新讲 第10章 广义积分 第6题

教材习题

📝 题目

解 因为

$$ \mathop{\lim }\limits_{{x \rightarrow 1 - }}{\left( 1 - x\right) }^{0}\left| \frac{\ln x}{1 - {x}^{2}}\right| = \mathop{\lim }\limits_{{x \rightarrow 1 - }}\frac{-\ln x}{1 - {x}^{2}} = \mathop{\lim }\limits_{{x \rightarrow 1 - }}\frac{\frac{1}{x}}{2x} = \frac{1}{2}, $$

$$ \mathop{\lim }\limits_{{x \rightarrow 0 + }}{x}^{\frac{1}{2}}\left| \frac{\ln x}{1 - {x}^{2}}\right| = \mathop{\lim }\limits_{{x \rightarrow 0 + }}\frac{-{x}^{\frac{1}{2}}\ln x}{1 - {x}^{2}} = 0, $$

所以积分 $\displaystyle{\int }_{0}^{1}\frac{\ln x}{1 - {x}^{2}}\mathrm{\;d}x}$ 是绝对收敛的.

💡 答案解析

解 因为

$$ \mathop{\lim }\limits_{{x \rightarrow 1 - }}{\left( 1 - x\right) }^{0}\left| \frac{\ln x}{1 - {x}^{2}}\right| = \mathop{\lim }\limits_{{x \rightarrow 1 - }}\frac{-\ln x}{1 - {x}^{2}} = \mathop{\lim }\limits_{{x \rightarrow 1 - }}\frac{\frac{1}{x}}{2x} = \frac{1}{2}, $$

$$ \mathop{\lim }\limits_{{x \rightarrow 0 + }}{x}^{\frac{1}{2}}\left| \frac{\ln x}{1 - {x}^{2}}\right| = \mathop{\lim }\limits_{{x \rightarrow 0 + }}\frac{-{x}^{\frac{1}{2}}\ln x}{1 - {x}^{2}} = 0, $$

所以积分 $\displaystyle{\int }_{0}^{1}\frac{\ln x}{1 - {x}^{2}}\mathrm{\;d}x}$ 是绝对收敛的.

📋 详细解题步骤

步骤 1/3
目标:判断积分在x=1处的收敛性
计算极限 lim_{x→1-} (1-x)^0 |ln x/(1-x^2)| = lim_{x→1-} (-ln x)/(1-x^2)。应用洛必达法则,分子分母分别求导得 lim_{x→1-} (1/x)/(2x) = 1/2。由于极限存在且有限,且指数0=0,根据Cauchy判别法,积分在x=1处绝对收敛。
公式:\lim_{x\to 1^-} (1-x)^0 \left|\frac{\ln x}{1-x^2}\right| = \frac{1}{2}
提示:注意绝对值处理,ln x在x<1时为负,故|ln x| = -ln x。
步骤 2/3
目标:判断积分在x=0处的收敛性
计算极限 lim_{x→0+} x^{1/2} |ln x/(1-x^2)| = lim_{x→0+} (-x^{1/2} ln x)/(1-x^2)。由于分母趋于1,极限等价于 lim_{x→0+} -x^{1/2} ln x = 0(因为幂函数比对数函数增长快)。极限为0,且指数1/2<1,根据Cauchy判别法,积分在x=0处绝对收敛。
公式:\lim_{x\to 0^+} x^{1/2} \left|\frac{\ln x}{1-x^2}\right| = 0
提示:利用已知极限:lim_{x→0+} x^a ln x = 0 (a>0)。
步骤 3/3
目标:综合结论
由于被积函数在(0,1)内连续,且两个端点处均绝对收敛,因此积分 ∫_0^1 ln x/(1-x^2) dx 绝对收敛。
提示:注意积分区间为(0,1),需检查两个瑕点x=0和x=1。

📷 拍照上传批改

拍照上传批改功能已预留入口,后续接入图片上传、OCR识别与AI批改。