牛顿-莱布尼茨公式的详细证明word版本

牛顿-莱布尼茨公式的

详细证明

牛顿—莱布尼茨公式

●前言

此证明主要是献给那些无论如何，竭斯底里都想知道自已手上这条无与伦比公式背后的秘密的高中生。

公式的证明首先是从定积分的基本性质和相关定理的证明开始，然后给出积分上限函数的定义，最后总揽全局，得出结论。证明过程会尽可能地保持严密，也许你会不太习惯，会觉得多佘，不过在一些条件上如函数f(x)，我们是默认可积的。

所有证明过程都是为后续的证明做铺掂的，都是从最低层最简单开始的，所以你绝对，注意，请注意，你是绝对能看懂的，对于寻求真理的人，你值得看懂！

(Ps：如果你不太有耐心，我建议你别看了，因为这只会让你吐出垃圾两个字)

●定积分性质的证明

首先给出定积分的定义：

设函数f(x)在区间[a,b]上连续，我们在区间[a,b]上插入n-1个点分成n个区间[a,x1],[x1,x2]…[x n,x n-1]，其中x0=a，x n=b，第i个小区间∆x i= x i-x i-1(i=1,2…n)。由它的几何意义，我们是用无数个小矩形的面积相加去模拟它的面积，因此任一个小矩形的面积可表示为∆S i=f(εi)∆x i ,为此定积分可以归结为一个和式的极

限即：

1

()lim()

n

b

a n

i

i i

f x dx f x

ε

→∞

=

=∆

∑

⎰

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性质1：证明⎰b

a

c dx = C(b-a)，其中C 为常数.

几何上这就是矩形的面积

性质2：F(x)和G(x)为函数z(x)的两个原函数，证明F(x)=G(x)+C,C 为常数.

设K(x)=F(x)-G(x) 定义域为K

即对任意的x ∈K,都存在一个以|x ∆|为半径的区间,使得K(x+x ∆)=K(x)

∴函数值在K 内处处相等，K(x)=C K(x)为一直线

即: F(x)-G(x)=C

性质3：如果f(x)≤g(x),则

设k(x)=f(x)-g(x),有k(x)≤0.

即 1021110()lim ()lim (...)lim ()()n b i i n n a n n i n n f x dx f x c x x x x x x c x x c b a ε-→∞→∞=→∞

=∆=-+-++-=-=-∑⎰0()()()

()()()()()

()()()lim 0x F x G x z x K x F x G x z x z x K x x K x K x x ∆→''=='''∴=-=-=+∆-'∴==∆Q ()()b b a a

f x dx

g x dx ≤⎰⎰1()lim ()0n b i i a n i k x dx k x ε→∞==∆≤∑⎰

Q ()[()()]()()0b b b b a a a a k x dx f x g x dx f x dx g x dx =-=-≤⎰

⎰⎰⎰()()b b a a f x dx g x dx ∴≤⎰⎰

相关定理的证明

介值定理：设f(x)在区间[a,b]上连续，当x∈[a,b],取m为f(x)的最小值,M 为f(x)的最大值,对于任意的一个介于m,M的数C,至少存在一点ε∈(a,b),有f(ε)=C

证明：

运用零点定理:

设f(x)在[a,b]上连续,若f(a)*f(b)<0,则至少存在一点ε∈(a,b),有f(ε)=0 设x1,x2∈[a,b],且x1

则：g(x1)=f(x1)-C<0 g(x2)=f(x2)-C>0

即: g(x1)*g(x2)<0 由零点定理得，至少存在一点ε∈(x1,x2),有

g(ε)=0= f(ε)-C => f(ε)=C

Ps: 在这里，零点定理在高中应该有介绍，很美妙的一个定理，在几何上有明显

的意义，通俗的理解是：有两个点，一个大于0（在x轴上方），一个小于0(在x轴下方)，要用一条连续的线把它连起来，那么势必至少会与x 轴有一个交点。严格的证明这里就不了，其实我也不太懂，有兴趣的可以上网查查.

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收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 积分中值定理: 若函数 f(x)在区间[a, b]上连续,，则在区间 [a, b]上至少

存在一个点ε∈(a,b),有

几何意义:曲线所围成的面积总有一个以积分区间为长的矩形面积与之相等

设f(x)在区间[a, b]的最大值为M ，最小值为m ，即：m ≤f(x)≤M

由介值定理：在区间 [a, b]上至少存在一个点ε∈(a,b)，有

积分上限函数(变上限的定积分)的定义

设函数f(x)在区间[a,b]上连续，则定积分 的值由区间[a,b]与 f(x)决定，与积分变量的记号x 无关，因此可以记为 而对于积分 ，当x ∈[a,b]时，都会有一个由积分 所确定的值与之对应，因此积分 是上限x 的函数.记为：

()()()b a

f x dx f b a ε=-⎰()()()()()b b b a a a b a b a mdx f x dx Mdx m b a f x dx M b a f x dx m M

b a ∴≤≤⇒

-≤≤-⇒≤≤-⎰⎰⎰⎰⎰()()b a f x dx f b a

ε=-⎰()b a f x dx

⎰()b a f t dt

⎰

()x a

f t dt ⎰()x a f t dt

⎰()x a

f t dt ⎰()()x

a

x f t dt ϕ=⎰