Tính giá trị tích phân bất thường
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| improper integral/ɪmˈprɒpə ˈɪntɪɡrəl/ | tích phân không xác định |
| infinite limit/ˈɪnfɪnət ˈlɪmɪt/ | giới hạn vô cực |
| unbounded integrand/ʌnˈbaʊndɪd ˈɪntɪɡrænd/ | hàm dưới dấu tích phân vô hạn |
Integrating over the infinite (or the unbounded)
- A normal definite integral has finite limits and a finite integrand. An improper integral 反常积分 breaks one of those.
- Two ways it goes improper: an infinite limit 无穷极限 of integration (like $\int_1^\infty$), or an unbounded integrand 无界被积函数 (a vertical asymptote inside the interval).
- We can't just "plug in $\infty$" or evaluate at a blow-up, so we use a limit.
- The integral converges if that limit is a finite number, and diverges otherwise.
Một tích phân là bất thường khi...
Độ khó 2/5 · 140 xu + một phần thưởng nhỏ cho lần hoàn thành đầu tiên trong ngày
Giới hạn vô hạn hoặc hàm dưới dấu tích phân bị vô hạn → bất thường.
Bạn có thể tính giá trị tích phân bất thường bằng cách thay trực tiếp $\infty$ vào nguyên hàm.
Độ khó 1/5 · 100 xu + một phần thưởng nhỏ cho lần hoàn thành đầu tiên trong ngày
Bạn phải tính giới hạn thay vào đó.
Infinite limits → a limit
- Replace the infinite limit with a variable, integrate, then let it run to infinity:
-
$$\int_a^\infty f(x)\,dx=\lim_{b\to\infty}\int_a^b f(x)\,dx$$
- Compute the ordinary integral up to $b$, then take the limit as $b\to\infty$.
- If the limit is finite, the improper integral converges to it.

The area under 1/x² out to infinity is finite; under 1/x it is not
Đuôi vô hạn dưới 1/x²
y = 1/x²
Diện tích dưới $1/x^2$ từ $1$ đến $\infty$ là hữu hạn ($=1$) mặc dù vùng đó không bao giờ kết thúc — một tích phân bất thường hội tụ.
$\displaystyle\int_a^\infty f\,dx$ được định nghĩa là...
Độ khó 1/5 · 100 xu + một phần thưởng nhỏ cho lần hoàn thành đầu tiên trong ngày
Nó là giới hạn của tích phân xác định.
Unbounded integrand → a limit at the trouble point
- If $f$ blows up at an endpoint $c$, approach it with a limit instead of evaluating there:
- $\displaystyle\int_a^c f\,dx=\lim_{t\to c^-}\int_a^t f\,dx$ (and similarly from the other side).
- $\int_0^1 \tfrac{1}{\sqrt x}\,dx$ is improper at $0$ — take $\lim_{t\to0^+}\int_t^1$.
- Same principle: sneak up on the singularity with a limit.
Tính $\displaystyle\int_1^\infty \dfrac{1}{x^2}\,dx$.
Độ khó 2/5 · 140 xu + một phần thưởng nhỏ cho lần hoàn thành đầu tiên trong ngày
$\lim_{b\to\infty}(1-\tfrac1b)=1$.
Converge or diverge
- Converges: the limit is a finite number — that number is the value.
- Diverges: the limit is infinite or does not exist — the integral has no finite value.
- A famous pair: $\int_1^\infty\tfrac{1}{x}\,dx$ diverges, but $\int_1^\infty\tfrac{1}{x^2}\,dx$ converges (to $1$).
- The difference — same-looking integrands, opposite fates — is the whole point.
$\displaystyle\int_1^\infty \dfrac{1}{x}\,dx$ sẽ xảy ra điều gì?
Độ khó 1/5 · 100 xu + một phần thưởng nhỏ cho lần hoàn thành đầu tiên trong ngày
$\lim_{b\to\infty}\ln b=\infty$ → phân kỳ.
Một tích phân bất thường ____ nếu giới hạn xác định của nó là một số hữu hạn.
Độ khó 1/5 · 100 xu + một phần thưởng nhỏ cho lần hoàn thành đầu tiên trong ngày
Giới hạn hữu hạn → hội tụ.
You cannot treat an improper integral like a normal one — plugging in $\infty$ or a blow-up point is meaningless. Always rewrite it as a limit and evaluate that limit. And spot interior singularities: if the integrand blows up inside $[a,b]$, split the integral at that point and handle each piece separately.
Evaluate $\displaystyle\int_1^\infty \dfrac{1}{x^2}\,dx$.
- Rewrite: $\displaystyle\lim_{b\to\infty}\int_1^b x^{-2}\,dx=\lim_{b\to\infty}\Big[-\tfrac1x\Big]_1^b$.
- $=\displaystyle\lim_{b\to\infty}\Big(-\tfrac1b+1\Big)=0+1=1$.
- The limit is finite, so the integral converges to $1$.
An improper integral has an infinite limit or an unbounded integrand. Rewrite it as a limit of a proper integral: $\int_a^\infty f=\lim_{b\to\infty}\int_a^b f$ (or a limit approaching a singularity). It converges if the limit is finite, and diverges otherwise.