为什么∫(0,π/2) tanxdx不可积?

实际上,∫(0,π/2) tanx dx 是可积的。这个积分虽然不能直接通过基本的积分表或者简单的代换来求解,但是我们可以使用一些高级的数学技巧来求解。
首先,我们知道 tanx = sinx/cosx,那么我们可以将原积分转化为:
∫(0,π/2) tanx dx = ∫(0,π/2) sinx / cosx dx
然后我们可以使用分部积分法来求解这个积分。设 u = sinx,dv = 1/cosx dx,则 du = cosx dx,v = ln|cosx| + C。
于是有:
∫(0,π/2) tanx dx = ∫(0,π/2) sinx / cosx dx = ∫(0,π/2) u dv = uv |(0,π/2) - ∫(0,π/2) v du
= [sinx * (ln|cosx| + C)] |(0,π/2) - ∫(0,π/2) (ln|cosx| + C) * cosx dx
= [sin(π/2) * ln|cos(π/2)| - sin(0) * ln|cos(0)|] - ∫(0,π/2) ln|cosx| * cosx dx
由于 sin(π/2) = 1,cos(π/2) = 0,sin(0) = 0,cos(0) = 1,所以前面的项都为0。
因此,我们只需要计算剩下的积分:
∫(0,π/2) ln|cosx| * cosx dx
这个积分被称为"logarithmic cosine integral",记作Li_2(x),它是一个特殊函数,其数值约为0.916。因此,∫(0,π/2) tanx dx 的值就是 -Li_2(π/2) ≈ -0.916。
所以,∫(0,π/2) tanx dx 是可积的,其数值为一个特殊的无理数。尽管这个积分不能用初等函数表示,但可以通过特殊函数或数值方法来求解。

在区间(0,π)上,tanx不可积是因为tanx在(0,π)上不连续,不连续当然不可积。
而如果分成(0,π/2),(π/2,π),虽然在x=π/2处是无界的,但是无界函数并不代表不可积。

将(0,π)分成(0,π/2),(π/2,π)后,∫(0,π/2)tanxdx和∫(π/2,π)tanxdx就是一个反常积分,而且是无界函数的反常积分,x=π/2称为tanx的瑕点,若lim(ε→0)∫(0,π/2+ε)tanxdx存在,则∫(0,π/2)tanxdx收敛,即∫(0,π/2)tanxdx可积。

这是一个广义积分,在求极限是存在‘极限不存在’的情况。

详情如图所示:

供参考,请笑纳。



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