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定积分概念与性质Concept

第五章定积分

Chapter5DefiniteIntegrals

5.1定积分的概念和性质(ConceptofDefiniteIntegralanditsProperties)

一、定积分问题举例(ExamplesofDefiniteIntegral)

设在区间上非负、连续,由,,以及曲线所围成的图形称为曲边梯形,其中曲线弧称为曲边。

Letbecontinuousandnonnegativeontheclosedinterval.Thentheregionboundedbythegraphof,the-axis,theverticallines,andiscalledthetrapezoidwithcurvededge.

黎曼和的定义(DefinitionofRiemannSum)

设是定义在闭区间上的函数,是的任意一个分割,

其中是第个小区间的长度,是第个小区间的任意一点,那么和

称为黎曼和。

Letbedefinedontheclosedinterval,andletbeanarbitrarypartitionof,,whereisthewidthofthethsubinterval.Ifisanypointinthethsubinterval,thenthesum

,,

IscalledaRiemannsumforthepartition.

二、定积分的定义(DefinitionofDefiniteIntegral)

定义定积分(DefiniteIntegral)

设函数在区间上有界,在中任意插入若干个分点,把区间分成个小区间:

各个小区间的长度依次为,,…,。

在每个小区间上任取一点,作函数与小区间长度的乘积(),并作出和

记,如果不论对怎样分法,也不论在小区间上点怎样取法,只要当时,和总趋于确定的极限,这时我们称这个极限为函数在区间上的定积分(简称积分),记作,即

==,

其中叫做被积函数,叫做被积表达式,叫做积分变量,叫做积分下限,叫做积分上限,叫做积分区间。

Letbeafunctionthatisdefinedontheclosedinterval.Considerapartitionoftheintervalintosubinterval(notnecessarilyofequallength)bymeansofpointsandlet.Oneachsubinterval,pickanarbitrarypoint(whichmaybeanendpoint);wecallitasamplepointfortheithsubinterval.WecallthesumaRiemannsumforcorrespondingtothepartition.

Ifexists,wesayisintegrableon,where.Moreover,,calleddefiniteintegral(orRiemannIntegral)offromto,isgivenby

=.

Theequality=meansthat,correspondingtoeach>0,thereisasuchthat

Inthesymbol,iscalledthelowerlimitofintegral,theupperlimitofintegral,andtheintegralinterval.

定理1可积性定理(IntegrabilityTheorem)

设在区间上连续,则在上可积。

Theorem1Ifafunctioniscontinuousontheclosedinterval,itisintegrableon.

定理2可积性定理(IntegrabilityTheorem)

设在区间上有界,且只有有限个间断点,则在区间上可积。

Theorem2Ifisboundedonandifitiscontinuousthereexceptatafinitenumberofpoints,thenisintegrableon.

三.定积分的性质(PropertiesofDefiniteIntegrals)

两个特殊的定积分

(1)如果在点有意义,则;

(2)如果在上可积,则。

TwoSpecialDefiniteIntegrals

(1)Ifisdefinedat.Then.

(2)Ifisintegrableon.Then.

定积分的线性性(LinearityoftheDefiniteIntegral)

设函数和在上都可积,是常数,则和+都可积,并且

(1)=;

(2)=+;andconsequently,

(3)=-.

Supposethatandareintegrableonandisaconstant.Thenandareintegrable,and

(1)=;

(2)=+;andconsequently,

(3)=-.

性质3定积分对于积分区间的可加性(IntervalAdditivePropertyofDefiniteIntegrals)

设在区间上可积,且,和都是区间内的点,则不论,和的相对位置如何,都有=+。

Property3Ifisintegrableonthethreeclosedintervalsdeterminedby,,and,then

=+

nomatterwhattheorderof,,和.

性质4如果在区间上1,则==。

Property4If1foreveryin,then

==.

性质5如果在区间上,则。

Property5Ifisintegrableandnonnegativeontheclosedinterval,then

.

推论1。

2定积分的可比性(ComparisonPropertyforDefiniteIntegrals)

如果在区间上,,则

用通俗明了的话说,就是定积分保持不等号。

Corollary1,2Ifandisintegrableontheclosedinterval,andforallin.Then

and

Ininformalbutdescriptivelanguage,wesaythatthedefiniteintegralpreservesinequalities.

性质6积分的有界性(BoundednessPropertyforDefiniteIntegrals)

如果在上连续,且对任意的,都有,则。

Property6Ifiscontinuousonandforallin.Then

性质7积分中值定理(MeanValueTheoremforDefiniteIntegrals)

如果函数在闭区间上连续,则在积分区间上至少存在一点,使下式成立

=,

=

称为函数在区间上的平均值。

Property7Ifiscontinuouson,thereisatleastonenumberbetweenandsuchthat

=,

and

=

iscalledtheaveragevalueofon.

5.2微积分基本定理(FundamentalTheoremofCalculus)

一.积分上限的函数及其导数(AccumulationFunctionandItsDerivative)

定理1微积分基本定理(FundamentalTheoremofCalculus)

如果函数在区间上连续,则积分上限函数=在上可导,并且它的导数是

==.

Theorem1Letbecontinuousontheclosedintervalandletbea(variable)pointin.Then=isdifferentiableon,and=.

定理2原函数存在定理(TheExistenceTheoremofAntiderivative)

如果函数在区间上连续,则函数=就是在上的一个原函数.

Theorem2Ifiscontinuousontheclosedinterval,then=isanantiderivativeofon.

二.牛顿-莱布尼茨公式(Newton-LeibnizFormula)

定理3微积分第一基本定理(firstFundamentalTheoremofCalculus)

如果函数是连续函数在区间上的一个原函数,

=

称上面的公式为牛顿-莱布尼茨公式.

Theorem3Letbecontinuous(henceintegrable)on,andletbeanyantiderivativeofon.Then

=

whichiscalledtheNewton-LeibnizFormula.

5.3定积分的换元法和分部积分法(integrationbySubstitutionandDefiniteIntgralsbyParts)

一.定积分的换元法(SubstitutionRuleforDefiniteIntegrals)

二.定理定积分的换元法(SubstitutionRuleforDefiniteIntegrals)

假设函数在区间上连续,函数满足条件

(1),;

(2)在(或)上具有连续导数,且其值域,则有

=,

上面的公式叫做定积分的换元公式.

TheoremLethaveacontinuousderivativeon(or),andletbecontinuouson.If,andtherangeofisasubsetof.Then

=,

whichiscalledthesubstitutionrulefordefiniteintegrals.

二.定积分的分部积分法(DefiniteIntegrationbyParts)

根据不定积分的分部积分法,有

简写为

=

=.

Accordingtotheindefiniteintegrationbyparts,

=

=

=

Forsimplicity,

=

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