2016考研数学一反常积分

更新时间:2025-12-10 03:12:43
最佳答案

在2016年的考研数学一中,反常积分成为了考察的重点。这一部分内容涉及了广义积分的求解,考生需要在理解基本概念的基础上,熟练掌握各类反常积分的计算技巧。以下是一个典型的反常积分题目:

题目:计算反常积分 $\int_{-1}^{\infty} \frac{1}{x^2 + 1} \, dx$。

解答过程:
首先,我们观察到被积函数 $\frac{1}{x^2 + 1}$ 在 $x = 0$ 处不连续,因此 $x = 0$ 是一个瑕点。由于 $x^2 + 1$ 在整个实数轴上均为正,所以反常积分 $\int_{-1}^{\infty} \frac{1}{x^2 + 1} \, dx$ 是收敛的。

为了计算这个反常积分,我们可以将其拆分为两部分:
$$\int_{-1}^{\infty} \frac{1}{x^2 + 1} \, dx = \int_{-1}^{0} \frac{1}{x^2 + 1} \, dx + \int_{0}^{\infty} \frac{1}{x^2 + 1} \, dx.$$

接下来,我们分别计算这两部分的积分。

对于第一部分,由于函数 $\frac{1}{x^2 + 1}$ 在 $x = 0$ 处不连续,我们采用极限的思想:
$$\int_{-1}^{0} \frac{1}{x^2 + 1} \, dx = \lim_{t \to 0^-} \int_{-1}^{t} \frac{1}{x^2 + 1} \, dx.$$

利用基本的积分技巧,我们得到:
$$\int_{-1}^{t} \frac{1}{x^2 + 1} \, dx = \arctan(t) - \arctan(-1) = \arctan(t) + \frac{\pi}{4}.$$

当 $t \to 0^-$ 时,$\arctan(t) \to -\frac{\pi}{4}$,因此:
$$\int_{-1}^{0} \frac{1}{x^2 + 1} \, dx = -\frac{\pi}{4} + \frac{\pi}{4} = 0.$$

对于第二部分,我们同样采用极限的方法:
$$\int_{0}^{\infty} \frac{1}{x^2 + 1} \, dx = \lim_{t \to \infty} \int_{0}^{t} \frac{1}{x^2 + 1} \, dx.$$

利用基本的积分技巧,我们得到:
$$\int_{0}^{t} \frac{1}{x^2 + 1} \, dx = \arctan(t).$$

当 $t \to \infty$ 时,$\arctan(t) \to \frac{\pi}{2}$,因此:
$$\int_{0}^{\infty} \frac{1}{x^2 + 1} \, dx = \frac{\pi}{2}.$$

将这两部分的结果相加,我们得到:
$$\int_{-1}^{\infty} \frac{1}{x^2 + 1} \, dx = 0 + \frac{\pi}{2} = \frac{\pi}{2}.$$

综上,2016年考研数学一反常积分的答案为 $\frac{\pi}{2}$。

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