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无穷积分收敛的必要条件,高等数学问题的猜想

时间:2022-09-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:在常数项级数中,有一个判别正项级数敛散性的定理——积分准则,即如果存在一单调减非负函数f:[1,+∞)→[0,+∞),使f(n)=an,则正项级数与无穷积分同收敛或同发散.而级数收敛的必要条件是于是猜想收敛的必要条件也应是,但有反例如下.[反例1] 设f(x)在[1,+∞)上按如下定义:那么,A>1,总可取充分大的n,使得A∈[n,n+1),由于f(x)≥0,因此,当n→+∞时,由夹逼性知即f(x

在常数项级数中,有一个判别正项级数敛散性的定理——积分准则,即如果存在一单调减非负函数f:[1,+∞)→[0,+∞),使f(n)=an,则正项级数与无穷积分同收敛或同发散.而级数收敛的必要条件是于是猜想收敛的必要条件也应是,但有反例如下.

[反例1] 设f(x)在[1,+∞)上按如下定义:

那么,∀A>1,总可取充分大的n,使得A∈[n,n+1),由于f(x)≥0,因此,

当n→+∞时,

由夹逼性知

即f(x)在[1,+∞)上的无穷积分收敛.但f(x)是无界的,当然f(x)在[1,+∞)上是不连续的,下面再看一个连续的函数.

[反例2] 设f(x)在[1,+∞)上按如下定义:

显然,这个函数在[1,+∞)上是连续的,而且由反例1知

收敛于,但f(x)也是无界的.

以上两个例子中的被积函数均在广大的无穷个区间上的函数值为零,仅在很小的无穷个区间上函数值不为零,尽管函数f(x)无界,但区间长度与函数值的乘积仍是有界的,所以,无穷积分收敛.显然,仅无穷积分收敛是推不出或f(x)有界的.但是,如果函数f(x),在定义域内函数值不为零,且f(x)的无穷积分收敛,当x→+∞时,f(x)就会趋向于零,弄清楚这一点,对反常积分学习是非常有益的,于是给出如下定理.

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