積分上限的函數及其導數
設函數f(x)在區間[a,b]上連續,并且設x為[a,b]上的一點(diǎn).現在我們來(lái)考察f(x)在部分區間[a,x]上的定積分,我們知道f(x)在[a,x]上仍舊連續,因此此定積分存在。
如果上限x在區間[a,b]上任意變動(dòng),則對于每一個(gè)取定的x值,定積分有一個(gè)對應值,所以它在[a,b]上定義了一個(gè)函數,記作φ(x):
注意:為了明確起見(jiàn),我們改換了積分變量(定積分與積分變量的記法無(wú)關(guān))
定理(1):如果函數f(x)在區間[a,b]上連續,則積分上限的函數在[a,b]上具有導數,
并且它的導數是 (a≤x≤b)
(2):如果函數f(x)在區間[a,b]上連續,則函數就是f(x)在[a,b]上的一個(gè)原函數。
注意:定理(2)即肯定了連續函數的原函數是存在的,又初步揭示了積分學(xué)中的定積分與原函數之間的聯(lián)系。
牛頓--萊布尼茲公式
定理(3):如果函數F(x)是連續函數f(x)在區間[a,b]上的一個(gè)原函數,則
注意:此公式被稱(chēng)為牛頓-萊布尼茲公式,它進(jìn)一步揭示了定積分與原函數(不定積分)之間的聯(lián)系。
它表明:一個(gè)連續函數在區間[a,b]上的定積分等于它的任一個(gè)原函數再去見(jiàn)[a,b]上的增量。因此它就
給定積分提供了一個(gè)有效而簡(jiǎn)便的計算方法。
例題:求
解答:我們由牛頓-萊布尼茲公式得:
注意:通常也把牛頓--萊布尼茲公式稱(chēng)作微積分基本公式。
對應不定積分有初等函數解的,即可以積出來(lái)的,先積出原函數后就沒(méi)什么問(wèn)題。
對應不定積分無(wú)初等函數解的。要說(shuō)具體技巧多了,那只能就題論題,我只能說(shuō)說(shuō)思考方向。
1.考慮對稱(chēng)性,利用對稱(chēng)性抵消一部分,剩下一般為簡(jiǎn)單部分。
2.考慮區間的特殊性,利用換元構造方程。比如0到π/2,f(sinx)與f(cosx)的積分相等,就是換元t=π/2-x后得到的。
3.由定積分的性質(zhì)拆分區間構造方程。
4.轉化為二重積分,交換積分次序后,中間步驟可能會(huì )積出原函數。比如0到無(wú)窮,[e^(-2x)-e^(x)]/x的積分,可以轉化為∫[]0+,∞]dx∫[1,2]e^(-xy)/xdy,先對y積分,則e^(-xy)/x對y可以積出。
5.對于無(wú)窮或者半無(wú)窮區間的,一般可以用留數法、構造收斂因子、傅立葉變換、拉普拉斯變換等,這些相對比較難了。
6.對于特殊區間,經(jīng)過(guò)換元轉化為[0,1]上的積分,用冪級數展開(kāi),逐項積分,最后求級數收斂值。
我能想到的只有這么多了。
以上均為求精確解,一般區間對于積不出的情況,只有用數值分析近似求解了。
定積分是變量限定在一定的范圍內的積分,有范圍的.微積分包括微分和積分,積分和微分互為逆運算,積分又包括定積分和不定積分,不定積分是沒(méi)范圍的
眾所周知,微積分的兩大部分是微分與積分。一元函數情況下,求微分實(shí)際上是求一個(gè)已知函數的導函數,而求積分是求已知導函數的原函數。所以,微分與積分互為逆運算。
微積分(Calculus)是高等數學(xué)中研究函數的微分(Differentiation)、積分(Integration)以及有關(guān)概念和應用的數學(xué)分支。它是數學(xué)的一個(gè)基礎學(xué)科。內容主要包括極限、微分學(xué)、積分學(xué)及其應用。微分學(xué)包括求導數的運算,是一套關(guān)于變化率的理論。它使得函數、速度、加速度和曲線(xiàn)的斜率等均可用一套通用的符號進(jìn)行討論。積分學(xué),包括求積分的運算,為定義和計算面積、體積等提供一套通用的方法。
定積分包含于微積分
微積分包括:微分,積分
積分又包括:定積分,不定積分
不定積分是只有積分號,沒(méi)有積分上下限的那種積分
定積分是不但有積分號,還有積分上下限的那種積分
微分:設函數y=f(x)的自變量有一改變量△x,則函數的對應改變量△y的近似值f~(x)*△x叫做函數y的微分.(“~”表示導數)
記為 dy=f~(x)△x
可見(jiàn),微分的概念是在導數概念的基礎上得到的.
自變量的微分的等于自變量的改變量,則
將△x用dx代之,則微分寫(xiě)為dy=f~(x)dx
變形為:dy/dx=f~(x)
故導數又叫微商.
積分:它是微分學(xué)的逆問(wèn)題.函數f(x)的全體原函數叫做f(x)的或f(x)dx的不定積分.記作 ∫f(x)dx.
若F(x)是f(x)的原函數,則有
∫f(x)dx=F(x)+C C為任意常數,稱(chēng)為不定積分常數.
對于定積分,它的概念來(lái)源不同于不定積分.定積分檎是從極限方面來(lái).是從以“不變”代“變”,以“直”代“曲”求某個(gè)變化過(guò)程中無(wú)限多個(gè)微小量的和,最后取極限得到的.所以不定積分與定積分不是僅差一個(gè)常數的問(wèn)題,即使是在計算上僅差一常數,而且運算法則也基本相同.它們之間建立關(guān)系是通過(guò)“牛頓-萊布尼茲公式”.公式是
非曲直 ∫f(x)dx=F(b)-F(a) 積分下限a,上限b
求定積分:【-1,3】∫(4x-x2)dx
解:原式=(2x2-x3/3)【-1,3】=(18-9)-(2+1/3)=9-7/3=20/3
【注:∫(4x-x2)dx=∫4xdx-∫x2dx=4(x2/2)-x3/3=2x2-x3/3;然后將積分限代入即得,這不很簡(jiǎn)單嗎?】
【為什么要除以2和除以3呢?你沒(méi)學(xué)過(guò)不定積分吧?∫x?dx=x??1/(n+1);套這個(gè)公式啊!n=1時(shí)
n+1=1+1=2,故要除以2;n=2時(shí)n+1=2+1=3,故要除以3啊!】
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