考研反常积分的计算主要分为以下步骤:
判断反常积分的类型
无穷积分:积分区间包含无穷大点。
瑕积分:积分区间在某个点处有限,但在其他点处无限。
混合型:积分区间在某个点处有限,同时在另一个点处无限。
寻找等价量或利用比较判别法
对于瑕点,寻找被积函数在该点的等价无穷小或等价无穷大。
对于无穷点,利用比较判别法的极限形式判断积分的敛散性。
应用常用的反常积分计算方法
直接计算:利用定积分的牛顿-莱布尼兹公式,但需要注意原函数在瑕点处的取值需要通过极限获得。
换元积分法:适用于被积函数在积分区间内有特殊形式的函数,如三角函数、指数函数等。
分部积分法:适用于被积函数可以拆分为两个函数的乘积,且其中一个函数易于积分。
比较判别法:通过比较被积函数与已知敛散性的函数来判断反常积分的敛散性。
求极限
如果反常积分的原函数在积分区间的端点处取值通过极限存在,则该反常积分收敛。
如果极限不存在,则该反常积分发散。
示例
设 $D$ 为曲线所围成的区域,求二重积分:
如果积分区域 $D$ 关于 $x$ 轴和 $y$ 轴都对称,且被积函数关于 $x$ 和 $y$ 均为奇函数,则原式可以简化为在第一象限部分的积分的两倍。
如果积分区域 $D$ 用极坐标表示为 ${(r, theta) | 0 leq r leq a, 0 leq theta leq pi}$,则可以用极坐标计算积分。
注意事项
定积分的分项、换元与分部积分等方法对反常积分也适用,但反常积分不能随意应用加减法运算,特别是当分项积分后导致整个积分发散时,应求出整个反常积分的原函数的极限。
对于反常积分的审敛法,可以学习一下,这在处理更复杂的反常积分问题时非常有用。
通过以上步骤和技巧,可以有效地计算考研中的反常积分。建议多做一些典型题目的练习,以加深理解和掌握相关方法。