Перейти к содержанию

Несобственные интегралы

Математика Алгебра Сложность 2/5

Начало урока

1. Зачем нужно расширять определённый интеграл

Мотивация. Интеграл Римана $\displaystyle\int_a^b f(x)\,dx$ построен на двух предположениях: отрезок $[a,b]$ является конечным, а подынтегральная функция $f$ ограничена на этом отрезке. Когда хотя бы одно из этих условий нарушается, обычное определение перестаёт работать — однако многие важные задачи в физике, теории вероятностей и инженерии требуют именно таких интегралов.

Существует ровно два способа, которыми может нарушиться рамка Римана:

Тип I — Бесконечные пределы интегрирования (первого рода)

Промежуток интегрирования простирается до $+\infty$ или $-\infty$ (или в обе стороны). Например:

$$\int_1^{\infty} \frac{1}{x^2}\,dx$$

Конечного верхнего предела нет, поэтому обычную риманову сумму построить невозможно.

Тип II — Неограниченная подынтегральная функция (второго рода)

Подынтегральная функция обращается в бесконечность в одной или нескольких точках промежутка. Например:

$$\int_0^1 \frac{1}{\sqrt{x}}\,dx$$

Здесь $f(x) = 1/\sqrt{x} \to \infty$ при $x \to 0^+$, поэтому $f$ неограничена на $[0,1]$.

Объединяющая идея: пределы собственных интегралов

В обоих случаях стратегия одна и та же: заменить проблемный интеграл пределом обычных (собственных) интегралов. Центральный вопрос тогда таков: существует ли этот предел и равен ли он конечному числу?

Сходимость и расходимость. Если предел существует (конечен), мы говорим, что несобственный интеграл сходится. Если предел не существует или равен бесконечности, мы говорим, что он расходится.

2. Тип I — Бесконечные пределы интегрирования

2.1 Один бесконечный предел

Определение. Если $f$ непрерывна на $[a,\infty)$, то

$$\int_a^{\infty} f(x)\,dx = \lim_{b\to\infty} \int_a^b f(x)\,dx$$

при условии, что предел существует. Аналогично, если $f$ непрерывна на $(-\infty, b]$:

$$\int_{-\infty}^{b} f(x)\,dx = \lim_{a\to -\infty} \int_a^b f(x)\,dx$$

Продолжите этот урок на YourAIZone

В полном уроке — объяснение целиком, разобранные примеры, частые ошибки, тесты с мгновенной проверкой и ИИ-репетитор. Начните сразу как гость или создайте аккаунт, чтобы сохранять прогресс.

В полном уроке

  • Объяснение целиком
  • Разобранные примеры
  • Частые ошибки и как их избежать
  • Тестовые вопросы: 15
  • ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы по теме
  • Отслеживание прогресса для ученика, родителей и учителя