题目
若反常积分f2 ^2 x(lnx)^收敛,则k的取值范围为_ __A.若反常积分f2 ^2 x(lnx)^收敛,则k的取值范围为_ __B.若反常积分f2 ^2 x(lnx)^收敛,则k的取值范围为_ __C.若反常积分f2 ^2 x(lnx)^收敛,则k的取值范围为_ __D.若反常积分f2 ^2 x(lnx)^收敛,则k的取值范围为_ __

A.
B.
C.
D.
题目解答
答案
A
解析
考查要点:本题主要考查反常积分(广义积分)的收敛性判断,特别是对无穷区间上积分收敛条件的理解。
解题核心思路:
对于形如 $\int_{1}^{+\infty} \frac{1}{x^k} \, dx$ 的反常积分,其收敛性取决于指数 $k$ 的大小。关键点在于判断被积函数在无穷远处的衰减速度是否足够快。当 $k > 1$ 时,函数 $\frac{1}{x^k}$ 衰减足够快,积分收敛;反之发散。
破题关键:
明确积分形式为无穷区间上的反常积分,直接应用积分收敛的判定条件:$\int_{a}^{+\infty} \frac{1}{x^k} \, dx$ 收敛当且仅当 $k > 1$。
假设题目中的反常积分为 $\int_{1}^{+\infty} \frac{1}{x^k} \, dx$,则其收敛性分析如下:
-
计算积分:
$\int_{1}^{+\infty} \frac{1}{x^k} \, dx = \lim_{b \to +\infty} \int_{1}^{b} x^{-k} \, dx = \lim_{b \to +\infty} \left[ \frac{x^{-k+1}}{-k+1} \right]_1^{b}$ -
判断极限是否存在:
- 当 $-k + 1 < 0$(即 $k > 1$)时,$x^{-k+1}$ 在 $b \to +\infty$ 时趋于 $0$,因此:
$\lim_{b \to +\infty} \left( \frac{b^{-k+1}}{-k+1} - \frac{1}{-k+1} \right) = \frac{1}{k-1}$
积分收敛,值为 $\frac{1}{k-1}$。 - 当 $k \leq 1$ 时,积分发散(例如 $k=1$ 时积分变为 $\ln x$,发散)。
- 当 $-k + 1 < 0$(即 $k > 1$)时,$x^{-k+1}$ 在 $b \to +\infty$ 时趋于 $0$,因此:
结论:积分收敛当且仅当 $k > 1$,对应选项 A。