題目
Problem
(6) (10 pts) Evaluate the improper integral
∫0∞(1+x2)2xtan−1xdx
if it exists. Here tan−1x=arctanx.
解答
解法一
先把瑕積分寫成上限為 b 的定積分,對其作分部積分。取
u=arctanx,dv=(1+x2)2xdx,
則
du=1+x21dx,qquadv=−2(1+x2)1.
所以
∫0b(1+x2)2xarctanxdx=−2(1+x2)arctanx0b+21∫0b(1+x2)21dx.
令 b→∞ 時邊界項趨近 0;又
∫0∞(1+x2)21dx=4π.
因此原瑕積分收斂,且其值為
8π.