7.若反常积分int_(0)^+infty(arctan x)/(x^a)(1+x)dx收敛,则()A. 0≤α<1.B. 0<α≤1.C. 0<α<2.D. 0<α≤2.
A. 0≤α<1.
B. 0<α≤1.
C. 0<α<2.
D. 0<α≤2.
题目解答
答案
解析
本题考查反常积分的敛散性,解题思路是将反常积分拆分为两个部分,分别分析在不同区间上的敛散性,再根据反常积分收敛的条件确定$\alpha$的取值范围。
步骤一:拆分反常积分
将反常积分$\int_{0}^{+\infty}\frac{\arctan x}{x^{a}(1 + x)}dx$拆分为$\int_{0}^{1}\frac{\arctan x}{x^{a}(1 + x)}dx+\int_{1}^{+\infty}\frac{\arctan x}{x^{a}(1 + x)}dx$。
步骤二:分析$\int_{0}^{1}\frac{\arctan x}{x^{a}(1 + x)}dx$的敛散性
当$x\to 0$时,$\arctan x\sim x$,则$\frac{\arctan x}{x^{a}(1 + x)}\sim\frac{x}{x^{a}(1 + x)}=\frac{1}{x^{a - 1}(1 + x)}\sim\frac{1}{x^{a - 1}}$。
根据反常积分$\int_{0}^{1}\frac{1}{x^{p}}dx$的敛散性:当$p\lt 1$时,积分收敛;当$p\geq 1$时,积分发散。
所以对于$\int_{0}^{1}\frac{1}{x^{a - 1}}dx$,要使其收敛,则$a - 1\lt 1$,即$a\lt 2$。
步骤三:分析$\int_{1}^{+\infty}\frac{\arctan x}{x^{a}(1 + x)}dx$的敛散性
当$x\to +\infty$时,$\arctan x\to\frac{\pi}{2}$,则$\frac{\arctan x}{x^{a}(1 + x)}\sim\frac{\frac{\pi}{2}}{x^{a}(1 + x)}\sim\frac{\frac{\pi}{2}}{x^{a + 1}}$。
根据反常积分$\int_{1}^{+\infty}\frac{1}{x^{p}}dx$的敛散性:当$p\gt 1$时,积分收敛;当$p\leq 1$时,积分发散。
所以对于$\int_{1}^{+\infty}\frac{\frac{\pi}{2}}{x^{a + 1}}dx$,要使其收敛,则$a + 1\gt 1$,即$a\gt 0$。
步骤四:确定$\alpha$的取值范围
要使原反常积分$\int_{0}^{+\infty}\frac{\arctan x}{x^{a}(1 + x)}dx$收敛,则$\int_{0}^{1}\frac{\arctan x}{x^{a}(1 + x)}dx$与$\int_{1}^{+\infty}\frac{\arctan x}{x^{a}(1 + x)}dx$都收敛。
结合步骤二和步骤三,可得$0\lt a\lt 2$。