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四、广义积分

小题​

(一)广义积分的计算​

  1. 【1988-45-4 分】 求定积分
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答案: 。

解析: 令 ,则 ,且当 从 变到 时, 从 变到 。于是


  1. 【1991-3-3 分】
查看答案与解析

答案:

。

解析: 这是无穷区间上的反常积分。先取有限上限

,作分部积分:

则

因而

由于

所以


  1. 【1992-3-3 分】
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答案:

。

解析: 先作部分分式分解:

因此

又

故


  1. 【1993-3-5 分】 求

。

查看答案与解析

答案:

。

解析: 令

则

,且积分区间由

变为

。于是


  1. 【1995-5-3 分】 设

,则常数

。

查看答案与解析

答案:

。

解析: 左端为

对右端作分部积分,或直接利用

得

由题意

因为

,所以

从而


  1. 【1997-2-3 分】
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答案:

。

解析: 配方得

因而


  1. 【2000-3-3 分】

。

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答案:

。

解析: 分子、分母同乘

,得

令

则

。当

时,

;当

时,

。因此


  1. 【2000-2-3 分】
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答案:

。

解析: 令

则

当

时,

;当

时,

。于是


  1. 【2002-1-3 分】
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答案:

。

解析: 令

则

当

时,

;当

时,

。因此


  1. 【2004-2-4 分】
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答案:

。

解析: 对

,令

其中

。则

因而

也可直接利用原函数

计算。


  1. 【2005-2-4 分】
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答案: 。

解析: 令

则

同时

当 时,;当 时,。因此


  1. 【2006-2-4 分】 反常积分
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答案: 。

解析: 令

则

被积函数在 附近与 同阶,因此该反常积分收敛。


  1. 【2009-2-4 分】 已知 ,则
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答案: 。

解析: 因为 是偶函数,故

要使积分收敛,必须有

此时

由题意

解得


  1. 【2011-2-4 分】 设函数

则

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答案: 。

解析: 因为 时 ,所以

对右端作分部积分,取

则

因此

从而


  1. 【2013-13-4 分】
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答案: 。

解析: 作分部积分,取

则

因为

所以


  1. 【2014-2-4 分】
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答案: 。

解析: 配方得

因此


  1. 【2017-2-4 分】 。
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答案: 。

解析: 令

则当 时 ,当 时 。因此

作分部积分,取

则

从而


  1. 【2018-2-4 分】 。
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答案: 。

解析: 分解因式:

部分分式分解为

因此


  1. 【2021-2-5 分】
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答案: 。

解析: 因为被积函数为偶函数,且

所以

令

则


  1. 【2021-1-5 分】
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答案: 。

解析: 配方得

因此


  1. 【2023-2-5 分】 若函数 在 处取得最小值,则
A.    B.    C.    D.
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答案: A。

解析: 令 ,则 ,从而

该反常积分收敛的充要条件为 。在此条件下,

取对数:

因为 ,故 。求导得

令其等于零,得到

又

因而该点为唯一最小值点,故选 A。


  1. 【2024-3-5 分】
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答案: 。

解析: 先因式分解:

作部分分式分解:

因此


  1. 【2025-23-5 分】 设 ,则
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答案: 。

解析: 当积分收敛且积分区间内无奇点时,作部分分式分解:

因而

由题意

即 ,形式上得到 或 。

但当 时,分母中的 在积分区间 内为零,原反常积分发散,故舍去。于是

(二)广义积分收敛性的判别​

  1. 【1987-45-2 分】 下列广义积分收敛的是( )。
A.    B.
C.    D.
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答案: C。

解析: 对各积分统一令 ,则 ,且 对应 。

A 项化为

发散。

B 项化为

发散。

C 项化为

收敛。

D 项化为

发散。因此选 C。


  1. 【1995-45-3 分】 下列广义积分发散的是( )。
A.    B.
C.    D.
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答案: A。

解析: A 项在 处有瑕点,且

因此 与 均不收敛。虽然被积函数为奇函数,其柯西主值为零,但按反常积分定义必须左右两部分分别收敛,故 A 项发散。

B 项为反正弦积分:

收敛。

C 项在无穷远处指数衰减,收敛。

D 项令 后化为 ,收敛。因此选 A。


  1. 【2005-4-3 分】 下列结论中正确的是( )。
A. 与 都收敛
B. 与 都发散
C. 发散, 收敛
D. 收敛, 发散
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答案: D。

解析: 当 时,

故 收敛。

当 时,

故 发散。因此选 D。


  1. 【2010-12-4 分】 设 是正整数,则反常积分

的收敛性( )。

A. 仅与 的取值有关    B. 仅与 的取值有关
C. 与 的取值都有关    D. 与 的取值都无关
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答案: D。

解析: 被积函数在 和 两端都可能产生反常性,分别讨论。

当 时,,故

对任意正整数 ,都有

所以在 附近可积。

当 时,令 ,则 ,只需考察

对任意有限正指数 ,积分 均收敛。

因此原反常积分对任意正整数 都收敛,敛散性与二者取值无关,故选 D。


  1. 【2013-2-4 分】 设函数

若反常积分 收敛,则( )。

A.    B.    C.    D.
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答案: D。

解析: 将原积分拆成

对第一部分,令 ,则在 附近被积函数为

根据 收敛的条件 ,有

即

对第二部分,令 ,则

该积分收敛的条件为

即 。

综合得

故选 D。


  1. 【2015-2-4 分】 下列反常积分中收敛的是( )。
A.    B.
C.    D.
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答案: D。

解析: A 项为 型积分 ,因指数 ,故发散。

B 项有

故发散。

C 项有

故发散。

D 项中 指数衰减,且分部积分可得

因此收敛,故选 D。


  1. 【2016-2-4 分】 反常积分

① ;

②

的敛散性为( )。

A. ①收敛,②收敛    B. ①收敛,②发散    C. ①发散,②收敛    D. ①发散,②发散
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答案: B。

解析: 注意

对①,有

因此①收敛。

对②,在 时 ,并且

所以②发散,故选 B。


  1. 【2016-1-4 分】 若反常积分

收敛,则( )。

A. 且    B. 且    C. 且    D. 且
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答案: C。

解析: 原积分在 和 两处都可能反常,需要分别判断。

当 时,,故

根据瑕积分判别准则,

收敛的充要条件是

当 时,,故

而

收敛的充要条件是

因此原反常积分收敛的条件为

故选 C。


  1. 【2019-2-4 分】 下列反常积分发散的是( )。
A.    B.
C.    D.
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答案: D。

解析: A 项利用分部积分,

故收敛。

B 项令 ,则 ,所以

故收敛。

C 项令 ,则 ,于是

故收敛。

D 项有

当 时,上式趋于 ,故该积分发散。因此选 D。


  1. 【2022-2-5 分】 设 为常数,若反常积分

收敛,则 的取值范围是( )。

A.    B.    C.    D.
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答案: A。

解析: 被积函数在 和 两端均可能反常。

当 时,,故

已知

收敛的条件为 。这里 ,故要求

即

当 时,,且 ,故

瑕积分

收敛的条件为

综合两端条件,得

因此选 A。


  1. 【2024-2-5 分】 设非负函数 在 上连续,给出以下三个命题:

(1)若 收敛,则 收敛;

(2)若存在 ,使得 存在,则 收敛;

(3)若 收敛,则存在 ,使得 存在。

其中真命题的个数为( )。

A.    B.    C.    D.
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答案: B。

解析: 命题(1)错误。 取

则 非负且连续,并且

收敛;但

发散。因此平方可积不能推出可积。

命题(2)正确。 若存在 ,且有限极限

存在,则 在充分大的区间上有界。因此存在常数 和 ,使得当 时,

因为 ,反常积分 收敛,由比较判别法知 收敛;再结合 在 上连续,故原积分收敛。

命题(3)错误。 取

则 非负且连续,并且令 可得

收敛。但对任意 ,

因而不存在有限极限。所以积分收敛不能保证函数具有某个高于一次幂的衰减速度。

因此仅命题(2)正确,真命题的个数为 ,故选 B。

大题​

(一)广义积分的计算​

  1. 【1991-2-6 分】 求
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答案: 。

解析: 令

则

且当 时 ,当 时 。因此

再令

则

积分限相应变为

故


  1. 【1993-45-7 分】 已知

求常数 的值。

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答案: 或 。

解析: 先计算左端极限。取对数得

因而

再计算右端反常积分。分部积分或利用递推公式可得

由题设

因为 ,约去后得

即

因此


  1. 【1995-45-6 分】 计算
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答案: 。

解析: 注意到

因此

分部积分得

由于

故边界项为 。又令 ,则 ,从而


  1. 【1998-2-6 分】 计算积分
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答案: 。

解析: 因为

在 上非负,在 上非正,所以应在 处分段:

对第一部分,令 ,则

当 时 ,当 时 ,故

对第二部分,令 ,则

因此

其中 ,故

从而

综上


  1. 【1999-2-6 分】 计算
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答案: 。

解析: 令

则

分部积分得

后一积分为

因此


  1. 【2000-4-6 分】 计算
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答案: 。

解析: 令

则

当 时,;当 时,。并且

因此

本题的关键是令 ,使分母中的两个指数项分别化为 与 ,从而转化为反正切型积分。


  1. 【2008-2-9 分】 求积分
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答案: 。

解析: 令

则

当 时,;当 时,。故原积分化为

利用

得

第一项为

对第二个积分分部积分:

因此