变限积分确定的函数的性质及其应用
高等数学课程教学改革中变限积分函数的性质证明及其应用
高等数学课程教学改革中变限积分函数的性质证明及
其应用
变限积分是一种改革高等数学课程的重要方式。
本文将从变限积分的性质证明及其应用分析两个方面对其进行深入探索。
一、变限积分的性质证明
1、变限积分的相似性：变限积分是一种可以用来表示一维复分被定积分的通解运算，由不同区间上函数f（x）的积分求解得出，可以相互改变积分的上下限，因此可以证明出变限积分具有无穷近似性和交换性质。
2、变限积分的可分解性：变限积分可以拆解为不同区间上的积分，引入了不同区间的思想，可以更好的来处理变限积分的问题，从而提出了可分解性的性质证明。
3、变限积分的替换性：变限积分表达式中的变量可以进行替换，因此可以引申出一个简单的替换性的性质证明。
二、变限积分的应用
1、决策期权定价：变限积分可以用来估算期权定价，可以用变限积分来代表所有可能出现在不同时刻点的期权价格，从而更准确的推算出期权最佳定价。
2、利率风险总结：变限积分可以用来描述不同时刻面对的利率风险，可以更加的清晰的表达不同时间点收取的不同利率，同时可以更准确的总结出利率风险的总和。
3、利率期权定价：变限积分可以用来进行利率期权定价，利率期权是一种将未来的利率风险转换成投资机会的一种交易工具，变限积分可以更准确的表示未来可能利率，从而对未来利率期权定价有重要的应用。
综上所述，变限积分是高等数学中一个重要的内容，在改革数学课程中被广泛运用。
经过上面的分析，可以得出变限积分的性质证明及其在实际应用中的重要性。
关于变上限积分所确定的复合函数的若干性质与应用的探讨
即复合 函数 Ｆ ｘ ＝ ’ （ ｄ 在 【，】 有界 。 （） ¨ ｆ ｔ ｔ 口６上 ） 定理 ４（ 偶性 ） 设 在 【厶Ｌ 【，］ ，函数 ｆ（） 奇 一 】 口ｂ上 ｘ 和 （） 均连续 ，则
（ ） （） １ 当 ｘ 为偶函数时，复合函数 Ｆ ｘ ： ’ （ ｄ 也为卜厶 上的偶函数。 （） ｆ ｔ ｔ ）
证明 因为ｆ ｘ 在 【， 连续，因此它在 【， 上必有界 ，即存在 Ｍ， ０，对于任意的 ∈ 口ｂ ，恒有 （） 口ｂ 】 口ｂ 】 ＞ 【， 】 ｌ ｘ Ｍ。 ｆ（） ；而 由函数 （） 界知 ，必存在 Ｍ： 有 ＞０，使得 对于任意 的 Ｘ∈ 口ｂ ，恒有 ｌ ｘ ｌＭ ： 【，】 （） ＜ 。所 以 ， 若取Ｍ ＝Ｍ。 ＋ １，则对于任意的 【 Ｉ ］ ａ ∈口ｂ ，南积分中值定理及 角不等式可得 ［， 】
１ 定理 及其证 明
定理 １（ 调性 ） 设 函数 ｆ ｘ 在 ［，】 单 （） 口ｂ上非 负 、连续 ，且 （） 【，】 单调增 加 （ 在 口ｂ上 或减 少 ） ，则复 合 甬数 Ｆｘ ＝ ’ ｔ ｔ 【，】 （） ｆ（ｄ 在 口ｂ 上单调增 加 （ ） 减少 ） 。 证明 这里 只证单 调增加 的情形 ，单调 减少 的情形 与此类似 。
Ｆ ｘ ＝ ’（）ｔ （） ｆ ｔ 的最 ｄ Ｅ ｄ ｑ 周期 小 于或等于 （） 的最小 正周期 。 定理 ３（ 有界性 ） 设 在 ［，】 ，函数 ｆｘ 连续 ，函数 （） 口６上 （） 有界 ，则 复合 甬数 Ｆ（） 杠ｆ ｔ ｔ ｘ ＝ ’ （ ｄ 也在 ）
【，］ ｂ 上有界 。 ．
文章 编 号 ：１０ — ８ Ｘ２ １）１ ０８ — ４ ０７ ９４ （０００ — ０ １ ０
在目 前流行的高等数学教材 及公开发行的杂志 中， 对积分上限函 （ ： ｆｔｔ 数 ￣ （ｄ的性质与应用 ） ）
变限函数定积分
变限函数定积分摘要：1.变限函数定积分的概念及意义2.变限函数定积分的计算方法3.变限函数定积分的应用场景4.变限函数定积分与其他积分形式的联系与区别5.提高变限函数定积分计算效率的方法正文：一、变限函数定积分的概念及意义变限函数定积分是一种数学积分形式，它主要用于计算在某一区间上，一个变限函数与另一个基函数的积分。
所谓变限函数，指的是在一个区间内，自变量与因变量之间的关系是变化的函数。
变限函数定积分的概念源于实际问题中的求解，它可以更直观地反映函数在某一区间上的性质，具有较强的实用性。
二、变限函数定积分的计算方法1.梯形公式法：利用梯形公式将变限函数转化为定积分，进而求解。
2.辛普森公式法：利用辛普森公式将变限函数转化为定积分，进而求解。
3.数值积分法：通过数值方法对变限函数进行积分，例如复合辛普森法、复合梯形法等。
4.分部积分法：将变限函数的分子分母分别求导，然后利用分部积分公式进行积分。
5.替换变量法：通过替换变限函数中的变量，将问题转化为已知函数的积分问题，进而求解。
三、变限函数定积分的应用场景1.物理：求解物体在某一过程中的能量变化、速度变化等。
2.化学：计算反应过程中的物质浓度变化、热量变化等。
3.经济学：分析成本、收益等经济指标的变化趋势。
4.工程：优化设计方案，分析系统的性能指标等。
四、变限函数定积分与其他积分形式的联系与区别1.与普通定积分的联系：变限函数定积分是普通定积分的一种推广，它们都用于计算函数在某一区间上的积分。
2.与微分的联系：变限函数定积分与微分密切相关，通过求导可以得到变限函数的导函数，进而求解定积分。
3.与差分的区别：差分主要应用于离散函数的计算，而变限函数定积分主要用于连续函数的计算。
五、提高变限函数定积分计算效率的方法1.选择合适的积分方法：针对不同的变限函数，选择适当的积分方法，以提高计算效率。
2.化简变限函数：通过化简变限函数，减少积分的复杂度，提高计算速度。
浅谈变限积分函数及其应用
浅谈变限积分函数及其应用变限积分函数是一种常用的数学数学方法，它主要用于计算序列的数学表达式，从而计算某个函数的值。
变限积分函数已经在许多领域中得到了广泛的应用，其中包括神经网络模型、信号处理以及投资分析等。
本文将介绍变限积分函数的基本性质，以及它在实际应用中的一些具体例子。
首先，我们来回顾一下变限积分函数的基本概念。
它是以下形式定义的：∮f(x)dx=∑g(x)其中f(x)是积分函数，x代表变量，g(x)是定积分函数。
它表示在特定区间内积分f(x)的结果有一个加和关系可以通过定积分函数g(x)来表达。
另外，变限积分也可以用来求解某些不定积分问题。
对于这类问题，可以分别定义两种不同的函数，使用变限积分函数及其特定区间来求得函数的值：∮[f(x)-h(x)]dx=∑[f(x)+h(x)]其中f(x)和h(x)是不定积分函数。
从上边的定义可以看出，变限积分函数的基本思想是在给定的特定函数和区间的情况下，确定函数的积分和值。
由于可以计算出函数的实际值，因此变限积分函数在实际应用中是非常有用的。
变限积分函数在许多领域中得到了广泛应用，比如说在神经网络模型中，变限积分函数可以用来求解节点输出和节点输入之间的权值。
另外，变限积分函数还可以用来计算信号的变化，从而达到对信号进行降噪和平滑处理的目的。
此外，还可以用变限积分函数来分析投资分析中投资者与投资序列之间的关系，分析股票投资组合的收益率，从而帮助投资者作出更明智的投资决策。
综上所述，变限积分函数是一种用于计算某个函数的值的数学方法，它也可以用于解决不定积分问题。
它已经在许多领域中得到了广泛的应用，特别是在神经网络模型、信号处理和投资分析等领域中得到了广泛的应用。
牛顿莱布尼兹公式教学难点变上限积分的性质与应用
A
sin xdx
0
y
cos
x
0
2.
o
x
例题
例4
设
f
(x)
2x 5
0 1
x x
1
,
2
求
2
0
f
( x)dx.
解
2
1
2
0 f ( x)dx 0 f ( x)dx 1 f ( x)dx
y
原式
1
2xdx
2
5dx 6.
0
1
o 12x
例5 求下列式子的导数
x t2
1)
e 2 dt
a
2)
a t2
的函数
dx
dx a f (t)dt f ( x)
d dx
b
x
f
(u)du
f
(
x)
b
a
f
(
x)dx
F
(b)
F
(a)
牛顿－莱布尼茨公式沟通了微分学与积 分学之间的关系．
例题
思考题
设
f
( x)在[a, b]上连续，
x
[a,
b]
,则
x
a
f
(t )dt
,
b
x
f
(u)du是 x的函数还是
t
与
u
的函数？它们的导数
存在吗？如存在等于什么？
例题
思考题解答
x
a
f
(t
)dt
与 b x
f
(u)du都是x
另一方面 s s(T2 ) s(T1)
定 积 分 的
T2 v(t)dt
变限积分的性质
变限积分的性质摘要变限积分是微积分学基本定理之一，是一类很重要的函数，是产生新函数的重要工具，同时它也是连接不定积分和定积分的桥梁，可见它在微积分学中的重要地位。
本文通过对变限积分的定义进行简介，对变限积分的性质进行介绍及举例，包括变限积分的连续性、可微性、奇偶性、单调性和周期性，还介绍了变限积分的一些应用。
通过这些介绍及得到的有关结论，希望可以让我们更加理解变限积分的作用、地位和价值，在以后研究学习中有所帮助。
关键词:变限积分;连续性;可微性;奇偶性;单调性;周期性;应用引言随着时代的要求和科技的进步，由于函数概念的产生和运用的加深，一门新的数学分支——微积分学产生了，而极限的思想是微积分的基础，它是用一种运动的思想看待问题，微积分是与实际联系着发展起来的在许多科学领域中，有越来越广泛地应用，可见微积分在数学发展中的地位是十分重要的，微积分堪称是人类智慧最伟大的成就之一。
积分学是微积分中重要的一部分内容，积分学可分为不定积分和定积分，而变限积分就是一种特殊的定积分，它具有许多特殊的性质，比如连续性、可微性、奇偶性等，它是我们学习积分学经常考察的一个知识点，研究它的性质对我们学习微积分有重要的意义。
下面我们将介绍变限积分的概念、性质和应用。
1. 变限积分的概念与理解1.1变限积分的定义[,]abxab,[,]ff[,]ax设在上可积，根据定积分的性质，对任何，在也可积，于是，由x,,,()(),[,]xftdtxab (1) ,a定义了一个以积分上限为自变量的函数，称为变上限的定积分或积分上x 限函数.类似地，又可定义变下限的定积分:b,,,(),(),[,].xftdtxab (2) ,x与统称为变限积分; 变量复合函数定义为: ,,uxbux()()ftdtftdtftdt(),(),(), ,,,avxvx()()[,],,,[,]abux()vx()ux()vx() 其中、是定义在上的函数且，.xfxdx() 注:在变限积分(1)与(2)中，不可再把积分变量写成(例如)，x,a 以免与积分上、下限的混淆。
变限积分
变限积分的性质及其应用作者：葛芹 指导老师：岳素芳摘要：本文在给出变限积分定义的基础上，讨论变限积分的一些性质，例如连续性，奇偶性，单调性，周期性等.又结合着例题探讨了变限积分的在题目中的具体应用，比如求分段函数的原函数，函数的极限值，求函数的导数等，变限积分还可以作为辅助函数证明等式以及不等式等等.关键词：变限积分;连续;可微性;奇偶性;单调性;周期性.1引言变限积分是一种特殊的定积分，它具有很多特殊的性质，比如它的连续性，可微性，连续性奇偶性，周期性，特殊性决定了它的重要性，它是产生新函数的重要工具，是一种新的函数的表示方法，解决了在闭区间上连续的初等函数的原函数存在问题，可用积分上限函数表示非初等函数，为研究非初等函数的性质提供了工具.变限积分除了能拓展我们对函数概念的理解外，在许多场合都有重要的应用，因此，有必要对其进行广泛和深入的探讨，以便对其有一个较全面地认识和较深刻地掌握.2 变限积分的定义如果函数()f x 在区间[],a b 上可积，则称()x ϕ=()xa f t dt ⎰，x ∈[],a b (1)为变上限积分， 如果函数()f x 在区间[],a b 上可积，则称()x ψ=()xaf t dt ⎰,x ∈[],a b (2)为变下限积分，其中，变上限积分和变下限积分通称为变限积分.3变限积分的性质 3.1变限积分的连续性定理1若函数()f x 在区间[],a b 上可积，则变上限积分()x ϕ=()xa f t dt ⎰在[],ab 上连续且可积3.2变限积分的可导性（原函数存在定理）定理2若函数()f x 在[],a b 上连续，则由(1)式所定义的函数()x ϕ在[],a b 处处可导，且()()xad d f t dt f x dx dx ϕ==⎰,x ∈[],a b . 例1 设()f x 在[],a b 上连续, ()F x =()()xaf t x t dt -⎰证明''()F x =()f x ,x ∈[],a b .证明 因为()F x =()()x x aaxf t dt tf t dt -⎰⎰=()()x xaax f t dt tf t dt -⎰⎰从而'()F x =()xaf t dt ⎰+()xf x -()xf x =()xaf t dt ⎰故''()F x =()f x ,[],x a b ∀∈.变限积分的求导法则：如果()f x 在[],a b 上连续, ()f x 在(),()u t v t 在上可导，那么()()()(())(())v t u t d dv duf x dx f v t f u t dx dt dt =-⎰ 3.3变限积分的奇偶性定理3若函数()f x 为[],a a -上的奇函数，则()x ϕ=0()xf t dt ⎰,x ∈[],a a -为偶函数若函数()f x 为[],a a -上偶函数，则()x ϕ=()xf t dt ⎰,x ∈[],a a -奇函数.证明 设()x ϕ=0()xf t dt ⎰,其中函数()f x 在区间[],a a -上可积，若函数()f x 为[],a a -上的奇函数. 由变量替换有:()()()()()()x x xx f t dt f u d u f u du x ϕϕ-==--==⎰⎰⎰即()x ϕ为偶函数若函数()f x 为[],a a -上的偶函数，由变量替换有：()()()()()()x x xx f t dt f u d u f u du x ϕϕ-==--=-=-⎰⎰⎰即()x ϕ为奇函数3.4变限积分的单调性定理4设()f x 在(),-∞+∞在上连续，()F x =0()(2)xf t x t dt -⎰，()f x 单调递减，则()F x 单调递增证明 因为()F x =0()(2)x f t x t dt -⎰=0()2(),x xx f t dt tf t dt -⎰⎰又f(x)在R 上连续，所以'()F x =0()+()2()()()x xf t dt xf x xf x f t dt xf x -=-⎰⎰由积分中值定理存在ξ介于0与x 之间，使'()()()(()())F x xf xf x x f f x ξξ=-=- 0故()F x 单调递增3.5变限积分的周期性定理5以T 为周期的连续函数()f x 的原函数以T 为周期的充分必要条件是0()0Tf x dx =⎰例2设()f x 是在(),-∞+∞内以T 为周期的连续函数，则0()()x xf t dt f t dt --⎰⎰也以T 为周期证明 由周期函数的积分性质得，()()()()()x Tx x Tx Txf t dt f t dt f t dt f t dt f t dt ++=+=+⎰⎰⎰⎰⎰000()()()()()xTx Txx Txf t dt f t dt f t dt f t dt f t dt -------=+=+⎰⎰⎰⎰⎰因而()Tf x dx ⎰不一定为零，所以0()x f x dx ⎰与0()xf t dt -⎰不一定以T 为周期，而()()()()x Tx x Txf t dt f t dt f t dt f t dt +----=-⎰⎰⎰⎰所以()xf x dx ⎰-0()xf t dt -⎰以T 为周期4变限积分的应用应用[]41 求分段函数的原函数分段函数的变限积分；由于a t x ≤≤，所以被积函数各分段的表达式要依x 的取值范围而定，从而分段函数的变限积分一般仍是分段函数例3 设2,01()2,12x x f x x x ⎧≤≤=⎨-≤≤⎩ 求()f x 的原函数解 []320(),0,13x x x t dt x φ==∈⎰；1201()xx tdt t dt φ=+=⎰⎰31136x + (],1,2x ∈ 例4 设2,01(),12x x f x x x ≤≤⎧=⎨≤≤⎩ 求()f x 的原函数解 []20(),0,12xx x tdt x φ==∈⎰;1201()xx tdt t dt φ=+=⎰⎰31136x + (],1,2x ∈ 应用[]42 求函数的极限值运用变限积分的定义及可微性，可以解决有关定义函数式，求函数极限值与最值，求解方程和积分方程等的重要应用例5求23lim (sin )(),x xx t f t dt t+→∞⎰其中()f t 可微,且已知lim () 1.t f t →∞=解 由积分中值定理,存在[],2x x ξ∈+,使23(sin )()x xt f t dt t+⎰32sin ()f ξξξ=,所以23lim(sin )()x xx t f t dt t+→∞⎰=3lim 2sin()()x f ξξξ→∞=3sin6limlim ()61163x f ξξξξ→∞→∞==例6设201lim1sin x x bx x →=-⎰，试求正常数,a b . 解显然有200lim0,lim(sin )0xx x bx x →→=-=⎰，这是00的不定式，如果200xx x →→=则它与所求极限相等若221011,1-cos x 2121cos 1,42x x b b x a ≠≠=→=-== 则上述极限为，故则有（.例7设()f x=21(1)sin 2tx xt +⎰(0)x ，求1lim ()sin n f n n →∞解 首先由积分中值定理可得()f x=21(1)sin )2c x x c +- ，其中c 介于x 与2x 之间，当x →+∞时，1l i m (1)2c x c →+∞+=12e，221)sin ()x x x x x -- ，而21lim sin ()x x x x →+∞- =+∞，所以lim ()x f x →+∞=+∞，由罗必塔法则可知1lim ()sin x f x x →+∞=2lim 1sin tx x x→+∞=222limcos 11sin x x x x→+∞2221lim lim cos 1sin x x x x x→+∞→+∞ =12120211e e -=应用[]43求函数以及函数值例8设[)00()0+()(),0()3xxx f x tf t dt f t dt t f x ∞=⎰⎰ 在，上可微，且满足，求解 001()()()()2().33x x xxf x f t dt f x f t dt f x =+∴=''⎰⎰两边继续对x 求导，得f(x)=2f(x)+2xf (x),即2xf (x)=-f(x)解此微分方程得())f x c =为常数 若c 00lim ()()x f x f x →+≠，则不存在，这与在x=0处连续矛盾，故c=0,从而f(x)=02()xf t dt ⎰由f (x)=，方程两边对x 求导，' 得2f(x)f(x)=f(x). 而x 0时,f(x)0,1122'所以f (x)=,从而f(x)=x+c(c 为常数)又因为且f(x)连续,001lim lim (),2x x x c c →+→++=故f(0)=f(x)=0c ∴=1,02x x ≥因此f(x)=例9设()f x 连续，0x ∀ ， ()f x 0 ，且0x ≥时，有()f x0x ≥时的()f x . 解法一：当0x =时，，当 x 0时'f (x)=12所以()f x =12x +C 又因为()f x 连续，可得0+C=0,所以C=0 故()f x =12x ，0x ≥. 解法二：当 x 0时，()0f x ，2()f x =0()xf t dt ⎰又因为()f x 连续，所以()xf t dt ⎰可导，所以2()f x 也可导，所以2()f x '∙f (x)=()f x 0 '1f (x)=2，故()f x =12x +C.又f(0)=0=02C + , 所以()f x =12x ，0x ≥.应用[]44 可以应用于求一些导数. 例10设(),x F x t dt -=⎰求(0)F '. 解 (0)F '+=0limx →+=0limx →+=0limx x →=0ln limx x→+=01lim11(x xx →+=0类似 ， (0)F '-=0)limxx t dt x→--⎰=-0lim)x x →-=0 所以(0)F '=0例11设0x ，()f x =2sin x xuxdu u⎰，求解()f x ' 解 ()f x '=2sin ()x xuxdu u '⎰+32sin 2x x x 2sin x x - =2cos x xuxdu +⎰322sin sin x x x- =3sin x x 2sin x x -322sin sin x x x-+=321(3sin 2sin )x x x- 例12设()f x 可导，且()g x =0()()x yf x y dy g x ''-⎰求解法一：'g (x)='⎰xyf (x-y)dy +(0)f x=()x yf x y --+()xf x y dy -⎰+(0)f x=(0)f x -+0()x f x y dy -⎰+(0)f x=0()xf x y -⎰()g x ''='⎰xf (x-y)dy +(0)f=()x f x y --+(0)f=(0)f -+()f x (0)f +=()f x解法二：() g x =⎰xyf(x-y)dyx y u dy du+==−−−→←−−−0()()()x x u f u du --⎰ =0()xxf u du ⎰()xuf u du -⎰'g (x)=0()xuf u du ⎰+()()xf x xf x -=()xuf u du ⎰故而， ()g x ''=()f x应用[]45 求解极大值与极小值例13 设()F x =0cos ,(0)(0)(0)xt e tdt F F F -'''⎰试求：（1），，（2）()F x 在闭区间[]0π，上的极大值与极小值.. 解（1）(0)F =cos t e tdt -⎰=0， ()cos (0)=1x F x e x F -''=，所以又()cos sin ,xx F x e x e x --''=--(0)F ''所以=-1（2）令()F x '=0，x ∈[]0π，，方程cos xex -=0，在[]0π，上有一个根x =2π 当x 2π时，()F x '0 ；当x 2π时，()F x '0 .所以在x=2π时，()F x 取极大值为2201()cos 22teF e tdt πππ--+==⎰，()F x 在[]0π，上无极小值 应用[]46应用于求最值的问题中例13求证()()(sin )xn f x t t t dt =-⎰（n 为正整数）在0x ≥上不超过1(22)(23)n n ++证明 因为22()()(sin )n f x x x x '=-，所以当01x 时，()0f x ' ；当1x 时，()0f x ' ；故对一切0x ≥，()(1)f x f ≤而 1220(1)()(sin )n f t tt dt =-⎰1220()()n t t t dt ≤-⎰=22231()22230n n t t n n ++-++ 112223n n =-++ 1(22)(23)n n =++所以当 0x ≥时，1()(22)(23)f x n n ≤++，从而得证.应用[]47 求方程的根对于某些含有积分变限的函数方程可以利用分析方法（求极限，求导或积分运算）去求方程的根例14求x 使2lim()x tt t t x te dt t x-∞→∞+=-⎰解 分别运用求极限和积分运算，有(1)lim()lim (1)t x xtx tx t t x t t x t x x t -→∞→∞-⎡⎤+⎢⎥+⎣⎦=-⎡⎤-⎢⎥⎣⎦=2x xx e e e-==且2212xx t tte dt tde -∞-∞=⎰⎰ 221()2x t t xte e dt -∞=--∞⎰2221111()()2224x x x xe e x e =-=- 所以 2211()24xx e x e =-解得 52x =例15 设函数()f x 在[]0,π上连续，且0()0f x dx π=⎰，0()cos 0f x xdx π=⎰，求证：在()0,π内至少存在两个不同的点1ξ，2ξ，使1()0f ξ=，2()0f ξ=证明 令0()()xF x f t dt =⎰[](0,)x π∈，则有(0)()F F π=，又因为0()cos cos ()f x xdx xdF x ππ==⎰⎰=0()cos ()sin ()sin 0F x xF x xdx F x xdx πππ+=⎰⎰所以存在(0,)ξπ∈，使得()sin 0f ξξ=.因若不然，则在(0,)π内或()sin f ξξ恒为正，或()sin f ξξ恒为负，都与()sin 0F x xdx π=⎰矛盾，又当(0,)ξπ∈时，sin 0ξ≠，故()0F ξ=，于是()F x 在[]0,π上有三个不同的零点；0ξπ ，再用罗尔定理，则存在2(,)ξξπ∈，使得1()0F ξ'=，2()0F ξ'=，即1()0f ξ=，2()0f ξ=例16设函数()f x 在[],a b 上连续，()0f x ，又1()()()x xabF x f t dt dt f t =+⎰⎰， 证明：（1）()2F x '≥；（2）()0F x =在[],a b 中有且仅有一个实根.证明 因为函数()f x 在[],a b 上连续，所以()F x 在[],a b 上可微，且1()()2()F x f x f x '=+≥= （2）由（1）可知()20F x '≥≥，所以()F x 在[],a b 上单调递增. 因为对一切[],x a b ∈，()0f x ， 所以 11()0()()ab ba F a dt dt f t f t ==-⎰⎰()F b =()baf t dt ⎰由零值定理及()F x 的单调性可知，()0F x =在[],a b 中有且仅有一个实根..应用[]48求解积分方程对于一些含有积分变限函数的积分方程，可以利用积分变限函数的可导性，将原积分方程转化为微分方程，从而得解.例17设函数()y f x =满足方程0cos y xt e dt tdt +⎰⎰求函数()y f x =和y '.解：对方程两边关于x 求导得cos 0y e y x '+=此为一阶分离型微分方程有cos y dy xdx e=- cos y e dy xdx =-⎰⎰即sin y e x c =-+ 所以ln(sin )y c x =-又知原方程 当0x =时10ye -=，所以0y = 即(0)0y =代入有ln(1sin )y x =-且cos cos 1sin sin 1x xy x x -'==-- 应用[]49 求幂级数的和函数例18求幂级数01nn e n -∞=+∑解 考虑幂级数01nn x n ∞=+∑，其收敛半径为1，收敛区间为(1,1)-，当1x =-时，001(1)11n nn n x n n ∞∞===-++∑∑收敛；当1x =时，00111n n n x n n ∞∞===++∑∑发散，因此其收敛域[)1,1-， 设其和函数为()s x ，则x ∀∈(1,1)-，0000()11n n xx x n n t t s t dt dt dt n n ∞∞====++∑∑⎰⎰⎰=101n n xx x ∞+==-∑， 于是 21()()1(1)x s x x x '==--，故2201()1(1)n n e e s n e e -∞===+-∑ 例19给定幂级数232132(1)nx x x n n ++++- ()1确定它的收敛半径与收敛区间；()2求出它的和函数.解 （1）对幂级数2(1)n n x n n ∞=-∑，由1(1)lim lim1(1)n n n na n n a n n +→+∞→+∞+==-, 知其收敛半径为1，收敛区间为（-1,1），当 1x =±时，级数均收敛，故其收敛域为[]1,1- （2）由逐项微分定理知122()()(1)1n n n n x x S x n n n -∞∞==''==--∑∑，12221()()11n n n n x S x x n x -∞∞-=='''===--∑∑， 故 001()()ln(1)1xxS x S t dt dt x t'''===---⎰⎰()()ln(1)xxS x S t dt t dt '==--⎰⎰=(1)ln(1)0x t t =--+0xdt ⎰ ()()1ln 1x x x =--+ 应用[]410 变限积分作为辅助函数证明例20设函数()f x 在任何有限区间上可积，且lim ()x f x l →+∞=求证：01lim ()xx f t dt l x →+∞=⎰证明 由函数()f x 在任何有限区间上可积及lim ()x f x l →+∞=可知，对任给ε0 ，存在0M 时，有()2f x l ε-，从而000111()()x x xf t dt l f t dt ldt x x x-=-⎰⎰⎰ =[][]01()()M xMf t l dt f t l dt x-+-⎰⎰[]011()()MxM f t l dt f t l dt xx≤-+-⎰⎰ []011()2Mx M f t l dt dt xx ε≤-+⎰⎰=[]01()22M Mf t l dt x εε⎡⎤+--⎢⎥⎣⎦⎰显然，当x 足够大时，必有[]01()22M Mf t l dt x εε⎡⎤--⎢⎥⎣⎦⎰，所以01()22x f t dt l x εε-+⎰ ε= 所以01lim()xx f t dt l x →+∞=⎰例21证明：若()f x 为[]0,1上的连续函数，且对一切[]0,1x ∈有0()()0x f u du f x ≥≥⎰，则()0f x ≡.证明： 显然(0)0f =，对任意()00,1x ∈，有01000()()()x f x f u du f x ξ≤≤=⎰，其中100x ξ≤≤而()f x 在[]0,1上的连续，所以()f x 在[]0,1上存在最大者M 对于上面的1ξ，有112100()()()f f u du f ξξξξ≤≤=⎰，其中210ξξ≤≤，所以20210200()()()f x f x f x ξξξ≤≤≤ ，依次进行下去，可知存在[]00,n x ξ∈，使得0000()()nnn f x f x Mx ξ≤≤≤当0lim 0,nx n Mx →+∞→+∞=时，有所以0()0f x =又()f x 在[]0,1上的连续，所以1(1)lim (1)0x f f →-==所以，对一切[]0,1x ∈，有()0f x ≡应用[]411 变限积分函数作为辅助函数证明不等式 例22 设12()sin x xf x t dt +=⎰，求证：0x 时，1()f x x. 证明作变换t =，则12()s i n x xf x t d t +=⎰=22(1)sin x xu +⎰=22(1)1(cos )2x x u +-⎰=222(1)322(1)11cos cos )24x x x u u du xu ++--⎰ =22(1)2232111cos cos cos (1)22(1)4x x u x x du x x u +⎡⎤-+-⎣⎦+⎰ 从而，当0x 时，有()f x 223(1)211122(1)4x x u du x x -++++⎰=1122(1)x x ++111()21x x --+=1x例23若()f x 在[],a b 上二次可微，()02a bf +=，证明3()()24baM b a f x dx -≤⎰，其中max ()M f x ''=（[],x a b ∈）.证明 考虑函数()()xaF x f t dt =⎰，则()F x 在[],a b 三阶可微，且()()F x f x '=，()()F x f x '''=，()()F x f x '''''=由泰勒公式知()()()222a b a b b a F a F F ++-'=- 21()()222a b b a F +-''+ 311()()62b a F ξ-'''- 21()()()()()222222a b a b b a a b b a F b F F F ++-+-'''=++ 321()()62b a F ξ-'''+其中122a ba b ξξ+ ，从而()()()baf x dx F b F a =-⎰=[]312()()()()248a b b a F F F ξξ+-'''''''++=[]312()()()()()248a b b a b a f f f ξξ+-''''-++又已知()02a bf +=，所以 []312()()()()48bab a f x dx f f ξξ-''''=+⎰3312()()()()4824b a M b a f f ξξ--⎡⎤''''≤+≤⎣⎦ 其中max ()M f x ''=（[],x a b ∈）应用[]412 变限积分证明某些级数的一致收敛性例24若(,)K x t 在{},D a x b a t b =≤≤≤≤上连续，0()u x 在[],a b 上连续，且对任意的[],x a b ∈，令1()(,)(),1,2,3xn n a u x K x t u t dt n -==⎰则函数列{}()n u x 在[],a b 上一致收敛.证明 (,)K x t 在闭区域D 上连续，从而在D 上有界，即10M ∃ ，使得对(,)x t D ∀∈，1(,)k x t M ≤， 0()u x 在[],a b 上连续，从而在[],a b 上有界，即20M ∃ ，使得对[],x a b ∀∈，02()u x M ≤，所以101212()(,)()()()xau x K x t u t dt M M x a M M b a =≤-≤-⎰22112()(,)()()xxaau x K x t u t dt M M t a dt =≤-⎰⎰22221212()()2!2!M M x a M M b a --≤≤， 由数学归纳法可知()n u x ≤12()!n n M M b a n -，由12()lim0!n nn M M b a n →+∞-=及柯西准则可知 ()n u x 在[],a b 上一致收敛.例25设()f x 在上连续，1()()f x f x =，11()()n n xf x f t dt +=⎰，x ∀∈[]0,1，1,2,3,n =求证1()nn fx ∞=∑在01x ≤≤一致收敛.证明 由于 ()f x 在[]0,1上连续可知，0M ∃ ，使得()f x M ，()01x ≤≤，从而121()()(1)xf x f t dt M x M =≤-≤⎰，2132(1)()()2!2!xM x Mf x f t dt -=≤≤⎰，111(1)()()(1)!(1)!n n n xM x Mf x f t dt n n ---=≤≤--⎰又由于1(1)!n Mn ∞=-∑收敛，所以1()n n f x ∞=∑在01x ≤≤上一致收敛5其它一些应用5.1从定积分的信息中提取被积函数的信息例26设函数()f x [],C a b ∈，()0f x ≥，且()0ba f x d x =⎰，求证：在[],a b 上，()0f x ≡. 证明：因为对区间(),a b 上的每一个点x ，0()()0x baaf t dt f t dt ≤≤=⎰⎰，所以()0xaf t dt ≡⎰，所以 ()(())0xaf x f t dt '=≡⎰，故()0f x ≡()(,)x a b ∀∈，又函数()f x 在[],a b 上连续，故有()0f x ≡[](,)x a b ∀∈例27 设函数()f x [],C a b ∈，()0f x ≥，且()0ba f xd x=⎰，求证：在[],a b 上，()0f x ≡. 证明：因为对区间(),a b 上的每一个点x ，0()()0x baaf t dt f t dt ≤≤=⎰⎰，所以()0xaf t dt ≡⎰，所以 ()(())0xaf x f t dt '=≡⎰，故()0f x ≡()(,)x a b ∀∈，又函数()f x 在[],a b 上连续，故有()0f x ≡[](,)x a b ∀∈.2设平面上一点A(0,a)和抛物线0)a ，动点P 从坐标原点出发，沿抛物线移动，假定线段OA,AP 和抛物线所围成图形的面积对时间的增大速率为常数k ，求P 点的横坐标的变动速率.解由24x y a=设动点坐标P 的坐标为2(,)4x x a，设P 点在x 轴投影为Q ，则点Q 的坐标为(,0)x .再设曲边三角形OAP 的面积为S ，则S=梯形AOQP 的面积-曲边三角形OPQ 的面积=2201()244x x t a x dt a a +-⎰=31224a x x a+，由题设，k=228dS a dx x dxdx dt a dt=+解得2284dx akdt a x=+ 参考文献[1]. 华东师范大学数学系编,数学分析[M]，北京：高等教育出版社，1981. [2]复旦大学数学系编,数学分析[M]，上海：科学技术出版社，1978. [3] 裴礼文,数学分析中的典型问题与方法[M],高等教育出版社,1998. [4] 陈纪修 金路 於崇华编,数学分析上册[M],高等教育出版社,1979.[5] 孙本旺 汪浩编,数学分析中的典型例题和解题方法[M],长沙湖南:科学技术出版社,1981.Change to limit quality and its application of the integralAuthor:ge qin Superviser:yue su fangAbstract: In this paper,we discuss the definition of change to limit integral ，and discuss some qualities of change to limit integral .For example, continuity,micro ,strange doublet,monotone, periodic and so on .we combine an instance inquired into changing to limit integral in the subject of concrete application,For example , solve the original function of segmentation function and the limiting value of function, and so on. In addition, it can be lend support to a function verification equation and inequality.Keywords: change to limit integral; continuity; micro; strange doublet monotone;periodic.。
变限积分函数范文
变限积分函数范文一、引言积分是微积分的重要概念之一，它在数学以及其它学科中都有广泛的应用。
最基本的积分运算是定积分，它可以求解给定函数在一定区间上的面积或者变化量。
然而，在一些特殊情况下，我们需要对一个函数在无穷区间上的积分进行计算，这就引出了变限积分函数的概念。
本文将首先介绍变限积分函数的基本概念和性质，然后通过几个例子来说明变限积分函数的计算方法。
最后，我们还将讨论一些常见函数对应的变限积分函数的特点和应用。
二、基本概念和性质对于函数f(x)在[a,b]上的定积分∫[a,b] f(x) dx 可以看作是一个变量 x 的函数 F(t)，其中 t 是一个变量，它的取值范围是 [a,b]。
这个变量函数 F(t) 称为变限积分函数。
F(t) = ∫[a,t] f(x) dx在这个定义中，F(t)是x的函数，x的取值范围是[a,t]，所以t是x 的取值范围的上限。
变限积分函数F(t)描述了在区间[a,t]上函数f(x)的积分值。
对于变限积分函数，我们有以下性质：1.F(a)=0，即当t=a时，变限积分函数的值为0，这是因为积分的下限与上限相同时，积分值为零。
2.当t的取值范围在[a,b]时，F(t)是关于t连续的函数。
3.当函数f(x)连续时，变限积分函数也是连续的。
4.如果函数f(x)是可积函数，那么变限积分函数F(t)也是可积的。
5.当函数f(x)是连续函数且在[a,b]上可导时，变限积分函数F(t)也是可导的，并且其导数等于原函数f(t)。
三、计算方法举例接下来，我们通过几个例子来说明如何计算变限积分函数。
例一：计算函数f(x)=x在区间[a,t]上的变限积分函数F(t)。
根据定义式，我们有：F(t) = ∫[a,t] x dx = [x²/2]（从 a 到 t）= t²/2 - a²/2例二：计算函数 f(x) = sin(x) 在区间 [0,t] 上的变限积分函数F(t)。
变限积分确定的函数的性质及其应用
变限积分确定的函数的性质及其应用变限积分确定的函数的性质及应用摘要由变限定积分和变限反常积分定义的一类函数，有重要的理论价值和应用价值。
本文给出了变限积分的定义及其性质，主要讨论变限积分的求导问题以及奇偶性周期性等方面问题，较系统地讨论了这类函数的性质,得到若干结果，并简要介绍了它们的几点应用。
关键词：变限积分；函数；可积；连续；收敛。
ABSTRACTLimited by the variable and variable limit integral improper integral defined a class of functions, there are important theoretical and practical value. In this paper, changing the definition and nature of limit points, discuss the derivation of integral limits change issues and other aspects of the periodic parity, more systematic discussion of the nature of such functions, by a number of results, and a brief introduction Some of their applications.Key word: variable limit integral, function, integral, continuity, convergence.目录一.变限积分的概念及其性质 (5)1.1变限积分的概念 (5)1.2变限积分的性质 (5)二.变限积分函数的应用 (9)2.1问题的提出 (9)2.2 变限积分函数的应用 (11)2.2．1利用变限积分求原函数 (11)2.2．2 化积分问题为微分学问题 (11)2.2.3 求定积分 (12)2.2.4变限积分的积分变量替换 (14)三．结论 (16)一、 变限积分的概念及其性质 1.1变限积分的概念定义1：如果函数)(x f 在区间[]b a ,可积，则称 ⎰=Φxa dt t f x )()(，[]b a x ,∈叫变动上限积分。
浅谈变限积分函数及其应用
浅谈变限积分函数及其应用变限积分函数，又称不定积分，是一种重要的数学正规化函数，它实现了从定积分到不定积分的过渡，它被广泛应用于数学分析、概率论、运筹学和统计学等科学领域。
变限积分是一种复杂的、非常耗时的计算过程，但是它的用途非常广泛，可以用来解决各种复杂的实际问题。
一、变限积分函数的定义变限积分函数是指由指定函数f(x)，定义在区间(a,b)上的积分，其积分上限和下限是一个变量，称为变限积分函数。
它一般写成：$$int_{a}^{b}f(x)dx,alt b$$变限积分函数是将定积分和不定积分融合在一起的一种新的概念。
二、变限积分函数的基本性质1、变限积分函数中，积分上限和下限是变量，可以用变量替换。
2、变限积分函数的计算过程比较复杂，一般应用特殊的计算技术或科学计算器进行计算。
3、变限积分函数的定义域可以为任意区间形式，可以是连续区间，也可以是不连续区间，这取决于函数f(x)。
三、变限积分函数的应用变限积分函数的应用非常广泛，它被广泛应用于数学分析、概率论、运筹学和统计学等科学领域。
1、在概率论中，变限积分函数可以用来解决概率概率论中的概率积分问题。
例如，在平均值的计算中，概率积分的结果可以用变限积分函数求出。
2、在统计学中，变限积分函数可以用来解决各种复杂的实际问题，例如假定某种现象X的概率分布是f(x)，则可以使用变限积分函数求得X的概率分布。
3、在运筹学中，可以用变限积分函数来解决求解最优解的问题。
例如，可以用变限积分函数计算多元函数的最优解，从而求得最优解。
四、总结变限积分函数是一种重要的数学正规化函数，它被广泛应用于数学分析、概率论、运筹学和统计学等领域，可以解决各种复杂的实际问题。
在计算变限积分函数时，需要特殊计算技术或科学计算器，才能正确计算出变限积分函数的结果。
变限函数定积分
变限函数定积分变限函数定积分是微积分中的重要概念之一，它在数学和物理等领域中有着广泛的应用。
本文将介绍变限函数定积分的基本概念、性质和计算方法，并通过一些例题来帮助读者更好地理解和掌握这一概念。
变限函数定积分是定积分的一种特殊形式，它的被积函数和积分上下限都是变量。
在数学中，变限函数定积分可以看作是定积分的一种推广，它可以用来求解一些无法通过基本初等函数求解的定积分问题。
首先，我们来介绍一下变限函数定积分的定义。
对于一个定义在闭区间[a, b]上的连续函数f(x)，以及两个实数a和b（a<b），我们定义变限函数定积分为：∫(a→b) f(x)dx其中，∫表示积分符号，(a→b)表示积分的上下限，f(x)表示被积函数，dx表示积分变量。
变限函数定积分有一些基本的性质，下面我们来逐一介绍。
性质1：线性性质对于任意实数a和b，以及定义在闭区间[a, b]上的连续函数f(x)和g(x)，以及任意常数c和d，有以下等式成立：∫(a→b) [c·f(x) + d·g(x)]dx = c·∫(a→b) f(x)dx + d·∫(a→b) g(x)dx这个性质说明了变限函数定积分具有线性运算的特点。
性质2：区间可加性对于任意实数a、b和c（a<b<c），以及定义在闭区间[a, c]上的连续函数f(x)，有以下等式成立：∫(a→c) f(x)dx = ∫(a→b) f(x)dx + ∫(b→c) f(x)dx这个性质说明了变限函数定积分具有区间可加性的特点。
性质3：保号性如果定义在闭区间[a, b]上的连续函数f(x)满足f(x)≥0（对于任意x∈[a, b]），那么有以下不等式成立：∫(a→b) f(x)dx ≥ 0这个性质说明了被积函数非负时，变限函数定积分的值也非负。
性质4：平均值定理如果定义在闭区间[a, b]上的连续函数f(x)满足f(x)≥0（对于任意x∈[a, b]），那么存在一个介于a和b之间的实数c，使得以下等式成立：∫(a→b) f(x)dx = f(c)·(b - a)这个性质说明了变限函数定积分可以用被积函数在闭区间[a, b]上的某一点的值乘以区间长度来表示。
变限积分函数的性质及其应用
404§3 变限积分函数的性质及其应用由于定积分概念是利用极限工具给出的，所以利用定积分的定义计算定积分是十分困难的，有时甚至是不可能的。
为了让定积分概念能得到实际应用，必须寻找简便有效的计算定积分的方法，那么我们必须探求定积分更加深刻的性质。
本节将介绍两个重要的定理，通过沟通定积分与不定积分的关系，给出了一个解决定积分计算问题的有效途径。
3.1 变限积分定积分有一个十分特殊而重要的性质，它对进一步考察微分和积分的关系起十分关键的作用。
但需要先介绍一个概念：注 由于⎰⎰-=xbbxdt t f dt t f )()(，因此，只要讨论变上限函数即可。
证 利用连续函数的定义及定积分的性质即可证得。
对[a ，b ]上的任一点x ，只要[],x x a b +∆∈，按照Φ的定义有 ()()x x xaax x x fdt f dt +∆∆Φ=Φ+∆-Φ=-⎰⎰。
又函数)(x f 在[a ， b ]上可积，则)(x f 在[a ， b ]上有界，即存在正数M ，对一切[],x a b ∈有()f x M ≤。
又当0x ∆≥时有x xx xx xxxxf dt f dt Mdt M x +∆+∆+∆∆Φ=≤≤=∆⎰⎰⎰。
405又不难验证，当0x ∆<时，上述不等式M x ∆Φ≤∆仍然成立。
从而有lim 0x ∆→∆Φ=。
这就证得Φ在[],a b 上的连续性。
3.2 微积分学基本定理1 变限积分的可微性 ——微积分学基本定理当函数得可积性问题获得解决后，接着是要找到一种计算定积分得有效方法。
下面将通过揭示定积分与不定积分之间的内在联系来完成这一任务。
下面的两个定理，由于所起的重要作用而被称为微积分学基本原理。
证 ],[b a x ∈∀，任取0≠∆x ，且],[b a x x ∈∆+，则⎰⎰-=Φ-∆+Φ=∆Φ∆+xaxx at d t f t d t f x x x )()()()(⎰⎰⎰⎰∆+∆+=-+=xx xxaxx xxat d t f t d t f t d t f t d t f )()()()(，由积分中值定理知，存在ξ 介于x 与x +∆x 之间，使得x f ∆=∆Φ)(ξ，由于x x →⇒→∆ξ0，再由导数定义及)(x f 的连续性知)()(lim )(lim lim )(00x f f f x x xx x ===∆∆Φ=Φ'→→∆→∆ξξξ。
变限积分的性质
变限积分的性质摘要变限积分是微积分学基本定理之一，是一类很重要的函数，是产生新函数的重要工具，同时它也是连接不定积分和定积分的桥梁，可见它在微积分学中的重要地位。
本文通过对变限积分的定义进行简介，对变限积分的性质进行介绍及举例，包括变限积分的连续性、可微性、奇偶性、单调性和周期性，还介绍了变限积分的一些应用。
通过这些介绍及得到的有关结论，希望可以让我们更加理解变限积分的作用、地位和价值，在以后研究学习中有所帮助。
关键词：变限积分；连续性；可微性；奇偶性；单调性；周期性；应用引言随着时代的要求和科技的进步，由于函数概念的产生和运用的加深，一门新的数学分支——微积分学产生了，而极限的思想是微积分的基础，它是用一种运动的思想看待问题，微积分是与实际联系着发展起来的在许多科学领域中，有越来越广泛地应用，可见微积分在数学发展中的地位是十分重要的，微积分堪称是人类智慧最伟大的成就之一。
积分学是微积分中重要的一部分内容，积分学可分为不定积分和定积分，而变限积分就是一种特殊的定积分，它具有许多特殊的性质，比如连续性、可微性、奇偶性等，它是我们学习积分学经常考察的一个知识点，研究它的性质对我们学习微积分有重要的意义。
下面我们将介绍变限积分的概念、性质和应用。
1. 变限积分的概念与理解 1.1变限积分的定义设f 在[,]a b 上可积，根据定积分的性质，对任何[,]x a b ∈，f 在[,]a x 也可积，于是，由()(),[,]xa x f t dt x ab Φ=∈⎰ （1）定义了一个以积分上限x 为自变量的函数，称为变上限的定积分或积分上限函数.类似地，又可定义变下限的定积分：(),(),[,].bx x f t dt x a b ψ=∈⎰ （2）Φ与ψ统称为变限积分; 变量复合函数定义为：()()()()(),(),(),u x bu x av x v x f t dt f t dt f t dt ⎰⎰⎰其中()u x 、()v x 是定义在[,]αβ上的函数且()u x ，()v x [,]a b ∈.注：在变限积分（1）与（2）中，不可再把积分变量写成x （例如()xa f x dx ⎰），以免与积分上、下限的x 混淆。
变限积分的形式
变限积分的形式摘要：1.变限积分的定义与形式2.变限积分的性质3.变限积分的求解方法4.变限积分的应用示例正文：1.变限积分的定义与形式变限积分，又称为广义积分，是一种扩展了的积分形式，它可以包含上下限的函数。
变限积分的形式可以表示为：∫[a,b]f(x)dx，其中a 和b 是积分的下限和上限，f(x) 是待积分的函数。
2.变限积分的性质变限积分具有以下性质：（1）线性性：如果f(x) 和g(x) 是两个可积函数，那么(f(x)+g(x)) 和(f(x)-g(x)) 也是可积函数，并且∫[a,b](f(x)+g(x))dx=∫[a,b]f(x)dx+∫[a,b]g(x)dx，∫[a,b](f(x)-g(x))dx=∫[a,b]f(x)dx-∫[a,b]g(x)dx。
（2）连续性：如果f(x) 在区间[a,b] 上连续，那么∫[a,b]f(x)dx 也存在。
（3）可积函数的有界性：如果f(x) 是可积函数，那么它在区间[a,b] 上必然是有界的，即存在M>0，使得|f(x)|<=M，对所有的x∈[a,b] 成立。
3.变限积分的求解方法求解变限积分的方法有多种，其中最常用的是牛顿- 莱布尼茨公式。
牛顿- 莱布尼茨公式指出，如果F(x) 是f(x) 在区间[a,x] 上的原函数，那么∫[a,b]f(x)dx=F(b)-F(a)。
4.变限积分的应用示例假设我们要求解函数f(x)=x^2 在区间[0,2] 上的积分，那么我们可以使用变限积分的形式∫[0,2]x^2dx 来表示。
根据牛顿- 莱布尼茨公式，我们可以求出该积分的解为：(2/3)x^3|[0,2]=(2/3)(2^3-0^3)=16/3。
二元函数求极限的积分变限法与应用
二元函数求极限的积分变限法与应用在数学中，函数的极限是求解问题、研究函数性质的基础。
在二元函数中，求取函数的极限可能涉及到积分变限法。
本文将介绍二元函数求极限的积分变限法，并探讨其在实际问题中的应用。
一、积分变限法简介积分变限法是一种通过引入积分变量的方法，将多重极限问题转化为一重极限问题的方法。
对于一个定义在闭区域D上的函数f(x,y)，如果可以通过积分变限法求出函数在特定点(x,y)处的极限值，那么该点的极限即为该函数在该点的极限。
具体来说，我们可以通过将函数的定义域限制在线段、曲线或曲面上，并引入一个辅助函数来进行积分变限。
这样一来，多元函数的极限问题就可以转换成一个一元函数的极限问题。
通过求出该一元函数在特定点的极限，我们可以得到多元函数在该点的极限。
二、积分变限法的具体应用1. 求二元函数的极限考虑一个二元函数f(x,y)，我们要求这个函数在点P(x0,y0)处的极限。
首先，我们可以通过引入变量t，并定义一个辅助函数F(t)如下：F(t)= integral(f(x0+t,y0+t)dt, 0, 1)其中integral表示积分运算。
接着，我们可以求解F(t)在t=0处的极限值。
如果我们得到的极限值存在，那么这个极限值就是f(x,y)在点P(x0,y0)处的极限。
2. 求曲面的切平面积分变限法还可以应用于求取曲面的切平面问题。
考虑一个定义在空间区域D上的曲面S，我们要求曲面在点P(x0,y0,z0)处的切平面。
同样地，我们可以引入一个参数方程，定义一个辅助函数F(t)如下：F(t)= integral(f(x0+ta,y0+tb,z0+tc)d(t), 0, 1)其中a、b、c为常数，f表示曲面上的函数。
接着，我们可以求解F(t)在t=0处的极限值。
如果该极限存在，那么这个极限值就是曲面在点P(x0,y0,z0)处的切平面。
三、积分变限法的优势与局限性积分变限法在求解二元函数的极限问题时有其独特优势。
变限函数定积分
变限函数定积分摘要：一、变限函数定积分的概念1.变限函数的定义2.定积分的定义3.变限函数定积分的联系二、变限函数定积分的性质1.线性性质2.可积性3.保号性4.连续性三、变限函数定积分的计算方法1.牛顿-莱布尼茨公式2.分部积分法3.变量替换法四、变限函数定积分的应用1.求解变化率2.求解极值3.求解面积和长度正文：一、变限函数定积分的概念变限函数是指将自变量限定在一个区间上的函数。
而定积分则是求解一个函数在某一区间上的累积效果。
当我们将变限函数与定积分结合起来，就得到了变限函数定积分。
简单来说，变限函数定积分就是求解一个变限函数在一个区间上的累积效果。
二、变限函数定积分的性质1.线性性质：变限函数定积分具有线性性质，即对任意常数k，有定积分(kf) = k(f的定积分)。
2.可积性：如果一个变限函数在一个区间上可积，那么它的定积分存在。
3.保号性：如果f(x)在[a, b]上非负，那么f的定积分也是非负的。
4.连续性：如果一个变限函数在某个区间上连续，那么它的定积分也连续。
三、变限函数定积分的计算方法1.牛顿-莱布尼茨公式：对于一个连续的变限函数f(x)，如果F(x)是f(x)的一个原函数，那么f(x)在[a, b]上的定积分等于F(b) - F(a)。
2.分部积分法：将两个可积的变限函数的乘积变为另两个可积的变限函数的乘积，从而简化积分计算。
3.变量替换法：将复杂函数的积分问题转化为简单函数的积分问题，利用已知积分公式进行计算。
四、变限函数定积分的应用1.求解变化率：通过求解变限函数的定积分，可以得到函数在某区间上的平均变化率。
2.求解极值：通过求解变限函数的定积分，可以找到函数在某一区间上的极大值或极小值。
3.求解面积和长度：通过求解变限函数的定积分，可以得到曲线围成的平面图形的面积和曲线长度的近似值。
变限函数定积分作为微积分中的一个重要概念，不仅在理论研究中具有重要意义，同时在实际应用中也发挥着关键作用。
高等数学-变限积分
⾼等数学-变限积分⾼等数学 - 变限积分说明：积分上限的函数连同复合函数总是不熟悉，特总结于此。
⽬录1 前驱1.1 积分上限的函数的性质性质1 如果函数f(x) 在区间 [a,b] 上连续，则其积分上限的函数Φ(x)=∫x a f(t)d t在 [a,b] 上可导，且满⾜Φ′(x)=f(x) 。
证明：ΔΦ=Φ(x+Δx)−Φ(x)=∫x+Δxaf(t)d t−∫x a f(t)d t=∫x a f(t)d t+∫x+Δxx f(t)d t−∫x+Δxxf(t)d t=∫x+Δxxf(t)d t由积分中值定理，有ΔΦ=f(ξ)Δx其中, ξ∈[x,x+Δx]即ΔΦΔx=f(ξ)两边取极限x→0 ，则有lim Δx→0ΔΦΔx=limΔx→0f(ξ)=f(x)即Φ′(x) 存在且为f(x) 。
性质2 如果f(x) 在 [a,b] 上连续，则Φ(x)=∫x a f(t)d t是f(x) 的⼀个原函数。
这个性质可以直接有性质1推导出来。
1.2 复合函数的求导性质1：如果u=g(x) 在点x可导，⽽y=f(u) 在点u=g(x) 可导，那么复合函数y=f[g(x)] 在点x可导，且其导函数为d yd x=d yd u⋅d ud x证明：由可导条件，有ΔyΔu=f′(u)+α(Δu)，即 Δy=f′(u)Δu+α(Δu)Δu 两边同时除以 Δx，有ΔyΔx=f′(u)ΔuΔx+α(Δu)ΔuΔx考虑 Δx→0 ，有limΔx→0α(Δu)=limΔu→0α(Δu)=0故limΔx→0ΔyΔx=limΔx→0f′(u)ΔuΔx即y′(x)=f′(u)u′(x)或者d yd x=d yd u⋅d ud x2 积分上限为复合函数的函数求导如果理解了复合函数的求导，此时就很简单了。
题⽬原型：记⽬标函数为y=∫g(x)af(x)d x，求其导数y′(x)解：⽬标函数可写作y=∫g(x)af(t)d t，改写成复合函数的形式，即：y=∫u a f(t)d tu=g(x)则有：y′(x)=y′(u)u′(x)=f(u)g′(x)=f(g(x))g′(x)扩展：记⽬标函数为f(x,y)=∫g(x,y)a f(x,y)d x，求∂2f∂x∂y解：⟹∫g(x,y)af(t,y)d t，写成复合函数的形式：u=g(x,y)f(x,y)=∫u a f(u,y)d u故∂f∂x=∂f∂u⋅∂u∂x=f(u,y)u′(x)=f(g(x,y),y)g′x(x,y) ，然后再求∂f∂y。
变限积分函数及其应用
改为 ｘ ， 也可得到一类特殊形式的函数 ｝ ｆ （ ｔ ） ｄ ｔ （ ｘ ∈ （ 一 ∞ ， ｂ 】 ） 或
， Ｘ
许多问题中还会遇到与变限积分形式类似的形如 ｆ ｆ （ ｔ ） ｄ ｔ 的
定 理３ 若Ｊ 一 ｆ （ ｔ ） ｄ ｔ 收 敛 ， 则Ｊ 一 ｆ （ ｔ ） ｄ ｔ 在 （ 一 。 。 ， ｂ 】 上 连 续 。 （ 证
２ ０ １ ５年 １ ５期
高 教 学 刊 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｉ ｇ ｈ ｅ ｒ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ
教 海 探 新
变 限积 分函数及其应用
王 国 强
（ 郑州大学西亚斯国际学院 文理学院 ， 河南 新郑 ４ ５ １ １ ５ ０ ）
摘 要： 本文 对 变限积 分 函数 及 其性质 进行 了推 广 ， 收 集 了若干 与 变限积 分有 关 的例 子 ， 论 述 了变限积 分 函数 在其
上 的应 用 。
关 键词 ： 变限积 分 ； 无 穷小 ； 定积 分 ； 不 等式 ； 零 点
中图分 类号 ： ０１ ７ ２ 文献 标 志码 ： Ａ 文章编 号 ： ２ ０ ９ ６ — ０ ０ ０ Ｘ（ ２ ０ １ ５ ） １ ５ — ０ ０ ６ １ — ０ ２
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｌ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ，ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ｏ ｆ ｅ ｘ －
一
变上限积分知识点总结
变上限积分知识点总结一、基本概念1. 变上限积分的定义变上限积分是积分学中的一种特殊情况，指的是被积函数的上限是一个变量的函数，即上限积分的上限是一个变量，而下限是一个常数。
通常表示为∫[a, x] f(t) dt，其中x是变量，a是常数，f(t)是被积函数。
2. 变上限积分的意义变上限积分常常在物理、工程、经济等领域中应用广泛，尤其是对于描述动态变化的情况。
例如，描述质点在一定时间内的路程、速度、加速度等都可以用变上限积分来表示。
3. 变上限积分的性质变上限积分具有很多与常规积分类似的性质，比如线性性质、加法性质、减法性质、定积分的性质等等，这些性质使得变上限积分具有很强的计算和推导能力。
二、变上限积分的计算1. 计算方法变上限积分的计算方法和常规积分非常相似，通常采用牛顿-莱布尼兹公式、分部积分法、换元积分法等进行计算。
2. 牛顿-莱布尼兹公式牛顿-莱布尼兹公式是变上限积分的基本定理，也称为上限导函数的几何意义。
公式表明，若函数F(x)是f(x)的一个原函数，则有∫[a, x] f(t) dt = F(x) - F(a)。
这个公式类似于不定积分中的基本定理，可以用来求解变上限积分。
3. 分部积分法分部积分法是计算变上限积分的一种常用方法，它和常规积分中的分部积分法类似，通过选择适当的u和dv，然后应用积分的分部积分公式进行计算。
4. 换元积分法换元积分法也可以用来计算变上限积分，其思想是将变上限积分中的变量进行替换，然后将原变量的积分变成新变量的积分。
这种方法在一些特殊情况下可以简化计算。
三、变上限积分的应用1. 物理学中的应用在物理学中，变上限积分广泛应用于描述物体的位置、速度、加速度等动态变化的情况。
例如，当质点的加速度是给定的函数时，可以通过变上限积分来求解质点的速度和位移。
2. 工程学中的应用在工程学中，变上限积分通常用来描述系统的动态变化和特定的工程问题。
例如，机械工程中的速度、加速度、位移等问题都可以用变上限积分来求解。
变上限积分函数
变上限积分函数上限积分函数是微积分中的一个重要的概念，它在数学中的应用十分广泛，尤其在物理、工程、统计等领域具有非常重要的作用。
在本文中，我们将详细讨论上限积分函数的性质、定义以及其在实际应用中的应用。
上限积分函数是一种函数，也称为累积分布函数。
在微积分中，上限积分函数表示在一个区间中函数值的总和。
简单来说，就是对函数在某一段区间上的表现进行总结并反映在一个单一的函数值上。
一个典型的上限积分函数的定义形式是F(x)=∫[a,x]f(x)dx，其中f(x)是被积函数，[a,x]是积分区间，F(x)是上限积分函数。
上限积分函数具有如下的性质：1、上限积分函数是连续的。
上限积分函数与被积函数之间有密切的联系，如果被积函数是连续的，则上限积分函数也是连续的。
2、上限积分函数是单调不减的。
这是指上限积分函数的值随着$x$的增大而增大，反之亦然。
3、上限积分函数的值域在[0,1]之间。
这是因为上限积分函数代表的是累积概率分布函数，而概率的值域也在[0,1]之间。
在实际应用中，上限积分函数的应用非常广泛。
比如在统计学中，上限积分函数用于计算随机变量的分布函数。
在工程学中，上限积分函数被广泛应用于研究力学和电学问题。
在物理学中，它是量子力学的基础概念之一，可以用来描述粒子的态函数。
上限积分函数也具有一些重要的定理，比如说，中值定理：对于一个具有有限上下界的连续分布函数$F(x)$，存在一个值$c$使得$F(c)=0.5$。
这个定理在统计学和概率论中被广泛应用。
总之，上限积分函数是一个非常重要的数学概念，它在物理、工程、统计、概率论中都扮演着一定的角色。
对于想要学习这些领域的人来说，理解上限积分函数的定义和性质是非常必要的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
变限积分确定的函数的性质及应用摘要由变限定积分和变限反常积分定义的一类函数，有重要的理论价值和应用价值。
本文给出了变限积分的定义及其性质，主要讨论变限积分的求导问题以及奇偶性周期性等方面问题，较系统地讨论了这类函数的性质,得到若干结果，并简要介绍了它们的几点应用。
关键词：变限积分；函数；可积；连续；收敛。
ABSTRACTLimited by the variable and variable limit integral improper integral defined a class of functions, there are important theoretical and practical value. In this paper, changing the definition and nature of limit points, discuss the derivation of integral limits change issues and other aspects of the periodic parity, more systematic discussion of the nature of such functions, by a number of results, and a brief introduction Some of their applications.Key word: variable limit integral, function, integral, continuity, convergence.目录一.变限积分的概念及其性质 (5)1.1变限积分的概念 (5)1.2变限积分的性质 (5)二.变限积分函数的应用 (9)2.1问题的提出 (9)2.2 变限积分函数的应用 (11)2.2．1利用变限积分求原函数 (11)2.2．2 化积分问题为微分学问题 (11)2.2.3 求定积分 (12)2.2.4变限积分的积分变量替换 (14)三．结论 (16)一、 变限积分的概念及其性质 1.1变限积分的概念定义1：如果函数)(x f 在区间[]b a ,可积，则称 ⎰=Φxa dt t f x )()(，[]b a x ,∈叫变动上限积分。
⎰=ψbx dt t f x )()(，[]b a x ,∈叫变动下限积分。
定义2：（推广定义）：如果函数)(x f 在区间[]b a ,可积，0x 为[]b a ,内任一点，则称⎰=Φxx dt t f x 0)()(，[]b a x ,∈叫变动上限积分。
⎰=ψ0)()(x xdt t f x ，[]b a x ,∈叫变动下限积分。
变限积分是一种特殊的定积分，它具有很多特殊的性质，比如它的导数很特殊以及它的连续性、奇偶性、周期性等。
特殊性决定了它的重要性，也是经常考察的一个知识点，现就它的几个性质加以举例说明。
1. 2变限积分的性质定理1(连续性)：设函数)(x f 在区间[a ，b]上可积，则变动上限积分函数⎰=Φxx dt t f x 0)()(在[a ，b]上连续，其中0x 为[a ，b]内任一点。
证：对[]b a ,上任一确定的点x ，只要[]b a x x ,∈∆+，按定义有⎰⎰⎰∆+∆+=-=∆Φx x ax axx xdt t f dt t f dt t f )()()(因f 在[]b a ,上有界，可设[]b a t M t f ,,)(∈≤。
于是，当0>∆x 时有⎰⎰∆+∆+∆≤≤=∆Φxx xxx xx M dt t f dt t f )()(；当0<∆x 时，则有x M ∆≤∆Φ，由此得到0lim 0=∆Φ→∆x ，即证得Φ在点x 连续，由x 的任意性，Φ在[a ，b]上处处连续。
定理 2(导数定理)：如果函数)(x f 在区间[a ，b]上连续，则变动上限积分))((⎰=Φxa dt t f x 在],[b a 具有导数，并且它的导数是⎰==Φxa x f dt t f dxd x )()()(' 证明:对[]b a ,上任一确定的x ，当0=∆x 且[]b a x x ,∈∆+时，按定义和积分第一中值定理，有⎰∆+∆=∆∆Φxx x dt t f x x )(1=10),(≤≤∆+θθx x f 由于f 在点x 连续，故有)()()(lim lim'x f x x f x x x x =∆+=∆∆Φ=Φ→∆→∆θ 由x 在[]b a ,上的任意性，证得Φ是f 在[]b a ,上的一个原函数。
定理 3 (导数推广)：如果函数)(x f 在区间[a ，b]上连续，0x 为[a ，b]内任一点，则变动上积限积分)()()(0x f dt t f dx d x xx ==Φ⎰，x ][b a ，∈。
（证明略） 注：（1）区间a 可为-∞，b 可为+∞；（2）此定理是变限积分的最重要的性质，掌握此定理需要注意两点：第一，下限为常数，上限为参变量x （不是含x 的其他表达式）；第二，呗积函数f 中只含积分变量t ，不含参变量x 。
下面看几个关于变积分导数应用的典型例题: 例1：设dt e u conx t ⎰-=Φ12)(，求)(x Φ。
分析：dt e x ut ⎰--=Φ12)(和u=x cos 复合而成，要使用复合函数求导法则解：222cos cos cos 1sin )(cos )()(x x x xe x edt e dx d x x t ---=-=-=Φ⎰ 例2：设dt t x x x⎰+=Φ2231)(，求)(x Φ。
解：在31t +的连续区间内任选一点，比如取t=0，可得dt t dx d x x⎰+2231= dt t dx d x ⎰+0231+ dt t dx d x ⎰+2031=-2631281x x x +++例3：设)(x f 可导，求dt t x tf dx d x⎰-0)2(分析：这里被积函数f 中除含积分变量t 外，还含参变量x ，不能直接使用变限积分的导数定理，通常要通过变量替换消去被积函数f 中参数x ，则令u=2x-t 即可解：令u=2x-t ，则⎰⎰-=-xxxdu u f u x dt t x tf 20)()2()2(=2x ⎰xxdu u f 2)(-⎰xxdu u uf 2)())2((0dt t x tf dx d x⎰-=2⎰xxdu u f 2)(+2x[2)()2(x f x f -]-[2x )](2)2(x xf x f -=2⎰-xxx xf du u f 2)()(例4：设x=0时dt x t f x F x ⎰=1)()(-dt xf x ⎰1)1(，其中函数)(x f 在区间（0，+∞）上连续且单调增加，试证F(x)在（0，+∞）也单调增加。
分析：自然的想法是求F /(x),F(x)中的第一项变限积分的被积函数f 除依赖于积分变量t 外，还依赖于x ，因此要通过变量替换消去被积函数f 中参数x 证明：令x tu =,则dt t f du u xf x F x x⎰⎰-=111)1()()(=⎰⎰--x x tf dt t f x 111)1()(由变限积分求导法得：)('x F )1()1()1()(211x f xx xf dt t f x ----=⎰=⎰--x dt t f x f x 11)()1()11(比较上式右端两项的大小，把第一项表成定积分得：)('x F ⎰⎰-=x x dt t f dt x f 1111)()1( =dt t f x f x ⎰⎥⎦⎤⎢⎣⎡-11)()1(当0<x<1时，11>x，1<t<x 1，0)()1(>-t f x f ，当x>1时，0<x 1<1，x 1<t<1，0)()1(<-t f x f ，于是)('x F >0（x>0,x 1≠）,0)1('=F 因此，F(x)在)0(∞+，单调增加。
定理3（奇偶性）设)(x F =⎰xx dt t f 0)(，其中函数)(x f 在区间[a ，b]上可积，0x 为[a ，b]内任一点。
若函数f(x)为奇函数，则)(x F 为偶函数。
证明：由变量替换有 x x -==-)(x F du u f u d u f dt t f xx xx xx ⎰⎰⎰---=--=0)()()()(=⎰-00)(x x du u f +⎰xx du u f 0)(=0+)(x F即)(x F 为偶函数。
例7：如果函数f(x)在区间),(+∞-∞内连续，且F(x)=dt t x f t x x)()2(0--⎰，试证：若函数f(x)为偶函数，则F(x)也为偶函数。
证明：F(x)= dt t x f t x x)()2(0--⎰ut x =-⎰-xdu u f x u 0)()2(=du u uf x⎰0)(2-xdu u uf x⎰)(2⎰⎰-+=-x xdu u f x du u uf x F 0)()(2)(su -=.)()()(20⎰⎰=-xxx F ds s f x s sf所以F(x)也是偶函数。
定理4（周期性）设)(x f 是以Ｔ为周期的可积函数。
试证：[]dt I t f x x⎰-=Φ0)()(亦是以Ｔ为周期的函数。
式中⎰=Tdt t f T I 0)(1证明：[]⎰+-=+ΦTx dt I t f T x 0)()(＝[][]⎰⎰+-+-T xx xxdt I t f dt I t f )()(0＝⎰+-+ΦTx xITdt t f x )()(＝⎰⎰-+ΦTTdt t f TTdt t f x 00)(1)()( ＝)(x Φ例8：设f(x)是在),(+∞-∞内以T 为周期性的连续函数，则下列函数中也是以T 为周期性的是（A ）⎰x dt t f 0)( (B) ⎰-0)(xdt t f（C ）⎰x dt t f 0)(+ ⎰-0)(xdt t f (D) ⎰x dt t f 0)(+⎰-0)(xdt t f分析：利用周期函数的积分性质解题，一般有以后结论：以T 为周期的连续函数f(x)的原函数以T 为周期⎰=⇔Tdx x f 00)(解：由周期性函数的积分性质得⎰+=Tx dt t f 0)(⎰xdt t f 0)(+ ⎰+Tx dt t f 0)(=⎰x dt t f 0)(+⎰Tdt t f 0)(⎰--=)(Tx dt t f ⎰-0)(xdt t f +⎰---xTx dt t f )(=⎰-0)(xdt t f +⎰Tdt t f 0)(因为⎰T dt t f 0)(不一定为零，所以，⎰x dt t f 0)(与⎰-0)(xdt t f 不一定以T 为周期，而⎰⎰+---Tx Tx dt t f dt t f 0)()(=⎰⎰--x xdt t f dt t f 0)()(所以⎰⎰--x xdt t f dt t f 00)()(以T 为周期而⎰⎰+--+Tx Tx dt t f dt t f 0)()(=⎰⎰⎰++-Tx xt f dt t f dt t f 00)(2)()(所以⎰⎰-+x xdt t f dt t f 0)()(不一定以T 为周期，故选（C ）二、 变限积分函数的应用2.1问题的提出纵观微积分教材，一元函数微积分部分主要涉及六个概念，即极限、连续、导数、微分、不定积分、定积分以及三个定理即微分中值定理、积分中值定理、微积分基本定理（牛莱公式），极限是研究这些概念和定理得的工具，也是联系他们的一条无形的链，在说明不定积分与其他概念的联系时，牛莱公式起到了重要作用，牛莱公式是微积分的核心。