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108 台灣大學微積分(B) 第 6 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

108學年度 · 108台大微積分B · 第 6 題

題目

Problem

PART 1: Fill in the blanks.

  • Work need not be shown, only answers will be graded.

  • 4 points for each blank and 100 points total.

  • Each answer need to be clearly labeled on the answer sheet.

  • Use of any device with computer algebra system during the exam will result in zero points.

  1. The integral ∫0∞(tan⁡−1x)4xa dx\displaystyle\int_{0}^{\infty}\frac{(\tan^{-1}x)^4}{x^a}\,dx converges if and only if aa is in the interval (9)‾\underline{\quad(9)\quad}.

解答

解法一

思路

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瑕積分必須分別檢查 00 與無窮遠兩個端點的收斂條件。

答題過程

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在 x→0x\to0 時,tan⁡−1x∼x\tan^{-1}x\sim x,被積函數近似為 x4−ax^{4-a};故 00 附近收斂要求 4−a>−14-a>-1,即 a<5a<5。

在 x→∞x\to\infty 時,tan⁡−1x→π/2\tan^{-1}x\to\pi/2,被積函數與 x−ax^{-a} 同階;故無窮遠處收斂要求 a>1a>1。

綜合得 1<a<5\boxed{1<a<5}。