- •МАТЕМАТИКА ДЛЯ ЭКОНОМИСТОВ
- •Глава 1
- •Неопределенный интеграл
- •§ 1.4. Интегрирование некоторых классов функций
- •Глава 2
- •Определенный интеграл
- •§ 2.1. Определение и свойства
- •§ 2.2. Методы интегрирования
- •§ 2.4. Несобственные интегралы
- •§ 2.5. Приближенное вычисление интегралов
- •Глава 3
- •Двойной интеграл
- •§ 3.2. Замена переменных в двойном интеграле
- •Ответы к упражнениям
- •Глава 1
- •§ 1.2. Замена переменной
- •§ 1.3. Интегрирование по частям
- •§ 1.4. Интегрирование некоторых классов функций
- •Глава 2
- •§ 2.1. Определение и свойства
- •§ 2.4. Несобственные интегралы
- •§ 2.5. Численное интегрирование
- •Глава 3
- •§ 3.2. Замена переменных в двойном интеграле
- •§ 3.3. Несобственные кратные интегралы
Упражнения
Задачи с экономическим содержанием.
2.3.3.1. Зависимость потребляемой на бытовые нужды города электроэнергии y (кВт ч) от времени суток x (час) выражается следующей формулой: y = a +bcos12π (x +3). Найти суммарный расход
электроэнергии за сутки. Произвести расчет при следующих числовых данных: a = 25000 кВт ч, b = 15000 кВт ч.
2.3.3.2. Найти стоимость перевозки 1000 тонн груза по железной дороге на расстояние 1000 км, если тариф на перевозку одной тонны убывает с каждым следующим километром на постоянную величину
0,5 руб.
2.3.3.3. Функция предельного дохода равна |
MR(q)= |
|
10 |
. Найти функцию дохода R(q) и вычислить |
|
|
(1 |
+ q) |
ее значение при
q = 9, если известно, что R(0) = 0.
2.3.3.4.Дана функция предельных издержек MC(q)= 100π arctgq . Найти выражение для функции издержек C(q) и ее значение при q = 100, если известно, что C(0) = 1000.
2.3.3.5.Дана функция предельного потребления MC(y)= 0,8 + 0,y2 . Найти выражение для функции
потребления C(y) и ее значение при y = 400, если известно, что C(100) = 100.
2.3.3.6.Пусть скорость изменения денежного потока задана функцией I (t)= 203 t . Найти зависимость
величины денежного потока K(t) от времени t и величину накоплений на интервале [1, 64], если известно, что K(0) = 50.
2.3.3.7.Рассматривается непрерывный денежный поток, прибывающий с постоянной скоростью 1 млн руб./год. Найти его дисконтированное значение в течение двух лет для непрерывных 5%. Аналогичный вопрос для интервала в три года и 4%.
2.3.3.8.Пусть скорость изменения денежного потока задана функцией I(t) = 40 + 0,05t. Найти дисконтированное значение денежного потока за 5 лет при непрерывных 5%.
§ 2.4. Несобственные интегралы
1°. |
Несобственные интегралы с бесконечными пределами |
|
|
|
|
Пусть |
функция f(x) |
определена для всех x ≥ a и интегрируема на |
любом |
отрезке |
[а, b]. Тогда |
b |
|
несобственным интегралом от f(x) в пределах |
|
|
|
lim ∫ f (x)dx |
называется |
от а |
до +∞ и |
обозначается |
|
b→+∞ a |
|
|
|
|
|
+∞
∫ f (x)dx .
a
b +∞
Аналогично определяются интегралы ∫ f (x)dx и ∫ f (x)dx .
−∞ −∞
Таким образом,
+∞ |
b |
b |
b |
∫ f (x)dx = |
lim ∫ f (x)dx ; |
∫ |
f (x)dx = lim ∫ f (x)dx ; |
a |
b→+∞ a |
−∞ |
a→−∞ a |
+∞ |
c |
∫ |
f (x)dx = lim ∫ f (x)dx |
−∞ |
a→−∞ a |
b
+ lim ∫ f (x)dx .
b→+∞ c
Если приведенные пределы существуют и конечны, то соответствующие интегралы называются сходящимися. В противном случае интегралы называются расходящимися.
Признак сравнения. Пусть функции f (x) и |
g(x) определены для всех x ≥ a и интегрируемы на |
каждом отрезке [а, b], b ≥ a . Если 0 ≤ f (x) ≤ g(x) |
+∞ |
для всех x ≥ a , то из сходимости интеграла ∫g(x)dx |
|
|
a |
|
|
+∞ |
|
+∞ |
|
|
+∞ |
|
|
|
|
|
|
вытекает сходимость интеграла ∫ f (x)dx , причем |
∫ |
f (x)dx |
≤ |
∫g(x)dx ; из расходимости интеграла |
|||||||||
|
|
a |
|
a |
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
+∞ |
|
|
+∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∫ f (x)dx вытекает расходимость интеграла ∫g(x)dx . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
a |
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Признак абсолютной сходимости. |
Пусть функция |
f (x) |
определена для всех |
x ≥ a . |
Если |
||||||||
+∞ |
|
|
|
|
+∞ |
|
|
|
+∞ |
|
+∞ |
|
|
интеграл ∫| f (x) | dx сходится, то сходится и интеграл ∫ f (x)dx , причем ∫ f (x)dx |
≤ |
∫| |
f (x) | dx . |
|
|||||||||
a |
|
|
|
|
a |
|
|
|
a |
|
a |
|
|
|
+∞ |
|
+∞ |
|
|
|
|
|
|
+∞ |
|
|
|
Если интеграл ∫ f (x)dx |
сходится, а |
∫| f (x) | dx |
расходится, |
то интеграл |
∫ f (x)dx называется |
||||||||
|
a |
|
a |
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
условно сходящимся. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Замена переменной в несобственном интеграле основывается на следующей теореме. |
|
|
|
||||||||||
Теорема. |
Пусть |
функция |
f (x) |
определена |
|
и |
непрерывна |
|
при |
x ≥ a . |
Если функция x= φ(t), определенная на промежутке α < t < β (α и β могут быть и символами −∞ и +∞
соответственно), имеет непрерывную производную φ'(t) ≠ 0 и limϕ(t) = a , limϕ′(t) = +∞, то |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t→α |
|
|
|
|
|
|
|
|
t→α |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+∞ |
|
|
|
|
|
β |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∫ |
f (x)dx = ∫ |
f (ϕ(t))ϕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(t)dt . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
α |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примеры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Вычислить |
несобственный |
интеграл |
с |
|
бесконечным |
пределом ∫ |
|
|
, |
основываясь на |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
3 |
x |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
определении несобственного интеграла. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
x ln |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
Р е ш е н и е . По определению, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
dx |
|
|
|
|
|
b |
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−1 |
|
|
b |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∫ |
|
3 |
|
|
|
= |
|
lim ∫ |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= lim |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 x ln |
|
x |
|
|
|
b→+∞ 1 |
x ln |
|
x |
|
|
b→+∞ |
2ln |
|
|
x |
|
e2 |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
Доказать сходимость несобственного интеграла с бесконечным пределом ∫ |
cos x |
dx . |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
Р е ш е н и е . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ cos x |
|
|
|
|
|
|
b cos x |
|
|
|
|
|
|
sin x |
|
b |
|
b sin x |
|
|
|
|
|
|
|
∞ sin x |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∫ |
x |
|
dx = |
lim ∫ |
|
|
x |
|
dx = lim |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
+ ∫ |
|
|
x |
2 |
|
|
dx |
= −sin1+ ∫ |
x |
2 dx |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
b→+∞ 1 |
|
|
|
|
|
b→+∞ |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Интеграл |
∫ |
sin x |
dx |
|
сходится (причем абсолютно), |
т.к. | sin x | / x2 ≤1/ x2 |
при |
|
x ≥1 , |
а интеграл |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
cos x dx . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
∫ |
12 dx сходится. Таким образом сходится и интеграл ∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
| cos x | dx . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Доказать расходимость несобственного интеграла ∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Р е ш е н и е . |
Действительно, |
| cos x | |
≥ cos2 x |
|
= |
1+cos 2x . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Интеграл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
2x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
∞1 |
+cos 2x |
dx = |
|
|
|
1 b |
dx |
− |
1 |
|
∞ cos 2x |
|
dx = lim |
1 |
|
ln b − |
1 |
∞ cos 2x |
dx |
расходится, |
|
т.к. |
|
1 |
ln b = ∞, а |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
∫ |
|
|
|
|
|
lim |
|
∫ |
|
|
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
lim |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
2x |
|
|
|
x |
2 |
|
|
x |
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
x |
|
|
|
|
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
b→+∞ |
2 1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
b→+∞ |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b→+∞ |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
интеграл |
∫ |
cos2x |
dx |
сходится |
|
(см. |
предыдущий |
|
пример). Следовательно, |
|
интеграл |
|
∫ |
| cos x | dx |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
x |
расходится.
Упражнения
Найти несобственные интегралы или установить их расходимость:
2.4.1.1. |
∫ dx . |
|
||||||
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
2.4.1.3. |
1 |
|
|
x |
|
|
|
|
∫ |
dx . |
|
||||||
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
x |
dx |
|
||
2.4.1.5. |
∞ |
|
|
|
|
. |
||
∫ |
|
|
|
|
||||
|
|
2 |
+ 2x +5 |
|||||
|
−∞ x |
|
|
|
||||
2.4.1.7. |
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
∫e−2 x dx . |
|
|||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
2.4.1.9. |
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
∫e− x dx . |
|
|||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
2.4.1.11. ∞∫e−3x dx .
0
2.4.1.2. |
∫ |
dx2 . |
|
|
|
|
|||
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
||
|
1 |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
||
2.4.1.4. |
∫ |
2xdx |
. |
|
|
||||
2 |
|
||||||||
2.4.1.6. |
−∞ 1+ x |
|
|
|
. |
||||
∫ |
|
|
|
dx |
|
|
|
||
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
||
|
1 |
x x2 −1 |
|
||||||
2.4.1.8. |
∞ |
|
|
|
|
|
|
||
∫xsin xdx . |
|
||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2.4.1.10. |
∞ arctgxdx |
|
|||||||
∫ |
|
|
|
|
|
. |
|||
|
|
1+ x |
2 |
||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||
2.4.1.12. |
∞∫xe−3x dx . |
|
|||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2.4.1.13. |
Дайте |
определение |
несобственного |
интеграла |
с |
бесконечным |
верхним |
пределом |
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
интегрирования. Сходится ли интеграл ∫cos xdx ? Ответ обоснуйте. |
|
|
||||||
2.4.1.14. |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
Дайте |
определение |
несобственного |
интеграла |
с |
бесконечным |
нижним |
пределом |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
интегрирования. Сходится ли интеграл ∫ex dx ? Ответ обоснуйте. |
|
|
−∞
2.4.1.15. Дайте определение несобственного интеграла с бесконечными пределами интегрирования. Приведите примеры.
2.4.1.16. При каких положительных значениях α несобственный интеграл ∞∫ dx сходится, а при каких
1 xα
расходится? Ответ обоснуйте.
2°. Несобственные интегралы от неограниченных функций
Если функция f (х) определена при а ≤ х < b, интегрируема на любом отрезке [а, b − ε], 0 < ε < b − а и не ограничена слева от точки b, то по определению полагают
∫b |
f (x)dx = lim b−∫ε f (x)dx . |
|
a |
ε→0+0 |
a |
|
Если этот предел существует и конечен, то несобственный интеграл называется сходящимся. В
противном случае интеграл называется расходящимся. |
|
|
|
Аналогично, если функция f (x) не ограничена справа от точки а, то |
|||
∫b |
f (x)dx = lim |
∫b |
f (x)dx . |
a |
ε→0+0 |
a+ε |
|
|
|
Наконец, если функция в окрестности внутренней точки с отрезка [a,b] не ограничена, то по определению
|
|
∫b |
f (x)dx = ∫с |
f (x)dx + ∫b |
f (x)dx . |
|
|
f (x) |
a |
a |
|
с |
|
Пусть функция |
непрерывна на отрезке |
[a,b], за исключением конечного числа точек. Если |
||||
существует функция |
F (x) |
|
|
|
|
′ |
, непрерывная на [a,b], для которой F (x)= f (x), кроме конечного числа точек, |
то имеет место формула Ньютона–Лейбница:
∫b f (x)dx = F (a)− F (b).
a
Функция F (x) иногда называется обобщенной первообразной для функции f (x) на отрезке [a,b].
Для функций, определенных и положительных на промежутке a ≤ x < b , справедливы признаки сходимости (признаки сравнения), аналогичные признакам сравнения для несобственных интегралов с бесконечными пределами.
Признак |
сравнения. |
Пусть функции |
f (x) и |
g(x) |
определены на |
промежутке |
a ≤ x < b |
и |
|||||||||||
интегрируемы |
на |
каждом |
отрезке |
[a,b −ε], 0 <ε < b − a . Если |
0 ≤ f (x)≤ g(x), |
то |
из |
сходимости |
|||||||||||
интеграла ∫b g(x)dx |
вытекает |
сходимость |
интеграла |
∫b |
f (x)dx , |
причем |
∫b |
f (x)dx |
≤ |
∫b g(x)dx ; |
из |
||||||||
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
a |
|
|
|
a |
|
|
|
расходимости интеграла ∫b |
f (x)dx вытекает расходимость интеграла ∫b g(x)dx . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
Признак абсолютной сходимости. Пусть функция |
|
f (x) определена на промежутке a ≤ x < b |
и |
||||||||||||||||
интегрируема |
на каждом |
отрезке |
[a,b −ε]; |
тогда |
из |
|
сходимости интеграла |
∫b | |
f (x)| dx |
следует |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
сходимость интеграла ∫b |
f (x)dx . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В этом случае интеграл ∫b |
f (x)dx |
называется абсолютно сходящимся. Если же интеграл |
∫b |
f (x)dx |
|||||||||||||||
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
сходится, а интеграл ∫b | |
f (x)| dx |
расходится, то интеграл ∫b |
f (x)dx называется условно сходящимся. |
|
|||||||||||||||
|
|
a |
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аналогичные признаки справедливы и для несобственных интегралов ∫b f (x)dx , где f(х) не ограничена
a
справа от точки a.
Примеры
Исходя из определения, вычислить следующие несобственные интегралы (или доказать их расходимость):
|
e |
|
|
dx |
|
|
|
e |
|
dx |
|
|
|
|
3 3 |
|
|
2 |
|
|
e |
|
||||
1. |
|
|
|
|
= lim |
|
|
|
|
|
= lim |
|
|
ln |
|
x |
|
= |
||||||||
1 |
x |
|
ln x |
1+ε x |
|
ln x |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
3 |
ε→0+0 |
3 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
1+ε |
|||||||||||||
|
∫ |
|
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
|
ε→0+0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
= lim |
|
3 |
− |
3 |
3 ln |
2 |
( 1+ |
|
|
= |
3 |
. |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
ε) |
2 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ε→0+0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
π |
|
dx |
|
π |
−ε |
dx |
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
π |
|
π |
−ε |
|
|||||
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|||||||||||
2. ∫ |
|
|
|
= lim |
∫ |
|
|
|
|
= lim lntg( |
|
|
+ |
|
|
) |
|
|
= |
|||||||
cos x |
|
cos x |
2 |
|
4 |
|
|
|||||||||||||||||||
|
0 |
|
ε→0+0 |
0 |
|
|
ε→0+0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
= lim lntg( |
π |
− |
ε ) = ∞. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
ε→0+0 |
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следовательно, данный интеграл расходится.
Упражнения
Найти несобственные интегралы или установить их расходимость.
2.4.2.1. |
1 |
|
|
|
∫ln xdx . |
|
|||
2.4.2.3. |
0 |
|
dx . |
|
∫ |
|
|||
|
1 |
|
|
|
2.4.2.5. |
0 |
|
1− x2 |
. |
∫ |
|
dx |
||
|
2 |
|
|
|
|
0 3 |
(x −1)2 |
||
2.4.2.7. |
e4 |
|
dx |
. |
∫ |
x |
|||
|
0 |
ln x |
|
|
2.4.2.9. |
1 |
|
dx |
|
∫0 |
|
x(1− x) . |
||
2.4.2.11. |
∫1 |
x2 ln xdx . |
||
|
0 |
|
|
|
2.4.2.2. |
∫−21 |
dx |
. |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||||||
2.4.2.4. |
∫ |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
xdx . |
|||||||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.4.2.6. |
2 |
|
x − 2 |
|||||||||
∫ |
|
dx2 . |
||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.4.2.8. |
0 |
x ln |
|
x |
4 . |
|||||||
∫ |
|
2 dx |
||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
x + x |
|
|
|
|||||||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
∫1 |
|
x− |
|
|
|
|
|
|
|||
2.4.2.10. |
|
4 |
|
|
|
dx . |
||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||
|
0 1− x |
4 |
|
|
|
|
|