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106 台灣大學微積分(B) 第 5 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

106學年度 · 106台大微積分B · 第 5 題

題目

Problem

Part I Multiple Choice

  1. Consider the improper integral Ip=∫0∞1xp dxI_p=\int_0^\infty \dfrac{1}{x^p}\,\mathrm{d}x, where pp is a positive number.

(A) IpI_p is convergent if p>1p>1 and divergent if 0<p≤10<p\le 1.

(B) IpI_p is convergent if 0<p<10<p<1 and divergent if p≥1p\ge 1.

(C) IpI_p is convergent for all p>0p>0.

(D) IpI_p is divergent for all p>0p>0.

解答

解法一

思路

展開
  • 瑕積分同時在 00 與 ∞\infty 有問題,必須拆成兩段分別判斷。
  • 比較兩端所需的 pp 範圍;若條件無法同時滿足,原積分便發散。

答題過程

展開

將積分拆開:

Ip=∫01x−p dx+∫1∞x−p dx.I_p=\int_0^1x^{-p}\,\mathrm{d}x+\int_1^\infty x^{-p}\,\mathrm{d}x.

在 x=0x=0 附近,第一段為 pp 型瑕積分,只有 p<1p<1 時收斂;在無窮遠處,第二段只有 p>1p>1 時收斂。當 p=1p=1 時,兩段皆含調和型發散。

沒有正數 pp 可以同時滿足 p<1p<1 與 p>1p>1,故 IpI_p 對所有 p>0p>0 都發散,答案為 D\boxed{\text{D}}。