由$p$积分我们可以知道,$\int \frac{1}{x} dx$是它的发散与收敛状态的一个临界点,那么我们通过将一个反常积分的被积函数同$\frac{1}{x}$比较,自然就能快速判别敛散性。
那么一般我们按以下步骤进行:
首先我们要找到积分反常的缘由,也就是被积函数的奇点:无定义点、分母为0的点以及趋近无穷的点。如果有多个奇点,那么应该把积分区域分开,使得每个区域上下限仅有一个奇点并且内部没有奇点。
假设我们得知奇点为点$x = x_0$,那么我们就将被积函数除以$\frac{1}{x - x_0}$,也就是乘以一个$x - x_0$,那么得到一个函数$\phi(x)$。
如果奇点在无穷远处,那么就将原函数乘以$x$得到$\phi(x)$,然后再计算到无穷的极限。
对极限$\lim \phi (x)$,如果极限结果为0,那么原反常积分收敛;否则发散。
指数函数>>幂函数>>对数函数,一般我们都用$e^x>>x^k>>lnx$。
例:求$\lim\limits_{x \to 0} x^k lnx (k>0)$,虽然此时$lnx$趋近于无穷,但是其阶数比幂函数低得多,那么自然要服从于幂函数,所以极限为$0$。
对于一类$p$积分$\int_{0}^{1} \frac{1}{x^p} dx$,由于$p$在小于0的时候一定收敛,不为反常积分,所以一般都会给出$p>0$的预设条件使得其为反常积分。很多时候这个补充的条件会成为答案区间的一部分,务必注意。
$(lnx)^p$位于分母且极限趋近于无穷的时候,其在无穷点处的无穷大阶数无法用$x$来量化,会导致方法失效。
通式是做换元令$lnx = t$,然后讨论$(p-1)$大于、小于和等于的情况。
注:极限趋近$1$的时候仍然可以用上面的方法。