上一次修改时间:2017-06-17 14:39:58

定积分

  1. 定义

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    λ→0和划分的小区间总数n→0的区别:n→0时,不能保证每个小区别的长度都趋于0,比如在划分区间时,让其中某一个小区间为定长区间,然后让剩下的空间划分趋于无穷大,此时,结果就有一个固定的误差值,从而得不到精确值;λ→0时则不存在此问题,可以得到精确值;

    备注:定积分的求和公式中,f(ε-i)为区间[x-(i-1),x]之间的任意一点,在上式(1)中,计算小矩形面积时,该面积的长为从f(ε-i)开始的直线;

  2. 定积分与不定积分的区别及关系

    定积分是一个实数,而不定积分则是一个函数集

    连续函数一定有原函数(或不定积分),且图片.png

  3. 定积分模型示例

    QQ图片20170615135430.png图片.png图片.png

    QQ图片20170615135813.png图片.png图片.png

  4. 定理

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    注:定理1和定理2为定积分存的充分条件,定积分存在的必要条件为函数有界;

  5. 定积分的几何意义

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  6. 由定积分的几何意义得到的一个有用的公式

    图片.png

    由其几何意义可得:

    图片.png

  7. 定积分的充分条件

    定积分没有简单的,有关可积性的充分必要条件;但有充分条件;

    1)在闭区间上连续的函数是可积的;

    图片.png

    2)在闭区间上有界,且只有有限个间断点的函数是可积的;如下图,该积分可以由三个曲边梯形的面积之和得到

    图片.png

    3)单调有界函数f(x)永远是可积的;

    图片.png

  8. 定积分的近似计算

    矩形法公式

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    梯形法公式

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    抛物线法

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    梯形法和抛物线法的几何图形(a为梯形法,b为抛物线法)

    QQ图片20160919154209.png

  9. 定积分的计算------牛顿-莱布尼茨公式

    如果函数f(x)在区间[a,b]上连续,关且存在原函数F(x),则图片.png

  10. 定积分计算数列的极限

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  11. 柯西-施瓦茨不等式

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  12.  定积分性质

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    性质6也叫积分估值定理,几何解释为图片.png,即定积分的区域包含了小矩形m(b-a)的面积,大矩形的面积M(b-a)包含了定积分的面积;

    QQ图片20160919161417.png

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    积分中值定理的几何解释图片.png

    积分区间内总存在某一点ε,使得以ε为高,ab为边长的矩形面积等于定积分的面积,即图形中的浅蓝色区域的面积等于曲边梯形abf(x)的面积;

    积分中值定理在开区间上,即ε∈(a,b)时也是成立的;

    推广:积分第一中值定理

    图片.png

    图片.png

  13. 定积分基本公式

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    不管函数f(x)是否连续,其积分上限函数总是连续的;

    QQ图片20160919172659.png

    牛顿-莱布尼茨公式

    QQ图片20160919172916.png

    (4)式也可以写成图片.png该公式揭示了定积分与不定积分(原函数)的联系,是微积分学中最重要的定理,被称为微积分基本定理;

    (4)式的其它写法:图片.png图片.png

    图片.png

    ※牛顿-莱布尼茨公式只能用于函数的连续区间;对于有间断点的函数和分段函数,可以采用分段积分的方法;

    求一个函数反函数的定积分时,如下图,可以用矩形OABC的面积减去原函数f(x)的定积分得到;

    图片.png

  14. 积分上(下)限函数的导数

    积分上限函数图片.png

    积分下限函数,因图片.png从而得到图片.png

    积分上限为函数时,积分上限函数的导数可以看成是一个复合函数图片.png

    因此有图片.png图片.png

    同理,下限时有图片.png

    上下限均为函数时,有图片.png;(备注:可以看成是上限和下限之和)

    示例:图片.png      图片.png

    图片.png图片.png图片.png

    下题在积分过程中,积分表达式中的x应视为常数!

    图片.png图片.png图片.png

    一般情形:图片.png在积分时,凡与积分变量t无关的乘积因子都视为常数,可以提到积分号前面;即公式里的g(x);

  15. 定积分的换元法

    QQ图片20161114140225.png

    QQ图片20161114140332.png

    QQ图片20161114140438.png

    QQ图片20161114140626.png

    换元公式时的注意事项:QQ图片20170616004505.png

    上面的换元法相当于不定积分的第二类换元法,当用第一类换元法求定积分时,积分的上限和下限不变

    积分上下限需改变的第二类换元法示例

    图片.png图片.png代入积分上限得 a=asint,从而得到新的积分上限为t=π/2,代入积分下限得0=asint,从而得到新的积分下限为t=0;图片.png,全部替换后得到图片.png

    有用的公式:图片.png     图片.png

    有用的公式:图片.png

    公式的几何解释:图片.png图片.png

    图片.png

    另一个重要的推论

    图片.png

    重要公式:

    图片.png

    图片.png图片.png

    图片.png     图片.png

    图片.png图片.png

    图片.png几何解释为图片.png,如下图

    QQ图片20170616205644.png

    图片.png

    QQ图片20170616225454.png

  16. 周期函数的定积分

    图片.png,则图片.png

    图片.png

  17. 积分上限函数和不定积分的奇偶性

    图片.png一定为偶函数

    图片.png一定为奇函数

    对于不定积分图片.png偶函数的原函数(不定积分)一般不是奇函数(只有当常数C为0时是奇函数,C不为0时是奇函数加偶函数,为非奇非偶函数);但奇函数的原函数(不定积分),则一定是偶函数(偶函数加偶函数还是偶函数);

  18. 定积分的分部积分

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  19. 反函数的定积分

    图片.png

    移项后的公式图片.png      图片.png

    更一般的情形:设函数f(x)在[a,b]上单调,则有图片.png

    图形为:图片.png

  20. 反常积分(广义积分)

    定积分的两个限制

    1)积分区间是有限的区间:[a,b];

    2)被积函数f(x)在区间[a,b]内是有界函数;

    取消这两个限制后,就得到两种反常积分;

    图片.png

    如果以上极限存在,则称反常积分收敛,其极限值为反常积分的积分值;如果以上极限不存在,则称反常积分发散

    如果到+∞和-∞的反常积分都存在,则有图片.png;到+∞和-∞的反常积分时,如果有一个发散,则总体发散;如果两个都收敛,则总体收敛;(※发散时,极限不一定是趋于无穷大的,极限不存在时也是发散的)

    QQ图片20161114162204.png

    QQ图片20161114162323.png

    QQ图片20161114162540.png

    QQ图片20161114162641.png

    一个重要的反常积分图片.png一般性推广:图片.png

    其它重要反常积分:

    图片.png

    图片.png图片.png

    图片.png

  21. 无界函数的反常积分

    图片.png图片.png,图形为:图片.png

    QQ图片20161114162913.png

    QQ图片20161114163045.png

    QQ图片20161114163131.png

    瑕积分两边都收敛时的图形为:图片.png

    瑕积分示例:图片.png注:和不定积分不同,当x→a时,该函数值趋向于无穷大,函数是发散的;

    该示例的另一种简便解法:图片.png,先求不定积分,再用牛顿-莱布尼茨公式求解;

    一些重要的无界函数的反常积分

    图片.png图片.png