题目
2.从等式int_(a)^be^-xydy=(e^-ax-e^-bx)/(x)出发,计算积分int_(0)^+infty(e^-ax-e^-bx)/(x)dx(b>a>0).
2.从等式$\int_{a}^{b}e^{-xy}dy=\frac{e^{-ax}-e^{-bx}}{x}$出发,计算积分
$\int_{0}^{+\infty}\frac{e^{-ax}-e^{-bx}}{x}dx$(b>a>0).
题目解答
答案
由题意,利用等式 $\int_{a}^{b} e^{-xy} \, dy = \frac{e^{-ax} - e^{-bx}}{x}$,原积分可改写为:
$\int_{0}^{+\infty} \frac{e^{-ax} - e^{-bx}}{x} \, dx = \int_{0}^{+\infty} \int_{a}^{b} e^{-xy} \, dy \, dx.$
交换积分顺序(Fubini 定理),得:
$\int_{a}^{b} \int_{0}^{+\infty} e^{-xy} \, dx \, dy = \int_{a}^{b} \frac{1}{y} \, dy = \ln \frac{b}{a}.$
或者,使用 Frullani 积分公式,令 $f(x) = e^{-x}$,则:
$\int_{0}^{+\infty} \frac{e^{-ax} - e^{-bx}}{x} \, dx = [f(0) - f(+\infty)] \ln \frac{b}{a} = \ln \frac{b}{a}.$
答案: $\boxed{\ln \frac{b}{a}}$