Hola Mariana. Efectivamente, que una integral diverja o que oscile son cosas diferentes (la diferencia es lo que decís: si ese límite da infinito o no existe). En este caso, el límite da infinito. Intuitivamente lo que pasa es que el te tira las cosas a infinto y el producto no te cambia ese comportamiento, porque en el peor de los casos eso vale . Formalmente, una forma de verlo es usar que , entonces y ese último término se va a .
Saludos