Citat:
Ursprungligen postat av
DaTheorist
Hej! Jag funderar över hur man ska gå till väga för att undersöka om en generaliserad integral vars gränser är 0 och oändligheten konvergerar eller divergerar.
Som exempel:
Integral((lnx)/(sqrt(x^(4)+1)))dx, gränser 0 (undre) till oändligheten (övre).
Jag vet att man kan dela upp integralen till två stycken integraler, varav ena går ifrån 0 till (t.ex.) 1, den andra ifrån 1 till oändligheten, men det är här jag fastnar, då jag inte riktigt kan behärska jämförelsekriterierna på rätt sätt (dvs är osäker på vad jag skall "ta bort" och lägga till för att t.ex. bevisa konvergens).
Någon som har lust att förklara hur jag ska göra utan att lösa uppgiften? Har nämligen många på lager och skulle vilja lösa dem själv då jag har en tenta som närmar sig!
Tack på förhand.
Som du säger är integralen generaliserad dels genom ett obegränsat integreringsområde och dels genom att integranden är obegränsad i omgivningar till 0.
Dela därför upp integralen i två, där den ena går från 0 till 1 och den andra från 1 till inf. Du kan uppskatta 0 < ln(x)/sqrt(x⁴ + 1) < ln(x)/sqrt(x⁴) = ln(x)/x² för x > 1. Integrera denna funktion över 1 till inf genom partialintegration så ser du att den konvergerar.
För den andra delen: ln(x)/(sqrt(x⁴ + 1)) < 0 för 0 < x < 1 så här vill vi hitta en funktion som är mindre (alltså större till belopp). Här kan vi helt enkelt använda 0 > ln(x)/sqrt(x⁴ + 1) > ln(x) för 0 < x < 1. Integrera därför ln(x) över 0 till 1 m.h.a partialintegration så ser du att även denna integral är konvergent. Alltså är hela grejen konvergent.
Lite intuition kring hur jag resonerar mig fram till vilka uppskattningar som kan tänkas vara bra: för stora x är x⁴/(1 + x⁴) ≈ 1 så när vi tittar på den obegränsade integralen verkar detta som en vettig uppskattning. För små x är (1 + x⁴) ≈ 1 så därför är detta en lämplig uppskattning i det andra fallet.
EDIT: Angående val av hur men delar upp integralen så kan man göra på lite olika sätt. Det sättet jag gjorde på är praktiskt för att då har integranden konstant tecken på de olika intervallen varför man kan använda dom jämförelsekriterium som går ut på att stänga in integralen mellan 0 och en annan integral som vi kan beräkna.