Материал: ЛК Осипенко КЮ - весна 2021 (1 сем)

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

26

 

 

 

 

 

 

 

y

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

2a

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ðèñ. 32

Имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L = 2 ∫0

√

 

dφ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 sin2 φ + a2(1 + cos φ)2

 

 

√

φ

 

 

 

 

= 2a ∫0

 

√

 

 

 

φ

∫0

 

 

 

 

 

 

sin2 φ + 1 + 2 cos φ + cos2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ dφ = 2a

 

 

2(1 + cos φ) dφ

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 4a

 

0

 

cos

2

dφ = 8a sin

2

0

= 8a:

9. Несобственные интегралы с бесконечными пределами

Пусть дана функция f(x), непрерывная на промежутке [a; +1).

Для любого b a существует интеграл

∫ b

f(x) dx:

a

y 6

y = f(x)

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

0 a

 

 

 

b

x

 

 

 

Ðèñ. 33

 

 

 

 

 

Определение 6.

Несобственным интегралом называется

 

∫

+1 f(x) dx = lim

∫

b f(x) dx:

 

 

a

b!+1 a

27

Если этот предел существует, то говорят, что несобственный интеграл сходится. В противном случае говорят, что несобственный интеграл расходится.

Пусть функция f(x), непрерывная на промежутке ( ; a]. Тогда аналогичным образом определяется несобственный интеграл

∫

a

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

f

 

x

 

dx

lim

f

 

x

 

dx:

 

(

 

)

 

= b!

∫b

(

 

)

 

Если функция f(x) непрерывна на всей числовой оси, то

∫ +1 ∫ c ∫ +1

f(x) dx = f(x) dx + f(x) dx:

c

Нетрудно убедиться, что это определение не зависит от точки c.

10. Обобщенная формула Ньютона Лейбница

Пусть функция f(x) непрерывна на промежутке [a; +1) è F (x)

ее первообразная. Тогда

∫a

+1 f

x

 

dx def

lim

b

(

 

)

=

b!+1

∫a

f(x) dx = lim (F (b)

F (a))

b!+1

 

=

lim F (b) F (a):

 

b!+1

Положив

F (+1) = lim F (b);

b!+1

получаем

∫a+1 f(x) dx = F (+1) F (a):

 

Эта формула, которую можно записывать и в виде

 

∫

 

+

 

 

 

a+1 f(x) dx = F (x) a 1;

Лейбница.

носит название обобщенной формулы Ньютона

 

 

 

 

 

Аналогичные формулы имеют место и для двух других типов

интегралов:

 

 

 

 

f(x) dx = F (x) a

 

 

 

 

a

;

 

 

∫+

1

 

 

 

+

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

интеграл

Примеры. Вычислить несобственный

 

 

 

 

 

f(x) dx = F (x)

 

:

 

1:

 

 

 

∫

+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 + 1

 

 

28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

6

 

 

 

 

 

y =

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ðèñ. 34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Имеем

 

 

 

 

+1

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2: При каких сходится несобственный

интеграл

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

x2 + 1

= arctg x

 

 

=

 

2

 

 

 

 

 

(

 

 

2 ) = :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+1

 

1

dx?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ðèñ. 35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

1 1; ̸= 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+1 1

 

 

 

 

 

 

+ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx =

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Òàê êàê

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

то интеграл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

расходится при

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln x 1

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

= 1:

 

 

 

 

limx

 

+

1

ln x = +

1

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1

 

 

 

 

 

 

!

+1

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+1 < 0. Поэто-

Предел limx!+1 x

 

 

 

 

 

 

 

 

существует только при

 

му интеграл сходится только при > 1.

11. Несобственные интегралы от неограниченных функций

Пусть дана функция f(x), непрерывная на промежутке [a; b), но неинтегрируема на отрезке [a; b] (например, f(x) ! 1 ïðè x ! b). Точка b в таком случае называется особой.

29

y 6

y = f(x)

-

0

a

b

x

Ðèñ. 36

Определение 7. Несобственным интегралом называется

∫ b ∫ c

f(x) dx = lim f(x) dx:

ac!b 0 a

Если функция f(x) непрерывна на промежутке (a; b], а точка a

является особой, то несобственный интеграл определяется следующим образом ∫ b ∫ b

f(x) dx = lim f(x) dx:

ac!a+0 c

Если обе точки a è b являются особыми, то

b

 

 

 

 

 

∫c

b

c

f

 

x

 

dx

lim

f(x) dx + lim

f(x) dx:

∫a

(

 

)

 

= c!a+0

c!b 0

∫a

Терминология, связанная со сходимостью, остается такой же, как для несобственных интегралов с бесконечными пределами.

12. Обобщенные формулы Ньютона Лейбница для интегралов от неограниченных функций

Пусть функция f(x) непрерывна в промежутке [a; b) и имеет в точке b особенность. Предположим, что F (x) первообразная функции f(x). Тогда

b

 

 

 

dx def

 

c

 

 

 

f

 

x

 

lim

f(x) dx

 

 

∫a

(

 

)

=

c!b 0

∫a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= lim (F (c)

F (a)) = lim

F (c) F (a):

 

 

 

 

 

 

c!b

0

c!b

0

Обозначив F (b

0) = limc!b

0 F (c), получаем формулу, которая

называется обобщенная формула Ньютона Лейбница

∫ b

f(x) dx = F (b 0) F (a):

a

30

Ее также записывают в виде

∫

 

b

0

 

ab f(x) dx = F (x) a

:

Аналогичные формулы имеют место и

для функций, имеющих

 

 

 

 

 

особенности в точке a или в обеих точках a è b:

∫

 

b

 

 

b

0

 

ab f(x) dx = F (x) a+0;

 

b

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

f(x) dx = F (x) a+0:

 

 

 

 

 

Пример 10. При каких сходится интеграл

∫ 1 1

0 x

dx?

y 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ðèñ. 37

 

 

 

 

 

 

 

Имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

;

̸= 1;

 

 

 

 

 

0

1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 1

0+0

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx =

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Òàê êàê

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,>то интеграл расходится при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<ln x 0+0;

 

 

= 1:

 

 

 

 

 

limx 0+0 ln x =

:

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1

 

 

 

 

!

+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предел limx!0+0 x

 

 

 

 

существует только при +1 > 0. Поэто-

му интеграл сходится только при < 1 (при 0 рассматриваемый интеграл не является несобственным).

Источник: https://studfile.net/preview/16464738/