前面不定积分是求原函数,而今天的定积分是求和式极限,将两者关联起来的是牛顿-莱布尼兹公式。定积分常用于求平面图形的面积,变速直线运动路程和变力做的功。
第1节:定积分的概念和性质
- 定义:设函数f(x)在区间[a,b]上有定义,J∈R,若对任意ε>0 都存在σ>0,使得对[a,b]的任何分割T:a=x0<x1<x2<...<xn-1<xn=b,以及取任意介点值{ξi|xi-1≤ξi≤xi},只要||T||<σ,就有|Σ(f(ξi)Δxi)-J|<ε,那么就称f(x)在[a,b]上可积,区间称为积分区间,a,b分别称为积分下,上限。也有称为黎曼可积,黎曼积分,黎曼和。
- 可积的必要条件定理:f(x)在[a,b]上可积,则函数在该区间必有界
- 定积分线性性质定理,与不定积分很像:设f(x) ,g(x)在I上都在[a,b]上可积,α,β为两任意实常数,则αf(x) βg(x)在区间上也可积 且∫[αf(x) βg(x)]dx =α∫f(x)dx β∫g(x)dx |积分上限b,积分下限a
- 可积的充要条件定理:f(x)在[a,b]上可积 <==>对任意c∈(a,b),f(x)在[a,c]与[c,b]上都可积,此时有等式∫f(x) dx |a->b = ∫f(x) dx |a->c ∫f(x) dx |c->b。这个也叫积分区间的有限可加性
- 定理:满足可积条件下,|∫f(x) dx |a->b | = ∫|f(x)| dx |a->b ,即积分的绝对值 = 函数值的绝对值的积分
第2节:微积分基本定理 ,在这节内容,会感受到函数连续性的重要性
- 变上限定积分与变下限定积分,简单来说就是积分上限 或者下限 是变量 。型如,F(x)=∫f(t) dt |a->x ,x∈[a,b]
- 定理:若f(x)在[a,b]上可积,则其变上限积分所定义的函数F(x) 在[a,b]上连续。关联了可积与连续性
- 原函数存在定理:设f(x)在[a,b]上连续,则变上限定积分所定义的函数F(x)是f(x)在[a,b]上的原函数,即F`(x)=d*∫f(t) dt |a->x /dx = f(x) x∈[a,b]。 关联了原函数与连续性
- 推论:设f(x)在[a,b]上连续,则d*∫f(t) dt |x->b /dx = -f(x)。
- 连续函数的可导且复合函数是有意义的。即积分上限是一个关于x的函数
- 微积分基本定理-牛顿莱布尼兹公式:设f(x)在[a,b]上连续,F(x)是f(x)在[a,b]上的一原函数,即F`(x)=f(x),则∫f(x) dx |a->b = F(b)-F(a)
第3节:定积分的计算,主要讲常见的定积分计算的类型,没有太多理论性的东西。可以对比不定积分的计算
- 换元法定理:类比不定积分,不过此处条件为,函数f(x)在闭区间[a,b]连续
- 分部积分定理:同样类比不定积分的分部积分法,此处条件为u(x),v(x)都是在闭区间[a,b]有连续的导函数
第4节:讨论定积分存在的条件
- 布达和的概念,包括布达上和S,布达下和s。其实就是同一分割下,最大 与 最小 的积分和
- 上下和性质定理1:满足条件的同一分割下,上和是所有积分和的上确界,下和是所有积分和的下确界
- 上下和性质定理2:在分割T下增加分割点所得新分割T`,相比以前,下和递增,上和递减
- 上下和性质定理3:任意两分割组合成一个新分割,新上和不超过之前的任意一个分割的上和,新下和≥之前的任意一个分割的下和
- 上下和性质定理4:对任意两分割,总有下和不超过上和
- 布达定理:lim s(T)=s ||T||->0 ;lim S(T)=S ||T||->0
- 可积准则1:设f(x)在[a,b]上有界,则f(x)在[a,b] 可积<==> f(x)在[a,b]的上积分=下积分,即S=s
- 可积准则2:设f(x)在[a,b]上有界,则f(x)在[a,b] 可积<==>对任意ε>0,总存在一分割T,使得 S(T)-s(T)<ε
- 可积准则3:设f(x)在[a,b]上有界,则f(x)在[a,b] 可积<==>对任意正数ε,η,总存在一分割T,使得属于T的所有小区间中,对应于振幅wk`≥ε的那些小区间的总长ΣΔxk`<η
- 可积函数类1:在闭区间连续的函数可积
- 可积函数类2:在闭区间单调的函数可积
- 可积函数类3:在闭区间只有有限个间断点的有界函数可积
第5节:积分中值定理
- 积分第一中值定理:设f(x)在[a.b]上连续,则至少存在一点ξ∈(a,b),使得∫f(x) dx |a->b = f(ξ)(b-a)
- 推广的积分第一中值定理:设f(x)在[a.b]上连续,g(x)在[a.b]可积且不变号,则至少存在一点ξ∈[a,b],使得
- ∫f(x)g(x) dx |a->b = f(ξ)∫g(x)dx |a->b
- 积分第二中值定理:设f(x)在[a.b]上可积,g(x)在[a.b]上递增且g(x)≥0,则存ξ∈[a,b],使得
- ∫f(x)g(x) dx |a->b = g(b)∫f(x)dx |ξ->b
- 推广的积分第二中值定理:设f(x)在[a.b]上可积,g(x)在[a.b]单调函数,则存在ξ∈[a,b],使得
- ∫f(x)g(x) dx |a->b = g(a)∫f(x)dx |a->ξ g(b)∫f(x)dx |ξ->b