[题目]-|||-2.讨论下列瑕积分是否收敛?若收敛则求其值:-|||-(1) (int )_(a)^bdfrac (dx)({(x-a))^p}-|||-(2) (int )_(0)^1dfrac (dx)(1-{x)^2};

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查瑕积分(广义积分)的收敛性判断及计算,涉及对被积函数在瑕点附近的行为分析。
解题核心思路:
- 确定瑕点位置:找出积分区间内使被积函数无界的点。
- 应用收敛性判别法:根据瑕积分的收敛性条件,结合幂函数或对数函数的积分结果,判断积分是否收敛。
- 分情况讨论参数:对于含参数的积分,需对参数的不同取值范围分别分析。
破题关键点:
- 第一题:被积函数为 $\frac{1}{(x-a)^p}$,瑕点在 $x=a$,需比较 $(x-a)$ 的幂次与 $1$ 的大小关系。
- 第二题:被积函数 $\frac{1}{1-x^2}$ 在 $x=1$ 处无界,需通过积分计算判断其发散性。
第(1)题
步骤1:确定瑕点与收敛性条件
被积函数 $\frac{1}{(x-a)^p}$ 在 $x=a$ 处无界,故 $x=a$ 为瑕点。根据瑕积分收敛性判别法:
- 当 $p < 1$ 时,积分收敛;
- 当 $p \geq 1$ 时,积分发散。
步骤2:计算积分
当 $p \neq 1$ 时,原函数为:
$\int \frac{dx}{(x-a)^p} = \frac{1}{1-p}(x-a)^{1-p} + C$
代入上下限 $a$ 和 $b$,得:
$\int_{a}^{b} \frac{dx}{(x-a)^p} = \frac{1}{1-p} \left[ (b-a)^{1-p} - \lim_{x \to a^+} (x-a)^{1-p} \right]$
- 当 $p < 1$ 时:$\lim_{x \to a^+} (x-a)^{1-p} = 0$,积分值为 $\frac{(b-a)^{1-p}}{1-p}$;
- 当 $p \geq 1$ 时:$\lim_{x \to a^+} (x-a)^{1-p} = +\infty$,积分发散。
步骤3:特殊情况 $p=1$
此时积分变为 $\int_{a}^{b} \frac{dx}{x-a}$,原函数为 $\ln|x-a|$,在 $x \to a^+$ 时趋向 $-\infty$,故发散。
第(2)题
步骤1:确定瑕点
被积函数 $\frac{1}{1-x^2}$ 在 $x=1$ 处无界,故 $x=1$ 为瑕点。
步骤2:计算积分
将被积函数分解为部分分式:
$\frac{1}{1-x^2} = \frac{1}{2} \left( \frac{1}{1-x} + \frac{1}{1+x} \right)$
积分得:
$\int \frac{dx}{1-x^2} = \frac{1}{2} \ln \left| \frac{1+x}{1-x} \right| + C$
代入上下限 $0$ 和 $1$:
$\int_{0}^{1} \frac{dx}{1-x^2} = \frac{1}{2} \lim_{x \to 1^-} \ln \left( \frac{1+x}{1-x} \right) - \frac{1}{2} \ln 1$
当 $x \to 1^-$ 时,$\frac{1+x}{1-x} \to +\infty$,故积分发散。