Das bestimmte Integral war unter der Voraussetzung definiert, dass sowohl das Integrationsintervall, als auch die zu integrierende Funktionbeschränkt sind. Ist eine dieser Voraussetzungen nicht erfüllt, so verliert die Definition vorerst ihren Sinn. So sind Integrale wie 1∫∞x2dx erst einmal nicht definiert.
Ist I⊂R ein Intervall und f:I→R eine Funktion, so sei f über jedem Teilintervall von Iintegrierbar und es sei stets a,b∈R, α∈R∪{−∞} und β∈R∪{∞} mit α<β und a<b.
Definition uneigentliches Integral
Sei f:[a,β[→R (bzw. f:]α,b]→R) eine Funktion. Das uneigentliche Integrala∫βf(x)dx (bzw. α∫bf(x)dx) heißt konvergent falls der Grenzwertlimr→β−a∫rf(x)dx (bzw. limr→α+r∫bf(x)dx) existiert. In diesem Fall setzen wir:
0∫t1+x21dx=arctan(t)t→∞2π⇒0∫∞1+x21dx ist konvergent und =2π. Analog: −∞∫01+x21dx=2π.
Definition
Sei f:]α,β[→R eine Funktion. Das uneigentliche Integralα∫βf(x)dx heißt konvergent:⇔∃c∈]α,β[, sodass α∫cf(x)dx und c∫βf(x)dxkonvergent sind. In diesem Fall setzen wir:
α∫βf(x)dx:=α∫cf(x)dx+c∫βf(x)dx
Diese Definition hängt nicht von der Wahl von c ab.
Beispiel
−∞∫∞xdx ist divergiert, da für beliebiges c∈R das unbestimmte Integralc∫∞xdx divergiert. Achtung! Es ist jedoch limr→∞−r∫rxdx=0.
Sei α>0. Nach Beispiel 16QM weiter oben ist 0∫∞xα1divergent. Nach Beispiel 16QN weiter oben konvergiert −∞∫∞1+x21dx und ist gleich π.
Im großen Garten der Geometrie kann sich jeder nach seinem Geschmack einen Strauß pflücken.
David Hilbert
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