✔ 最佳答案
1. ∫(0,1) 1/xⁿ dx
For n ≠ 1,
∫(0,1) 1/xⁿ dx
= lim(t→0⁺) ∫(t,1) 1/xⁿ dt
= 1/(n - 1) lim(t→0⁺) ∫(t,1) d(-1/x⁽ⁱⁿ⁻¹⁾)
= -1/(n - 1) lim(t→0⁺) [ 1/1⁽ⁱⁿ⁻¹⁾ - 1/t⁽ⁱⁿ⁻¹⁾ ]
= -1/(n - 1) + 1/(n - 1) lim(t→0⁺) 1/t⁽ⁱⁿ⁻¹⁾
When n > 1, lim(t→0⁺) 1/t⁽ⁱⁿ⁻¹⁾ →∞
When n < 1, lim(t→0⁺) 1/t⁽ⁱⁿ⁻¹⁾ = 0
For n = 1,
∫(0,1) 1/x dx
= lim(t→0⁺) ∫(t,1) 1/x dt
= lim(t→0⁺) ∫(t,1) d( ln x )
= ln 1 - lim(t→0⁺) ln t
= -∞
∴ n < 1
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2. ∫(1,∞) 1/xⁿ dx
For n ≠ 1,
∫(1,∞) 1/xⁿ dx
= lim(t→∞) ∫(1,t) 1/xⁿ dx
= 1/(n - 1) lim(t→∞) ∫(1,t) d(-1/x⁽ⁱⁿ⁻¹⁾)
= -1/(n - 1) lim(t→∞) [ 1/1⁽ⁱⁿ⁻¹⁾ - 1/t⁽ⁱⁿ⁻¹⁾ ]
= -1/(n - 1) + 1/(n - 1) lim(t→∞) 1/t⁽ⁱⁿ⁻¹⁾
When n > 1, lim(t→∞) 1/t⁽ⁱⁿ⁻¹⁾ = 0
When n < 1, lim(t→∞) 1/t⁽ⁱⁿ⁻¹⁾ →∞
For n = 1,
∫(0,1) 1/x dx
= lim(t→∞) ∫(1,t) 1/x dt
= lim(t→∞) ∫(1,t) d( ln x )
= lim(t→∞) ln t - ln 1
= ∞
∴ n > 1
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3. ∫(1,∞) 1/xⁿ dx
For n ≠ 1,
∫(0,∞) 1/xⁿ dx
= lim(t→∞) ∫(1/t,t) 1/xⁿ dx
= 1/(n - 1) lim(t→∞) ∫(1/t,t) d(-1/x⁽ⁱⁿ⁻¹⁾)
= -1/(n - 1) lim(t→∞) [ 1/(1/t)⁽ⁱⁿ⁻¹⁾ - 1/t⁽ⁱⁿ⁻¹⁾ ]
= -1/(n - 1) lim(t→∞) [ t⁽ⁱⁿ⁻¹⁾ - 1/t⁽ⁱⁿ⁻¹⁾ ]
When n > 1, lim(t→∞) t⁽ⁱⁿ⁻¹⁾ →∞
When n < 1, lim(t→∞) 1/t⁽ⁱⁿ⁻¹⁾ →∞
For n = 1,
∫(0,∞) 1/xⁿ dx
= lim(t→∞) ∫(1/t,t) 1/x dt
= lim(t→∞) ∫(1/t,t) d( ln x )
= lim(t→∞) ln t - ln (1/t)
= 2 lim(t→∞) ln t
= ∞
∴ There are no values of n so that the improper integral converges.
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