Найдите ошибку в интегрировании по частям в следующем решении: integral ln x dx от 0 до 1 взят как [x ln x - x]_0^1 = -1, хотя интеграл сходится; укажите, как корректно обрабатывать пределы
Ошибка в том, что подставили 000 сразу в первообразную, игнорируя, что интеграл на [0,1][0,1][0,1] несобственный ( lnx\ln xlnx не определена в 000 ). Правильно: записать как предел. 1) По частям получаем первообразную F(x)=xlnx−x\;F(x)=x\ln x-xF(x)=xlnx−x. 2) Несобственный интеграл через предел: ∫01lnx dx=lima→0+∫a1lnx dx=lima→0+[F(1)−F(a)]=lima→0+(−1−(alna−a)).
\int_0^1\ln x\,dx=\lim_{a\to0+}\int_a^1\ln x\,dx =\lim_{a\to0+}\big[F(1)-F(a)\big] =\lim_{a\to0+}\big(-1-(a\ln a-a)\big). ∫01lnxdx=a→0+lim∫a1lnxdx=a→0+lim[F(1)−F(a)]=a→0+lim(−1−(alna−a)). 3) Нужно вычислить lima→0+alna\lim_{a\to0+}a\ln alima→0+alna. Например, через правило Лопиталя: alna=lna1/a→a→0+0,
a\ln a=\frac{\ln a}{1/a}\xrightarrow[a\to0+]{}0, alna=1/alnaa→0+0,
потому что при дифференцировании 1/a−1/a2=−a→0\frac{1/a}{-1/a^2}=-a\to0−1/a21/a=−a→0. 4) Следовательно lima→0+(alna−a)=0\lim_{a\to0+}(a\ln a-a)=0lima→0+(alna−a)=0 и ∫01lnx dx=−1.
\int_0^1\ln x\,dx=-1. ∫01lnxdx=−1. Итог: ошибка — пропуск предела при подстановке в точку разрыва; нужно брать lima→0+\lim_{a\to0+}lima→0+.
1) По частям получаем первообразную F(x)=xlnx−x\;F(x)=x\ln x-xF(x)=xlnx−x.
2) Несобственный интеграл через предел:
∫01lnx dx=lima→0+∫a1lnx dx=lima→0+[F(1)−F(a)]=lima→0+(−1−(alna−a)). \int_0^1\ln x\,dx=\lim_{a\to0+}\int_a^1\ln x\,dx
=\lim_{a\to0+}\big[F(1)-F(a)\big]
=\lim_{a\to0+}\big(-1-(a\ln a-a)\big).
∫01 lnxdx=a→0+lim ∫a1 lnxdx=a→0+lim [F(1)−F(a)]=a→0+lim (−1−(alna−a)).
3) Нужно вычислить lima→0+alna\lim_{a\to0+}a\ln alima→0+ alna. Например, через правило Лопиталя:
alna=lna1/a→a→0+0, a\ln a=\frac{\ln a}{1/a}\xrightarrow[a\to0+]{}0,
alna=1/alna a→0+ 0, потому что при дифференцировании 1/a−1/a2=−a→0\frac{1/a}{-1/a^2}=-a\to0−1/a21/a =−a→0.
4) Следовательно lima→0+(alna−a)=0\lim_{a\to0+}(a\ln a-a)=0lima→0+ (alna−a)=0 и
∫01lnx dx=−1. \int_0^1\ln x\,dx=-1.
∫01 lnxdx=−1.
Итог: ошибка — пропуск предела при подстановке в точку разрыва; нужно брать lima→0+\lim_{a\to0+}lima→0+ .