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107 台灣大學微積分(B) 第 3 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

107學年度 · 107台大微積分B · 第 3 題

題目

Problem

Part I Multiple Choice

  1. Consider the integral
Ip,r:=∬D1(x2+y2)p/2 dA,I_{p,r}:=\iint_D \frac{1}{(x^2+y^2)^{p/2}}\,dA,

where DD is the region bounded by two concentric circles centred at the origin with radii rr and 11 respectively, 0<r<10<r<1. Let Jp:=lim⁡r→0+Ip,rJ_p:=\lim_{r\to 0^+}I_{p,r}.

(a) JpJ_p is convergent if p<1p<1.

(b) JpJ_p is convergent if 1<p<21<p<2.

(c) JpJ_p is convergent if 2<p2<p.

Among the above three statements, how many of them are true?

A) Only one.

B) Only two.

C) All of them.

D) None of them.

解答

解法一

思路

展開

區域是以原點為中心的圓環,改用極座標即可把二重積分化為判斷 r1−pr^{1-p} 在 00 附近是否可積分。

答題過程

展開

令極座標半徑為 ρ\rho,則

Ip,r=∫02π∫r1ρ−pρ dρ dθ=2π∫r1ρ1−p dρ.I_{p,r}=\int_0^{2\pi}\int_r^1 \rho^{-p}\rho\,\mathrm{d}\rho\,\mathrm{d}\theta =2\pi\int_r^1\rho^{1-p}\,\mathrm{d}\rho.

當 r→0+r\to0^+ 時,此瑕積分收斂當且僅當 1−p>−11-p>-1,即 p<2p<2。所以 (a)、(b) 正確,而 (c) 不正確。

故恰有兩句正確,選 B。