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考研数学二广义积分收敛性判别法:比较、极限、狄利克雷

广义积分收敛性判别法是考研数学二中的核心考点,其逻辑严密性与应用灵活性对考生综合素养提出了较高要求,比较判别法、极限判别法与狄利克雷判别法构成了判别体系的三大支柱 ,三者各擅胜场,又相互补充,共同揭示了广义积分收敛的本质 。

比较判别法是基础中的基础,其核心逻辑在于“参照系”的选取——通过已知收敛或发散的积分(如p-积分∫₁^∞ 1/x^p dx)与待判积分进行直接或间接比较 ,直接比较法要求被积函数在积分区间内非负,且通过放缩建立不等式关系:“大的收敛则小的收敛,小的发散则大的发散 ”;而极限比较法则通过求极限lim_{x→+∞} f(x)/g(x)=l(0<l<+∞) ,将f(x)与g(x)的敛散性绑定 ,这一方法巧妙避开了放缩的难点,尤其适用于被积函数含“根式”“指数”等复杂结构时,对∫₁^∞ (x+1)/(x²√x+1) dx ,取g(x)=1/x^(3/2),易得极限为1,由p-积分p=3/2>1知其收敛。

狄利克雷判别法则另辟蹊径,专门针对“振荡型 ”积分(如含sinx 、cosx等因子) ,其判别条件极具张力:被积函数f(x)需单调趋于0(或单调有界),而g(x)的积分∫ₐ^A g(x)dx在A→+∞时保持有界,这一判别法揭示了“振荡抑制发散”的深层机理——₁^∞ sinx/x dx ,虽1/x单调趋于0,且|∫₁^A sinx dx|=|cos1-cosA|≤2,故由狄利克雷判别法知其收敛 ,值得注意的是,此处“单调”条件不可忽视,若f(x)振荡趋于0(如f(x)=sinx/x) ,则可能失效。

三种判别法的选用需“对症下药 ”:当被积函数非负且易找到参照函数时 ,比较与极限比较法是首选;当被积函数含振荡项且非负性不成立时,狄利克雷判别法则成为破局关键,实际解题中 ,往往需先分析被积函数在奇点(如x→+∞或x→0⁺)的渐进行为,剥离主部后再选择判别法,对∫₀^1 x^a lnx dx ,需在x→0⁺时比较x^a与lnx的“胜负 ”——若a>-1,x^a主导,积分收敛;若a≤-1 ,lnx的“发散性”占优,积分发散 。

广义积分收敛性的判别,本质是对函数“增长速度”与“振荡幅度 ”的量化把控,唯有深刻理解三种判别法的适用边界与逻辑内核 ,才能在复杂积分面前游刃有余,实现从“套用公式”到“理性分析”的跨越。