ปริพันธ์ไม่ตรงแบบ คือการหาปริพันธ์ที่มีเงื่อนไขพิเศษแตกต่างจากปริพันธ์ปกติ โดยทั่วไปแล้ว ปริพันธ์ไม่ตรงแบบจะเกี่ยวข้องกับการหาพื้นที่ใต้กราฟที่ขยายออกไปไม่มีที่สิ้นสุด หรือมีจุดที่ฟังก์ชันไม่ต่อเนื่องอยู่ภายในช่วงการอินทิเกรต
เหตุผลที่ต้องใช้ปริพันธ์ไม่ตรงแบบ
ช่วงการอินทิเกรตไม่จำกัด เช่น การหาพื้นที่ใต้กราฟของฟังก์ชันตั้งแต่ x = a ไปจนถึงอนันต์
ฟังก์ชันไม่ต่อเนื่องภายในช่วง เช่น ฟังก์ชันที่มีส่วนที่เป็น 1/x เมื่อ x เข้าใกล้ 0
วิธีการหาปริพันธ์ไม่ตรงแบบ
มี 2 วิธีหลักในการหาปริพันธ์ไม่ตรงแบบ ได้แก่
เปลี่ยนเป็นลิมิต เปลี่ยนขอบเขตการอินทิเกรตให้เป็นค่าคงที่ แล้วหาลิมิตเมื่อค่าคงที่นั้นเข้าใกล้ค่าที่ต้องการ เช่น
∫[a, ∞) f(x) dx = lim[b→∞] ∫[a, b] f(x) dx
แบ่งช่วงการอินทิเกรต หากฟังก์ชันไม่ต่อเนื่องที่จุด c ภายในช่วง [a, b] จะแบ่งช่วงการอินทิเกรตออกเป็นสองส่วน แล้วหาลิมิตของแต่ละส่วน เช่น
∫[a, b] f(x) dx = lim[t→c-] ∫[a, t] f(x) dx + lim[t→c+] ∫[t, b] f(x) dx
ตัวอย่างในการหาค่าปริพันธ์ไม่ตรงแบบมีดังนี้
ตัวอย่าง 1 ช่วงการอินทิเกรตไม่จำกัด
∫[1, ∞) (1/x²) dx = lim[b→∞] ∫[1, b] (1/x²) dx = 1
ตัวอย่าง 2 ฟังก์ชันไม่ต่อเนื่องภายในช่วง
∫[0, 1] (1/√x) dx = lim[t→0+] ∫[t, 1] (1/√x) dx = 2
การประยุกต์ใช้
ปริพันธ์ไม่ตรงแบบมีประโยชน์ในการแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ เช่น
ฟิสิกส์ การคำนวณงานที่ต้องใช้ในการเคลื่อนย้ายวัตถุที่มีมวลไม่จำกัด
สถิติ การหาค่าคาดหวังของตัวแปรสุ่มบางชนิด
วิศวกรรม การวิเคราะห์ระบบที่มีพฤติกรรมไม่เสถียร
การหาปริพันธ์ไม่ตรงแบบอาจต้องใช้เทคนิคการอินทิเกรตที่ซับซ้อนกว่าปริพันธ์ปกติ และ จำเป็นต้องเรียนรู้พื้นฐานการหาค่าลิมิตและอนุพันธ์กับปริพันธ์จำกัดเขต และ ปริพันธ์แบบไม่จำกัดเขตให้เกิดความเข้าใจอย่างถ่องแท้เสียก่อน ถึงจะสามารถใช้งานปริพันธ์ไม่ตรงแบบนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ปริพันธ์ไม่ตรงแบบ (Improper Integral)
เหตุผลที่ต้องใช้ปริพันธ์ไม่ตรงแบบ
ช่วงการอินทิเกรตไม่จำกัด เช่น การหาพื้นที่ใต้กราฟของฟังก์ชันตั้งแต่ x = a ไปจนถึงอนันต์
ฟังก์ชันไม่ต่อเนื่องภายในช่วง เช่น ฟังก์ชันที่มีส่วนที่เป็น 1/x เมื่อ x เข้าใกล้ 0
วิธีการหาปริพันธ์ไม่ตรงแบบ
มี 2 วิธีหลักในการหาปริพันธ์ไม่ตรงแบบ ได้แก่
เปลี่ยนเป็นลิมิต เปลี่ยนขอบเขตการอินทิเกรตให้เป็นค่าคงที่ แล้วหาลิมิตเมื่อค่าคงที่นั้นเข้าใกล้ค่าที่ต้องการ เช่น
∫[a, ∞) f(x) dx = lim[b→∞] ∫[a, b] f(x) dx
แบ่งช่วงการอินทิเกรต หากฟังก์ชันไม่ต่อเนื่องที่จุด c ภายในช่วง [a, b] จะแบ่งช่วงการอินทิเกรตออกเป็นสองส่วน แล้วหาลิมิตของแต่ละส่วน เช่น
∫[a, b] f(x) dx = lim[t→c-] ∫[a, t] f(x) dx + lim[t→c+] ∫[t, b] f(x) dx
ตัวอย่างในการหาค่าปริพันธ์ไม่ตรงแบบมีดังนี้
ตัวอย่าง 1 ช่วงการอินทิเกรตไม่จำกัด
∫[1, ∞) (1/x²) dx = lim[b→∞] ∫[1, b] (1/x²) dx = 1
ตัวอย่าง 2 ฟังก์ชันไม่ต่อเนื่องภายในช่วง
∫[0, 1] (1/√x) dx = lim[t→0+] ∫[t, 1] (1/√x) dx = 2
การประยุกต์ใช้
ปริพันธ์ไม่ตรงแบบมีประโยชน์ในการแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ เช่น
ฟิสิกส์ การคำนวณงานที่ต้องใช้ในการเคลื่อนย้ายวัตถุที่มีมวลไม่จำกัด
สถิติ การหาค่าคาดหวังของตัวแปรสุ่มบางชนิด
วิศวกรรม การวิเคราะห์ระบบที่มีพฤติกรรมไม่เสถียร
การหาปริพันธ์ไม่ตรงแบบอาจต้องใช้เทคนิคการอินทิเกรตที่ซับซ้อนกว่าปริพันธ์ปกติ และ จำเป็นต้องเรียนรู้พื้นฐานการหาค่าลิมิตและอนุพันธ์กับปริพันธ์จำกัดเขต และ ปริพันธ์แบบไม่จำกัดเขตให้เกิดความเข้าใจอย่างถ่องแท้เสียก่อน ถึงจะสามารถใช้งานปริพันธ์ไม่ตรงแบบนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ