ) 在积分区间内,( 0 leq f(x) leq g(x) ),且 (int_a^infty g(x) mathrm{d}x ) 收敛,则 (int_a^infty f(x) mathrm{d}x ) 也收敛。
极限比较判别法:
如果存在一个函数 ( f(x) ) 和一个已知收敛或发散的积分 (int_a^infty g(x) mathrm{d}x ),使得 (lim_{x to infty} frac{f(x)}{g(x)} = L),其中 ( L ) 是一个有限数,则:
如果 ( L < 0 ),则 (int_a^infty f(x) mathrm{d}x ) 收敛;
如果 ( L > 0 ) 且 (int_a^infty g(x) mathrm{d}x ) 发散,则 (int_a^infty f(x) mathrm{d}x ) 发散;
如果 ( L = 0 ) 且 (int_a^infty g(x) mathrm{d}x ) 发散,则 (int_a^infty f(x) mathrm{d}x ) 的敛散性不确定。
2. 特殊反常积分的敛散性
对于形如 (int_1^infty frac{1}{x^p} mathrm{d}x),当 ( p > 1 ) 时收敛,当 ( p leq 1 ) 时发散。
3. 几何级数或p级数
如果积分的通项可以表示为几何级数或p级数,可以直接使用已知的敛散性结果。
4. 比值判别法和根值判别法
对于正项级数,可以使用比值判别法或根值判别法来判断其敛散性。
5. 幂级数的收敛性
对于幂级数 (sum a_n x^n),可以通过计算收敛半径、收敛区间和收敛域来判断其敛散性。
6. 举例说明
例如,对于积分 (int_1^infty frac{1}{x^2} mathrm{d}x),由于 (frac{1}{x^2} leq frac{1}{x^p}) 对于所有 ( p > 1 ) 和足够大的 ( x ),且 (int_1^infty frac{1}{x^p} mathrm{d}x) 在 ( p > 1 ) 时收敛,所以 (int_1^infty frac{1}{x^2} mathrm{d}x) 也收敛。
以上方法可以帮助你快速判断考研中遇到的各类反常积分的敛散性。请根据具体情况选择合适的方法进行判断