14. 広義積分 例題集
$Q1$.
次の広義積分を計算しなさい。
(1) $\displaystyle \int_0^4 \dfrac{1}{\sqrt{x}} ~ dx$
(2) $\displaystyle \int_0^{16} \dfrac{1}{\sqrt{16-x}} ~ dx$
(3) $\displaystyle \int_{-3}^3 \dfrac{1}{\sqrt{9-x^2}} ~ dx$
(1) $4$
(2) $8$
(3) $\pi$
$Q2$.
次の広義積分を計算しなさい。
(1) $\displaystyle \int_0^{\infty} e^{-5x}~dx$
(2) $\displaystyle \int_{0}^{\infty} x^3e^{-x^4}~dx$
(1) $\dfrac{1}{5}$
(2) $\dfrac{1}{4}$
(1)
関数 $y = e^{-5x}$ は実数全体で連続なので
$∫∞01e5x dx=limb→∞∫b0e−5x dx=limb→∞[−15e−5x]b0=limb→∞(−15e−5b+15)=15$
(2)
関数 $y = x^3e^{-x^4}$ は実数全体で連続なので
$∫∞0x3e−x4 dx=limb→∞∫b0x3e−x4 dx=limb→∞[−14e−x4]b0=limb→∞(−14e−b4+14)=14$
(1)
関数 $y = \dfrac{1}{\sqrt{x}}$ は半開区間 $(0,4]$ で連続なので
$\displaystyle \int_0^4 \dfrac{1}{\sqrt{x}}~dx = \lim_{\varepsilon \to+0} \int_{\varepsilon}^4\dfrac{1}{\sqrt{x}}~dx = \lim_{\varepsilon \to +0}\left[ 2\sqrt{x}\right]_{\varepsilon}^4 = \lim_{\varepsilon \to +0} (4-2\sqrt{\varepsilon}) =4 $
(2)
関数 $y = \dfrac{1}{\sqrt{16-x}}$ は半開区間 $[0,16)$ で連続なので
$∫1601√16−x dx=limε→+0∫16−ε01√16−x dx=limε→+0[−2√16−x]16−ε0=limε→+0(−2√ε+2√16)=8$
(3)
関数 $y = \dfrac{1}{\sqrt{9-x^2}}$ は開区間 $(-3,3)$ で連続なので
$∫3−31√9−x2 dx=limδ→+0limε→+0∫3−ε−3+δ1√9−x2 dx=limδ→+0limε→+0[sin−1x3]3−ε−3+δ=limδ→+0limε→+0(sin−1(3−ε3)−sin−1(−3+δ3))=π2−(−π2)=π$