定积分是微积分的重要概念。德国数学家黎曼首先给予严格表述,故又称“黎曼积分”。
定积分
是一个和式的极限:把区间[a,b]分成n个小区间
,…,
,…,
,然后在每个小区间
上任取一点
,作和式
;令
,如果当
时,如果和式的极限
存在,则称这个极限值为函数
上的定积分。
即
,因此任何能写成上述和式极限的式子都能用定积分来表示。关键是确定被积函数
以及积分变量x。
定积分
的几何意义为:它是介于x轴,函数
的图形及两条直线x=a,x=b之间的各部分面积的代数和。若曲线
与直线x=a,x=b,y=0,所围成的曲边梯形的面积为A,则
1.用定积分定义计算定积分
步骤:(1)分割;(2)近似代替;(3)求和;(4)取极限
2.比较定积分大小
因此,关键是比较被积函数的大小。
3.估计定积分的值
根据性质:如果m和M分别是
在区间[a,b]上,上最小值和最大值,则
。因此,关键是找出被积函数在积分区间的最小值和最大值。
性质1 函数的和(差)的定积分等于它们的定积分的和(差)。即
性质2 被积函数的常数因子可以提到积分符号外。即
(k为常数)
性质3 定积分的区间可加性
若函数
在[a,b]连续,且F(x)为
在区间[a,b]的原函数,则
由微分中值定理:
,使得
几何意义:
设
在[a,b]上连续。存在一点
,使曲边梯形的面积
与矩形面积
相等。
由积分第一中值定理:若
在[a,b]上连续,则
在[a,b]可取到其在[a,b]的平均值。
定积分的换元法
设函数f(x)在区间[a,b]上连续;函数g(t)在区间[m,n]上是单值的且有连续导数;当t在区间[m,n]上变化时,x=g(t)的值在[a,b]上变化,且g(m)=a,g(n)=b;则有定积分的换元公式:
定积分的分部积分法
设u(x)、v(x)在区间[a,b]上具有连续导数u'(x)、v'(x),则有(uv)'=u'v+uv',分别求此等式两端在[a,b]上的定积分,并移向得:
上式即为定积分的分部积分公式。
在一些实际问题中,常遇到积分区间为无穷区间,或者被积函数在积分区间上具有无穷间断点的积分,它们已不属于定积分了。为此对定积分加以推广,也就是———广义积分。
一:积分区间为无穷区间的广义积分
设函数f(x)在区间[a,+∞)上连续,取b>a.如果极限
存在,则此极限叫做函数f(x)在无穷区间[a,+∞)上的广义积分,记作:
即:
=
。
此时也就是说广义积分
收敛。如果上述即先不存在,则说广义积分
发散,此时虽然用同样的记号,但它已不表示数值了。
类似地,设函数f(x)在区间(-∞,b]上连续,取a<b.如果极限
存在,
则此极限叫做函数f(x)在无穷区间(-∞,b]上的广义积分,记作:
即:
=
。
此时也就是说广义积分
收敛。如果上述极限不存在,就说广义积分
发散。
如果广义积分
和
都收敛,则称上述两广义积分之和为函数f(x)在无穷区间(-∞,+∞)上的广义积分,记作:
即:
=
。
述广义积分统称积分区间为无穷的广义积分。
二:积分区间有无穷间断点的广义积分
设函数f(x)在(a,b]上连续,而
.取ε>0,如果极限
存在,则极限叫做函数f(x)在(a,b]上的广义积分,仍然记作:
即:
=
,这时也说广义积分
收敛。如果上述极限不存在,就说广义积分
发散。类似地,设f(x)在[a,b)上连续,而
。取ε>0,如果极限
存在,则定义
=
;否则就说广义积分
发散。
又,设f(x)在[a,b]上除点c(a<c<b)外连续,而
,如果两个广义积分
和
都收敛,则定义:
=
+
。否则就说广义积分
发散。
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