МУ - Методы решения экзаменационных задач по математическому анализу (1238752), страница 3
Текст из файла (страница 3)
∀ α >5lim g(t)2 t→+∞= +∞, ¯à¨ α =52521∃ t0 > 1 ∀ t > t0 g(t) > 12.δδ0 ç¨â, ∀ α > 25 ∃ t0 > 1 ∀ δ > t0 ∃ n = 2π +001 > 2π ∃ ξ = Rξ 00Rξ= 2πn > δ, ∃ ξ 00 = π2 + 2πn > δ : f (t) dt = g(t) cos t dt >ξ 0 ξ0lim g(t) =t→+∞16.®£¤ ¯à¨ α >00Rξ11cos t dt = 12. â ª, ∀ α > 25 ∃ ε0 = 12> 0 ∀ δ > 1 ∃ ξ0 > 00 Rξ00> δ ∃ ξ > δ : f (t) dt > ε0 . ¯à ¢¥¤«¨¢® ®âà¨æ ¨¥ ãá«®¢¨ïξ 0®è¨ ªà¨â¥à¨ï ®è¨ á室¨¬®á⨠¥á®¡á⢥®£® ¨â¥£à « +∞RI=f (t) dt. DZ® ªà¨â¥à¨î ®è¨ ¨â¥£à « I à á室¨âáï ¯à¨>112ξ0 ¡á®«îâ® á室¨âáï ⮣¤ ¨ ⮫쪮 ⮣¤ , ª®£¤ α < 2.â®â १ã«ìâ â ¬®¦® áä®à¬ã«¨à®¢ âì ¯®-¤à㣮¬ã: ¨â¥£à «á室¨âáï ¡á®«îâ®, ¥á«¨ α < 2; á室¨âáï ãá«®¢®, ¥á«¨ 2 66 α < 25 , ¨ à á室¨âáï, ¥á«¨ α > 25 . ¬ ¥ ç ¨ ¥.
᫨ h0 (x) ∼ ϕ0 (x) < 0 ¯à¨ x → +∞, â® ¢¥ª®â®à®© ®ªà¥áâ®á⨠+∞ h0 (x) < 0. ᫨ h0 (x) ∼ ϕ0 (x) >> 0 ¯à¨ x → +∞, â® ¢ ¥ª®â®à®© ®ªà¥áâ®á⨠+∞ h0 (x) >1 ç¨â,> 0. § ¤ ç¥ 5¡ h0 (t) ∼ − 30t5 < 0 ¯à¨ t → +∞.h(t) ¯à¨ t → +∞. DZਠ宦¤¥¨¨ íª¢¨¢ «¥â®© äãªæ¨¨¥®¡å®¤¨¬® ãç¨âë¢ âì, çâ® ¢ ®¡é¥¬ á«ãç ¥ á㬬 äãªæ¨© ¥íª¢¨¢ «¥â á㬬¥ íª¢¨¢ «¥âëå ¨¬ äãªæ¨©.
¯à¨¬¥à, q11 + t2 − 1 − 2t = 1t + o 1t ∼ 1t ¯à¨ t → +∞, ® 1 + t12 −q− 1 − 2t 6∼ 1 + t12 − 1 ¯à¨ t → +∞. ® ¨§¡¥¦ ¨¥ ®è¨¡®ªã¦® ª®à४⮠¯à¨¬¥ïâì ä®à¬ã«ã ¥©«®à [7].1¢á¥å α > 52 .III) ¡ á ® « î â ï á å ® ¤ ¨ ¬ ® á â ì. â¥£à « I ¬®¦¥â ¡á®«îâ® á室¨âìáï «¨èì ¯à¨ â¥å § 票ïå α, ¯à¨ ª®â®àëå+∞R® á室¨âáï. DZਠα < 52 ¨â¥£à «g(t) cos 2t dt á室¨âáï ¯®1¯à¨§ ªã ¨à¨å«¥. ®£¤ ¯® ¯à¨§ ªã áà ¢¥¨ï ¨§ 楯®çª¨+∞+∞+∞RRRg(t) dt >g(t)| cos t| dt >g(t) cos2 t dt =¥à ¢¥áâ¢1=12+∞R1+∞R1g(t) dt +1|f (t)| dt =á室¨âáï ⇔+∞R1+∞R112+∞R1g(t) cos 2t dt > 0 á«¥¤ã¥â, çâ® ¨â¥£à «1g(t)| cos t| dt á室¨âáï ⇔ ¨â¥£à «Ct5−2α+∞Rg(t) dt+∞R1+∞R=1cos tt5−2αt6 sh t12 −1t2dt,t2α+1 sh t12 − äãªæ¨ï1t2cos t dt =h(t)== t6 sh t12 − t12 61 6= 0 ¯à¨ t > t0 , â® ¯® á«¥¤á⢨ ¯à¨§ ª ¡¥«ï4 § ¤ ç ᢮¤¨âáï ª ¨áá«¥¤®¢ ¨î á室¨¬®áâì ¨ ¡á®«îâãî á室¨¬®áâì ¥á®¡á⢥®£®+∞R cos t¨â¥£à « I˜ =dt, ª®â®àë©, ª ª ¨§¢¥áâ®, á室¨âáït5−2α1 ¡á®«îâ®, ¥á«¨ 5 − 2α > 1, á室¨âáï ãá«®¢®, ¥á«¨ 0 < 5 −− 2α 6 1, ¨ à á室¨âáï, ¥á«¨ 5− 2α 6 0.
«¥¤á⢨¥ ¨§ ¯à¨§ ª ¡¥«ï § ª«îç ¥âáï ¢ á«¥¤ãî饬.1dt á室¨âáï ⇔ 5 − 2α > 1 ⇔ α < 2. ë ¢ ® ¤. ¥§ã«ìâ âë ¨áá«¥¤®¢ ¨ï ¯®§¢®«ïîâ ᤥ« âìá«¥¤ãî騩 ¢ë¢®¤: ¤ ë© ¢ ãá«®¢¨¨ § ¤ ç¨ ¥á®¡áâ¢¥ë©¨â¥£à « á室¨âáï ⮣¤ ¨ ⮫쪮 ⮣¤ , ª®£¤ α < 25 , ¨16 ¬ ¥ ç ¨ ¥.
DZ®áª®«ìªã I =4DZ à ¨ § ª ¡ ¥ « ï.®â१ª¥DZãáâì äãªæ¨ï[a, ξ]. ®£¤ ¥á«¨ ¨â¥£à «+∞Rf (x) ¨â¥£à¨à㥬 «î¡®¬f (x)dx á室¨âáï, äãªæ¨ïag(x) ¬®®â® ¨ ®£à ¨ç¥ ¯à®¬¥¦ã⪥ [a, +∞), â® ¨â¥£à «+∞Rf (x)g(x)dx ⮦¥ á室¨âáï [4].a17 ¥ ® à ¥ ¬ .DZãáâì ¤«ï ¥ª®â®à®£® a ∈ R äãªæ¨ïf (x) ¨â¥£à¨à㥬 «î¡®¬ ®â१ª¥ [a, ξ], äãªæ¨ï g(x)¬®®â® ¯à®¬¥¦ã⪥ [a, +∞) ¨ ∃ lim g(x) = k 6= 0.®£¤ ¥á®¡áâ¢¥ë¥ ¨â¥£à «ë I ==+∞Rx→+∞+∞Rf (x)g(x)dx ¨ I˜ =af (x)dx á室ïâáï ¨ ¡á®«îâ® á室ïâáï ®¤®¢à¥¬¥®.a ª«î票¥ â¥®à¥¬ë ®§ ç ¥â,çâ® ¥á®¡áâ¢¥ë¥¨â¥£à «ë I ¨ I˜ «¨¡® ®¡ á室ïâáï ¡á®«îâ®, «¨¡® ®¡ á室ïâáï ãá«®¢®, «¨¡® ®¡ à á室ïâáï. ª«î票¥ â¥®à¥¬ë ®áâ ñâáï ¢¥àë¬, ¥á«¨ äãªæ¨ï g(x)¬®®â® «ãç¥ [x0 , +∞) ¤«ï ¥ª®â®à®£® x0 > a, äãªæ¨ïf (x)g(x) ¨â¥£à¨à㥬 ®â१ª¥ [a, x0 ]. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®.®£« á® ãá«®¢¨î â¥®à¥¬ë ¨á¢®©á⢠¬ ¨â¥£à¨à㥬ëå ¯® ¨¬ ã äãªæ¨©, äãªæ¨¨g(x), f (x)g(x), |f (x)|, |f (x)g(x)| ¨â¥£à¨àã¥¬ë «î¡®¬®â१ª¥ [a, ξ].DZ®áª®«ìªã k 6= 0, ¢ ¥ª®â®à®© ®ªà¥áâ®á⨠+∞ á¯à ¢¥¤«¨|k|¢ë ¥à ¢¥á⢠0 < |k|− |k|2 6 |g(x)| 6 |k|+ 2 , ®âªã¤ ¢ë⥪ ¥â,çâ® ¬®®â® ï äãªæ¨ï g(x) ¢ ¢ë¡à ®© ®ªà¥áâ®á⨠++∞ á®åà ï¥â § ª.
®£¤ ¢ í⮩ ®ªà¥áâ®á⨠äãªæ¨¨ g(x),11|g(x)|, g(x), |g(x)|®¯à¥¤¥«¥ë, ®£à ¨ç¥ë ¨ ¬®®â®ë. ª ª ª ¥á®¡áâ¢¥ë¥ ¨â¥£à «ë I ¨ Ie ¨¬¥î⥤¨á⢥ãî ®á®¡¥®áâì +∞, â® ¡¥§ ®£à ¨ç¥¨ï ®¡é®áâ¨5¯®« £ ¥¬, çâ® a ¯à¨ ¤«¥¦¨â ¢ë¡à ®© ®ªà¥áâ®á⨠+∞.5DZà¨c∈ (a, b) ¨â¥£à «ëRbf (x)dx ¨aRbf (x)dx á ¥¤¨á⢥®©c®á®¡¥®áâìî ¢ ¢¥à奬 ¯à¥¤¥«¥ ¨â¥£à¨à®¢ ¨ï á室ïâáï ¨ ¡á®«îâ®á室ïâáï ®¤®¢à¥¬¥® ¨ ¨â¥£à «ëRbaf (x)dx ¨Rcaf (x)dx á ¥¤¨á⢥®©®á®¡¥®áâìî ¢ ¨¦¥¬ ¯à¥¤¥«¥ ¨â¥£à¨à®¢ ¨ï á室ïâáï ¨ ¡á®«îâ®á室ïâáï ®¤®¢à¥¬¥®.1 ¬¥ç ï, çâ® f (x) = (f (x)g(x)) g(x), ¯® ¯à¨§ ªã ¡¥«ï [4, 9]¯®«ãç ¥¬ § ª«î票¥ ⥮६ë.+∞R á ¬®¬ ¤¥«¥, ¥á«¨ ¨â¥£à « Ie =f (x)dx á室¨âáï, â®a¨â¥£à « I =+∞Rf (x)g(x)dx á室¨âáï ¯® ¯à¨§ ªã ¡¥«ï.a¨â¥£à « Ie =+∞Rf (x)dx =a¯® ¯à¨§ ªã ¡¥«ï.â® ¨â¥£à «+∞Ra+∞Ra|f (x)g(x)|dx =¯à¨§ ªã ¡¥«ï.f (x)g(x)dx á室¨âáï, â®a(f (x)g(x)) ·+∞R ᫨ ¨â¥£à «+∞Raa1g(x) dx|f (x)||g(x)|dx á室¨âáï ¯®+∞Raá室¨âáï, â® ¨â¥£à « Ie =+∞Raá室¨âáï ¯® ¯à¨§ ªã ¡¥«ï.á室¨âáï|f (x)|dx á室¨âáï,¡à â®, ¥á«¨ ¨â¥£à «|f (x)|dx =+∞Ra|f (x)g(x)|dx|f (x)g(x)| ·1|g(x)| dx«¥¤á⢨¥¬ ¨§ ¯à¨§ ª ¡¥«ï ¬®¦® ¯®«ì§®¢ âìáï ¢¯¨á쬥®© à ¡®â¥ ¡¥§ ¤®ª § ⥫ìá⢠«¨èì ¢ ⮬ á«ãç ¥,¥á«¨ íâ ⥮६ ¡ë« ¤®ª § «¥ªæ¨ïå. ¬ ¥ ç ¨ ¥.
᫨ ¯®¤ § ª®¬ sin ¨«¨ cos ¢ ãá«®¢¨¨§ ¤ ç¨ á⮨⠥ «¨¥© ï äãªæ¨ï, ४®¬¥¤ã¥âáï ¤¥« âì§ ¬¥ã ¯¥à¥¬¥®©. ¬¥ïâì ¯®¤ëâ¥£à «ìãî äãªæ¨î íª¢¨¢ «¥âãî ¢ ®ªà¥áâ®á⨠¥¤¨á⢥®© ®á®¡®© â®çª¨¥«ì§ï, ª ª ¢ ¯à¥¤ë¤ã饩 § ¤ ç¥ 5a, ¯®áª®«ìªã ® ¥ § ª®¯®áâ®ï , ¨ ¢ ®¡é¥¬ á«ãç ¥ â ª ï § ¬¥ ¥ ¯à¨¢®¤¨âª íª¢¨¢ «¥â®¬ã ¢ á¬ëá«¥ á室¨¬®á⨠¥á®¡á⢥®¬ã+∞R√ sin x dx á室¨âáï¨â¥£à «ã. ¯à¨¬¥à, ¨â¥£à «x−cos x1ãá«®¢®, ¨â¥£à «+∞R118+∞R¡à â®, ¥á«¨ ¨â¥£à « I =√ sin x dxx−sin x19à á室¨âáï. ª ¦¤®¬¨§ íâ¨å á«ãç ¥¢ ¯®¤ëâ¥£à «ì ï äãªæ¨ï íª¢¨¢ «¥â +∞R sin x√ x ¯à¨ x → +∞, ¨ ¨â¥£à «√ dx á室¨âáïäãªæ¨¨ sinxx1ãá«®¢® (á¬.
[6]). â®â ¯à¨¬¥à â ª¦¥ ¯®ª §ë¢ ¥â, çâ® ®âãá«®¢¨ï ¬®®â®®á⨠¢ ¯à¨§ ª¥ ¨à¨å«¥ ¥«ì§ï ®âª § âìáï.§ áâ६«¥¨ï ¯®¤ëâ¥£à «ì®© äãªæ¨¨ ª ã«î¥ á«¥¤ã¥â á室¨¬®áâì ¥á®¡á⢥®£® ¨â¥£à « , à ¢®ª ª ¨§ ¥®£à ¨ç¥®á⨠(¤ ¦¥ ¢áî¤ã ¯®«®¦¨â¥«ì®©¨ ¥¯à¥à뢮©) ¯®¤ëâ¥£à «ì®© äãªæ¨¨ ¥ á«¥¤ã¥âà á室¨¬®áâì ¥á®¡á⢥®£® ¨â¥£à « . § íª¢¨¢ «¥â®á⨤ ®© äãªæ¨¨ ¥ª®â®à®© ¬®®â®®© äãªæ¨¨ ¯à¨ x → a,a ∈ R, ¥ á«¥¤ã¥â ¬®®â®®áâì ¨á室®© äãªæ¨¨ ¢ ¥ª®â®à®©®ªà¥áâ®á⨠a. â «® ¬¨ ¬®¦® áç¨â âì ¨â¥£à «ë, ª®â®àë¥à áᬠâਢ «¨áì «¥ªæ¨ïå.DZਠω 6= 0 ¨â¥£à «ëI5 =+∞Zsin(ωx + ϕ)dx, I6 =xα1+∞Zcos(ωx + ϕ)dxxα1á室ïâáï ¡á®«îâ®, ¥á«¨ α > 1; á室ïâáï ãá«®¢®, ¥á«¨ 0 << α 6 1, ¨ à á室ïâáï, ¥á«¨ α 6 0. ¬ ¥ ç ¨ ¥.
ç¨â ï ¨â¥£à «ë I5 , I6 íâ «® ¬¨, ¬®¦®¢ § ¤ ç¥ 5¡ ¨áá«¥¤®¢ âì ¡á®«îâãî á室¨¬®áâì á«¥¤ãî騬C| cos t|®¡à §®¬: â ª ª ª |f (t)| = g(t)| cos t| ∼ t5−2α ¯à¨ t → +∞,+∞Râ® ¯® ¯à¨§ ªã áà ¢¥¨ï ¨â¥£à «|f (t)| dt á室¨âáï ⇔1¨â¥£à «+∞R1C| cos t|t5−2αdt á室¨âáï ⇔ 5 − 2α > 1 ⇔ α < 2.ਣ®®¬¥âà¨ç¥áª¨© ¯à¨§ ª á室¨¬®áâ¨.DZãáâìäãªæ¨ï g(x) ¥¯à¥à뢮 ¤¨ää¥à¥æ¨à㥬 «ãç¥ [a; +∞)¨ g(x) ↓ 0 ¯à¨ x → +∞. ®£¤ ∀ k 6= 0, ∀ p ¨â¥£à «ë+∞+∞RRg(x) sin(kx + p)dx ¨g(x) cos(kx + p)dx á室ïâáï.aa20 ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®.
ãªæ¨¨ sin(kx + p) ¨ cos(kx ++ p) ¨¬¥îâ ®£à ¨ç¥ë¥ ¯¥à¢®®¡à §ë¥.áâ «®á좮ᯮ«ì§®¢ âìáï ¯à¨§ ª®¬ ¨à¨å«¥.ਣ®®¬¥âà¨ç¥áª¨©¯à¨§ ª ¡á®«î⮩DZãáâì äãªæ¨ï g(x) ¥¯à¥à뢮 ¤¨ää¥à¥æ¨à㥬 «ãç¥ [a; +∞) ¨ g(x) ↓ 0 ¯à¨ x → +∞. ®£¤ +∞R|g(x) sin(kx + p)|dx á室¨âáï ⇔∀ k 6= 0, ∀ p ¨â¥£à «á室¨¬®áâ¨.a⇔ ¨â¥£à «+∞R+∞Ra|g(x) cos(kx + p)|dx á室¨âáï ⇔ ¨â¥£à «g(x)dx á室¨âáï.a ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®.â¥£à «+∞Rag(x)2cos(2kx + 2p)dxá室¨âáï ¯® âਣ®®¬¥âà¨ç¥áª®¬ã ¯à¨§ ªã á室¨¬®áâ¨.®£¤ ¯® ¯à¨§ ªã áà ¢¥¨ï ¨§ 楯®ç¥ª ¥à ¢¥áâ¢+∞+∞+∞RRRg(x)dx >|g(x) sin(kx + p)|dx >g(x) sin2 (kx +aa+ p)dx =+∞Ra>++∞Ra+∞Raag(x)2 dx −+∞Rag(x)2|g(x) cos(kx+p)|dx >g(x)2cos(2kx + 2p)dx > 0 ¨+∞R+∞Rg(x) cos2 (kx+p)dx =aag(x)dx >a+∞Rg(x)2 dx+cos(2kx + 2p)dx > 0 á«¥¤ã¥â § ª«î票¥ ⥮६ë.DZãáâìäãªæ¨ï g(x) ¨â¥£à¨à㥬 ¯® ¨¬ ã «î¡®¬ ®â१ª¥ [a, b],b > a, ¯à¨çñ¬ ∃ lim g(x) = C > 0 ¨«¨ ∃ lim g(x) =ਣ®®¬¥âà¨ç¥áª¨© ¯à¨§ ª à á室¨¬®áâ¨.x→+∞x→+∞= +∞.
®£¤ ∀ k 6= 0, ∀ p ¨â¥£à «ë+∞Rag(x) cos(kx + p)dx à á室ïâáï.+∞Rg(x) sin(kx + p)dx ¨a ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. DZãáâì lim g(x) = C. ª ª ª ∃ x0 >x→+∞21C2> 0, â® ∀ k > 0 ∃ x0 > a ∀ δ > x0 ∃ n ∈ N Rξ 00π00 = 2 +2πn−p > δ : g(x) sin(kx + p) dx >>δ,∃ξ∃ ξ 0 = 2πn−pkkξ 0 0000 RξRξC> C2 sin(kx + p) dx > 2k> 0 ¨ g(x) cos(kx + p) dx >ξ 0ξ0> a ∀ x > x0 g(x) >>C200Rξcos(kx + p) dx >ξ0C2k> 0. § ªà¨â¥à¨ï ®è¨ ¤«ï k >> 0 á«¥¤ã¥â § ª«î票¥ ⥮६ë. ᫨lim g(x) = +∞,x→+∞¯®« £ ¥¬ C = 1.9DZ®«ì§®¢ âìáﯨá쬥®©âਣ®®¬¥âà¨ç¥áª¨¬¨à ¡®â¥¡¥§¤®ª § ⥫ìá⢠¯à¨§ ª ¬¨¬®¦®â®«ìª®¢¢â®¬ á«ãç ¥, ¥á«¨ ®¨ ¡ë«¨ ¤®ª § ë «¥ªæ¨ïå.DZ à ¨ ¬ ¥ à £à®¬®§¤ª®©6§ ¤ ç¨ .¨ ãá«®¢ãî á室¨¬®áâì ¨â¥£à «¥è¥¨¥.+∞R3£¤¥ t = x2 , dx =áá«¥¤®¢ âì ¡á®«îâãî+∞R3cos(2x2 +1)dx(x ln2 x−arctg x)α1 −1/2dt,2t9=12+∞Rg(t) cos(2t + 1)dt,91√√=t1/2 (t1/2 ln2 t−arctg t)αC√ α .
ãªæ¨ï1+αarctg tt 2 (ln t)2α 1− 4√2g(t) =lim h(t)t→+∞=16=6= 0. DZ® á«¥¤áâ¢¨î ¨§ ¯à¨§ ª ¡¥«ï § ¤ ç ᢮¤¨âáïਣ®®¬¥âà¨ç¥áª¨¥ ¯à¨§ ª¨ ¨ ¯à¨¬¥à £à®¬®§¤ª®© § ¤ ç¨ ¢§ïâë ¨§«¥ªæ¨© ¯® ¬ ⥬ â¨ç¥áª®¬ã «¨§ã . . DZ¥â஢¨ç .7®¬¯®§¨æ¨ï ¬®®â®ëå äãªæ¨© ¬®®â® . ᫨, ¯à¨¬¥à,1t1+α2 (ln t)2αdt á室¨âáï ⇔ α > 1 (íâ «®).⢥â: ¡á®«îâ® á室¨âáï ¯à¨ α > 1, ãá«®¢® á室¨âáï¯à¨ −1 < α < 1, à á室¨âáï ¯à¨ α 6 −1.t2α−5t→+∞ 6DZ à ¨ ¬ ¥ à.
§ ¤ ç¥ 5¡ lim g(t) = limt→+∞dx.(x ln2 x−arctg x)᪮¬¯®§¨æ¨ï ¬®®â®ëå äãªæ¨©7.6+∞Rcos(2x2 +1)4α√=t1/2 (t1/2 ln2 t−4 arctg t)αt ln t√ arctg√ t¯à¨t→+∞,¯®áª®«ìªã¥ñ ¯à®¨§¢®¤ ït √√t1√− arctg t < 0 ¯à¨ ¤®áâ â®ç® ¡®«ìè¨å t. ®£¤ 2t t 1+t√ −1arctg täãªæ¨ï ϕ(t) = 1 − 4√ ¯à¨ t → +∞. ãªæ¨ï2t ln tαh(t) = (ϕ(t)) ¬®®â® ¯à¨ «î¡®¬ § 票¨ α ª ª=ª ¨áá«¥¤®¢ ¨î á室¨¬®áâì ¨ ¡á®«îâãî á室¨¬®áâì+∞R cos(2t+1)dt.