Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Высшая_математика__2_семестр_ (1).pdf
Скачиваний:
126
Добавлен:
20.02.2016
Размер:
1.59 Mб
Скачать

 

m =

 

 

1

 

b K(x)dx , найти

m в случае

 

 

 

b

a

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a = 0, b = 3, K (x) = −x2 +8x +9

 

 

Зная, что среднее значение

m издержек

K (x) при изменении

 

объема производства х от

а до b вычисляется по формуле

6.

m =

 

 

1

 

b K (x)dx ,

найти

m

в случае

 

 

 

 

 

 

 

b a a

 

 

 

 

a = 0, b = 9, K (x) = −x2 +8x +9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема «Несобственные интегралы с бесконечными пределами и от разрывных функций»

Пусть функция f (x)непрерывна на [a,+∞), тогда

+∞

f (x)dx = blim→+∞ b

f (x)dx

a

a

 

Если существует конечный предел в правой части формулы, то говорят, что несобственный интеграл сходится, если же предел равен бесконечности или вообще не существует, то интеграл расходится.

Аналогично определяется несобственный интеграл с бесконечной нижней границей

b

f (x)dx = alim→−∞ b

f (x)dx .

 

−∞

 

a

 

 

 

Несобственный интеграл с двумя бесконечными границами

определяется равенством

 

 

 

 

 

+∞f (x)dx = alim→−∞ c

f (x)dx + blim→+∞ b

f (x)dx

−∞

a

 

c

 

 

где с – любая фиксированная точка оси ОХ, при этом

f (x)dx сходится

 

 

 

 

 

−∞

только в том случае, если сходятся оба интеграла правой части.

Если функция f (x) непрерывна для

x [a;b) и в точке x =b имеет

бесконечный разрыв, то по определению полагают

 

 

b

f (x)dx = limε0 bε

f (x)dx.

 

 

a

 

a

 

 

 

Если существует конечный предел в правой части формулы, то несобственный интеграл называется сходящимся; если этот предел равен бесконечности или не существует, то интеграл называется расходящимся.

Если функция f (x) непрерывна для x [a;b) и в точке x = a имеет бесконечный разрыв, то

40

b

f (x)dx = limε0

b

f (x)dx.

a

 

a+ε

 

Если предел в правой части формулы существует и конечен, то несобственный интеграл называется сходящимся, в противном случае – расходящимся.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример.

Вычислить интеграл

2

 

dx

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xln3 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+∞

 

dx

 

 

 

 

 

b

d ln x

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

= blim→+∞

 

 

 

3

 

 

=blim→+∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

xln

3

x

 

ln

x

2ln

2

 

 

2

Решение.

e

2

 

 

 

 

 

e

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

e

 

= lim

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

2ln

2

b

 

 

2ln

2

e

2

2

4

8

 

 

 

 

 

 

 

b→+∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интеграл сходится и выражает площадь криволинейной трапеции,

ограниченной прямыми

x = e2 ,

y = 0

 

 

и графиком функции

y =

1

.

xln3 x

 

 

 

Пример. Вычислить интеграл +∞cos2 xdx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+∞

 

 

2

 

 

 

 

 

b

1+cos2xdx

 

 

 

 

1 b

 

 

 

1

b

 

 

 

 

 

cos

 

xdx = blim→+∞

 

 

 

 

2

 

= blim→+∞

 

 

dx +

 

 

 

 

cos2xd 2x =

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

2

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

= lim

1 x

 

b

+ 1 sin 2x

 

b

 

= lim

1 b +

1 sin 2b .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b→+∞

2

 

 

 

0

4

 

 

 

0

 

b→+∞ 2

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как

lim sin 2b не существует, то несобственный интеграл расходится.

 

 

 

 

 

b→+∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример. Вычислить интеграл −∞

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ 4x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

dx

 

= lim 0

 

 

 

dx

 

= lim

1

0

 

 

 

d 2x

=

1 lim arctg2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞

1+ 4x2

 

 

 

a→−∞ a

1+(2x)2

a→−∞

2

a

1+(2x)2

 

 

 

2 a→−∞

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1 lim (arctg 0 arctg a) =

1

π =

π .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 a→−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно, несобственный интеграл сходится.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример. Вычислить интеграл 2

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x + 2)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

Подынтегральная

функция

 

f (x) =

 

1

 

является

 

 

 

 

 

(x

+ 2)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

неограниченной при x = −2, в которой знаменатель дроби обращается в нуль, следовательно, в этой точке функция терпит бесконечный разрыв. Согласно определению имеем

41

0

dx

 

 

0

dx

 

 

 

1

 

 

0

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= αlim0

 

 

= αlim0

 

 

 

 

= αlim0

 

+

 

 

=∞.

(x + 2)

2

(x + 2)

2

x + 2

2

α

2

 

 

2+α

 

 

 

 

2+α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Несобственный интеграл расходится.

 

 

 

 

 

 

Пример. Вычислить интеграл

e

 

dx

.

 

 

 

 

3

 

 

 

1

x

ln x

1

 

Решение. Подынтегральная

функция f (x) =

 

в точке x =1

x 3

ln x

 

 

 

 

 

 

терпит бесконечный разрыв, так как знаменатель дроби обращается в нуль

при

 

 

x =1. По определению имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

dx

 

 

= lim

 

 

e

 

 

dx

 

= lim

e

 

 

d ln x

= lim 3 3 ln2 x

 

e =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α0

 

3

 

 

 

 

 

 

α0

2

 

 

 

 

1+α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

x

 

 

ln x

 

 

 

 

1+α x

 

 

ln x

 

 

 

 

 

1+α

ln x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

3

ln

2

e

 

3

 

3 ln

2

(1+α)

 

=

3

.

 

 

 

 

 

 

 

Интеграл сходится.

 

 

 

 

 

 

= lim

2

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример.

Вычислить интеграл

 

ctg x dx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

f (x)= ctg x в точке х = 0 терпит

 

 

 

 

 

Решение. Подынтегральная функция

 

бесконечный разрыв. По определению имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ctgxdx = lim

 

ctgxdx = lim

 

cos x dx

= lim

 

d sin x = lim ln

 

sin x

 

 

4

 

=

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

ε

0

ε

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ε

0

ε

 

 

sin x

 

 

 

 

ε

0

ε

 

sin x

 

 

ε 0

 

 

 

 

 

 

ε

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

π

 

 

ln

 

sinε

 

 

=∞.

 

 

Интеграл расходится.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= lim ln

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ε

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример. Вычислить интеграл 0

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x 1)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

Подынтегральная функция

 

f (x)=

 

 

dx

 

в точке

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x 1)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х = 1 терпит бесконечный разрыв. По определению имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

dx

 

 

1

 

dx

 

 

3

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

= 0

+ 0

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x 1)2

(x 1)2

(x 1)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычислим несобственный интеграл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

1ε

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1 ε

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= limε 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= limε 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −limε 0

 

 

 

 

+1

=∞.

 

 

 

(

 

x

 

 

 

2

 

(

x 1

 

 

2

 

x 1

 

ε

 

 

1ε 1

 

 

0

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

ε

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если один из интегралов равен бесконечности, то несобственный интеграл расходится.

42

Задачи для самостоятельного решения

 

 

 

 

 

 

Задания

 

 

 

Варианты ответов

п/п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сколько интегралов в следующей группе

 

 

 

являются несобственными?

 

 

 

 

 

 

а) +∞xdx ; б)

2 ln xdx ;

 

 

 

 

 

1.

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

в)

2 ln x xdx;

г)

1 dx2 ;

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

−∞ x

 

 

 

 

 

 

д)

2

dx

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

x +1

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Вычислить

+∞

2dx2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

x

 

 

 

 

 

 

Вычислить несобственный интеграл или

1)

1;

 

2)

е;

 

 

 

 

 

 

 

 

+∞

ln x

 

3.

 

 

 

 

 

 

 

dx

3)

расходится;

установить его расходимость

x

4) е – 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5)

e2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

расходится;

 

Вычислить несобственный интеграл или

2)

е;

4

 

 

 

 

 

 

 

1

x

 

3)

1;

установить его расходимость

 

4)

–1;

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

5)

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

43