∑

数学知识体系

Observatory Archive of Mathematics
⌕2026/8/31
概念

反常积分

无穷区间或无界函数的积分通过取极限定义,比较判别法等审敛法判断收敛性。

所属主题:数学分析 ↗
阅读路径

参考可汗学院 Get ready 机制:先修概念 → 当前概念 → 进阶概念,✓ 表示已读。

01定义

反常积分把积分推广到无穷区间与无界函数:先截断再取极限。比较判别法、极限形式与阿贝尔-狄利克雷判别法构成审敛体系;条件收敛揭示「积分顺序有讲究」。
1/x 型尾巴 尾部面积是否有限? ∫₁^∞ x^−p dx 收敛 ⇔ p > 1
无穷区间积分:尾部面积取极限,x⁻ᵖ 型判据 p>1

02核心要点

01

两种反常

无穷限型 ∫a∞\int_a^\infty 与瑕积分(被积函数无界)都定义为截断极限;两者可复合出现,需逐点检查。

02

比较判据

与 x−px^{-p}(无穷限)或 (x−a)−p(x-a)^{-p}(瑕点)比较:p>1p>1 收敛;极限形式 lim⁡f/g∈(0,∞)\lim f/g\in(0,\infty) 则同敛散——最常用的判据。

03

绝对与条件

∫0∞sin⁡xx=π2\int_0^\infty\frac{\sin x}{x}=\frac{\pi}{2} 条件收敛(狄利克雷判别法);条件收敛的反常积分重排可能变值——收敛的精细分层。

03关键公式

∫1∞x−p dx={1p−1,p>1∞,p≤1\int_1^\infty x^{-p}\,dx=\begin{cases}\frac{1}{p-1},&p>1\\ \infty,&p\leq 1\end{cases}

04历史沿革

费马 1660 年代已计算 x−px^{-p} 型反常积分;欧拉大量使用发散级数与反常积分;19 世纪严格化后审敛法体系由柯西、阿贝尔、狄利克雷完善。

05应用与延伸

概率密度归一化(高斯积分)、物理中的无穷域能量计算、伽马函数与贝塔函数——特殊函数的定义全靠反常积分。

06交互演示

反常积分 ∫₁^∞ x^(−p) dx 的敛散性p > 1 收敛,p ≤ 1 发散:面积有限还是无限?

07相关概念