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数学
题目

[例3]设m,n均是正整数,则反常积分 (int )_(0)^1dfrac (sqrt [n]{{ln )^2(1-x)}}(sqrt [n]{x)}dx 的收敛性-|||-(A)仅与m的取值有关. (B)仅与n的取值有关.-|||-(C)与m,n的取值都有关. (D)与m,n的取值都无关.

题目解答

答案

解析

考查要点:本题主要考查反常积分的收敛性判断,特别是积分在区间端点处的奇点分析。需要结合变量替换、比较判别法以及Gamma函数的知识进行判断。

解题核心思路:

  1. 拆分积分区间:将积分区间分为靠近0和靠近1的两部分,分别分析奇点处的收敛性。
  2. 近似展开与比较判别法:在x趋近于0时,用泰勒展开近似被积函数,判断幂函数型积分的收敛性;在x趋近于1时,通过变量替换转化为Gamma函数形式,判断积分收敛性。
  3. 关键结论:无论m和n取何正整数,积分在两个端点处均收敛,因此整体收敛性与m、n无关。

当x趋近于0时的分析

  1. 近似展开:当x→0时,$\ln(1-x) \approx -x$,因此$\ln^2(1-x) \approx x^2$。
  2. 被积函数近似:$\frac{[\ln^2(1-x)]^{1/n}}{x^{1/m}} \approx \frac{x^{2/n}}{x^{1/m}} = x^{2/n - 1/m}$。
  3. 收敛性判别:积分$\int_0^a x^{k} dx$在x=0处收敛当且仅当$k > -1$。由于m,n为正整数,$2/n - 1/m \geq -1$恒成立,故积分在x=0处收敛。

当x趋近于1时的分析

  1. 变量替换:令$t = 1 - x$,则当x→1时,$t \to 0$,积分变为$\int_0^a \frac{[\ln^2 t]^{1/n}}{(1-t)^{1/m}} dt$。
  2. 近似分析:当t→0时,$\ln^2 t$增长缓慢,分母$(1-t)^{1/m} \approx 1$,被积函数近似为$[\ln^2 t]^{1/n}$。
  3. Gamma函数判别:通过变量替换$u = -\ln t$,积分转化为$\int_0^\infty u^{2/n} e^{-u} du$,即Gamma函数$\Gamma(2/n + 1)$,恒收敛。

综合结论

积分在两个端点处均收敛,且与m、n的取值无关,故原积分收敛性与m、n无关。

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