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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:

     見高等數學下冊!