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5.2 積分基本公式

在上一節中,我們總結了定積分的概念和性質,定積分的定義如下在這裡插入圖片描述
但是我就覺得吧,這個定義它看著都費勁,讓我用它計算去解決問題?你殺我吧。實在是因為用定義的方式計算定積分不是一件容易的事情。
所以本篇內容就來搞一個對於定積分計算來說至關重要的東西,積分基本公式

引入

還是先來一個例子
物體的運動規律的表示方法,
我可以使用S=S(t);則物體從a到c走過的路程就應該是S(c)-S(a)(避開b這個字母,省的你們懷疑我是個祖安人)
還可以使用v=v(t),路程可以用時間和速度來表示,則則物體從a到c走過的路程為在這裡插入圖片描述

通過以上的兩種表示方式,可以得出一個很有意思的結論,
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我們盯一下S和v的關係,一個是路程一個是速度,不難發現S’(t)=v(t),反應在影象上就是斜率嘛。那是不是可以猜想導數之間是存在這種關係的呢 ?很幸運的是,這個猜想是對滴。

不過這個結論的證明先放一放,一會再證,先來看一個東西

積分基本定理

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一組不定積分,一組定積分
問:兩組積分分別相等嗎?
答:第一組積分不相等,第二組積分相等。

先說第一組,第一組積分是不定積分,不定積分是用來尋找原函式的,也就是說不定積分的結果是一個函式,既然是函式,兩個變數都不一樣的函式怎麼會相等呢?而且在不定積分學習的時候,我們總結過一個東西叫換元積分法,在換元積分法的最後是要把積分變數換回來的,所以不定積分的積分變數是不可以替換的。
第二組是兩個定積分,不想打字了,上圖吧在這裡插入圖片描述
老生常談了,定積分的幾何意義是曲邊梯形的面積,這倆面積相等嗎?相等。為啥橫軸座標不一樣,函式表示的函式關係不一樣,橫軸就換一下唄。我說清楚了嗎?所以,定積分的積分變數,隨便換,耶穌都管不著,我說的。

從這裡我們也可以看出,一個定積分由積分限和函式關係確定,與積分變數無關。
再看一個東西
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積分1:普通定積分,表示式中的x可以隨意替換
積分2:由於其積分上限是x,它有個名字叫變限積分,這個屬於變上限積分,自然也有變下限積分,需要注意的是,表示式中的x,也就是f(x)dx中的兩個x是積分變數,可以替換,而表示式前的x,也就是左上角的x是積分上限,是不可以替換的。直觀點吧,上個圖在這裡插入圖片描述
積分3:這個積分的積分變數是t,但是它的表示式裡不止有t,還有x,這時這裡的x與前面的積分上限處的x是同一個值,此時表示式中的x是不能換的,t還是隨便換。

定理1
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例題

例1
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例2
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例3
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註解
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現在不太理解沒關係,我們等下從另一個角度解釋

牛頓-萊布尼茨(Newton-Leibniz)公式

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好了,我們現在可以從另一方面解釋上面的註解了在這裡插入圖片描述

例題

例1
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例2
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例3 積分中值定理的推廣
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微分中值定理的推廣說明,f(x)∈c[a,b],則在(a,b)內有一點c使得f(x)在a,b上的積分等於f©(b-a),這裡需要注意的是積分中值定理的推廣與積分中值定理的區別,首先積分中值定理是閉區間,推廣是開區間,其次,二者並不矛盾,積分中值定理推廣的開區間並不是說端點處a,b取不到,而是不考慮端點處的情況。

本篇完