Uploaded by Sayyora Jumayeva

Iroda 6

advertisement
ASOSIY QISM.
1.1 Chegaralari cheksiz xosmas integrallar va xossalari.
1. Chegaralari cheksiz xosmas integral tushunchasi.
Biror 𝑓(𝑥) funksiya [𝑎, +∞) oraliqda berilgan bo`lib, bu oraliqning istalgan [𝑎, 𝑡]
(𝑎 < 𝑡 < +∞) qismida integrallanuvchi ,ya`ni ixtiyoriy 𝑡 (𝑡 > 𝑎) uchun ushbu
𝑡
∫𝑎 𝑓(𝑥)𝑑𝑥
Integral mavjud bo`lsin. Bu integral,qaralayotgan funksiya hamda olingan 𝑡 ga
bog`liq bo`lib, tayin 𝑓(𝑥) uchun u faqat 𝑡 o`zgaruvchining funksiyasi bo`ladi:
𝑡
∫𝑎 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 = 𝐹(𝑡).
(1)
Natijada (1) munosabat bilan aniqlangan 𝐹(𝑡) (𝑡 ∈ (𝑎, +∞)) funksiyaga ega
bo`lamiz.
1.1.1-Ta`rif. Agar 𝑡 → +∞ da 𝐹(𝑡) funksiyaning limiti mavjud bo`lsa,bu limit 𝑓(𝑥)
funksiyaning [𝑎, +∞) oraliqdagi xosmas integrali deb ataladi va u
+∞
∫
𝑓(𝑥)𝑑𝑥
𝑎
kabi belgilanadi. Demak,
+∞
∫𝑎
𝑡
𝑓(𝑥)𝑑𝑥 = lim 𝐹(𝑡) = lim ∫𝑎 𝑓(𝑥)𝑑𝑥,
𝑡→+∞
𝑡→+∞
(2)
1.1.2-ta`rif. Agar 𝑡 → +∞ da 𝐹(𝑡) funksiyaning limiti mavjud bo`lib, u chekli
bo`lsa , (2) xosmas integral yaqinlashuvchi deyiladi,𝑓(𝑥) esa cheksiz [𝑎, +∞)
oraliqda integrallanuvchi funksiya deb ataladi.
Agar 𝑡 → +∞ da 𝐹(𝑡) funksiyaning limiti cheksiz bo`lsa ,(2) integral
uzoqlashuvchi deb ataladi.
Funksitaning (−∞, 𝑎] va (−∞, +∞) oraliqlar bo`yicha xosmas integrallari ham
yuqoridagi kabi ta`riflanadi.
𝑓(𝑥) funksiya (−∞, 𝑎] oraliqda berilgan bo`lib, bu oraliqning istalgan [𝜏, 𝑎]
(−∞ < 𝜏 < 𝑎) qismida integrallanuvchi, ya`ni
𝑎
∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 = 𝛷( 𝜏)
𝜏
Integral mavjud bo`lsin.
1.1.3- ta`rif.τ → −∞ da 𝛷(𝜏) funksiyaning limiti lim 𝛷(𝜏) mavjud bo`lsa, bu
τ→−∞
limit 𝑓(𝑥) funksiyaning (−∞, 𝑎] oraliqdagi xosmas integrali deb ataladi va u
𝑎
∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥
−∞
kabi belgilanadi.Demak,
𝑎
𝑎
∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 = lim 𝛷(𝜏) = lim ∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥
τ→−∞
τ→−∞
−∞
(3)
𝜏
1.1.4- ta`rif. Agar τ → −∞ da 𝛷(𝜏) funksiyaning limiti mavjud bo`lib, u chekli
bo`lsa, (3) integral yaqinlashuvchi deyiladi, esa cheksiz (−∞, 𝑎] oraliqdagi
integrallanuvchi funksiya deb ataladi.
Agar τ → −∞ da 𝛷(𝜏) funksiyaning limiti cheksiz bo`lsa, (3) integral
uzoqlashuvchi deb ataladi.
𝑓(𝑥) funksiya (−∞, +∞) oraliqdagi berilgan bo`lib, bu oraliqning istalgan
[𝜏, 𝑡] (−∞ < 𝜏 < 𝑡 < +∞) qismida integrallanuvchi, ya`ni
𝑡
∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 = ѱ(𝜏, 𝑡)
𝜏
1.1.5- ta`rif. τ → −∞, t → +∞ da ѱ(𝜏, 𝑡) funksiyaning limiti
lim ѱ(𝜏, 𝑡)
τ→−∞
𝑡→+∞
mavjud bo`lsa, bu limit 𝑓(𝑥) funksiyaning cheksiz (−∞, +∞) oraliqdagi
xosmas integrali deb ataladi va u
+∞
∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥
−∞
kabi belgilanadi. Demak,
𝑡
−∞
∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 = τ→−∞
lim ѱ(𝜏, 𝑡) = 𝜏→−∞
lim ∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥
𝑡→+∞
+∞
(4)
𝑡→+∞ 𝜏
1.1.6- ta`rif. Agar τ → −∞, t → +∞ da ѱ(𝜏, 𝑡) funksiyaning limiti mavjud
bo`lsa, u chekli bo`lsa, (4) integral yaqinlashuvchi deyiladi, 𝑓(𝑥) esa cheksiz
(−∞, +∞) oraliqda integrallanuvchi funksiya deb ataladi.
Aniq integral xossasiga ko`ra V a𝜖 𝑅 uchun
𝑡
𝑎
𝑡
∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 = ∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 + ∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥
𝜏
𝜏
𝑎
+∞
Bo`lishini e`tiborga olsak, u holda ∫−∞ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 ning mavjud bo`lishi
𝑎
+∞
∫−∞ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 va ∫𝑎
𝑓(𝑥)𝑑𝑥 integrallarning har birining alohida-alohida
mavjud bo`lishidan kelib chiqadi. Binobarin, uni quyidagicha ham aniqlash
mumkin bo`ladi:
+∞
𝑎
+∞
∫−∞ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 = ∫−∞ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 + ∫𝑎
1.1.1-eslatma. Yuqorida [𝑎, +∞)
𝑓(𝑥)𝑑𝑥
(V a𝜖𝑅)
((−∞, 𝑎]𝑖 (−∞, +∞) da berilgan 𝑓(𝑥)
funksiyaning xosmas integrali tushunchasi 𝐹(𝑡) (𝛷(𝜏), ѱ(𝜏, 𝑡)) ning
t → +∞, (τ → −∞, t → +∞) da limiti mavjud bo`lgan hollar uchun
kiritilgan va uning yaqinlashuvchi yoki uzoqlashuvchiligi ta`riflanadi. Ma`lumki ,
𝐹(𝑡) 𝛷(𝜏), ѱ(𝜏, 𝑡)) ning
t → +∞, (τ → −∞, t → +∞) dagi limiti mavjud
bo`lmagan hol ham bo`lishi mumkin. Bu holda biz shartli ravishda 𝑓(𝑥) ning
xosmas integrali
𝑎
+∞
∫
+∞
𝑓(𝑥)𝑑𝑥 ( ∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 , ∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 )
𝑎
−∞
−∞
uzoqlashuvchi deb qabul qilamiz.
Shunday qilib, xosmas integral tushunchasi avval o`rganilgan Riman integrali
tushunchasidan yana bir marta limitga o`tish amali orqali yuzaga kelar ekan.
Qulaylik uchun quyida biz ko`pincha ≪ xosmas integral ≫ deyish o`rniga
≪ integral ≫ deb ketaveramiz.
1-misol. Ushbu
+∞
∫ 𝑒 −𝑥 𝑑𝑥
0
integralni hisoblang.
Yechish. Ta`rifga ko`ra
+∞
𝑡
∫ 𝑒 −𝑥 𝑑𝑥 = lim ∫ 𝑒 −𝑥 𝑑𝑥
𝑡→+∞
0
0
bo`lib,
𝑡
𝐹(𝑡) = ∫ 𝑒 −𝑥 𝑑𝑥 = −𝑒 −𝑡 + 1
0
bo`lganida esa
𝑡
lim ∫ 𝑒 −𝑥 = 1
𝑡→+∞
0
bo`ladi. Demak, berilgan xosmas integral yaqinlashuvchi va
+∞
∫ 𝑒 −𝑥 𝑑𝑥 = 1.
0
2-misol. Quyidagi
0
∫
−∞
𝑑𝑥
1 + 𝑥2
integralni qaraylik.
Yechish. Xosmas integral ta`rifiga ko`ra
0
0 𝑑𝑥
𝑑𝑥
𝜋
∫−∞ 1+𝑥 2 = lim ∫𝜏 1+𝑥 2 = lim (𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 𝜏) = 2
𝜏→−∞
𝜏→−∞
bo`ladi. Demak, integral yaqinlashuvchi va
0
∫
−∞
𝑑𝑥
𝜋
=
,
1 + 𝑥2 2
3-misol. Ushbu
+∞
𝐼=∫
𝑎
𝑑𝑥
(𝑎 > 0, 𝛼 > 0)
𝑥𝑎
(5)
integralni yaqinlashuvchilikka tekshiring. Ravshanki [𝑎, 𝑡] (𝑎 > 0) oraliqda
𝑓(𝑥) =
1
𝑥𝛼
𝑡 𝑑𝑥
funksiya uzluksiz bo`lib, ∫𝑎
qaraylik:
a) 𝛼 > 1 bo`lsin. Bu holda
𝑥𝑎
mavjud bo`ladi. Quyidagi hollarni
𝑡
lim ∫
𝑡→+∞
𝑎
𝑑𝑥
1
1
1−𝛼
1−𝛼 )
(𝑡
=
lim
−
−
𝑎
=
𝑎1−𝛼
𝛼
𝑡→+∞
𝑥
1−𝛼
𝛼−1
bo`ladi. Demak, 𝛼 > 1 bo`lganda berilgan integral yaqinlashuvchi bo`lib,
+∞
∫
𝑎
𝑑𝑥
1
=
𝑎1−𝛼
𝑎
𝑥
𝛼−1
bo`ladi.
b) 𝛼 > 1 va 𝛼 = 1 bo`lganda esa, mos ravishda
𝑡
lim ∫
𝑡→+∞
𝑎
𝑑𝑥
1
(𝑡 1−𝛼 − 𝑎1−𝛼 ) = +∞,
=
lim
𝛼
𝑡→−∞ 1 − 𝛼
𝑥
𝑡
lim ∫
𝑡→+∞
𝑎
𝑑𝑥
= lim (ln 𝑡 − ln 𝑎) = +∞
𝑡→+∞
𝑥
bo`ladi. Demak, 𝛼 ≤ 1 bo`lganda berilgan integral uzoqlashuvchi bo`ladi.
Shunday qilib
+∞
∫
𝑎
𝑑𝑥
(𝑎 > 0, 𝛼 > 0)
𝑥𝑎
Xosmas integral 𝛼 > 1 bo`lganda yaqinlashuvchi, 0 < 𝛼 ≤ 1 bo`lganda esa
uzoqlashuvchi bo`ladi.
4-masala. Ushbu
+∞
∫ cos 𝑥𝑑𝑥
0
xosmas integral, yuqoridagi kelishuvimizga ko`ra uzoqlashuvchidir, chunki
𝑡 → +∞ da
𝑡
𝐹(𝑡) = ∫ cos 𝑥𝑑𝑥 = sin 𝑡
0
funksiya limitga ega emas.
+∞
Yuqorida ∫𝑎
𝑡
𝑓(𝑥)𝑑𝑥 xosmas integral 𝐹(𝑡) = ∫𝑎 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 integralning 𝑡 → +∞
dagi limiti sifatida ta`riflanadi. So`ngra bu xosmas integral mavjud (mavjud
emas) deyilishi o`rniga xosmas integral yaqinlashuvchi (uzoqlashuvchi)
deyiladi. Bunday deyilishining boisi, bir tomondan,xosmas integralning limitga
o`tish amali bilan ta`riflanishi bo`lsa, ikkinchi tomondan uning, qatorlar bilan
∞
o`xshashligidir. Ma`lumki, ∑∞
𝑘=1 𝑎𝑘 qator 𝐹(𝑛) = ∑𝑘=1 𝑎𝑘 qismiy yig`indining
𝑛 → +∞ dagi limiti sifatida ta`rilanib, bu
𝑛
∞
∑ 𝑎𝑘 = lim 𝐹(𝑛) = lim ∑ 𝑎𝑘
𝑘=1
𝑛→+∞
𝑛→+∞
𝑘=1
limit chekli bo`lganda qator yaqinlashuvchi, cheksiz bo`lganda yoki mavjud
bo`lmaganda esa qator uzoqlashuvchi deb atalar edi.
Biz quyida xosmas integralning turli xos bo`yicha olingan
Download