6.32 演習 〜 広義積分

6.171 (広義積分)   次の広義積分の値を求めよ.
    (1)   $ \displaystyle{\int_{0}^{1}\!\!\frac{dx}{\sqrt{x}}}$     (2)   $ \displaystyle{\int_{0}^{1}\frac{dx}{x}}$     (3)   $ \displaystyle{\int_{0}^{1}\frac{dx}{x^2}}$     (4)   $ \displaystyle{\int_{0}^{1}\frac{dx}{x^p}}$ ($ 0<p<1$)     (5)   $ \displaystyle{\int_{0}^{1}\frac{dx}{x^p}}$ ($ p\ge1$)
    (6)   $ \displaystyle{\int_{1}^{\infty}\!\!\frac{dx}{\sqrt{x}}}$     (7)   $ \displaystyle{\int_{1}^{\infty}\frac{dx}{x}}$     (8)   $ \displaystyle{\int_{1}^{\infty}\frac{dx}{x^2}}$     (9)   $ \displaystyle{\int_{1}^{\infty}\frac{dx}{x^p}}$ ($ 0<p\le1$)     (10)   $ \displaystyle{\int_{1}^{\infty}\frac{dx}{x^p}}$ ($ p>1$)
    (11)   $ \displaystyle{\int_{-\infty}^{0}e^{\alpha x}\,\,dx}$ ($ \alpha>0$)     (12)   $ \displaystyle{\int_{-\infty}^{0}e^{\alpha x}\,\,dx}$ ($ \alpha<0$)     (13)   $ \displaystyle{\int_{0}^{\infty}e^{\alpha x}\,\,dx}$ ($ \alpha>0$)
    (14)   $ \displaystyle{\int_{0}^{\infty}e^{\alpha x}\,\,dx}$ ($ \alpha<0$)     (15)   $ \displaystyle{\int_{0}^{\infty}\!\frac{dx}{1+x^2}}$     (16)   $ \displaystyle{\int_{0}^{1}x\log x\,\,dx}$     (17)   $ \displaystyle{\int_{0}^{1}x^2\log x\,\,dx}$
    (18)   $ \displaystyle{\int_{1}^{2}\frac{dx}{\sqrt{2-x}}}$     (19)   $ \displaystyle{\int_{0}^{3}\frac{dx}{\sqrt{3-x}}}$     (20)   $ \displaystyle{\int_{-\infty}^{-1}\frac{dx}{x^2}}$     (21)   $ \displaystyle{\int_{-1}^{2}\frac{dx}{\sqrt{\vert x\vert}}}$     (22)   $ \displaystyle{\int_{-1}^{1}\frac{dx}{\sqrt{1-x^2}}}$
    (23)   $ \displaystyle{\int_{0}^{r}\frac{4r}{\sqrt{r^2-x^2}}dx}$($ r>0$)     (24)   $ \displaystyle{\int_{1}^{2}\frac{dx}{\sqrt{x^2-1}}}$     (25)   $ \displaystyle{\int_{1}^{\infty}\frac{dx}{x\sqrt{x^2-1}}}$     (26)   $ \displaystyle{\int_{0}^{2}\frac{dx}{\sqrt{\vert x^2-1\vert}}}$
    (27)   $ \displaystyle{\int_{0}^{2}\frac{2x-3}{\sqrt{\vert x^2-3x+2\vert}}dx}$     (28)   $ \displaystyle{\int_{0}^{\pi/2}\frac{\cos x}{\sqrt{\sin x}}dx}$     (29)   $ \displaystyle{\int_{0}^{\infty}xe^{-x}}$     (30)   $ \displaystyle{\int_{0}^{\infty}xe^{-x^2}}$
    (31)   $ \displaystyle{\int_{0}^{\infty}\frac{dx}{e^{x}+e^{-x}}}$

6.172 (広義積分)   定積分 $ \displaystyle{I(a,b)=\int_{a}^{b}x\,dx}$ を計算し, 条件 $ a=-kb$ ($ k>0$) を課した後に 極限 $ \displaystyle{\lim_{b\to+\infty}I(-kb,b)}$ を求める. $ k$ が次の範囲内にあるとき極限をそれぞれ求めよ.
    (1)  $ k=1$     (2)  $ 0<k<1$     (3)  $ k>1$

6.173 (コーシーの主値積分)   次の広義積分とコーシー主値積分の違いに注意して積分の値を求めよ.
    (1)   $ \displaystyle{\int_{-\infty}^{\infty}x\,dx}$     (2)   $ \displaystyle{\text{v.p.}\int_{-\infty}^{\infty}x\,dx}$     (3)   $ \displaystyle{\int_{-1}^{1}\frac{dx}{x}}$     (4)   $ \displaystyle{\text{v.p.}\int_{-1}^{1}\frac{dx}{x}}$     (5)   $ \displaystyle{\int_{-1}^{1}\frac{dx}{x^2}}$
    (6)   $ \displaystyle{\text{v.p.}\int_{-1}^{1}\frac{dx}{x^2}}$     (7)   $ \displaystyle{\int_{-1}^{1}\frac{dx}{\sqrt{\vert x\vert}}}$     (8)   $ \displaystyle{\text{v.p.}\int_{-1}^{1}\frac{dx}{\sqrt{\vert x\vert}}}$     (9)   $ \displaystyle{\int_{-\infty}^{\infty}\!\frac{dx}{1+x^2}}$     (10)   $ \displaystyle{\text{v.p.}\int_{-\infty}^{\infty}\!\frac{dx}{1+x^2}}$

6.174 (広義積分)   広義積分を用いて次の級数が収束するか発散するか議論せよ.
    (1)   $ \displaystyle{\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n}}$     (2)   $ \displaystyle{\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{\sqrt{n}}}$     (3)   $ \displaystyle{\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^2}}$     (4)   $ \displaystyle{\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^p}}$ ($ 0<p\le1$)     (5)   $ \displaystyle{\sum_{n=1}^{\infty}\frac{1}{n^p}}$ ($ p>1$)

6.175 (広義積分)   次の広義積分は収束するか発散するか議論せよ.
    (1)   $ \displaystyle{\int_{0}^{1}\frac{\sin x}{\sqrt{1-x}}\,dx}$     (2)   $ \displaystyle{\int_{0}^{1}\sin\frac{1}{x}\,dx}$     (3)   $ \displaystyle{\int_{1}^{\infty}\frac{dx}{x\sqrt{x-1}}}$     (4)   $ \displaystyle{\int_{2}^{\infty}\frac{dx}{\sqrt[3]{x(x-1)}}}$     (5)   $ \displaystyle{\int_{0}^{1}\log x\,dx}$
    (6)   $ \displaystyle{\int_{0}^{\infty}e^{-x^2}\,dx}$     (7)   $ \displaystyle{\int_{0}^{\pi/2}\frac{dx}{\sin x}}$     (8)   $ \displaystyle{\int_{0}^{1}\frac{dx}{\sqrt{x(1-x)}}}$     (9)   $ \displaystyle{\int_{-\infty}^{\infty}\frac{dx}{\sqrt{x^4+1}}}$     (10)   $ \displaystyle{\int_{0}^{\infty}\frac{dx}{\sqrt{x^2+1}}}$


平成21年6月1日