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高等数学第五章

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定积分


IP属地:山东来自Android客户端1楼2023-03-30 19:14回复
    第一节:定积分的概念与性质
    首先我们在坐标轴上作一条曲线,在曲线上取左右两个点a,b当端点,由两个端点作x轴上的垂线,有两条垂线与x轴和曲线所构成曲边梯形,当我求曲边梯形的面积时,我们可以选择把区间[a,b]分成很多小区间,然后用每个小区间中任意一点在曲线上的函数值f(x)作高,求出这个小区间与高构成的矩形的面积,我们把所有小区间的面积加起来,约等于曲边梯形的面积,当划分的小区间的数量越多,结果就越精确,这一过程就可被称为求定积分。
    下面给出定积分的准确定义:设函数在[a,b]上有界,在其中插入若干个分点,把区间分成n份,每个区间的长度为Δx,在每个区间内任取一点k,求出f(k),那么f(k)*Δx就是这个小区间的面积,设每个小区间的和为S,当Δx趋近于0时,S总存在,且与区间a,b的分发和k的取法无关,那么我们称S的极限为f(x)在[a,b]上的定积分(简称积分),记作∫ᵇₐf(x)dx。注意定积分简称为积分,而不定积分不是。a叫作积分下限,b叫作积分上限,[a,b]为积分区间,f(x)为被积函数,f(x)dx为被积表达式。
    如果f(x)在[a,b]上的定积分存在,那么就说f(x)在[a,b]上可积。
    下面给出两个可积的充分条件:如果f(x)在[a,b]上连续,那么f(x)在该区间上可积;如果f(x)在该区间上有界,且只有有限个间断点,那么f(x)在该区间上可积。
    定积分的性质,如图所示,因为公式有些难打,就直接找了百度百科的性质,与同济数学无偏差。


    IP属地:山东来自Android客户端10楼2023-04-01 17:56
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      第二节:微积分基本公式
      ①如果函数f(x)在[a,b]上连续,那么积分上限的函数在[a,b]上可导,并且它的导数k'(x)=d(∫ˣₐf(t)dt)/dx=f(x),(a≤x≤b),这个定理表明连续函数f(x)取变上限x的定积分后求导,结果还原为f(x)本身,我们可以知道k(x)是连续函数f(x)的一个原函数。
      ②如果函数在[a,b]上连续 那么函数k(x)=∫ˣₐf(t)dt就是f(x)在[a,b]上的一个原函数。
      ③微积分基本定理:如果函数F(x)是连续函数f(x)在[a,b]上的一个原函数,那么∫ᵇₐf(x)dx=F(b)-F(a),此公式为牛顿-莱布尼兹公式,也叫微积分基本公式。这里注意,F(x)必须是f(x)在区间[a,b]上的原函数,函数在不同的区间原函数可能不同。


      IP属地:山东来自Android客户端11楼2023-04-01 19:06
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        第三节:定积分的换元法与分部积分法
        ①假设f(x)在[a,b]上连续,函数x=k(t)满足以下条件,k(a)=A,k(b)=B,k(t)在[a,b]上具有连续导数,且其值域等于[A,B],那么∫ᵇₐf(x)dx=fᴮᴀf(k(t))*k'(t)dt,这个公式称为定积分的换元公式。本公司也可以反过来用,如设成t=k(x)
        ②若f(x)在[-a,a]上连续且为偶函数,那么∫ᵃ₋ₐf(x)dx=2∫ᵃ₀f(x)dx;如果f(x)在[-a,a]上连续且为奇函数,那么∫ᵃ₋ₐf(x)dx=0
        ③定理3见图所示
        ④定理4如图
        分部积分法:∫ᵇₐu(x)v'(x)dx=[u(x)v(x)]ᵇₐ-∫ᵇₐv(x)u'(x)dx



        IP属地:山东来自Android客户端13楼2023-04-01 19:27
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          第四节:反常积分
          ①无穷限的反常积分:设t>a,且t→+∞,则公式∫ᵗₐf(x)dx称为其在无穷期间[a,+∞)上的反常函数,如果f(x)在[a,+∞)上连续,且极限∫ᵗₐf(x)dx存在,那么称这个反常积分收敛,且该极限称为这个反常积分的值;否则为发散。此定义对于(-∞,a]上也同理。如果函数f(x)在(-∞,+∞)上连续,那么可以把反常积分拆成(-∞,0),(0,+∞)两部分来判断,如果极限存在,那么收敛,否则发散。
          ②无界函数的反常积分:如果函数f(x)在a的任一邻域内都无界,那么点a称为函数f(x)的瑕点,也称无界间断点,无界函数的反常积分又称为瑕积分。设函数在(a,b]上连续,a为瑕点,如果极限存在,那么称这个反常积分收敛,并称极限为该反常积分的值;否则称此函数发散。如果区间为[a,b),b为瑕点也是同理。如果函数在区间[a,c)与(c,b]上连续,点c为函数瑕点,如果函数在两个区间上均收敛,那么称反常积分在[a,b]上收敛,且反常积分的极限等于函数在两个区间上的和;否则称该反常积分发散。


          IP属地:山东来自Android客户端14楼2023-04-01 19:55
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            第五节:反常积分的审敛法 Γ函数
            无穷限反常积分的审敛法:
            ①设函数f(x)在区间[a,+∞)上连续,且f(x)≥0,如果∫ˣₐf(t)dt在[a,+∞)上有界,则它的反常积分收敛。
            ②比较审敛原理:设函数f(x)与g(x)都在[a,+∞)上连续,如果0≤f(x)≤g(x),且g(x)的反常积分收敛,那么f(x)的反常积分也收敛;如果0≤g(x)≤f(x),且g(x)的反常积分发散,那么f(x)的反常积分也发散。
            ③比较审敛法1:设函数f(x)在[a,+∞)上连续,a>0,且f(x)≥0,如果存在常数M,使f(x)≤M/xᵖ,那么f(x)的反常积分收敛;如果N>0,使得f(x)≥N/x,那么f(x)的反常积分发散。
            ④极限审敛法1:设函数f(x)在[a,+∞)上连续,且f(x)≥0,如果存在常数p>1,使x→+∞时xᵖ*f(x)=c<+∞,那么该函数的反常积分收敛:如果x→+∞时x*f(x)=d>0,那么反常积分发散。
            ⑤设函数f(x)在[a,+∞)上连续,如果|f(x)|的反常积分收敛,那么f(x)的反常积分也收敛。也可简单地记为绝对收敛的反常积分必定收敛。
            无界函数的反常积分的审敛法:
            ①比较审敛法2:设函数f(x)在(a,b]上连续,f(x)≥0,x=a为f(x)的瑕点,如果存在常数M>0及p<1,使得f(x)≤M/(x-a)ᵖ,那么f(x)的反常积分收敛;如果存在常数N>0,使得f(x)≥N/(x-a),那么反常积分发散。
            ②极限审敛法2:设函数f(x)在(a,b]上连续,f(x)≥0,x=a为f(x)的瑕点,如果存在常数0<p<1,使得x→a⁺时,(x-a)ᵖ*f(x)存在,那么f(x)的反常积分收敛,如果x→a⁺时,(x-a)*f(x)=d>0,那么f(x)的反常积分发散。
            Γ函数:
            性质如图所示。


            IP属地:山东来自Android客户端15楼2023-04-02 19:54
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