- •§1. Несобственные интегралы 1-го рода
- •I Определение
- •II Формула Ньютона – Лейбница для несобственного интеграла первого рода
- •II Интегралы от знакопеременных функций
- •§3. Несобственные интегралы 2го рода
- •I Одно свойство определенного интеграла
- •II Определения
- •§5. Замечания к теме
- •I Об интегралах смешанного типа
- •III Формула Ньютона-Лейбница для несобственного интеграла 2-го рода
- •§4. Признаки сходимости несобственного интеграла 2-го рода
- •II о замене переменной в несобственных интегралах
- •§6. Гамма-функция Эйлера
II Интегралы от знакопеременных функций
Для
таких функций наряду с интегралом
рассматривают интеграл
.
Определение.
Несобственный интеграл
называют абсолют-но сходящимся, если
сходится интеграл
.
Например,
сходится абсолютно, ибо
,
интеграл
сходится, и
также сходится (1-й признак сравнения).
Теорема 4 (признак абсолютной сходимости). Если несобственный интеграл сходится абсолютно, то он просто сходится.
Доказательство. Рассмотрим еще две неотрицательные функции:


Нетрудно
заметить, что
,
а
.
Введем обозначения:
![]()
![]()
Так
как функции
,
и
неотрицательные, то функции
,
и
–
возрастающие. Кроме того,
и
.
Далее, используя теорему 1, получим
цепочку следований:
сходится
абсолютно
сходится
функция
ограничена
и
ограничены
и
сходятся
существуют
конечные пределы
и![]()
существует
и конечен
,
т.е. данный интеграл сходится. Теорема
доказана.
Заметим,
что из сходимости
не следует сходимость интеграла
.
Пример
3.
![]()
Для
модуля подынтегральной функции можно
написать
![]()
![]()
Интеграл
сходится
как эталонный,
сходится по одному из свойств,
сходится по 2-му признаку сравнения,
сходится по 1-му признаку сравнения,
исходный интеграл сходится по признаку
абсолютной сходимости.
Примем без доказательства еще один признак.
Теорема
5
(признак Дирихле). Пусть
–
непрерывная, дифферен-цируемая функция,
которая монотонно стремится к 0
при
,
а функ-ция
имеет ограниченную первообразную. Тогда
интеграл
![]()
сходится.
Пример
4.
![]()
В
этом интеграле
,
а
.
Условия признака Дирихле выполнены,
следовательно, интеграл сходится.
Покажем,
что интеграл от
расходится. Проинтегрируем по промежутку
очевидное неравенство
:
|
|
(1) |
Для
интегралов в правой части неравенства
найдем пределы при
:
,
существует
и конечен, ибо
сходится по приз-наку Дирихле. Итак,
левая часть неравенства (1) имеет пределом
,
следовательно и
.
Задачи.
1. Исследовать на сходимость интеграл
.
2.
Вычислить предел
.
§3. Несобственные интегралы 2го рода
I Одно свойство определенного интеграла
Известно,
что, если функция
непрерывна на отрезке
,
то интеграл с переменным верхним пределом
является
функ-цией дифференцируемой, следовательно,
и непрерывной. Непрерывность же означает,
например такое:
.
Другими словами:
|
|
(1) |
Аналогично и для нижнего предела интегрирования:
|
|
(2) |
Это
свойство необходимо, например, в такой
ситуации. Функция
имеет в нуле разрыв, который можно
устранить (ибо
)
и сделать её непрерывной на отрезке
.
Первообразную этой функции можно найти
интегрированием по частям:
.
Но как воспользоваться формулой Ньютона
– Лейбница для интеграла
,
ведь
?
Здесь используют свойство, выражаемое
формулой (2):

Раскрывая
неопределенность типа
,
получим значение
.
Именно
формулы (1) и (2) берут в качестве определения
интеграла от функции, которая не является
ограниченной в точке
или
.
II Определения
Определение
1.
Точку
называют особой точкой функции
,
если в любой (сколь угодно малой)
окрестности этой точки функция является
неограниченной.
Например,
если
,
то точка
– особая.
Пусть
функция
непрерывна на промежутке
и точка
– особая. Рассмотрим отрезок
.
Данная функция непрерывна на этом
отрезке и, следовательно, существует
,
.
Определение
2.
Конечный или бесконечный предел этого
интеграла при
называют несобственным интегралом 2го
рода от функции
по промежутку
и обозначают символом
.
Если указанный предел конечен,
несобственный интеграл называют
сходящимся, в противном случае –
расходящимся.
Итак,
по определению, если
– особая точка, то
.
Приведем определения и для других случаев расположения особых точек в промежутке интегрирования.
Определение
3.
Если
непрерывна на
и
– особая точка, то
.
Определение
4.
Если
непрерывна на
и
и
– особые точки, то
|
|
(3) |
точка
– произвольная из
.
Определение
5.
Если
непрерывна на
и
–особая точка, то
|
|
(4) |
К интегралам, стоящим в правых частях формул (3) и (4) применяем опреде-ления 2 и 3. При этом несобственный интеграл в левой части каждой из этих формул считают сходящимся, если только сходятся оба интеграла, которые стоят в правой части.
Пример
1.
.
Подынтегральная
функция имеет особую точку
,
расположенную внут-ри промежутка
интегрирования, поэтому
.
Рассмотрим первый из этих интегралов:
![]()
Этот
интеграл расходится, значит, расходится
и данный интеграл
.
