§4定积分的性质

a
a
a
证 记 J1
b
a f (x)dx, J2
b g( x)dx. 于是 0,
a
0, 当 T 时，i [xi1, xi ], i 1, 2, , n,
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n
f (i )Δ xi J1
i 1
,
2
n
g(i )Δ xi J2
i 1
.
2
从而
n
[ f (i ) g(i ) ]Δ xi (J1 J2 )
在 [a, b] 上也可积，且
b
k f (x)d x k
b
f (x)d x.
a
a
证 记 J
b
f (x)d x.
由 f 在 [a, b] 上可积, 故
a
0, 0, 当 T 时, 对一切 i [xi1, xi ],
n
f (i )Δ xi J
i 1
. k 1
从而
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n
也可积.
证 因 f , g 在 [a, b] 上可积，故在 [a,b] 上都有界,
即 M 0, x [a, b], f ( x) M , g( x) M .
0, 存在分割 T , 使
T
if Δxi
; 又存在分
2M
割 T ，使
T
ig Δxi
2M
.
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令T T T ( T 表示把 T 与 T 的所有分割点合
并而成的新分割 ), 则
fg i
sup
f ( x)g( x) f ( x)g( x)
x, x Δ i
sup g( x) f ( x) f ( x)
f ( x) g( x) g( x) x, x Δi
Mif Mig .
于是
fg i
xi
M
if xi M
ig xi
T
证(充分性) 若 f 在 [a, c] 与 [c, b] 上可积,则
0, [a, c] 与 [c, b] 上分割 T 与 T, 使得
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T
ixi
,
2
T
ixi
2
.
令 T T T, 它是 [a, b] 的一个分割,
ixi ixi ixi .
T
T
T
因此, f 在 [a, b] 上可积.
iΔxi iΔxi , iΔxi iΔxi .
T
T
因此，f 在 [a, c] 与 [c, b]上都可积.
若 f 在 [a, b] 上可积,由必要性证明,若分割 T 使点
c 为其中一个分点, 则 T 在 [a, c]的部分 T 构成
对 [a, c]的分割,在 [c,b]的部分 T 构成对 [c, b]的
i 1
n
n
f (i )Δxi J1 g(i )Δxi J2
i 1
i 1
.
22
因此，f ± g 在 [ a, b ] 上可积, 且
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b
b
b
a ( f ( x) g( x))dx a f ( x)dx a g( x)dx.
性质3 若 f , g 在 [a, b] 上可积，则 f g 在 [a, b] 上
可积,且
b
b
a f ( x) d x a f ( x) d x.
证 因为 f 在 [a, b] 上可积, 0, T , 使得
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i [ xi1, xi ],
f (i )Δxi J J .
T
因此
n
f (i )xi J J 0,
i 1
这与 f (i ) 0, Δxi 0 矛盾.
推论 若 f , g 在 [a, b] 上可积, 且 f ( x) g( x), x
[a, b], 则
b
b
f ( x)dx g( x)dx.
(必要性) 已知 f 在 [a, b ] 上可积, 则 0, T ,
使 iΔxi . 在T上加入分点 c 得到新的分割 T .
T
由§3习题第1题, 知道
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Δx
i
i
iΔxi .
T
T
分割 T 在 [a, c] 和 [c, b] 上的部分, 分别构成对
[a, c] 和 [c, b] 的分割,记为 T 和 T, 则
k f (i )Δ xi kJ k
i 1
k
n
f (i )Δ xi J
i 1
.
k 1
因此 kf
在 [a, b] 可积,
且
b
kf ( x)dx k
b
f ( x)dx.
a
a
性质2 若 f , g 在 [a, b] 上可积, 则 f g 在 [a, b] 上
可积, 且
b
b
b
( f ( x) g( x))dx f ( x)dx g( x)dx.
§4 定积分的性质
本节将讨论定积分的性质, 包括定积分 的线性性质、关于积分区间的可加性、积 分不等式与积分中值定理, 这些性质为定 积分研究和计算提供了新的工具.
一、定积分的性质 二、积分中值定理
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一、定积分的性质
性质1 若 f 在 [ a,b ] 上可积，k 为常数, 则 k f
a
b
b
f ( x)dx 0, 则对 a, b, c 的任何大小顺序, 恒有 a
b
c
b
a f ( x)dx a f ( x)dx c f ( x)dx.
性质5
若f 在 [a, b]上非负、可积, 则
b
f ( x) dx 0.
a
证 若 J b f ( x) dx 0. 对 J 0, 0, T , a
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分割 , 且 f (i )Δxi f (i )Δxi f (i )Δxi.
T
T
T
令 T 0, 则 T 0, T 0, 即得
b
c
b
a f ( x)dx a f ( x)dx c f ( x)dx.
注 若规定 a b 时
b
f ( x)dx
a f ( x)dx, a b 时
T
T
M if xi M igxi
T
T
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M M .
2M 2M
因此 f g 在 [ a, b] 上可积.
性质4 f 在[a, b]上可积的充要条件是:c (a, b),
f 在 [a, c] 与 [c, b] 上都可积. 此时且有
b
c
b
a f ( x)dx a f ( x)dx c f ( x)dx
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a
证 设 F ( x) g( x) f ( x) 0, x [a, b], 则
b
b
b
0 a F ( x)dx a g( x)dx a f ( x)dx,
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b
b
即
a f ( x)dx a g( x)dx.
性质6 若 f 在 [a, b] 上可积,则 | f |在 [a, b] 上也