无穷限的反常积分

应用非常广泛(在下一单元微积分应用中就会看到更多的例子),但是有一些限制条件:

  • 要求函数定义在闭区间
  • 要求函数有界

针对上述限制,数学家对进行了两种推广,从而形成了本课将要介绍的 反常积分 (Improper integral)。

本节先把推广到无穷区间上,下面来看看这种推广是如何定义的。

1 无穷限的反常积分
以下三种反常积分统称为 无穷限的反常积分

        (1)若函数在区间,任取,则代数式称为函数在区间上的反常积分,记作,即:

若上述存在,则称该反常积分收敛,极限值为该反常积分的值;否则称该反常积分发散。

        (2)若函数在区间,任取,则代数式称为函数在区间上的反常积分,记作,即:

若上述存在,则称该反常积分收敛,极限值为该反常积分的值;否则称该反常积分发散。

        (3)若函数在区间,则反常积分与反常积分之和称为函数在区间上的反常积分,记作,即:

若上述之和存在,则称该反常积分收敛,和值为该反常积分的值;否则称该反常积分发散。

举例说明上述定义。先来看看其中的(1),如下图所示,函数在区间

在区间上连续的函数,及积分上限函数

随着上限,就得到了在区间上的反常积分,如下图所示,其中绿色曲边梯形的右侧边界在正无穷远处。若该极限存在,那么就说该反常积分收敛,否则发散。

时,就得到了在区间上的反常积分

定义(2)是的情况,如下图左侧所示,其中蓝色曲边梯形的左侧边界在负无穷远处;定义(3)是的情况,如下图右侧所示,其中红色曲边梯形的两侧边界在无穷远处。

区间上的反常积分,以及区间上的反常积分

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