第五章定积分
高等数学 第5章 第一节 定积分的概念
定积分存在的两个充分条件:
定理1 设 f ( x) 在区间 [a, b]上连续, 则 f ( x)在区间 [a, b] 上可积. 定理2 设 f ( x)在区间 [a, b] 上有界, 且只有有限个间断点,则
f ( x)在区间 [a, b]上可积.
6
定积分的几何意义
y y f (x)
A
o xa xb x
lim
n
6n 2
3
10
1 i n
i
},
0,
n
A lim 0 i1
f ( i )xi
An
x xn1 nxn b
3
2. 变速直线运动的路程
设物体作直线运动,
已知速度 v v(t )是时间间隔 [T1 ,T2 ]上 的
连续函数, 且 v(t ) 0, 计算在这段时间内物体所经过的路程。
匀速直线运动:
路程=速度×时间.
(1) 分割
T1 t0 t1 ti1 ti tn T2 ,
v( i )
ti ti ti1
(i 1,2,, n)
(2) 近似代替
si v( i )t i
T1
i
T2
t t0 t1 t2 ti1 ti tn1 tn
(3) 求和 (4) 取极限
s
n i 1
s
i
n v(
i 1
i )t i
每 个小区间的长度 xi xi xi1 (i 1,2,n).
2
(2)近似代替
y Ai f (i )xi
(i 1,2,, n)
(3)求和
y f (x)
A1 A2
Ai
A
n i 1
Ai
n
高等数学第05章 定积分及其应用习题详解
0
x 1 sin tdt 0dt 1 , 2
b a
f ( x)dx 在 几 何 上 表 示 由 曲 线 y f ( x) , 直 线
x a, x b 及 x 轴所围成平面图形的面积. 若 x a, b时,f ( x) 0, 则 b f ( x)dx 在几何 a
上表示由曲线 y f ( x) ,直线 x a, x b 及 x 轴所围平面图形面积的负值. (1)由下图(1)所示, 1 xdx ( A1 ) A1 0 .
n
2
i
i 1
n
2
1 1 1 1 1 n(n 1)(2n 1) = (1 )(2 ) 3 n 6 6 n n 1 1 2 当 0时 (即 n 时 ) ,由定积分的定义得: x d x = . 0 3
= 5. 利用定积分的估值公式,估计定积分
4 3
1 1
(4 x 4 2 x 3 5) dx 的值.
上任取一点 i 作乘积 f ( i ) xi 的和式:
n
f ( i ) xi c ( xi xi1 ) c(b a) ,
i 1 i 1
n
n
记 max{xi } , 则
1i n
b a
cdx lim f ( i ) xi lim c(b a) c(b a) .
x
0
(t 1)dt ,求 y 的极小值
解: 当 y x 1 0 ,得驻点 x 1 , y '' 1 0. x 1 为极小值点, 极小值 y (1)
( x 1)dx - 2
高等数学 第五章 定积分的概念及其性质
() a,( ) b, a (t) b,t [, ]
则有定积分换元公式:
b a f (x)dx
例1:计算定积分
(1)
4
cos(2
x
)dx
0
4
1
(2)
1 x2 dx
0
定积分的计算
解:(1)
4
cos(2
x
)dx
0
4
1
4
cos(2
x
)d
(2
x
)
20
4
4
令 t 2x ,则当 x 时,t
解:(2)、 y 1 x2
y2 x2 1( y 0)
如图
y
1S
o
1x
(2)
定积分的概念及性质 4、定积分的计算法则
法则1 常数因子可以提到积分号外.即
法则2 两个函数代数和的定积分等于它们定积分的代数和,即
法则3 (积分区间的可加性) 对任意的点c,若函数在区间
上均可积,则有
定积分的概念及性质
4
4
4
则当 x 0时,t ,有:
原式 1 2
4
4
cos
tdt
4
1 sin t 4 2 4
2 2
(2) 1 1 x2 dx 0
令 x sin t ,则当 x 1 时,t
2
则当 x 0时,t 0 ,有:
原式 2 1 sin2 td sin t 0
2
cos2
tdt
例2
求
1
0 (
x3
x
1)dx
.
解
1
(
x
3
x
1)dx
第5章定积分95525
第五章定积分一、基本内容(一)基本概念1.定积分的定义:设函数f (x)在[a, b]上有定义,任取分点a =Xo c Xj c X2 <••• < x n_^ < x^ b .把区间[a,b]分成n个小区间[x ij X i]称为子区间,其长度记为△X i =X i —X i」(i =1,2,…,n)在每个小区间[X i^X i]上任取一点q(X i」<X i),得相应的函数值f(E i),作乘f GM X i (i =1,2,…,n)把所有这些乘积加起来,得和式nZ f(©i)心X i,i =1如果不论区间[a,b]分成n个小区间[X i」,X i]的分法如何及点©怎样取法,当分点无限增多(记作n T K)而每个小区间长度无限缩小(h=max{A x i}T 0),此和n式的极限存在,即设I “im S f^JA X i,贝U称函数f(x)在[a,b]可积,并将此极b限值I称为函数f (X)在[a,b]上的定积分。
记作/ f (x)dx,即L aa f(x)dx=i f G)i X i.(二)定积分的计算1.变上限积分X定义如果函数f(x)在[a,b]上连续,则①(x) = J f(t)dt, xFa,b]是积分上限XaX的函数,称f f(t)dt为变上限的定积分.“a2.牛顿-莱布尼兹公式设函数f(x)在[a,b]上连续,F(x)是f(x)的一个原函数,则b baf(x)dx = F(b)-F(a)=F(x) .3. 定积分换元积分公式设函数f(x)在[a,b ]上连续,函数x =^t)在区间[a ,P ]上单值且连续可导,其 值在[a,b ]上变化,且护(a ) =a,申(P ) =b ,则有b Paf(x)dx =『 伴(t))®'(t)dt在使用定积分换元公式时,要注意还原同时换积分限 4. 定积分的分部积分公式设函数u =u(x),v =v(x)在[a,b ]上有连续导数uTx)V(x),则bbau(X)dv(X)=u(X)v(X)|a (三) 广义积分 无穷区间上的广义积分-be b 驭a f(x)dx. blim f f (x)dx .c a ^If g dx +J %! f (x)dx .2 .无界函数的广义积分(1) 设 f (x)在(a, b ]上连续,lim/(X)=处,贝 UX —j a十b baf(x)dx =绞^+[七f(x)dx .⑵设f(x)在[a,b)上连续,lim f(x)=处,贝UX —j b —bb一名[f(x)dx = linn a f (x)dx . (3)设 f (x)在[a,c)和(c,b ]上连续,lim f (x)=处,则 X TbCb[f(x)dx = [ f(x)dx+.C f(x)dxc Yb=lim.f f (x)dx + lim.f , f (x)dx .二、练习题5. 1计算下列定积分:丑 1 ⑴為一dx. 三1 + COSX⑴[f(x)dx=bb (2) J f(x)dx =a 二-be⑶ Lcf(x)dx =b- av(x)du(x).1dx上 2”e%x.所以原式=-In | e 」+ Je^x -1『2 +山—e 2x (4) 『|sinx - cosx| dx .JI解:原式 =『(cosx - sin X)dx + g(sin x - cosx) dx4=sinx]# +cosx|4-cosx|2—sinx|24=返+2^_1+返 _1+返=2(血-1).2a⑸ Lx[f(x) + f(—x)]dx.aa解:原式=L xf (x)dx + xf (-x)dx ,解:原式= "2COS 2|f\sec 2xd- 今 2 2解:原式=f 6 dx= .016J x + 9 詈 |(2|063x 2 16j xdx+[于 dx|?=12.16解 :原式上21 -e 2xJn 2J 1 - e 2x_ln 2 dx= 0= dx- 訴-e 2xJn 2e2x兀_x edx£上2 de 2xL 2xP 1 -e上2 de^J e ^x _1丄 1 /n2d(1-e 2x )2^由于dx=In | X + J x 2 -1 | + C .『2 —In(2+7l)+¥XCM_xL| —co I 00+ co u」X—L)Xpx+L +CML | CM+ co _cL | COIIL I oq oT —X-I CM+ -1 CM+CO _c-I 00II■ I00IIXCMXCM VX L I CJ_P¥3n-x —L3X—L。
定积分
第五章定积分一、教材分析定积分起源于求图形的面积和体积等实际问题。
古希腊阿基米德用“穷竭法”,我国古代刘徽用“割圆术”,都曾解决过一些面积和体积问题,这些都是定积分的雏形。
直到17世纪中叶,牛顿和莱布尼兹先后提出了定积分的概念,并发现了积分与微分之间的内在联系,给出了计算定积分的N—L公式,从而才使定积分成为解决有关实际问题的有力工具。
定积分是积分学的一个基本概念,后续的重积分、曲线积分和曲面积分都是在定积分基础上的推广。
因此,本章在积分学中占有重要的基础地位。
定积分概念的形成反映了微积分的重要思想,定积分的计算则依赖于N—L公式。
二、教学要求1、理解定积分的概念及性质2、熟练掌握定积分的换元法和分部积分法。
3、理解积分上限函数及其求导定理。
熟悉牛顿(Newton)-莱布尼兹(Leibniz)公式。
4、了解反常积分的概念5、知道定积分的近似计算法(梯形法和抛物线法)三、教学重点与难点重点:定积分的概念及性质、N—L公式、定积分的换元法和分部积分法难点:积分上限函数及其求导定理、反常积分。
四、教学内容及课时划分§5—1 定积分的概念与性质 3课时§5—2 微积分基本公式 2课时§5—3 定积分的换元法和分部积分法 3课时§5—4 反常积分 2课时习题课 2课时合计 12课时五、本章知识结构图第一节 定积分的概念与性质教学目的:1.理解定积分的定义 2.掌握定积分的性质 教学重点、难点:1.重点:定积分的概念的形成 2.难点:用定积分定义求定积分 教学课时:3 教学过程:一、定积分问题举例:1、曲边梯形面积设)(x f y =在 []b a ,上非负、连续,由直线x = a, x = b, y = 0 及曲线)(x f y =所围成的图形,称为曲边梯形。
求曲边梯形的面积:在区间 [a,b] 中任意插入若干个分点b x x x x x a n n =<<<<=-1210 ,把[a,b]分成n 个小区间[10,x x ],[21,x x ], … [n n x x ,1-],它们的长度依次为: 1122011,,,--=∆-=∆-=∆n n n x x x x x x x x x经过每一个分点作平行于y 轴的直线段,把曲边梯形分成n 个窄曲边梯形,在每个小区间[i i x x ,1-]上任取一点i ξ,以[i i x x ,1-]为底,)(i f ξ为高的窄边矩形近似替代第i 个窄边梯形(i=1,2,…,n ),把这样得到的n 个窄矩形面积之和作为所求曲边梯形面积A 的近似值,即n n i x f x f x f A ∆++∆+∆≈)()()(221ξξξ =∑=∆ni i i x f 1)(ξ设{}0,,,max 21→∆∆∆=λλn x x x 时,可得曲边梯形的面积∑=→∆=ni i i A x f A 10)(lim ξ2、变速直线运动的路程设某物体作直线运动,已知速度)(t v v =是时间间隔[21,T T ]上t 的连续函数,且)0(≥t v ,计算在这段时间内物体所经过的路程S在[21,T T ]内任意插入若干个分点212101T t t t t t T n n =<<<<=-把[21,T T ]分成n 个小段 [10,t t ],[21,t t ],…, [n n t t ,1-]各小段时间长依次为:,,,,1122011--=∆-=∆-=∆n n n t t t t t t t t t 相应各段的路程为:n S S S ∆∆∆,,,21在[i i t t ,1-]上任取一个时刻1()i i i i t t ττ-≤≤,以i τ时的速度()i v τ来代替[i i t t ,1-]上各个时刻的速度,则得:()i i i S v t τ∆≈∆ ),,2,1(n i = 进一步得到:1122()()()n n S v t v t v t τττ≈∆+∆++∆ =1()ni i i v t τ=∆∑设{}0,,,,max 21→∆∆∆=λλ当n t t t 时,得: 01l i m ()ni i i S v tλτ→==∆∑ 二、定积分的定义由上述两例可见,虽然所计算的量不同,但它们都决定于一个函数及其自变量的变化区间,其次它们的计算方法与步骤都相同,即归纳为一种和式极限,即面积∑=→∆=ni i i x f A 10)(lim ξλ,路程01lim ()ni i i S v t λτ→==∆∑.将这种方法加以精确叙述得到定积分的定义定义 设函数],[)(b a x f 在上有界,在[a,b]中任意插入若干个分点 b x x x x x a n n =<<<<<=-1210 把区间[a,b]分成n 个小区间],,[,],,[],,[12110n n x x x x x x -各个小区间的长度依次为1122011,,,--=∆-=∆-=∆n n n x x x x x x x x x . 在每个小区间[i i x x ,1-]上任取一点1()i i i i x x ξξ-≤≤,作函数值)(i f ε与小区间长度i x ∆的乘积()(1,2,,),i i f x i n ξ∆= 并作出和1()ni i i S f x ξ==∆∑.记},,,max{21n x x x ∆∆∆= λ,如果不论对[a,b]怎样分法,也不论在小区间[i i x x ,1-]上点i ξ怎样取法,只要当1→λ时,和S 总趋于确定的极限I ,这时我们称这个极限I 为函数)(x f 在区间[a,b]上的定积分(简称积分), 记作⎰badx x f )(,即⎰badx x f )(=I =01lim ()ni i i f x λξ→=∆∑,其中)(x f 叫做被积函数, dx x f )(叫做被积表达式,x 叫做积分变量,a 叫做积分下限,b 叫做积分上限, [a,b]叫做积分区间.注意:积分与积分变量无关,即:⎰⎰⎰==bab abadu u f dt t f dx x f )()()(函数可积的两个充分条件:定理1 设],[)(b a x f 在上连续,则)(x f 在[a,b]上可积。
第五章,定积分
②设f (x)在区间[a b]上有界 且只有有限个间断点 则f (x) 在[a b]上可积
③设f (x)在区间[a b]上只有有限个第一类间断点 则f (x) 在 [a b]上可积
④若f (x)在区间[a b]上单调,则f (x) 在[a b]上可积
4.定积分的性质
两点规定
(1)当ab时
b
a f (x)dx 0.
n i 1
f
i n
.
等式右端的极限可通过等式左端的积分来计算.
2.定积分的几何意义
(1)设
b
a
f
(x) dx存在,若在a,b上f
x
0,
则 b a
f
(x) d x
的值等
于曲线 y f x与直线 x a, x b以及 x 轴所围成的曲边
梯形的面积.
(2) 若在
a, b 上f
x
0,则 b a
(2)当a>b时
b
a
f (x)dx f (x)dx.
a
b
性质1 函数的和(差)的定积分等于定积分的和(差) ,即
b
a[
f
(x)
g(x)]dx
b
a
f
(x)dx
b
a g(x)dx
性质2 被积函数的常数因子可以提到积分号外面, 即
abk
f
(x)dx
k
b
a
f
(x)dx
性质3 如果将积分区间分成两部分,则在整个区间上的定
积分等于这两部分区间上定积分之和,即
b
a
f
(x)dx
c
a
f
(x)dx
b
c
f
第五章 定积分---教参
第五章 定积分一、本章的教学目的1.了解定积分的定义,函数()f x 在[,]a b 上可积的充分条件。
2.掌握定积分的性质,理解定积分中值定理。
3.掌握积分上限函数的求导方法及其应用。
4.熟练掌握微积分公式、定积分的换元积分法及分部积分法。
5.掌握用定积分计算平面图形的面积和求旋转体体积的计算公式。
主要内容1.定积分的概念与性质曲边梯形,曲边三角形;分割,黎曼和,黎曼和的极限;()f x 在[,]a b 上可积,()f x 在[,]a b ]上的定积分;定积分的几何意义;定积分的基本性质.关于函数可积性的几个重要结论: (1)可积函数必有界;(2)有限区间[,]a b 上的连续函数可积;(3)在有限区间[,]a b 上只有有限个间断点的有界函数可积. 2.微积分基本定理变上限积分,变限积分的求导公式:()()()xaf t dt f x '=⎰微积分基本公式:()()()()bbaaf x dx F x F b F a ==-⎰,其中()F x 是()f x 在[,]a b 上的一个原函数. 3.定积分的换元积分法与分部积分法定积分的换元积分法;对称区间[,]a a -(0)a >上奇偶函数定积分的性质:(()f x 是奇函数);()2()aaaf x dx f x dx -=⎰⎰ (()f x 是偶函数); 周期函数定积分的性质:()()a T Taf x dx f x dx +=⎰⎰ (T 为()f x 的周期); 定积分的分部积分公式:()()()()()()bbbaaau x v x dx u x v x v x u x dx ''=-⎰⎰.4.定积分的应用由x a =,x b =,()y f x =,()y g x =所围成的平面图形的面积()()baS f x g x dx =-⎰;微元法;由x a =,x b =,x 轴及()y f x =所围成的平面图形绕x 轴旋转一周所得旋转体体积2[()]bx aV f x dx π=⎰;由y c =,(0)y d d c =>≥,y 轴及()x y ϕ=所围成的平面图形绕y 轴旋转一周所得旋转体体积2[()]dy cV y dy πϕ=⎰二、本章教学的重点和难点1.教学重点:定积分的性质,微积分基本公式,定积分的换元法与分部积分法定积分的应用。
高等数学第五章定积分总结
高等数学第五章定积分总结定积分作为微积分的重要概念,是无穷积分的一种形式,并在多个领域中有着广泛的应用。
本章主要介绍了定积分的定义和性质,以及定积分的计算方法和应用。
首先,本章介绍了定积分的概念和定义。
定积分是一个数值,表示在给定的区间上,函数曲线与x轴之间的面积。
定积分可以分为两个部分:积分号和被积函数。
积分号表示积分的区间,被积函数表示要求积分的函数。
定积分的计算可以通过数值方法或解析方法进行,具体方法和结论有不少。
其次,本章介绍了定积分的性质。
定积分具有线性性、区间可加性和保号性等性质。
线性性质表示定积分可以进行加减运算,并且可以乘以一个常数。
区间可加性是指定积分的区间可以分为多个子区间,进行分段积分。
保号性表示如果被积函数在一些区间上恒大于等于0,那么该区间上的定积分也大于等于0。
这些性质为定积分的计算和应用提供了更多的方便性。
然后,本章介绍了定积分的计算方法。
定积分的计算可以通过不定积分和定积分的关系来进行。
通过求解原函数,并利用牛顿-莱布尼茨公式,可以简化计算过程。
本章还介绍了定积分的几何意义,即定积分表示函数曲线与x轴围成的面积,也可以表示其中一种物理量在一定时间或一定空间内的累积变化量。
最后,本章介绍了定积分的应用。
定积分在几何学、物理学、经济学等多个领域中有着广泛的应用。
例如,通过定积分可以计算曲线的弧长、曲线围成的面积、质心的坐标等几何问题;通过定积分可以计算物体的质量、重心、转动惯量等物理问题;通过定积分可以计算收益、成本、利润等经济问题。
这些应用都是建立在定积分的几何意义和计算方法的基础之上,对于深入理解和运用定积分具有重要意义。
总之,定积分是微积分中的重要概念,不仅具有丰富的理论性质,还有着广泛的应用价值。
通过学习定积分的定义、性质、计算方法和应用,可以帮助学生更好地理解和掌握微积分的知识,为解决实际问题提供更有效的数学工具。
高等数学(第五章)定积分
二、定积分的定义
定义 设 f ( x) 在[ a , b ]上有界
(1) 将[ a , b ] 任意分成 n 个小区间 [ x0 , x1 ],[ x1 , x2 ],, [ xi 1 , xi ] ,, [ xn 1 , xn ], x0 a , xn b . xi xi xi 1 (i 1, 2,, n), 为第 i 个小区间的长度 .
f ( )x . 在 x 与 x x 之间 . x 0 , x
定理 2 (变上限的积分求导定理) 设 f ( x) 在[ a , b ] 上连续 , x 则 f (t )dt f ( x) .
a
x a
f (t )dt
f (t)
b a
o a
c1
c2
b
f ( x) dx .
x
根据定积分的几何意义 我们可以计算一些简单的定积分 .
y
yx
例1
b a
1dx b a . ?
ab 1 2 2 x dx ? (b a) (b a ) . 2 2
o
a
b
x
例2
例3
b a
R 0
R x dx
2 2
0
i 1
n
并称极限值为 f ( x) 在[ a , b ]上的定积分.
记为
b a
f ( x)dx
上限
b a
f ( x)dx lim f (i )xi .
0
i 1
n
下限
a 叫积分下限 , b 叫积分上限 ,[ a , b ]叫积分区间. f ( x) 叫被积函数 , x 叫积分变量 . f ( x)dx叫被积表达式 .
第五章 积分 5-1 定积分的概念与基本性质
b
b
|
a
f (x)d
x|
|
a
f (x)|d
x.
证明 由于 | f (x) | f (x) | f (x) |, 应用性质 3
b
b
b
a | f (x)|d x | a f (x) d x a | f (x)|d x,
43
4
1
1
1
2
7 1 sin 2
1 sin 2 x 1 sin 2
, 3
3
4
所以
21
3
4
4 7
d
x
3
4
dx 1 sin 2
x
3
4
2 3
d
x
.
18
《高等数学》课件 (第五章第一节)
推论 2 设 f R [a, b], 且在 [a, b] 上 f (x) 0, 则
b
a f ( x) d x 0.
性质 2 (积分对区间的可加性) 设 a c b, f R [a, b], 则 f R [a, c], f R [c, b],
且
b
c
b
f (x) d x f (x) d x f (x) d x.
a
a
c
一般, 当上式中三个积分都存在时, 无论 a, b, c 之间具有怎样 的大小关系, 等式都成立.
当 f (x) R [a, b] 时, 可在积分的定义中, 对 [a, b] 作特殊的分
划, 并取特殊的 i [x i 1, x i] , 计算和式. 如等分区间 [a, b], 并取 点 i 为 [x i 1, x i] 的右端点 x i 或左端点 x i 1 或中点.
高等数学第五章第一节定积分的概念及性质课件.ppt
二、定积分定义
a x0 x1 x2 xn b ,
任一种分法 任取
总趋于确定的极限 I ,则称此极限 I 为函数
上的定积分,
记作
b
a
f
( x) dx
即
b a
f
(
x)
dx
lim
0
n
i1
f
(
i
)
xi
o
a x1
此时称 f ( x ) 在 [ a , b ] 上可积 .
在区间
i
x xi1xi b
证: f (i ) xi 0
i1
b
n
a
f
( x) d
x
lim
0 i1
f
(i ) xi
0
推论1. 若在 [a , b] 上
则
推论2.
(a b)
证: f (x) f (x) f (x)
b
b
b
a f (x) dx a f (x) dx a f (x) dx
即
b
b
a f (x) dx a f (x) dx
使
因此定理成立.
说明:
• 积分中值定理对
• 可把
b
a f (x) dx f ( )
ba
因
y f (x) y
oa bx
故它是有限个数的平均值概念的推广.
例4. 计算从 0 秒到 T 秒这段时间内自由落体的平均 速度.
解: 已知自由落体速度为
v gt
故所求平均速度
1 1 g T 2 gT
第一节
第五章
定积分的概念及性质
一、定积分问题举例 二、 定积分的定义 三、 定积分的性质
高二数学-定积分概念-课件
0
( x f (t)dt)2
0
( x f (t)dt)2
0
0
依题意,在[0, x](x 0)上, f (t) 0, (x t) f (t) 0,
且(x t) f (t) 0,故
x
f (t)dt 0,
x
(x t) f (t)dt 0,
0
0
F(x) 0(x 0),从而F(x)在(0,)内单调增加。
(2) lim 4 sin n xdx 0. n 0
解: (利用积分中值定理)
(1)
1 2
xn
dx
n
(1 0)
(0 1)
0 1 x 1 2
2
原式 lim n 0.
n 2(1 )
(2)
4
sin
n
xdx
sin
n
(
0)
0
4
原式 lim sin n 0.
n 4
(0 )
n
n
(iii)求和: A Ai f (i )xi
i1
i1
o a xi1i xi
bx
(iv)取极限:令 max{ x1,xn},则曲边梯形面积
n
A lim 0 i1
f (i )xi
1.定积分定义 设函数f(x)在[a,b]上有界,
(i)分割: 在[a,b]内插入若干个分点a x0 xn1 xn b,
x
0
(1) (1) 2
例4 设f (x)在[0,)内连续,且f (x) 0.证明
x
tf (t)dt
F(x)
0 x
在(0,)内卫单调增加函数。
0 f (t)dt
证
x
x
第五章定积分、广义积分
0 (令x t)
0
2
(5) xf (sin x)dx
f (sin x)dx
2 f (sin x)dx
0
20
0
(令x t)
二、基本问题及解法
问题(一) 有关变上限积分的运算
如果f ( x)在[a, b]上连续,则变上限积分( x)
x
f (t)dt
a
是x的连续函数.可进行函数的各种运算,如,求极限、 求
(3) a ( x a)k k 1时发散
利用以上结论可直接判定一些广义积分的敛散性:
例1.下列广义积分发散的是 ( )
1 dx
( A)0
; x
2 dx
(B)
;
1 3 x1
dx
(C )1
; x
dx
(D)2 x (ln x)
利用上述结论不难判定 (C), (D)正确.
6.微积分的常用公式
dy 2xe y2 cos x2dx
例5.设f ( x)在[0, )上连续且满足
x2 (1 x )
f (t)dt x
0
求f (2)
解 : 方程两边对x求导,得 f [x2(1 x)][x2(1 x)] 1,
即 f ( x2 x3 ) (2x 3x2 ) 1.令 x 1,得 f (2) 1 5
(a, c为任意常数)
2 a kf (x)dx k a f (x)dx
3 a [ f (x) g(x)]dx a f (x)dx a g(x)dx
4
分部积分公式
udv uv
vdu
a
a
a
5 也有相应的换元法;
6
f (x)dx F (x) F () F (a)
高数考研基础班第五章 定积分
b−a 解 [ 理 为f ( x)在 a, b]上 平 值. 的 均
= f (ξ )
因 故它是有限个数的平均值概念的推广. 故它是有限个数的平均值概念的推广
1 n = lim ∑ f (ξi ) n→∞ n i =1
9
5.积分上限函数 积分上限函数
Φ( x) = ∫ f (t)dt
a
x a
x
认识它吗? 认识它吗?
x
f ( x )dx = ∫ f ( x )dx a a
x
+ lim
x →b
x →+∞
∫
x
x a
f ( t )dt
∫
b
a
f ( x )dx = lim− ∫ f ( t )dt
a
(b瑕点)
11
二、与概念有关的问题
定积分定义 ☆定积分定义
O
∫
b a
0 x
则下列结论正确的是( 则下列结论正确的是(C ) 5 3 B. F (3) = F (2) A. F (3) = − F ( − 2) 4 4 5 3 D. F (−3) = − F (−2) C. F ( − 3) = F (2) 4 4
3 F (3) = F ( − 3) = π 8
F (2) = F ( −2) =
λ → 0 i =1
n
∫
b
a
f ( x)dx.
T2
1
4
变速直线运动的路程
s = lim
∑ v (τ i ) ∆ t i = ∫T λ→0
i =1
n
v(t )dt.
2.存在定理 存在定理
定理的证明省略,只要求记住结论 定理的证明省略 只要求记住结论. 只要求记住结论
高等数学 课件 PPT 第五章 定积分
在[0,1]上是有界函数,但不可积.因为不论对[0,1]怎样分 割,在任意被分割的小区间[xi-1,xi]上,总能取到ξi为有理数, 这时f(ξi)=1,也总能取到ξi为无理数,这时f(ξi)=0.所以对[0,1] 的任何一种分法,我们总可以得到
一、定积分的概念
思考
一个函数在什么条件下可积?什么条件下不可积?
一、定积分的概念
3. 定积分存在的充分条件
若f(x)在[a,b]上无界,则f(x)在[a,b]上一定是不可积 的.这是因为,若f(x)在[a,b]上无界,那么无论对[a,b] 怎样分割,都至少有一个区间[xi-1,xi],函数f(x)在其上无 界.因此,在[xi-1,xi]上一定可以取一点ξi,使得f(ξi)大于任 意一个正数M,因而也就使得和式 ∑ =1f(ξi)Δxi可以任意的 大.当λ→0时,这个和就不可能趋向于任何极限.由此可知, f(x)在[a,b]上可积的必要条件是f(x)在[a,b]上有界.
一、变速直线运动中位置函数与速度函数之间的联系
为了讨论质点在变速直线运动中位置函数与速度函数间的 联系,有必要沿质点的运动方向建立坐标轴.设时刻t时质点所 在位置st,速度vtvt≥0. 已知质点在时间间隔T1,T2内经过的路程可以用速度函数vt在 T1,T2上的定积分
一、定积分的概念
在区间[a,b]上,f(x)既有正值又有负值时,函数y=f(x) 的图形某些部分在x轴的上方,而其他部分在x轴的下方.如果 规定在x轴的上方的图形的面积为正,在x下方的图形面积为负, 那么∫baf(x) 的几何意义就是介于曲线y=f(x)、x轴及两条直线 x=a,x=b之间的各部分面积的代数和,如图5-2所示.
把区间[a,b]分成个n小区间 [x0,x1],[x1,x2],…,[xn-1,xn],
高等数学-第5章 5.1 定积分的概念与性质
第5章 定积分及其应用定积分起源于求图形的面积和体积等实际问题,这类问题往往归结为计算“和式的极限”.定积分与不定积分是两个不同的概念,微积分基本定理揭示了这两个概念之间的关系,解决了定积分的计算问题.本章将从两个实例出发引出定积分的概念,然后讨论定积分的性质和计算方法,介绍定积分在几何上和物理学上的一些应用.§5.1 定积分的概念与性质一、引例 1. 曲边梯形的面积在中学,我们学过求三角形、矩形等以直线为边的图形的面积。
但在实际应用中,有时需要求以曲线为边的图形的面积(图5.1),这种图形可以分割为若干个一条边为曲线,而其余边为直线的图形(图5.2)。
现考虑求由连续曲线()(()0)y f x f x =≥以及直线0===y b x a x 、、所围成图形(图 5.3)的面积,这种图形称为曲边梯形,曲线()y f x =叫做曲边梯形的曲边。
怎样计算曲边梯形的面积呢?不妨回顾一下我们是怎样求函数在某点的瞬时变化率(切线的斜率、瞬时速度)的,都是先求某一区间内的平均变化率(割线的斜率、平均速度),得到某点变化率的近似值,再取极限由近似变化率过渡到精确变化率(切线的斜率、瞬时速度)。
简言之,就图5.3图5.1图5.2是先求近似值,再取极限由近似值过渡到精确值。
我们也采取这种方法来求曲边梯形的面积,先将曲边梯形分割成若干个小的曲边梯形,每个小曲边梯形都用一个小矩形近似代替,则所有小矩形面积之和就是曲边梯形面积的近似值,当把曲边梯形无限细分时,所有小矩形面积之和的极限就是曲边梯形的面积.为了便于表述,按下面四个步骤求曲边梯形的面积A : (1)分割 用1n +个分点01211i i n n a x x x x x x x b --=<<<<<<<<= ,把区间],[b a 分成n 个小区间011211[,],[,],,[,],,[,]i i n n x x x x x x x x -- ,它们的长度依次为11022111,,,,,i i i n n n x x x x x x x x x x x x --∆=-∆=-∆=-∆=- ,经过每一个分点作平行于y 轴的直线段, 把曲边梯形分成n 个小曲边梯形,第i 个小曲边梯形的面积记为(1,2,,)i A i n ∆= ,则所求曲边梯形的面积可表示为121nn i i A A A A A ==∆+∆+⋅⋅⋅+∆=∆∑。
第五章 定积分
第五章 定积分一、基本要求(1) 理解定积分的定义,熟悉定积分的有关性质。
(2) 理解牛顿—莱布尼茨公式的意义,能熟练地应用此公式计算定积分。
(3) 掌握变上限函数的极限、导数、极值等问题的求法。
(4) 熟练掌握定积分的换元积分法与分部积分法。
(5)知道两类广义积分的计算。
二、 教学重点(1) 定积分作为变上限函数及求导定理。
(2) 牛顿—莱布尼茨公式。
·(3) 定积分的换元积分法与分部积分法。
三、 教学难点(1) 定积分的概念。
(2) 定积分的中值定理。
四、释疑解难问题5.1 定积分与不定积分有什么区别?有什么联系?答: 函数()f x 的定积分011()m ax lim()i ni i x i n i b f x dx f x aξ∆→≤≤==∆∑⎰,它是积分和式的极限,结果为一个确定的值;函数()f x 的不定积分()f x dx ⎰是()f x 的原函数的一般表达式,即()f x dx ⎰结果为()f x 的任一个原函数。
虽然它们名字都有“积分”两字,但是它们是截然不同的两个基本概念。
其联系可用牛顿—莱布尼茨公式表示,即()()()()ba b f x dx F x F b F a a==-⎰(其中()F x 为()f x 的不定积分中某一个确定的函数)。
由此可知,对于()f x 在[],a b 上定积分的计算是,可以求出()f x 的一个原函数()F x ,然后再用()()F b F a -求得()b f x dx a⎰的值。
问题5.2 为什么“积分区间[],a b 有限”是()b f x dx a⎰存在的必要条件?答: 若把[],a b 换成无穷区间,按定积分定义把区间分为n 份后,必有一个小区间ix ∆为无穷,从而使极限条件1max 0i i nx λ≤≤=∆→不可能成立,故()b f x dx a⎰不存在。
问题5.3 可积函数一定有界,有界函数一定可积吗?答: 有界函数不一定可积。
定积分及其应用
即
b
b
b
f ( x)dx f (t)dt f (u)du .
a
a
a
2o. 当 T 0, 分点个数 n ;但反之不然 .
3o. 若 f 在 [a, b] 的某一个积分和的极限 不存在 ,
或若 f 在 [a, b] 的某两个积分和的极限 都存在但 极限值 不相等 ,则 f ( x) 在 [ a , b ] 上不可积 .
dx x
1dx, 03
4
0
3
1 sin3
dx x
3
.
第44页
例 5
估计积分
2
4
sin xdx的值. x
解 f ( x) sin x , x [ , ]
x
42
0 x , x tan x.
2
f ( x)
x cos x sin x x2
cos x( x tan x) x2
第26页
怎样的分法,也不论在小区间[ xi1 , xi ]上
点i 怎样的取法,只要当|| T || 0 时,和 S 总趋于
确定的极限I ,我们称这个极限I 为函数 f ( x)
在区间[a, b]上的定积分,记为
积分上限
n
b
a
f ( x)dx
I
lim ||T ||0 i 1
f (i )xi
积分和 或黎曼和
T 0 i 1
f (i )xi
n
lim
f (a b a i) b a
.
n i1
n
n
第29页
例1
利用定义计算定积分
1 x2dx. 0
解 xi
T 把 [0,1] n xi xi1
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第五章 定积分Chapter 5 Definite Integrals5.1 定积分的概念和性质(Concept of Definite Integral and its Properties )一、定积分问题举例(Examples of Definite Integral )设在()y f x =区间[],a b 上非负、连续,由x a =,x b =,0y =以及曲线()y f x =所围成的图形称为曲边梯形,其中曲线弧称为曲边。
Let ()f x be continuous and nonnegative on the closed interval [],a b . Then the regionbounded by the graph of ()f x , the x -axis, the vertical lines x a =, and x b = is called the trapezoid with curved edge.黎曼和的定义(Definition of Riemann Sum )设()f x 是定义在闭区间[],a b 上的函数,∆是[],a b 的任意一个分割,011n n a x x x x b -=<<<<=L ,其中i x ∆是第i 个小区间的长度,i c 是第i 个小区间的任意一点,那么和()1niii f c x=∆∑,1i i i x c x -≤≤称为黎曼和。
Let ()f x be defined on the closed interval [],a b , and let ∆ be an arbitrary partitionof [],a b ,011n n a x x x x b -=<<<<=L , where i x ∆ is the width of the i th subinterval. Ifi c is any point in the i th subinterval, then the sum()1niii f c x=∆∑,1i i i x c x -≤≤,Is called a Riemann sum for the partition ∆.二、定积分的定义(Definition of Definite Integral ) 定义 定积分(Definite Integral )设函数()f x 在区间[],a b 上有界,在[],a b 中任意插入若干个分点011n n a x x x x b -=<<<<=L ,把区间[],a b 分成n 个小区间:[][][]01121,,,,,,,n n x x x x x x -L各个小区间的长度依次为110x x x ∆=-,221x x x ∆=-,…,1n n n x x x -∆=-。
在每个小区间[]1,i i x x -上任取一点i ξ,作函数()i f ξ与小区间长度ix ∆的乘积()i ifx ξ∆(1,2,,i n =L ),并作出和()1ni i i S f x ξ==∆∑。
记{}12max ,,,n P x x x =∆∆∆L ,如果不论对[],a b 怎样分法,也不论在小区间[]1,i i x x -上点i ξ怎样取法,只要当0P →时,和S 总趋于确定的极限I ,这时我们称这个极限I 为函数()f x 在区间[],a b 上的定积分(简称积分),记作()ba f x dx ⎰,即()baf x dx ⎰=I =()01lim niiP i f x ξ→=∆∑,其中()f x 叫做被积函数,()f x dx 叫做被积表达式,x 叫做积分变量,a 叫做积分下限,b 叫做积分上限,],a b ⎡⎣叫做积分区间。
Let ()f x be a function that is defined on the closed interval [],a b .Consider a partitionp of the interval [],a b into n subinterval (not necessarily of equal length ) by means ofpoints011n n a x x x x b-=<<<<=L and let1i i i x x x -∆=-.On eachsubinterval ]1,i i x x -⎡⎣,pick an arbitrary point i ξ(which may be an end point );we call it a sample point for the ith subinterval.We call the sum ()1niii S f x ξ==∆∑ a Riemann sum for()f x corresponding to the partition p .If()01lim ni i P i f x ξ→=∆∑exists, we say()f x is integrable on [],a b ,where{}12max ,,,n p x x x =∆∆∆L . Moreover,()ba f x dx ⎰,called definite integral (or RiemannIntegral) of ()f x from a to b ,is given by()baf x dx ⎰=()01lim niiP i f x ξ→=∆∑.The equality ()01limniiP i f x ξ→=∆∑=L means that, corresponding to each ε>0,there is a0δ> such that()1niii f x L ξ=∆-∑<ε for all Riemann sums ()1niii f x ξ=∆∑ for ()f xon [],a b for which the norm P of the associated partition is less thanδ.In the symbol()baf x dx ⎰, a is called the lower limit of integral , b the upper limitof integral ,and [],a b the integralinterval.定理1 可积性定理 (Integrability Theorem )设()f x 在区间[],a b 上连续,则()f x 在[],a b 上可积。
Theorem 1 If a function ()f x is continuous on the closed interval [],a b ,it is integrable on [],a b .定理2 可积性定理(Integrability Theorem )设()f x 在区间[],a b 上有界,且只有有限个间断点,则()f x 在区间[],a b 上可积。
Theorem 2 If ()f x is bounded on [],a b and if it is continuous there except at a finite number of points ,then ()f x is integrable on [],a b .三.定积分的性质(Properties of Definite Integrals ) 两个特殊的定积分(1)如果()f x 在x a =点有意义,则()0aaf x dx =⎰;(2)如果()f x 在[],a b 上可积,则()abf x dx =⎰-()baf x dx ⎰。
Two Special Definite Integrals (1) If ()f x is defined at x a =.Then()0aaf x dx =⎰.(2) If ()f x is integrable on [],a b . Then()a bf x dx =⎰-()baf x dx ⎰.定积分的线性性(Linearity of the Definite Integral )设函数()f x 和()g x 在[],a b 上都可积,k 是常数,则()kf x 和()f x +()g x 都可积,并且(1)()bakf x dx ⎰=()bak f x dx ⎰;(2) ()()baf xg x dx +⎡⎤⎣⎦⎰=()b a f x dx ⎰+()ba g x dx ⎰; and consequently,(3)()()b af xg x dx -⎡⎤⎣⎦⎰=()ba f x dx ⎰-()ba g x dx ⎰.Suppose that ()f x and ()g x are integrable on [],a b and k is a constant . Then()kf x and ()()f x g x + are integrable ,and(1)()bakf x dx ⎰=()bak f x dx ⎰;(2) ()()ba f x g x dx +⎡⎤⎣⎦⎰=()ba f x dx ⎰+()ba g x dx ⎰; and consequently, (3)()()ba f x g x dx -⎡⎤⎣⎦⎰=()ba f x dx ⎰-()ba g x dx ⎰. 性质 3 定积分对于积分区间的可加性(Interval Additive Property of DefiniteIntegrals )设()f x 在区间上可积,且a ,b 和c 都是区间内的点,则不论a ,b 和c 的相对位置如何,都有()caf x dx ⎰=()b af x dx ⎰+()cbf x dx ⎰。
Property 3 If ()f x is integrable on the three closed intervals determined by a ,b ,andc ,then()caf x dx ⎰=()b af x dx ⎰+()cbf x dx ⎰no matter what the order of a ,b ,和c .性质 4 如果在区间[],a b 上()f x ≡1,则1badx ⎰=badx ⎰=b a -。
Property 4 If ()f x ≡1 for everyx in [],a b ,then1badx ⎰=badx ⎰=b a -.性质 5 如果在区间[],a b 上()f x ≥0,则()baf x dx ⎰≥0()a b <。