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Definiciones integrales inadecuadas e implicaciones infinitas

Soy estudiante de Cálculo 2. Pero no te preocupes, esto no es un problema de "hacer mi HW". Tengo una pregunta sobre integrales impropias.

Acabo de darme cuenta de algo que me tiene bastante curioso sobre los comportamientos de los límites infinitos y esperaba que alguien pudiera explicar lo que estoy observando.

Si nos dan la integral:

$$ \int_a^\infty [f(x)] dx $$

Debemos tomar el límite de algún número $M$ y resolver la integral de esa manera.

$$ \lim_{M\rightarrow\infty}\int_a^M [f(x)] dx $$    Sin embargo, recordando cuál es la definición de una integral...

$$ \lim_{M\rightarrow\infty}[\lim_{N\rightarrow\infty} \sum_{k=1}^N[f(c_k) \Delta x] ] $$

Lo que me intriga es que tenemos dos límites que se acercan al infinito al mismo tiempo. Un límite que corta la suma infinitamente pequeña, otro que expande el alcance de la suma infinitamente larga.

Si algo se hace infinitamente pequeño e infinitamente grande al mismo tiempo, ¿por qué no permanece del mismo tamaño? ¿Implica esto que  $M$  se acerca al infinito más rápido que  $N$ ? ¿O significa esto que las rebanadas de  $N$  (más bien $\Delta x$  ) están "creciendo" con  $M$  a medida que se acerca al infinito?

Gracias.

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CaffeineAddiction Puntos 108

Estos dos límites no se dan al mismo tiempo. Primero estás haciendo el límite que corta las cosas infinitamente pequeñas, produciendo un número, y luego estás viendo lo que sucede con este número a medida que haces el intervalo más y más grande. Estas cosas suceden en un orden muy particular.

Para una descripción intuitiva, piénsalo así. Digamos que la integral comienza en $x=1$ . Entonces el límite exterior de sus ecuaciones dice que fijamos $M$ en algún valor finito. En este valor fijo, troceamos la función $f(x)$ en bloques, y hacemos esto hasta que obtengamos estos "bloques infinitamente pequeños". A continuación, tomamos nota del área final y aumentamos el valor de $M$ y reiniciar este procedimiento de bloqueo. La respuesta final es entonces el límite de este proceso como $M\rightarrow\infty$ .

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