Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Мет.указ. по несобств. интегр. без пар-ра с 3...doc
Скачиваний:
16
Добавлен:
19.11.2019
Размер:
1.53 Mб
Скачать

10. Главное значение интегралА 2-го рода

Определение 6. Пусть f(x) интегрируема (в собственном смысле или несобственном) на отрезках и , где и неограничена в окрестности точки . Тогда интегралом в смысле главного значения называется = V.P. . Если существует несобственный интеграл , то существует и интеграл в смысле V.P. и они равны, но, вообще говоря, не наоборот.

Пример 54. Рассмотрим . Решение. Здесь особая точка c=0 и и не существуют. Тогда расходится. Однако V.P. 0+0=0.

11. Связь интегралов 1-го и 2-го рода

Имеется связь между этими интегралами при замене переменной и переходе от одного вида интеграла к другому. Так , где b – особая точка переходит при замене в интеграл 1-го рода. Действительно, и a переходит в , а b переходит в ∞. Здесь . Тогда и они сходятся или расходятся одновременно. Возможен и обратный переход интеграла 1-го рода в интеграл 2-го рода

Для этого сделаем замену или , где и a > 0 (возьмем для определенности этот случай). Тогда a переходит в , а ∞ в 0 и . Тогда и 0 – особая точка ,а оба интеграла сходятся или расходятся одновременно. Приведем примеры.

Пример 55. Преобразовать в интеграл 1-го рода и исследовать его сходимость. Решение. Введем , где b = 1 особая точка. Тогда , и . Последний же интеграл сходится по предельному признаку, где за функцию сравнения взяли интеграл от которой на сходится ибо и тем самым k 0 .

Пример 56. Преобразовать интеграл в интеграл 2-го рода и исследовать его сходимость. Решение. При или точка 1 переходит в 1, а ∞ в 0 и . Имеем . Последний же интеграл расходится (здесь особая точка a = 0). Действительно, беря за функцию сравнения (ибо особенность здесь именно такого вида), получаем . Но расходится. Тогда и несобственный интеграл 1-го рода тоже расходится.

Замечание 14. Если [a, ∞) – отрезок интегрирования и a особая ,то берут точку , и . Тогда исследуется сходимость в ∞ и точке a отдельно.

Пример 57. Исследовать сходимость на . Решение. Здесь для особая точка a = 0. Разделим 0 и ∞ точкой c = 1. Тогда . Используем признаки сравнения для каждого из интегралов по отдельности. Здесь целесообразно применить эквивалентный признак ибо ~ при и ~ при . Но и сходятся. Тогда сходятся по эквивалентному признаку и . Отсюда сходится как сумма сходящихся интегралов.

Пример 58. Исследовать сходимость . Решение. Функция имеет особую точку a = 0, а отрезок интегрирования бесконечный. Разделим точки a = 0 и ∞ точкой c = 1. Рассмотрим . Используем, как и в примере 57 эквивалентный признак сравнения для интегралов 1-го и 2-го рода. Тогда ~ при и ~ при . Так как сходится, то сходится и . Но расходится и по эквивалентному признаку расходится. Тогда исходный интеграл расходится ибо одно из слагаемых в (G) расходится.

Приведем физический пример с интегралом 2-го рода.

Пример 59. Зависимость периода колебаний Т математического маятника от его длины L и начального угла отклонения от вертикали выражается формулой: . Показать, что этот интеграл сходится при . Решение. На отрезке (0, π) подинтегральная функция имеет одну особую точку . Но при : ~ . Но интеграл сходится. Тогда по эквивалентному признаку интеграл - сходится и, тем самым , Т – существует.

Замечание 15. Здесь интересно рассмотреть крайние случае: и . Если представить маятник как невесомый стержень один конец которого закреплен в шарнире без трения, а второй с закрепленной на нем точечной массой будет свободен. Тогда можно говорить о начальных углах и . Но тогда маятник качаться вообще не будет, так как в 1-ом случае он находится в устойчивом положении, а во 2-ом неустойчивом. Это видно из того, что при , а при имеем . Тем самым по мере приближения начального положения маятника к состоянию неустойчивого равновесия период его колебаний неограниченно растет (т.е. он начинает непериодично раскачиваться).

РЕКОМЕНДУЕМАЯ Литература

1. Кудрявцев Л.Д. Курс математического анализа. Т. 2. - М.: Высшая школа, 1988.

2. Ильин В.А., Позняк Э.Г. Основы математического анализа. Ч. II. – М.: Наука, 1974.

3. Будак Б.М., Фомин С.В. Кратные интегралы и ряды . М.: Наука, 1967.

29