# 不定式与反常积分

# 不定式

求极限遇到00\frac{0}{0} 或者 \frac{\infty}{\infty} 型,把这种极限叫做"不定式",0,0\frac{0}{\infty},\frac{\infty}{0}均不属于不定式

# 洛必达法则

如果 limxaf(x)g(x)\lim_{x\to a}\frac{f(x)}{g(x)}是不定式,那么limxaf(x)g(x)=limxaf(x)g(x)\lim_{x\to a}\frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x\to a }\frac{f^{\prime}(x)}{g^{\prime}(x)}

洛必达法则可以连续使用,但是连续使用前必须检查它是否仍然是一个不定式,比如

limx0exx1x2=limx0ex12x=limx0ex2=12 \begin{align} \lim_{x\to 0} \frac{e^x - x -1 }{x^2} &= \lim_{x\to 0}\frac{e^x - 1}{2x} \\ &= \lim_{x\to 0}\frac{e^x}{2} = \frac{1}{2} \end{align}

# 反常积分

# 反常积分分类

  • 没有上限或者下限的积分,例如

    11x2dx \int_1^{\infty}\frac{1}{x^2}dx
  • 有一定的积分区间,但是在积分过程中,被积函数的值在某处却跑到了±\pm\infty 例如:

    121x2/3dx \int_{-1}^2\frac{1}{x^{2/3}dx}

    x=0x=0 ,被积函数等于\infty

# 当积分上下限为±\pm\infty

af(x)dx=limbabf(x)dx \int_a^{\infty} f(x)dx = \lim_{b\to \infty}\int_a^b f(x)dx

当反常积分的答案是个有限的数,则称反常积分收敛 , 如果极限是\infty或不存在 ,则称之为发散

例:求

11x2dx\int_1^{\infty}\frac{1}{x^2}dx

📜:

11x2dx=limb1b1x2dx=limb1x1b=limb((1b)(1))=1 \int_1^{\infty}\frac{1}{x^2}dx = \lim_{b\to \infty}\int_1^b\frac{1}{x^2}dx = \left. \lim_{b\to \infty}\frac{-1}{x} \right|_1^b = \lim_{b\to \infty}((\frac{-1}{b})-(-1)) = 1

# 当被积函数变成±\pm \infty

例:求

121x23dx\int_{-1}^2\frac{1}{x^{\frac{2}{3}}}dx

x=0x = 0时候,被积函数的值不存在

121x2/3dx=120x2/3dx+022x2/3dx=limb03x1/31b+limb0+3x1/3b2=3+3(2)1/36.780 \begin{align} \int_{-1}^2\frac{1}{x^{2/3}}dx &= \int_{-1}^2\frac{0}{x^{2/3}}dx + \int_{0}^2\frac{2}{x^{2/3}}dx \\ &=\left. \lim_{b\to 0^{-}}3x^{1/3}\right|_{-1}^b + \left. \lim_{b\to 0^{+}}3x^{1/3}\right|_{b}^2 \\ &= 3 + 3(2)^{1/3} \approx 6.780 \end{align}