微积分 II:积分技巧、无穷级数与参数曲线 · 第 7 章 反常积分与收敛

comparison lab

尾部像谁,积分就像谁

把待判别函数 f(x) 放到远处观察:若它和一个熟悉的 g(x) 有稳定比例,就可以把 g 的收敛性借过来;若只知道更小或更大,也要看这个比较是否足够有力。

有理尾部
f(x)=1/(x²+ax)
平方根尾部
f(x)=1/√(x²+a)
对数尾部
f(x)=1/(x(ln x)q)

函数族与尾部参数

观察点 R 80
待判别函数
参数 a 3.0
尾部观察点 R 80
尾部函数比较图 显示待判别函数 f 与推荐比较函数 g 在尾部区间的相对走势。

远处比例读数

收敛
推荐 g(x) 1/x²
f(R)/g(R) 0.964
远处趋势 → 1

因为 f/g 趋向正的有限常数,f 与 1/x² 有相同的尾部量级;而 ∫1/x² dx 收敛,所以原反常积分收敛。

判别理由

1

先看最高次:x²+ax 的主导项是 x²,因此选 g(x)=1/x²。

2

计算 f/g=x/(x+a)。当 x 越来越大,a 的影响被 x 吞没,比例趋向 1。

3

比较对象是 p=2 的 p 型积分,p>1,所以收敛。

极限比较最关心“远处是否保持同一量级”。前面有限一段可能弯曲,但不会改变反常积分在无穷远处的收敛性。