6.3    习题课讲解
    
6.3.1    计算含参积分的导数
例 6.3.1 ( ) 
设,计算:
) 
设,计算:
    
 
解   
分别对积分下限、积分上限和被积函数求导可得
    
例 6.3.2 (讲义例5.5, ) 
已知
求。
) 
已知
求。
                                                                                               
                                                                                               
 
解   
代入上题的公式可得
因此
    
例 6.3.3 (例2, ) 
设连续,证明:
可微,并求它的导数。
) 
设连续,证明:
可微,并求它的导数。
    
 
证明  
记,证明思路为:
     
- 连续关于积分上限可微,关于可微可微、关于连续关于被积函数中的参数可微;
- 关于积分下限和被积函数的参数连续、关于连续连续(见例 2.3.23)关于积分上限可微。
因此可微,且有
     
                                                                                               
                                                                                               
例 6.3.4 (讲义题目5.3, ) 
设,求下列函数的导函数:
) 
设,求下列函数的导函数:
    
 
解   
由导数公式(先对积分限求导、再对被积函数求导)可得
    
6.3.2    计算含参积分
本小节内容以计算含参积分的方法为主,故略去对一致收敛性的讨论。
    
例 6.3.5 (习题课3·例12, ) 
计算以下积分:
) 
计算以下积分:
    
- 
(1) 
- 
,其中、。
 
- 
(2) 
- 
,其中。 
 
                                                                                               
                                                                                               
解   
(1) 令
显然,计算可得
故有
    (2) 令
注意到
故此积分不为瑕积分。显然,计算可得
故有
注   
若不限定,需要特别注意参数的取值范围,此时本题的答案为
    
例 6.3.6 (例3) 
计算:
    
 
解   
记
容易发现,对参数求导可得
积分可得
题目所求即为。                                                                                                                                   
                                                                                               
                                                                                               
    
例 6.3.7 (例4) 
计算:
    
 
解   
不妨设,记
容易发现,对参数求导可得
求导后的被积函数在上内闭一致收敛,故积分可得
此后需要证明
    
例 6.3.8 (例5, ) 
证明:
) 
证明:
    
 
                                                                                               
                                                                                               
证明  
注意到
当时,考虑复变函数,设,则
因此
结合为偶函数以及的连续性,可得对成立。                                                         
     
另证  
如不借助复变函数,可以注意到
也可以利用数学归纳法证明
且、,由带Lagrange余项的Taylor公式即可得到。                                                  
     
例 6.3.9 (讲义例5.9, ) 
已知,计算:
) 
已知,计算:
    
 
解   
任意给定,作变量替换,则
注意到
函数可以连续延拓到上,利用Dirichlet判别法可知关于参变量一致收敛,因此上式右端可以交换积分次序,于是得到
    
                                                                                               
                                                                                               
例 6.3.10 (讲义题目5.6, ) 
计算:
) 
计算:
    
 
解   
构造含参积分
显然,对参数求导可得
考虑分解
令可得;令可得
因此
积分可得
代入可解得
    
例 6.3.11 (讲义题目5.24, ) 
计算:
) 
计算:
    
 
解   
显然。设,对参数求导可得
利用待定系数法可得
因此
                                                                                               
                                                                                               
    
例 6.3.12 (讲义题目5.34, ) 
计算Laplace积分:
) 
计算Laplace积分:
    
 
解   
构造含参积分
显然,对参数求导可得
显然,继续对参数求导可得
由此可得微分方程
解得
另解  
令,注意到
函数在上半平面除去一级极点外处处解析,取为从到的逆时针半圆弧、围道为从到的直线与的拼接,由留数定理可得
令,注意到
故有
    
6.3.3    与含参积分有关的证明题
                                                                                               
                                                                                               
例 6.3.13 (例1, ) 
设在区间连续,讨论的连续性。
) 
设在区间连续,讨论的连续性。
    
 
解   
因为是奇函数,故我们只需要考虑的情况。当时,易知在上连续,从而在处连续。
    当时,易知。由的连续性可得,使得,于是
其中当时,记,则有
再令可得,即在处连续当且仅当。                                                                                                                       
另解  
也可以这么处理:
其中
因此
    
例 6.3.14 (讲义题目5.12, ) 
证明:
在上一致收敛。
) 
证明:
在上一致收敛。
    
 
解   
原积分可化为
                                                                                               
                                                                                               
由Weierstrass强函数判别法知原积分在上一致收敛。                                                                                                   
    
例 6.3.15 (讲义题目5.18, ) 
证明:
在上非一致收敛。
) 
证明:
在上非一致收敛。
    
 
解   
注意到
后项一致收敛,因为由Weierstrass判别法可知
前项不一致收敛,亦即使得,、使得
选择合适的满足以上条件,如、、、,则
综上所述,原含参积分在上非一致收敛。