kaoyan1basic 高等数学 第13题
📝 题目
### 【强化篇】第13题(选择题) 13.已知 $\displaystyle \int_{0}^{2} \frac{1}{|\ln x|^{0}} \mathrm{~d} x$ 收敛,$a$ 为常数,则 . (A) $12$
💡 答案解析
**答案**:A **解析**:步骤1:积分$\displaystyle \int_{0}^{2} \frac{1}{|\ln x|^a} dx$,瑕点为$x=0$和$x=1$(因为$\ln 1=0$)。 步骤2:在$x=0$附近,$\ln x \sim \ln x$,$|\ln x|^a \sim |\ln x|^a$,$\displaystyle \int_{0}^{\delta} \frac{1}{|\ln x|^a} dx$收敛对任意$a$(因为$\displaystyle \frac{1}{|\ln x|^a}$比任何幂函数增长慢)。 步骤3:在$x=1$附近,令$t=1-x$,则$\ln x = \ln(1-t) \sim -t$,$|\ln x|^a \sim t^a$,被积函数$\displaystyle \sim \frac{1}{t^a}$,积分$\displaystyle \int_{0}^{\delta} \frac{1}{t^a} dt$收敛当且仅当$a<1$。 步骤4:但需注意$x=2$处无瑕点。故收敛条件为$a<1$,即选项B。 **难度**:★★★☆☆
📋 详细解题步骤
步骤 1/4
目标:识别瑕点
积分 ∫₀² 1/|ln x|ᵃ dx 的瑕点为 x=0 和 x=1,因为 ln x 在 x=1 处为 0,且 x=0 处 ln x 趋于无穷。
提示:注意分母绝对值,瑕点需考虑使分母为零或无穷的点。
步骤 2/4
目标:分析 x=0 附近的收敛性
在 x=0 附近,ln x ~ ln x,|ln x|ᵃ 增长缓慢,∫₀^δ 1/|ln x|ᵃ dx 对任意 a 收敛,因为 1/|ln x|ᵃ 比任何幂函数增长慢。
提示:x=0 处不是主要矛盾,因为对数函数变化慢。
步骤 3/4
目标:分析 x=1 附近的收敛性
在 x=1 附近,令 t=1-x,则 ln x = ln(1-t) ~ -t,|ln x|ᵃ ~ tᵃ,被积函数 ~ 1/tᵃ。积分 ∫₀^δ 1/tᵃ dt 收敛当且仅当 a<1。
公式:∫₀^δ 1/tᵃ dt 收敛 ⇔ a<1
提示:利用等价无穷小替换,将问题转化为幂函数积分。
步骤 4/4
目标:综合结论
x=0 处恒收敛,x=1 处收敛条件为 a<1,故原积分收敛当且仅当 a<1。
提示:注意 x=2 处无瑕点,无需考虑。
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