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大学数学基礎解説
文献あり

その広義積分、本当に正しいですか?

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問題

いきなりですが……

定積分xex2dxを求めよ.

この問題は次のような感じで,簡単に解けます.

被積分関数xex2は奇関数なので,求める積分値は0である.

余裕ですね.

そんなわけないです.極限の扱いには気を付けましょう.

広義積分

杉浦1においては,次のように広義積分が定義されています.

Rの半開区間I=[a,b) (b=+でもよい)で定義された実数値関数fが次の(1),(2)を満たすとする.

  1. 任意のuIに対し,有界閉区間[a,u]fは有界かつ可積分である.
  2. limub0auf(x)dxRが存在する.

このときfI=[a,b)広義可積分であるといい,
limub0auf(x)dx=abf(x)dx
と書く.

半開区間(a,b] (a=でもよい)上での広義積分も同様に定める.

f:(a,b)R (a=でもよいし,b=+でもよいし,その両方でもよい)について,任意のc(a,b)に対し
limva+0vcf(x)dx,limub0cbf(x)dx
が実数値として存在するとき,
limva+0,ub0vuf(x)dx=limva+0vcf(x)dx+limub0cbf(x)dx
と定め,これをabf(x)dxと書く.

※本当はwell-defined性などを確かめるべきなのでしょうが,この記事では省略させていただきます.

最初の問題の正しい答え

limu0xex2dx=なので,xex2dxは存在しません.

おわりに

極限の扱いには気を付けましょう.

参考文献

[1]
杉浦光夫, 解析入門I, 東京大学出版会, 2020
投稿日:20231212
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