題目
Problem
一、單選題
- 當
x→∞limxe−x2∫ax2+bx+c∞tke−t2dt=3
。
請問下列哪個選項是正確的?
(A) k=3
(B) k=1
(C) a=1/6
(D) a<b
(E) c=3。
題目勘誤
官方原題:要求所給尾積分與 xe−x2 的比值極限等於 3。
實際上應為:逐一比較正、負無窮下限的 Gaussian 尾積分後,均不可能得到 3;其中正無窮分支的首項係數必為 1/2。原題條件互相矛盾,無從選出任何選項。
本頁保留官方原題,未替換原題條件。
解答
解法一
思路
展開
- 先比較指數衰減速度,判斷下限 L=ax2+bx+c 必須如何接近 x。
- 再以尾積分的分部積分首項比較冪次與常數,檢驗題設的 3 是否可能。
答題過程
展開
設 L=ax2+bx+c。當 L→∞ 時,對尾積分分部積分可得首項
∫L∞tke−t2dt∼21Lk−1e−L2.
先考慮 L→+∞。要使和 xe−x2 的比值為有限非零數,指數部分必須滿足 L2−x2→0,因而
a=0,b=1,c=0.
此時比值的首項為
xe−x221xk−1e−x2=21xk−2.
要有常數極限只能取 k=2,但極限是 21,不是 3。
另一個可能是 L→−∞。若 k 為偶數,積分趨向一個正的全 Gaussian 積分,除以 xe−x2 後發散;若 k=2m+1 為奇數,正負對稱抵消後的尾項量級為 ∣L∣2me−L2。即使要令 L2−x2→0,所得比值也只會在 m=0 時趨於 0,或在 m≥1 時發散,仍不可能是 3。
所以原題沒有任何參數組合滿足條件;特別地,不能因為矛盾前提而把 (D) 當作答案。