5 votos

¿Converge$\int_{0}^{\infty} \frac{dx}{\sqrt{x^3+x}}$?

Me gustaría su ayuda con la comprobación de si $\int_{0}^{\infty} \frac{dx}{\sqrt{x^3+x}}$ converge o no. Aquí están los pasos que me llevó a la conclusión de que la integral hace converger, pero no estoy realmente seguro.

En primer lugar, vio que yo no puede fácilmente calcular $\int \frac{dx}{\sqrt{x^3+x}}$, así que quería ver lo que pasa cuando x tiende a infinito. No es muy formal, pero puedo ver que el integral de "actos" como $\int_{0}^{\infty} \frac{dx}{\sqrt{x^3}}$, por lo que en la infinty es casi como $\int_{0}^{\infty} \frac{dx}{x^{3/2}}$ y ya está en el formato " $\int_{0}^{\infty}\frac{1}{x^p}$ donde $p>1$ llegué a la conclusión de que converge. (¿Es cierto? o no me debe separar a las dos integrales $\int_{0}^{a}\frac{1}{x^p}$ + $\int_{a}^{\infty}\frac{1}{x^p}$ y verificar tanto?).

¿Qué te parece? ¿cuál es la forma correcta para comprobar la convergencia de esta integral?

Muchas gracias!

7voto

Dan Walker Puntos 3466

Dado que el integrando tiene una singularidad en $x=0$, usted tiene que dividir la integral en dos, como $$ \int_{0}^{\infty }\frac{1}{\sqrt{x^{3}+x}}dx=\int_{0}^{b}\frac{1}{\sqrt{x^{3}+x}}dx+\int_{b}^{\infty }\frac{1}{\sqrt{x^{3}+x}}dx\qquad b>0. $$

Como para la primera integral el uso de la prueba de límite de

$$\lim_{x\rightarrow 0}\frac{\frac{1}{\sqrt{x^{3}+x}}}{\frac{1}{\sqrt{x}}} =\lim_{x\rightarrow 0}\frac{1}{\sqrt{x^{2}+1}}=1$$

a la conclusión de que la $\int_{0}^{b}\frac{1}{\sqrt{x^{3}+x}}dx$ es convergente, porque así es $\int_{0}^{b}\frac{1}{\sqrt{x}}dx$. La segunda integral es convergente por el argumento que has indicado.


Comentario: ¿Cómo elegir la función de $g(x)=x^{-1/2}$ a comparar con $$f(x)=\frac{1}{\sqrt{x^{3}+x}}=x^{-1/2}\frac{1}{\sqrt{1+x^{2}}}\ ?$$ The binomial series $\izquierda( 1+x\right) ^{\alpha }=\sum_{k=0}^{\infty }\binom{\alpha }{k}x^{k}$ yields for $\alpha =-1/2$

$$\frac{1}{\sqrt{1+x}}=1-\frac{1}{2}x+\frac{3}{8}x^{2}+\ldots .$$

Sustituyendo $x^{2}$$x$, obtenemos

$$\frac{1}{\sqrt{1+x^{2}}}=1-\frac{1}{2}x^{2}+\frac{3}{8}x^{4}+\ldots $$

En consecuencia,

$$f(x)=\frac{1}{\sqrt{x^{3}+x}}=x^{-1/2}-\frac{1}{2}x^{3/2}+\frac{3}{8} x^{7/2}+\ldots .$$

La función de $g(x)=x^{-1/2}$ es el primer término de esta expansión.

2voto

Adit Daftary Puntos 72

Debe separar en dos integrales, por ejemplo,$0$ a$1$ y$1$ a infinito, y ambos convergen y la integral converge. (de$0$ a$1$ la integral es de la misma clase de$1/ x^{0.5}$)

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X