高等數學筆記第五天
定積分:
定義:是函式f(x)在區間[a,b]上的積分和的極限;(定積分,與 不定積分 僅僅在數學上有一個計算關係(牛頓-萊布尼茨公式),其它一點關係都沒有!)。
(a,b)上的定積分: , ,其中,a稱為積分下限,b稱為 積分上限;ξi 稱為尼曼積;
它有這樣的一些屬性:
1.任意劃分區間; 2. 任意取點; 3.求和; 4.取極限;
其中的劃分的區間長度:定義為: λ, 則 有: λ=1/n;
注意: λ-> 0 ===> n->∞, n->∞ ===/=> λ-> 0; 因為n代表份數,當分的份數無窮多的時候,並不能保證分到區間無窮小。
物理意義:
1.曲邊梯形的面積; 2. 變速直線運動的路程;
幾何意義:
若 f(x) >0, 則為曲邊梯形的面積;
若f(x) <0, 則為曲邊梯形面積的負數;
若f(x) 有正有負,則為: A1-A2+A3
可積性:
1.在閉區間上連續的函式是可積的;
2.在閉區間上有界,且只有 有限個 間斷點的函式 是 可積的;
不可積性:
1.迪利克雷函式: d(x) = 1, x是有理數; =0,x 是無理數;
前n個數的平方和公式:
定積分與不定積分的唯一聯絡:
eg:
自我理解(僅供自己理解用,有可能是錯誤的):就冪函式而言, 一個函式具有無數個相差為常數的 不定積分函式,這些函式一定會有一些與x軸相交。任選一個不定積分函式,任取一點 x0,它的函式值 的絕對值 代表了長度資訊;長度的起始點必定為零點。 因此,不定積分的函式值 = 該方向上(正負代表方向) 最近的零點 到該點的 原函式的 定積分值。 也即: 該方向上(正負代表方向) 最近的零點 到該點的 原函式與 x的面積。
即: 若: F'(x) = f(x),且 當F(x) =0時,x= x1,x2,x3.... 則 F(a) = ,其中,φ為同方向上的前一個零點;
另外注意,不定積分函式中,常數項均可以視為0,則冪函式而言,若有定義,總存在F(0) =0; 對於其它基本初等函式,若不存在零點的,就以-無窮或正無窮代替。
定積分性質:
規定:
1.若f(x) ,g(x) 在[a,b]可積,則
2.若 f(x) 在 [a,b] 可積,則:
3.若 a<c<b, 則:
4. 以及:
5.若[a,b]上恆有: f(x) >= 0, 則
推論1: 若[a,b]上,f(x) <= g(x) ,則
推論2: | | <=
6.若f(x) ∈ [m,M] ,則 有 m(b-a) <= <= M(b-a)
7.若f(x) 在 [a,b]上連續,則 [a,b] 上 至少存在一點: ξ, 使得: = f( ξ)(b-a), 對 ξ在(a,b)也同樣成立; 積分中值定理。 f( ξ) =,稱為函式f(x) 的平均值;
微積分的基本公式:
1.函式的變上限函式(積分上限函式)及其導數:
1.定理一: 若f(x) 在[a,b] 連續,,則 Φ'(x) = f(x); t代表與x無關的表示式;
2.定理二: 若f(x) 在 [a,b]上連續,則 :
2.牛頓-萊布尼茨公式:
若F(x) 是連續函式 f(x) 在 [a,b]上的一個原函式,則
作用: 利用不定積分求定積分;
推論:
1.變下限函式:
推論:
定積分換元法:
假定 f(x) 在[a,b]上連續,x = φ(t),滿足: 1.φ(α) = a,φ(β) =b 2.φ(t) 在[α,β]上連續可導,且值域為:R =[a,b]
則有:
注意:
1.換元 同時 換限
2.只需將新變數t的上下限帶入即可,而不用像不定積分那樣反解出x;
3.不要求 x= φ(t)是單調的,因為不用回代。
對稱區間定理:
奇函式在對稱區間的定積分為零;
偶函式:
eg:
常見函式的換元技巧:
1.三角函式:
2.周期函式:
,即周期函式 的 定積分值,只與區間長度有關,與起始點無關;
定積分的分步積分公式:
或者
無窮積分:
它的步驟: 1.計算定積分; 2.求極限;
定積分在幾何上的應用:
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