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瑕积分的收敛判别

发布者: castelu | 发布时间: 2017-11-8 22:16| 查看数: 1662| 评论数: 0|帖子模式

  类似于无穷积分的Cauchy收敛准则,瑕积分同样可由函数极限$\lim\limits_{u \rightarrow a^+} \int_u^b f(x)dx=\int_a^b f(x)dx$的原意写出相应的命题。

定理1(Cauchy准则) 瑕积分$\int_a^b f(x)dx$(瑕点为$a$)收敛的充要条件是:任给$\epsilon>0$,存在$\delta>0$,只要$u_1$、$u_2 \in (a,a+\delta)$,总有
$$|\int_{u_1}^b f(x)dx-\int_{u_2}^b f(x)dx|=|\int_{u_1}^{u_2} f(x)dx|< \epsilon。$$

  判断瑕积分绝对收敛的比较法则及其推论如下:

定理2(比较法则) 设定义在$(a,b]$上的两个函数$f$与$g$,瑕点同为$x=a$,在任何$[u,b] \subset (a,b]$上都可积,且满足
$$|f(x)| \le g(x),x \in (a,b]。$$
 则当$\int_a^b g(x)dx$收敛时,$\int_a^b |f(x)|dx$必定收敛(或者,当$\int_a^b |f(x)|dx$发散时,$\int_a^b g(x)dx$亦必发散)。

推论1 又若$g(x)>0$,且$\lim\limits_{x \rightarrow a^+} \frac{|f(x)|}{g(x)}=c$,则有:
(i)当$0<c<+\infty$时,$\int_a^b |f(x)|dx$与$\int_a^b g(x)dx$同敛态;
(ii)当$c=0$时,由$\int_a^b g(x)dx$收敛可推知$\int_a^b |f(x)|dx$也收敛;
(iii)当$c=+\infty$时,由$\int_a^b g(x)dx$发散可推知$\int_a^b |f(x)|dx$也发散。

  当选用$\int_a^b \frac{dx}{(x-a)^p}$作为比较对象$\int_a^b g(x)dx$时,比较法则及其推论1成为如下的推论:

推论2 设$f$定义于$(a,b]$,$a$为其瑕点,且在任何$[u,b] \subset (a,b]$上可积,则有:
(i)当$|f(x)| \le \frac{1}{(x-a)^p}$,且$0<p<1$时$\int_a^b |f(x)|dx$收敛;
(ii)当$|f(x)| \ge \frac{1}{(x-a)^p}$,且$p \ge 1$时$\int_a^b |f(x)|dx$发散。

推论3 设$f$定义于$(a,b]$,$a$为其瑕点,且在任何$[u,b] \subset (a,b]$上可积。如果
$$\lim\limits_{x \rightarrow a^+} (x-a)^p|f(x)| \equiv \lambda,$$
  则有:
(i)当$0<p<1$,$0 \le \lambda < +\infty$时$\int_a^b |f(x)|dx$收敛;
(ii)当$p \ge 1$,$0 < \lambda \le +\infty$时,$\int_a^b |f(x)|dx$发散。

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