第二节--定积分计算公式和性质
高等数学 定积分
第五章 定积分第一节 定积分的概念第二节 定积分的性质和中值定理第三节 微积分基本公式第四节 定积分的换元法第五节 定积分的分部积分法第六节 定积分的近似计算第七节 广义积分问题的提出定积分的定义 几何意义定积分存在定理第一节 定积分的概念abxyo?=A 曲边梯形由连续曲线实例1 （求曲边梯形的面积）)(x f y =)0)((≥x f 、x 轴与两条直线a x =、b x =所围成.一、问题的提出)(x f y =ab xyoab x yo用矩形面积近似取代曲边梯形面积显然，小矩形越多，矩形总面积越接近曲边梯形面积．（四个小矩形）（九个小矩形）观察下列演示过程，注意当分割加细时，矩形面积和与曲边梯形面积的关系．观察下列演示过程，注意当分割加细时，矩形面积和与曲边梯形面积的关系．观察下列演示过程，注意当分割加细时，矩形面积和与曲边梯形面积的关系．观察下列演示过程，注意当分割加细时，矩形面积和与曲边梯形面积的关系．观察下列演示过程，注意当分割加细时，矩形面积和与曲边梯形面积的关系．曲边梯形如图所示，,],[1210b x x x x x a b a n n =<<<<<=- 个分点，内插入若干在区间a bxyoi ξi x 1x 1-i x 1-n x ;],[],[11---=∆i i i i i x x x x x n b a 长度为，个小区间分成把区间形面积，曲边梯形面积用小矩上任取一点在每个小区间i i i x x ξ-],[1ii i x f A ∆ξ≈)(:))(],[(1近似为高为底，以i i i f x x ξ-（1）分割（2）近似ini i x f A ∆≈∑=)(1ξ曲边梯形面积的近似值为ini i x f A ∆=∑=→)(lim 10ξλ时，趋近于零即小区间的最大长度当分割无限加细)0(},,max{,21→∆∆∆=λλn x x x 曲边梯形面积为（3）求和（4）取极限实例2 （求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],[21T T 上t 的一个连续函数，且0)(≥t v ，求物体在这段时间内所经过的路程.思路：把整段时间分割成若干小段，每小段上速度看作不变，求出各小段的路程再相加，便得到路程的近似值，最后通过对时间的无限细分过程求得路程的精确值．（1）分割212101T t t t t t T n n =<<<<<=- 1--=∆i i i t t t ii i t v s ∆≈∆)(τ部分路程值某时刻的速度（3）求和ii ni t v s ∆≈∑=)(1τ（4）取极限},,,max{21n t t t ∆∆∆= λini i t v s ∆=∑=→)(lim 10τλ路程的精确值（2）近似设函数)(x f 在],[b a 上有界，记},,,max{21n x x x ∆∆∆= λ，如果不论对],[b a 在],[b a 中任意插入若干个分点bx xx x x a nn =<<<<<=-121把区间],[b a 分成n 个小区间，各小区间的长度依次为1--=∆i i i x x x ，),2,1( =i ，在各小区间上任取一点i ξ（i i x ∆∈ξ），作乘积i i x f ∆)(ξ ),2,1( =i 并作和i i ni x f S∆=∑=)(1ξ，二、定积分的定义定义怎样的分法，⎰==ba I dx x f )(ii ni x f ∆∑=→)(lim 10ξλ被积函数被积表达式积分变量积分区间],[b a 也不论在小区间],[1i i x x -上点i ξ怎样的取法，只要当0→λ时，和S 总趋于确定的极限I ，我们称这个极限I 为函数)(x f 在区间],[b a 上的定积分，记为积分上限积分下限积分和几点说明：（1） 定积分是一个数值，它仅与被积函数及积分区间有关，⎰b a dx x f )(⎰=b a dt t f )(⎰=ba duu f )(而与积分变量的字母无关.)( ,)()( 2⎰⎰⎰=-=aaabbadx x f dx x f dx x f 规定：）（.],[)(],[)( 3的取法无关的分法及的和式的极限与所表示上可积，则在区间若）（i bab a dx x f b a x f ξ⎰,0)(≥x f ⎰=ba Adx x f )(曲边梯形的面积,0)(≤x f ⎰-=ba Adx x f )(曲边梯形的面积的负值a b xyo)(x f y =AxyoabA -)(x f y =三、定积分的几何意义1A 2A 3A 4A 4321)(A A A A dx x f ba ⎰=-+-,],[)(变号时在区间b a x f 三、定积分的几何意义.)(是面积的代数和⎰badx x f几何意义：积取负号．轴下方的面在轴上方的面积取正号；在数和．之间的各部分面积的代直线的图形及两条轴、函数它是介于x x b x a x x f x ==,)(++--当函数)(x f 在区间],[b a 上连续时，定理1定理2 设函数)(x f 在区间],[b a 上有界，且只有有限个间断点，则)(x f 在四、定积分的存在定理区间],[b a 上可积.例1 利用定义计算定积分.12dx x ⎰解将]1,0[n 等分，分点为nix i =，(n i ,,2,1 =)小区间],[1i i x x -的长度nx i 1=∆，(n i ,,2,1 =)取i i x =ξ，(n i ,,2,1 =)i i n i x f ∆∑=)(1ξi i ni x ∆=∑=21ξ,12i ni ix x ∆=∑=.,102的选取无关及法故和式极限与区间的分可积因为i dx x ξ⎰n n i ni 121⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛=∑=∑==n i i n 12316)12)(1(13++⋅=n n n n ,121161⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=n n ∞→⇒→n 0λdx x ⎰102i i ni x ∆=∑=→210lim ξλ⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∞→n n n 121161lim .31= 几何上是曲线y=x 2,直线x=1及x 轴围成的曲边三角形面积.例2 利用定义计算定积分.121dx x⎰解在]2,1[中插入分点 12,,,-n q q q ,典型小区间为],[1ii q q -，（n i ,,2,1 =）小区间的长度)1(11-=-=∆--q qq q x i i i i ,取1-=i i qξ，（n i ,,2,1 =）i i ni x f ∆∑=)(1ξi ni ix ∆=∑=11ξ)1(1111-=-=-∑q q q i ni i ∑=-=ni q 1)1()1(-=q n 取2=nq即nq 12=),12(1-=n n )12(lim 1-+∞→xx x x xx 112lim1-=+∞→,2ln =)12(lim 1-∴∞→nn n ,2ln =dx x ⎰211i ni ix ∆=∑=→101lim ξλ)12(lim 1-=∞→n n n .2ln =i i ni x f ∆∑=)(1ξ原式⎥⎦⎤⎢⎣⎡π+π-++π+π=∞→n n n n n n n nsin )1(sin 2sin sin 1lim π=∑=∞→n i n n i n 1sin 1lim n n i ni n π⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛ππ=∑=∞→1sin lim 1.sin 10⎰ππ=xdx ix ∆i ξ例3：将下列和式极限表示成定积分.⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+++∞→n n n n n n πππ)(sin sin sin lim121 ：五、小结１．定积分的实质：特殊和式的极限．２．定积分的思想和方法：分割化整为零求和积零为整取极限精确值——定积分求近似以直（不变）代曲（变）取极限Z .思考n n n n f n f n f ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛∞→ 21lim 试证.1)(ln ⎰=dxx f e 2：将和式极限，表示成定积分.⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++-+-∞→2222241241141lim n n n n n 证明n n n n f n f n f ⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎭⎫⎝⎛∞→ 21lim ⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛∞→=n n n n f n f n f e21lim ln n n n n f n f n f ⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛∞→ 21lim 试证.1)(ln ⎰=dx x f e 利用对数的性质得⎪⎭⎫⎝⎛∑==∞→n i f n ni n e1ln 1lim n n i f ni n e1ln lim 1⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛∑==∞→ 指数上可理解为：)(ln x f 在]1,0[区间上的一个积分和．分割是将]1,0[n 等分分点为nix i =，（n i ,,2,1 =）⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛∞→=n n n n f n f n f e21ln lim 极限运算与对数运算换序得nn i f n i n 1ln lim 1⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛∑=∞→⎰=10)(ln dx x f 故nn n n f n f n f ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛∞→ 21lim.10)(ln ⎰=dxx f e 因为)(x f 在区间]1,0[上连续，且0)(>x f 所以)(ln x f 在]1,0[上有意义且可积 ,2：将和式极限，表示成定积分.⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++-+-∞→2222241241141lim n n n n n ⎰∑-=-=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-++-+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++-+-=∞→∞→∞→1021222222222411)(41lim )(41)2(41)1(411lim 41241141lim dxx n ni n n n n n n n n n n i n n n 解第二节 定积分的性质、中值定理1.定积分性质2.中值定理对定积分的补充规定:（1）当b a =时，0)(=⎰ba dx x f ；（2）当b a >时，⎰⎰-=abb adx x f dx x f )()(.说明 在下面的性质中，假定定积分都存在，且不考虑积分上下限的大小．一、定积分性质和中值定理证⎰±ba dxx g x f )]()([i i i ni x g f ∆±=∑=→)]()([lim 10ξξλi i ni x f ∆=∑=→)(lim 10ξλii ni x g ∆±∑=→)(lim 10ξλ⎰=ba dx x f )(.)(⎰±ba dx x g ⎰±b a dx x g x f )]()([⎰=b a dx x f )(⎰±ba dx x g )(.（此性质可以推广到有限多个函数作和的情况）性质1⎰⎰=ba b a dx x f k dx x kf )()( (k 为常数).证⎰ba dx x kf )(ii ni x kf ∆=∑=→)(lim 10ξλi i n i x f k ∆=∑=→)(lim 1ξλii ni x f k ∆=∑=→)(lim 10ξλ.)(⎰=ba dx x f k 性质2⎰ba dx x f )(⎰⎰+=bcca dx x f dx x f )()(.补充：不论 的相对位置如何, 上式总成立.c b a ,,例 若,c b a <<⎰c a dx x f )(⎰⎰+=cb b a dx x f dx x f )()(⎰b a dx x f )(⎰⎰-=cb c a dxx f dx x f )()(.)()(⎰⎰+=bc ca dx x f dx x f （定积分对于积分区间具有可加性）假设bc a <<性质3dx b a ⋅⎰1dx ba⎰=a b -=.则0)(≥⎰dx x f ba. )(b a <证,0)(≥x f ,0)(≥ξ∴i f ),,2,1(n i =,0≥∆i x ,0)(1≥∆ξ∴∑=i i ni x f },,,max{21n x x x ∆∆∆= λi i ni x f ∆∴∑=→)(lim 1ξλ.0)(⎰≥=ba dx x f 性质4性质5如果在区间],[b a 上0)(≥x f ，例1 比较积分值dx e x⎰-20和dx x ⎰-20的大小.解令,)(x e x f x -=]0,2[-∈x ,0)(>x f ,0)(02>-∴⎰-dx x exdx ex⎰-∴2,02dx x ⎰->于是dx e x ⎰-2.20dx x ⎰-<性质5的推论：证),()(x g x f ≤ ,0)()(≥-∴x f x g ,0)]()([≥-∴⎰dx x f x g ba ,0)()(≥-⎰⎰ba ba dx x f dx x g 于是 dx x f ba ⎰)( dx x g ba ⎰≤)(.则dx x f ba ⎰)( dx x g ba ⎰≤)(. )(b a <如果在区间],[b a 上)()(x g x f ≤，（1）dx x f b a ⎰)(dx x f ba⎰≤)(.)(b a <证,)()()(x f x f x f ≤≤- ,)()()(dx x f dx x f dx x f ba ba ba ⎰⎰⎰≤≤-∴即dx x f ba ⎰)(dx x f ba⎰≤)(.说明： 可积性是显然的.|)(x f |在区间],[b a 上的性质5的推论：（2）设M 及m 分别是函数证,)(M x f m ≤≤ ,)(⎰⎰⎰≤≤∴ba ba b a Mdx dx x f dx m ).()()(a b M dx x f a b m ba -≤≤-⎰（此性质可用于估计积分值的大致范围）则 )()()(a b M dx x f a b m ba -≤≤-⎰.)(x f 在区间],[b a 上的最大值及最小值，性质6例2 估计积分dx x⎰π+03sin 31值的范围.解,sin 31)(3xx f +=],,0[π∈∀x ,1sin 03≤≤x ,31sin 31413≤+≤x ,31sin 31410030dx dx x dx ⎰⎰⎰πππ≤+≤.3sin 31403π≤+≤π∴⎰πdx x例3 估计积分dx xx⎰ππ24sin 值的范围.解,sin )(xx x f =2sin cos )(x x x x x f -='2)tan (cos x x x x -=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∈2,4ππx ,0<)(x f 在]2,4[ππ上单调下降,,22)4(π=π=f M ,2)2(π=π=f m ,442π=π-π=-a b ,422sin 4224π⋅π≤≤π⋅π∴⎰ππdx x x .22sin 2124≤≤∴⎰ππdx x x 如果函数)(x f 在闭区间],[b a 上连续，上的平均值在],[)()(1b a x f dxx f a b ba⎰-则在积分区间],[b a 上至少存在一个点 ξ，使dx x f b a ⎰)())((a b f -=ξ. )(b a ≤≤ξ性质7（定积分中值定理）积分中值公式证Mdx x f a b m ba≤-≤∴⎰)(1)()()(a b M dx x f a b m ba -≤≤-⎰ 由闭区间上连续函数的介值定理知在区间],[b a 上至少存在一个点 ξ,)(1)(⎰-=ξbadx x f a b f dx x f ba ⎰)())((ab f -=ξ.)(b a ≤≤ξ即在区间],[b a 上至少存在一个点ξ，1. 积分中值公式的几何解释：xyoa b ξ)(ξf 使得以区间],[b a 为以曲线)(x f y =底边，为曲边的曲边梯形的面积等于同一底边而高为)(ξf 的一个矩形的面积。
一元函数积分学第2-5节定积分
把区间 [a, b] 分成 n个
小区间 [ xi-1 , xi ]，
y
长度为 D xi xi - xi-1;
(2) 近似替代
在每个小区间 [ xi-1 , xi ]
上任取一点 xi，
o a b x1 x2 xi-1xixi xn-1
x
以 [ xi-1, xi ]为底，f (xi ) 为高的小矩形面积为 Ai f (xi )Dxi
b
b
a f ( x)dx a f ( x)dx.
(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 a
f
( x)dx
b
a
f
( x)dx .
说明：| f ( x)|在区间[a, b]上的可积性是显然的.
则对于每一个取定的 x值，定积分都有一个对应值，
所以它在 [a, b]上定义了一个函数，
记为：
故 a a2 - x2 dx a 2
0
4
a
表示半径为 a 的圆面积的四分之一(第一象限部分)
用上述方法求定积分只适用于特殊情形,
一般情形,需另谋出路 —— 牛—莱公式
四、定积分的性质 和牛顿—莱布尼茨公式
对定积分的补充规定:
（1）当a
b时， b a
f
(
x)dx
0；
（2）当a
b
b 时， a
f
在区间[a, b]上至少存在一个点x ，
使
f
(x)
b
1 -
a
b
a
f
(
x)dx,
定积分基本公式
定积分基本公式定积分是高等数学中一个重要的基本概念，在几何、物理、经济学等各个领域中都有广泛的应用.本章将由典型实例引入定积分概念，讨论定积分性质和计算方法，举例说明定积分在实际问题中的具体运用等.第二节 微积分基本公式一、变上限的定积分设函数()f x 在[[,]a b ] 上连续,x ∈[,]a b ，于是积分()d xa f x x⎰是一个定数，这种写法有一个不方便之处，就是x 既表示积分上限，又表示积分变量.为避免t ，于是这个积分就写成了()d x af t t⎰.x 值,积分()d xaf t t⎰就有一个确定的的一个函数，记作 ()Φx =()d x af t t⎰（ a ≤x ≤b ）通常称函数 ()Φx 为变上限积分函数或变上限积分，其几何意义如图所示.定理1 如果函数()f x 在区间[,]a b 上连续，则变上限积分()Φx =()d xa f t t ⎰在[,]ab 上可导，且其导数是d ()()d ()d xaΦx f t t f x x '==⎰（ a ≤x ≤ b ）.推论 连续函数的原函数一定存在. 且函数()Φx =()d xa f t t ⎰即为其原函数.例1 计算()Φx =20sin d xt t⎰在x =0 ,处的导数.解 因为2d sin d d x t t x ⎰=2sin x ,故2(0)sin 00Φ'==；πsin 242Φ'==.例2 求下列函数的导数：(1)e ln ()d (0)x atΦx t a t =>⎰；解 这里()Φx 是x 的复合函数，其中中间变量e xu =，所以按复合函数求导法则，有 d d ln d(e )ln e (d )e d d d e x x u x x a Φt t xx u t x ===⎰.(2)21()(0)x Φx x θ=>⎰.解 21d d d d x Φxx θ=-⎰22()xx ='=2sin 2sin 2x xx x x =-⋅=-.二、牛顿-莱布尼茨（Newton-Leibniz ）公式定理2 设函数()f x 在闭区间[,]a b 上连续，又 ()F x 是()f x 的任一个原函数，则有()d ()()b af x x F b F a =-⎰.证 由定理1知，变上限积分()()d xaΦx f t t=⎰也是()f x 的一个原函数，于是知0()()Φx F x C -=, 0C 为一常数, 即 0()d ()x a f t t F x C =+⎰.我们来确定常数 0C 的值，为此，令 x a =，有0()d ()aa f t t F a C =+⎰，得0()C F a =-.因此有 ()d ()()xaf t t F x F a =-⎰.再令x b =，得所求积分为 ()d ()()baf t t F b F a =-⎰.因此积分值与积分变量的记号无关，仍用x 表示积分变量，即得()d ()()b af x x F b F a =-⎰,其中()()F x f x '=.上式称为牛顿-莱布尼茨公式，也称为微积分基本公式.为计算方便，该公式常采用下面的格式：()d ()()()b b a af x x F x F b F a ==-⎰.例1 求定积分：(1)2211d ()xx x +⎰；（2）2312⎰；（3）1x-⎰.解 （1）222221111d (2)d ()x x x x x x =+++⎰⎰23115(2)436x x x =+-=. （2）2231122=⎰⎰dx2122=⎰=0.3398.=≈（3x=在[1,1]-上写成分段函数的形式,10,(),01,x x f x x x --≤<⎧=⎨≤≤⎩于是1110()d d x x x x x --=-+⎰⎰⎰220111022x x =-+=-.例2 计算2cos 12e d limx t x tx -→⎰.解 因为 0x →时,cos 1x →,故本题属 00 型未定式,可以用洛必达法则来求.这里2cos 1e d xt t-⎰是 x 的复合函数,其中cos u x =,所以222cos cos cos 1d e d e (cos )'sin e d x t x xt x x x ---==-⎰,于是有222cos cos1cos 200e d sin e sin limlim lim e 22x t xxx x x tx x x xx---→→→-⋅-==⎰111e 22e -=-=-.思考题1.若22()sin d x xf x t t=⎰，()?f x '=2.在牛顿-莱布尼茨公式中，要求被积函数()f x 在积分区间[,]a b 上连续. 问当()f x 在[,]a b 区间上有第一类间断点时，还能否用牛顿-莱布尼茨公式计算定积分？并计算22()d ,f x x -⎰ 其中 22,21,10,1,(),10,21,0 2.x x x f x x x x x ⎧-<<-⎪=-⎪=⎨-<<⎪⎪+≤≤⎩。
定积分的知识点总结
定积分的知识点总结一、定积分的基本概念定积分是微积分学中的重要概念，可以用来计算曲线下的面积，曲线的弧长，质心等物理量。
定积分的基本思想是将曲线下的面积划分为无穷多个微小的矩形，然后求和得到整体的面积。
定积分的符号表示为∫。
对于一个函数f(x)，在区间[a, b]上的定积分表示为：∫[a, b]f(x)dx其中，a和b为区间的端点，f(x)为函数在该区间上的取值。
定积分表示在区间[a, b]上的函数f(x)所确定的曲线下的面积。
二、定积分的计算方法1. 黎曼和定积分的计算基本思想是将曲线下的面积划分为很多个小矩形，然后对这些小矩形的面积求和。
这就是定积分的计算方法。
在实际计算中，根据黎曼和的定义，我们可以将区间[a, b]等分为n个小区间，每个小区间长度为Δx=(b-a)/n，然后在每个小区间上取一个样本点xi，计算f(xi)Δx的和：∑[i=1,n]f(xi)Δx当n趋近于无穷大时，这个和就可以逼近定积分的值。
这就是黎曼和的基本思想。
2. 定积分的几何意义定积分可以用来计算曲线下的面积，也可以用来计算曲线的弧长。
对于一个函数f(x)，其在区间[a, b]上的定积分表示的是曲线y=f(x)和x轴之间的面积。
这个面积就是曲线下的面积。
如果函数f(x)在区间[a, b]上非负且连续，那么函数y=f(x)、直线x=a、x=b以及x轴所围成的区域的面积就是∫[a, b]f(x)dx。
3. 定积分的物理意义定积分还可以用来计算物理量，比如质量、质心等。
在物理学中，可以用定积分来计算物体的质量、质心等物理量。
对于一个连续的物体，将其质量密度函数表示为ρ(x)，则物体的质量可以表示为定积分：M=∫[a, b]ρ(x)dx三、定积分的性质1. 线性性定积分具有线性性质，即∫[a, b](c1f1(x)+c2f2(x))dx=c1∫[a, b]f1(x)dx+c2∫[a, b]f2(x)dx。
其中c1、c2为常数，f1(x)、f2(x)为函数。
定积分的概念
设某质点作直线运动，速度 v v (t ) 是时间间 隔[T1 , T2 ]上 t 的一个连续函数，物体在这段时 间内所经过的路程.
S v(t )dt
T2 T1
例1 利用定义计算定积分 x 2dx.
0
1
i 解 将[0,1]n 等分，分点为 x i ，(i 1,2, , n ) n 1 小区间[ x i 1 , x i ]的长度x i ，(i 1,2, , n ) n 取 i x i ，(i 1,2,, n )
f ( x ) |在区间[a , b] 上的可积性是显然的.
（3） 设 M 及m 分别是函数
f ( x ) 在区间[a , b] 上的最大值及最小值，
则 m(b a ) a f ( x )dx M (b a ) .
b
6） (积分中值定理)若函数f ( x)在区间[a, b]上连续 . 则在[a, b]上至少存在一点 , 使得下式成立 :
o a
x1
x i 1 i x i
xn1 b
x
以 [ xi 1 , xi ]为底， (i ) 为高的小矩形面积为 f
Ai f ( i )xi
近似
曲边梯形面积的近似值为
A f ( i )xi
i 1
n
求和
当分割无限加细即小区间的最大长度 ,
max{x1 , x2 ,xn }
b
x
a f ( x )dx A
曲边梯形的面积
a f ( x )dx A
曲边梯形的面积 的负值
b
y
a
o
A2
A1
A3
b
x
它 是 介 于x 轴 、 函 数 f ( x ) 的 图 形 及 两 条 直 线 x a, x b 之 间 的 各 部 分 面 积 的数 和 ． 代 在 x 轴 上 方 的 面 积 取 正 号在 x 轴 下 方 的 面 ； 积取负号．
微积分》第二篇第二章讲义定积分
dx
1 e4 1 x4 e 1 3e4 1 4 4 1 16
28
（4） 求定积分 2 xcos2xdx. 0
【解】
2
xcos2xdx
1
2 x(sin2x)dx
0
20
1 2
x
sin
2x
2 0
2 0
1
s
in
2
xdx
1 2
0
1 2
2 0
(c
os2
x)dx
1 2
0
1 cos2x 2
0 excosxdx 0 ex cosxdx
a
a
excosx 0 0 exsinxdx aa
1 eacosa 0 ex sinxdx a
37
即 0 excosxdx a
1 eacosa exsinx 0 0 excosxdx aa
1 eacosa 0 easina 0 excosxdx a
39
21
2 22 1
1 e2 1 4 24
【例7】求定积分 4 1 xex dx. 0
解： 原式
4
1dx
4 xexdx.
0
0
x 4
4
x
ex
dx.
0
0
4
xex
4 0
4 0
x
e
xdx
.
4 4e4 4 exdx 0
4 4e4 ex 4 5 5e4 0
25
课本P-274，题2，（1）—（4）
广义积分 f (x)dx收敛或存在. a 相反，如果极限 lim b f (x)dx不存在， b a
我们就称广义积分 f (x)dx发散或不存在. a 我们的目标：计算一些函数的广义积分
定积分计算公式和性质
第二节定积分计算公式和性质、变上限函数设函数/S）在区间卜上］上连续，并且设x为^上］上的任一点，于是，/W 在区间卜“］上的定积分为M比这里x既是积分上限，又是积分变量，由于定积分与积分变量无关，故可将此改为如果上限x在区间上任意变动，则对于每一个取定的x值，定积分有一个确定值与之对应，所以定积分在上定义了一个以x为自变量的函数恥），我们把处）称为函数7匕）在区间卜上］上变上限函数记为心:二「‘r咐m :图5-10从几何上看，也很显然。
因为X是上一个动点，从而以线段b』］为底的曲边梯形的面积，必然随着底数端点的变化而变化，所以阴影部分的面积是端点x的函数（见图5-10）定积分计算公式利用定义计算定积分的值是十分麻烦的，有时甚至无法计算。
因此，必须寻求计算定积分的简便方法。
我们知道：如果物体以速度吨作直线运动，那么在时间区间也打上所经过的路程S为图5-111 f 曲■■ V -------------------- <5 』 £■另一方面，如果物体经过的路程 s 是时间t 的函数「盯，那么物体从t=a 到t=b 所经过的路程应该是（见图5-11）由导数的物理意义可知即（丿是一个原函数，因此，为了求出定积分设函数 /W 在闭区间上连续， 陀）是"） 的一个原函数，即 弘）5）， 则打加皿紂―％）这个公式叫做牛顿-莱布尼兹公式。
为了使用方便，将公式写成"（诟十魁"糾-陀）牛顿-莱布尼兹公式通常也叫做微积分基本公式。
它表示一个函数定积分等于这个函数的原函数在积分上、 下限处函数值之差。
它揭示了定积分和不定积分的内在联系，提供 了计算定积分有效而简便的方法，从而使定积分得到了广泛的应用。
例1计算I"应先求出被积函数 皿）的原函数呦，再求呦在区间 M 上的增量血卜册即可。
如果抛开上面物理意义，便可得出计算定积分 因为I 是-的一个原函数所以般方法:例2求曲线 图形面积A(5-12)解这个图形的面积为 = J am 二—uosjrg图5-12-—COS7T + cos 0 = 1 -Fl = 2二、定积分的性质设「•；）、-:—在相应区间上连续，利用前面学过的知识，单性质： 性质1被积函数的常数因子可以提到定积分符号前面，即（A 为常数）性质2函数的代数和的定积分等于它们的定积分的代数和，即f L/C ）士 ★出“打（说士 f £陽这个性质对有限个函数代数和也成立。
mb定积分计算公式和性质
第二节定积分计算公式和性质一、变上限函数设函数在区间上连续，并且设x为上的任一点，于是，在区间上的定积分为这里x既是积分上限，又是积分变量，由于定积分与积分变量无关，故可将此改为如果上限x在区间上任意变动，则对于每一个取定的x值，定积分有一个确定值与之对应，所以定积分在上定义了一个以x为自变量的函数，我们把称为函数在区间上变上限函数记为图5-10从几何上看，也很显然。
因为X是上一个动点，从而以线段为底的曲边梯形的面积，必然随着底数端点的变化而变化，所以阴影部分的面积是端点x的函数（见图5-10）定积分计算公式利用定义计算定积分的值是十分麻烦的，有时甚至无法计算。
因此，必须寻求计算定积分的简便方法。
我们知道：如果物体以速度作直线运动，那么在时间区间上所经过的路程s为图5-11另一方面，如果物体经过的路程s是时间t的函数，那么物体从t=a到t=b 所经过的路程应该是（见图5-11）即由导数的物理意义可知：即是一个原函数，因此，为了求出定积分，应先求出被积函数的原函数，再求在区间上的增量即可。
如果抛开上面物理意义，便可得出计算定积分的一般方法：设函数在闭区间上连续，是的一个原函数，即，则这个公式叫做牛顿-莱布尼兹公式。
为了使用方便，将公式写成牛顿-莱布尼兹公式通常也叫做微积分基本公式。
它表示一个函数定积分等于这个函数的原函数在积分上、下限处函数值之差。
它揭示了定积分和不定积分的内在联系，提供了计算定积分有效而简便的方法，从而使定积分得到了广泛的应用。
例1 计算因为是的一个原函数所以例 2 求曲线和直线x=0、x=及y=0所围成图形面积A(5-12)解这个图形的面积为图5-12二、定积分的性质设、在相应区间上连续，利用前面学过的知识，可以得到定积分以下几个简单性质：性质1 被积函数的常数因子可以提到定积分符号前面，即(A为常数)性质2函数的代数和的定积分等于它们的定积分的代数和，即这个性质对有限个函数代数和也成立。
第二节定积分的性质
智慧城市的智能公共交通智慧城市的建设已经成为现代城市规划的重要组成部分，其中智能公共交通系统的发展具有关键性的意义。
智慧公共交通通过融合信息技术与交通系统，提供更加高效、便捷、可持续的出行方式，为城市居民带来全新的出行体验。
一、智能公共交通系统智能公共交通系统是指通过网络技术和智能设备，使城市公共交通更加智能化、高效化的系统。
其核心是基于信息技术的数据采集、分析和应用，为公共交通管理实现智能化、精细化的运营管理。
1.1 数据采集与分析智能公共交通系统通过各类传感器、监控设备等手段，实现对城市交通状况、公交车辆运营、乘客需求等数据的实时采集。
这些数据经过处理和分析，可以为公共交通管理者提供决策参考，优化车辆调度，提高运行效率。
1.2 公交信号优化智能公共交通系统还可以通过智能信号控制技术，为公交车辆提供绿波通行的便利。
交通信号可以根据实时交通数据和公交车辆的位置信息，动态调整信号灯的时长，尽量减少红灯等待时间，提高公交出行速度和运行效率。
1.3 公交调度与导航智能公共交通系统通过建立信息平台，将公交车辆的实时位置信息与乘客需求进行匹配，实现公交车辆的实时调度和导航。
乘客可以通过手机或电子显示屏查看公交车辆的实时到站信息和运行状态，提前规划出行路线，减少等待时间。
二、智能公共交通的优势智能公共交通系统的引入，为城市公共交通带来了诸多优势和便利，不仅提升了乘客出行体验，也有助于城市交通管理的提升。
2.1 提高运行效率智能公共交通系统可以实时获取乘客需求和交通状况，通过优化调度和信号控制，提高公交车辆的运行效率。
乘客等待时间减少，公交车辆的行驶速度增加，整体交通流量得以优化，提升了公共交通的吸引力。
2.2 减少碳排放智能公共交通系统的推广使用，可以减少汽车出行需求，降低交通拥堵，从而减少了尾气排放和能源的消耗。
这有助于改善城市的空气质量，减少环境污染，推动可持续交通的发展。
2.3 提升出行体验智能公共交通系统为乘客提供了多种出行信息服务，包括实时车辆到站信息、乘车路线建议、交通状况预测等。
定积分的计算
定积分的计算定积分是微积分中的一个重要概念，用来计算曲线与x轴之间的面积或曲线的弧长等问题。
本文将介绍定积分的概念、性质和计算方法。
一、定积分的概念定积分是一种数学运算，用来计算曲线与x轴之间的面积。
它的定义是在一个区间上划分出无穷多个小矩形，然后计算这些小矩形的面积之和，然后取极限。
用符号表示为∫f(x)dx，其中f(x)是被积函数，dx表示微元长度。
二、定积分的性质1. 定积分具有可加性，即∫(f(x) + g(x))dx = ∫f(x)dx + ∫g(x)dx。
2. 定积分的区间可加性，即∫[a,b]f(x)dx = ∫[a,c]f(x)dx + ∫[c,b]f(x)dx。
3. 定积分的值与被积函数的符号无关，即∫[a,b]f(x)dx = -∫[b,a]f(x)dx。
4. 定积分的值与积分区间的长度无关，即∫[a,b]f(x)dx = ∫[ka,kb]f(x)dx，其中k为任意非零常数。
三、定积分的计算方法计算定积分的方法有很多种，以下是一些常用的方法：1. 几何方法：对于一些简单的几何图形，我们可以利用几何的知识来求解。
例如，对于一个矩形的面积，可以直接计算长度乘以宽度。
2. 切割方法：将区间切割成无穷多个小区间，并计算每个小区间上的面积之和。
当小区间趋近于无穷小时，这个和就是定积分的值。
这种方法也被称为黎曼和的定义。
3. 牛顿-莱布尼茨公式：若函数G(x)是f(x)的一个原函数，则定积分可以通过G(b) - G(a)来计算，其中a、b是积分区间的端点。
4. 变量代换法：对于一些复杂的函数，可以通过变量代换来简化问题。
例如，对于∫(x^2 + 1)dx，我们可以令u = x^2 + 1，然后计算∫udu，最后再带回原来的变量。
5. 分部积分法：对于一些产品的积分，可以利用分部积分公式来求解。
该公式为∫u(x)v'(x)dx = u(x)v(x) - ∫v(x)u'(x)dx。
定积分计算
第三章 一元积分学 第二节 定积分计算及其他一：定积分计算。
定积分与不定积分有密切联系（牛顿－莱布尼兹定理揭示了其联系）。
但两者是两个完全不同的概念，有着很大的区别，从最后结果上看前者是一个数值而后者是一簇函数，而且定积分有明显的几何、物理等方面的实际意义，其内容非常丰富。
我们首先要熟悉定积分的概念、性质、几何意义。
定积分的计算方法也可分为基本方法和特殊方法。
基本方法涉及牛－莱公式、换元法、分部法，其基本步骤和思路与不定积分有很多相似的地方，比如恒等变形、一些常用的凑微分、换元和分部积分的典型类型和原则。
但与不定积分有很多不同的地方，比如定积分的结果与积分表达式中所用的符号（积分变量）无关而不定积分的结果必须是一簇以原积分变量为自变量的函数；定积分在换元时除了要换积分表达式同时还要换积分上、下限，定积分换元一定要符合换元公式的条件（否则就可能得出错误的结果）；周期函数、分段函数、奇偶函数等函数的定积分有其自身的特点，等等。
例1． 求下列定积分 (1)dx x a x a a⎰+-0arctan (2)dx x xx ⎰-+++ππ221032cos 1)11(解(1)分析:思路一：被积函数中有比较复杂的因子xa xa +-arctan不好直接处理，可试一下将此因子换成一个变量：=t xa x a +-arctan。
思路二：被积函数可视为两类不同函数：幂函数10=x 和反三角函数xa xa +-arctan的积，可试一试分部法，按前面介绍的用分部法的原则应该是1与dx 结合凑出dx dv =。
思路三：将x a x a +-变形为xa x a +-22，那么容易想到作三角代换：t a x cos =．思路四：被积表达式中有x a xa +-，可试一试换元xa xa t +-=．事实上以上几种思路都可行，下面给出按前两种思路的解答过程。
方法一：令x a x a t +-=arctan ，则t a t t a x 2cos tan 1)tan 1(22=+-=，0=x 时4π=t ，a x =时0=t ⎰⎰⎰⎰+-=-==+-4040400402cos |2cos )2cos ()2cos (arctan ππππtdt a t at t a td t a td dx x a x a a2a = 方法二： ⎰⎰-++-=+-a a adx xa x x a x a x dx x a x a 022002|arctan arctan2|21)(4102202222a x a x a x a d aa =--=---=⎰（２）分析：首先可以看出积分区间是关于原点对称的区间，此时应先看一看被积函数有无奇偶性，本题中被积函数无奇偶性，但是是奇函数与偶函数的和。
定积分的性质和基本定理
第二节 定积分的性质和基本定理用求积分和式的极限的方法来计算定积分不是很方便，在很情况下难以求出定积分的值。
因此，我们在定积分定义的基础上，讨论它的各种性质，揭示定积分与微分的内在联系，寻找定积分的有效§2.1一、定积分的基本性质性质 1b a1dx=∫b adx=b-a证 0lim →λ∑=n1i f(ξi ）Δx i ＝lim →λ∑=n1i １·Δx i ＝0lim →λ(b-a)=b-aba 1dx=∫badx=b-a性质2(线性运算法则)，设f(x),g(x)在［a,b ］上可积，对任何常数α、β，则αf(x)+βg(x)在［a,b ］ba ［αf(x)+βg(x)］dx=α∫ba f(x)dx+β∫b ag(x)dx证：设F(x)=αf(x)+βg(x),lim →λ∑=n1i F(ξi ）Δx i ＝0lim →λ［αf(ξi )+βg(ξi ）］Δxi＝0lim →λ［α∑=n1i f(ξi ）Δx i ＋β∑=n1i g(ξi ）Δx i ］＝αb af(x)dx+β∫bag(x)dxαf(x)+βg(x)在［a,bba ［αf(x)+βg(x)］dx=α∫b a f(x)dx+β∫b ag(x)dx特别当α=1,β=±1ba ［f(x)±g(x)］dx=∫b a f(x)dx ±∫b ag(x)dx当β=0ba αf(x)dx=α∫b af(x)dx性质 2性质3 对于任意三个实数a,b,c ，若f(x)在任意两点构成的区间上可b af(x)dx=∫c a f(x)dx+∫bcf(x)dx证a,b,c(i)当a<c<b ，按定义，定积分的值与区间分法无关，在划分区间［a,b ］时，可以让点C是一个固定的b af(x)dx= 0lim →λ∑],[b a f(ξi ）Δx i∑],[c a＝0lim →λ［∑],[c a f(ξi ）Δx i ＋∑],[b c f(ξi )Δxi＝0lim →λ∑],[c a f(ξi )Δx i ＋0lim →λ∑],[b c f(ξi ）Δxica f(x)dx+∫bcf(x)dx（ii)当c<b<a由(i)a cf(x)dx=∫bc f(x)dx+∫abf(x)dx-∫c a f(x)dx=∫b c f(x)dx-∫b af(x)dx, ∫b a f(x)dx=∫c a f(x)dx+∫b cf(x)dx 对于其它4种位置与(ii)性质3主要用于分段函数的计算及定积分说明。
定积分的性质与计算方法
定积分的性质与计算方法定积分是微积分中的一个重要概念，它可以用来计算曲线所夹面积、计算物体的体积、求解解析几何中的定性表达式等问题。
在本文中，我们将介绍定积分的性质和计算方法。
一、定积分的性质：1.若函数f(x)在区间[a,b]上连续，则定积分存在。
也就是说，连续函数一定可积。
2.定积分具有线性性质，即对于任意实数a和b，以及两个连续函数f(x)和g(x)，有：∫[a,b](af(x)+bg(x))dx = a∫[a,b]f(x)dx + b∫[a,b]g(x)dx3.若函数f(x)在区间[a,b]上非负且可积，则定积分表示的是曲线f(x)与x轴之间的面积。
4. 定积分的取值与区间的选取无关。
即∫[a,b]f(x)dx =∫[c,d]f(x)dx，只要[a,b]和[c,d]的函数f(x)在二者都是可积函数。
5.若函数f(x)在[a,b]上连续，且在[a,b]内的每个子区间上f(x)的值都大于等于0，则在[a,b]上的定积分不小于0。
也就是说，不会出现整个区间上的定积分为负数的情况。
二、定积分的计算方法：1. 基本积分法：对于一些简单的函数，我们可以直接利用已知的基本积分公式进行计算。
比如∫x^n dx = (1/(n+1))x^(n+1) + C。
2. 反向运用微积分定理：利用微积分基本定理，我们可以求取函数的原函数（也称为不定积分），然后通过减去两个边界条件的原函数，即可求得定积分的结果。
比如∫[a,b]f(x)dx = F(b) - F(a)，其中F(x)是f(x)的原函数。
3.凑微分法：当函数难以直接积分时，我们可以通过凑微分来简化积分。
具体方法是，选取合适的函数和常数，使得被积函数可以表示为一个已知函数与该函数对应的导数的乘积。
然后利用换元法将积分转化为一个更容易求解的形式。
4. 分部积分法：分部积分法实质上是对乘积求导公式的反向运用。
对于乘积积分，我们可以利用分部积分法将其转化为两个函数分别求导和积分的问题。
数学微积分定积分公式整理
数学微积分定积分公式整理微积分是数学中的重要分支，它主要研究函数的变化率和积分运算。
在微积分中，定积分是积分的一种形式，它用来求解曲线与坐标轴所围成的面积或曲线的长度。
定积分公式是定积分计算的基础，下面我将对一些常用的定积分公式进行整理和归纳。
一、基本的定积分公式1. 幂函数的定积分公式：∫x^n dx = 1/(n+1) * x^(n+1) + C，其中C为常数。
这个公式适用于任意实数n，其中n不等于-1。
2. 指数函数的定积分公式：∫e^x dx = e^x + C，其中C为常数。
指数函数e^x的定积分就是它自身再加上一个常数C。
3. 三角函数的定积分公式：∫sin x dx = -cos x + C∫cos x dx = sin x + C这两个公式是三角函数的定积分公式，其中C为常数。
4. 常数函数的定积分公式：∫k dx = kx + C，其中k为常数。
这个公式表示常数函数的定积分是它自身再乘以x再加上一个常数C。
二、定积分的性质1. 定积分的线性性质：∫[a*f(x) + b*g(x)] dx = a*∫f(x) dx + b*∫g(x) dx这个公式表示定积分具有线性性质，可以将函数的线性组合的积分转化为各个函数的积分之和。
2. 定积分的区间可加性：∫[a, b] f(x) dx + ∫[b, c] f(x) dx = ∫[a, c] f(x) dx这个公式表示定积分在不同区间上的结果可以进行相加，得到整个区间的定积分。
三、一些常见的定积分公式1. 正弦函数的定积分公式：∫sin^2 x dx = (1/2) * x - (1/4) * sin 2x + C∫sin^3 x dx = -(1/3) * cos^3 x + C这两个公式可用于计算正弦函数的定积分。
2. 余弦函数的定积分公式：∫cos^2 x dx = (1/2) * x + (1/4) * sin 2x + C∫cos^3 x dx = (1/3) * sin^3 x + C这两个公式可用于计算余弦函数的定积分。
第二节定积分计算公式和性质
记为
图5-10
从几何上看，也很显然。因为X是 上一个动点，从而以线段 为底的曲边梯形的面积,必然随着底数端点的变化而变化，所以阴影部分的面积是端点x的函数(见图5－１0）
3．一物体由静止出发沿直线运动,速度为 ，其中,v以m／s单位，求物体在1ｓ到２s之间走过的路程。
解首先要算出从开始刹车到停车经过时间。当时火车速度
刹车后火车减速行驶。其速度为 当火车停住时，速度 ,故从
解得
于是在这段时间内,火车走过的距离为
=
即在刹车后,火车需走过40m才能停住。
习题5-2
1求下列定积分：
(1) (2)
(3) （４)
（５) （６）
（7)
(8） (9) （1０)
(11)设
２．求由 与直线x＝1,ｘ=２及x轴所成的图形的面积。
这个性质对有限个函数代数和也成立。
性质３积分的上、下限对换则定积分变号，即
以上性质用定积分的定义及牛顿－莱布尼兹公式均可证明，此处证明从略。
性质4如果将区间 分成两个子区间 及 那么有
这个于区间分成有限个的情形也成立。
下面用定积分的几何意义,对性质４加以说明。
当a<c<ｂ时,从图5－13ａ可知,由y＝f 与和ｘ=ａx=b及x轴围成的曲边梯形面积 :
例1计算
因为 是 的一个原函数所以
例２求曲线 和直线ｘ=０、x= 及ｙ=0所围成图形面积Ａ(５-１2)
解这个图形的面积为
图5-12
二、定积分的性质
设 、 在相应区间上连续，利用前面学过的知识，可以得到定积分以下几个简单性质:
定积分的概念和性质公式
定积分的概念和性质公式定积分是微积分的重要概念之一，用于计算曲线下面的面积或者曲线围成的面积，以及求解一些几何体的体积。
本文将介绍定积分的概念、性质以及相关的公式。
一、定积分的概念在数学中，定积分可以看作是无穷小量的累加，它的计算结果是一个数值。
定积分的概念可以通过求解函数和坐标轴之间的面积来解释。
设对于连续函数y=f(x)在区间[a,b]上，我们将它与x轴围成的平面区域分割成多个无穷小的矩形，其宽度为Δx。
我们分别计算每个矩形的面积，将这些面积相加，然后取极限得到的结果就是函数f(x)在区间[a,b]上的定积分。
表示为：∫[a,b]f(x) dx = limΔx→0 Σf(x_i)Δx其中，Σ表示求和，f(x_i)表示在每个小矩形的高度，Δx表示每个小矩形的宽度。
二、定积分的性质1.线性性质：设函数f(x)和g(x)在区间[a,b]上可积，k为常数，则有：∫[a,b](f(x)+g(x))dx = ∫[a,b]f(x)dx + ∫[a,b]g(x)dx∫[a,b]k*f(x)dx = k*∫[a,b]f(x)dx2.区间可加性质：设函数f(x)在区间[a,b]和[b,c]上可积，则：∫[a,c]f(x)dx = ∫[a,b]f(x)dx + ∫[b,c]f(x)dx3.估值性质：设f(x)在区间[a,b]上非负可积，c是[a,b]上的任意一点，则有：f(c)*(b-a) ≤ ∫[a,b]f(x)dx ≤ M*(b-a)其中，M为f(x)在[a,b]上的最大值。
4.小于等于零性质：设函数f(x)在区间[a,b]上非负可积并且在[a,b]上恒大于等于0，则有：∫[a,b]f(x)dx ≤ 0 当且仅当f(x)恒为零。
5.平均值定理：设函数f(x)在区间[a,b]上可积，则存在一个点c使得：∫[a,b]f(x)dx = f(c)*(b-a)三、定积分的计算公式1.基本积分法则：∫k dx = kx + C （k为常数）∫x^n dx = (x^(n+1))/(n+1) + C （n≠-1）2.叠加性质：∫[a,b]f(x)dx = ∫[a,c]f(x)dx + ∫[c,b]f(x)dx3.替换法则：设F(x)在区间[a,b]上可导，f(g(x))g'(x)在区间[g(a),g(b)]上连续，则有：∫[a,b]f(g(x))g'(x)dx = ∫[g(a),g(b)]f(u)du ，其中u=g(x)4.分部积分法则：设u(x)和v(x)是具有连续导数的函数，则有：∫u(x)v'(x)dx = u(x)v(x) - ∫u'(x)v(x)dx5.换元法则：设F(x)在区间[a,b]上可导，f(u)u'(x)在区间[u(a),u(b)]上连续，则有：∫[a,b]f(u(x))u'(x)dx = ∫[u(a),u(b)]f(u)du6.常用积分表：∫sin(x)dx = -cos(x) + C∫cos(x)dx = sin(x) + C∫1/(1+x^2)dx = arctan(x) + C∫1/√(1-x^2)dx = arcsin(x) + C∫e^x dx = e^x + C∫ln(x) dx = xln(x)-x + C总结：定积分是微积分的关键概念之一，通过对函数和坐标轴之间的面积进行累加，计算结果为一个数值。
定积分公式
定积分公式定积分是微积分中的一个重要概念，其含义是在一定范围内对某个函数进行积分。
定积分公式是求解定积分的基础，本文将介绍定积分公式。
一、定义定积分是表示函数曲线所围成的面积，定义为：$\\int_{a}^{b}f(x)dx$其中，$f(x)$表示被积函数，$a$和$b$分别是积分区间的起点和终点。
定积分的符号$\\int$表示“求和”，因此其实际上是将函数在积分区间内等分成无数个区间，计算每个小区间内的面积并将其加起来，得到积分的值。
二、常见函数的定积分公式1.常数函数若$f(x)=C$（$C$为常数），则：$\\int_{a}^{b}f(x)dx=\\int_{a}^{b}Cdx=C(b-a)$这是最简单的定积分形式，其积分结果只与函数的积分区间有关，与函数形式无关。
2.幂函数若$f(x)=x^{n}$，其中$n$为正整数，则：$\\int_{a}^{b}x^{n}dx=\\frac{1}{n+1}(b^{n+1}-a^{n+1})$这是幂函数定积分的基本公式，也是求解其他类型函数定积分的基础。
3.指数函数若$f(x)=e^{x}$，则：$\\int_{a}^{b}e^{x}dx=e^{b}-e^{a}$指数函数定积分也是比较简单的一类，其积分结果只与函数值有关，而与区间长度无关。
4.三角函数①若$f(x)=sinx$，则：$\\int_{a}^{b}sinxdx=-cosx∣_{a}^{b}=cosx∣_{b}^{a}$②若$f(x)=cosx$，则：$\\int_{a}^{b}cosxdx=sinx∣_{a}^{b}=-sinx∣_{b}^{a}$③若$f(x)=tanx$，则：$\\int_{a}^{b}tanxdx=-ln|cosx|∣_{a}^{b}=ln|\\frac{cosx}{cosa}|$ ④若$f(x)=cotx$，则：$\\int_{a}^{b}cotxdx=ln|sinx|∣_{a}^{b}=-ln|\\frac{sinx}{sina}|$三、定积分的性质1.可积性若函数$f(x)$在区间$[a,b]$内连续，那么它就是可积的。
高等数学 第五章 定积分 第二节 微积分基本公式
b
1 b ∴ m≤ ∫a f ( x )dx ≤ M ba
由闭区间上连续函数的介值定理知
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在区间[a , b]上至少存在一个点ξ ,
使 即
1 b f (ξ ) = ∫a f ( x )dx , ba
f (ξ )(b a ) . (a ≤ ξ ≤ b ) 积分中值公式的几何解释:
b
∫a g ( x )dx .
b
(a < b)
证
∵ f ( x ) ≤ g ( x ),
∴ g ( x ) f ( x ) ≥ 0,
∴
∫a [ g( x ) f ( x )]dx ≥ 0, b b ∫a g( x )dx ∫a f ( x )dx ≥ 0,
b
于是
∫a f ( x )dx ≤ ∫a g( x )dx .
b
(此性质可以推广到有限多个函数作和的情况)
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性质2 证
b
∫a kf ( x )dx = k ∫a f ( x )dx
∫a kf ( x )dx = lim ∑ kf (ξ i )xi λ → 0 i =1
n
b
b
( k 为常数).
= lim k ∑ f (ξ i )xi = k lim ∑ f (ξ i )xi
b
∑ f ( ξ i ) x i ≥ 0, i =1
n
∴ lim ∑ f (ξ i )xi = ∫ f ( x )dx ≥ 0. a λ →0
i =1
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例 1 比较积分值 ∫0 e dx 和 ∫0 xdx 的大小.
x
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定积分基本公式
定积分基本公式定积分是高等数学中一个重要的基本概念，在几何、物理、经济学等各个领域中都有广泛的应用.本章将由典型实例引入定积分概念，讨论定积分性质和计算方法，举例说明定积分在实际问题中的具体运用等.第二节 微积分基本公式一、变上限的定积分设函数()f x 在[[,]a b ] 上连续,x ∈[,]a b ，于是积分()d xa f x x ⎰是一个定数，这种写法有一个不方便之处，就是x 既表示积分上限，又t ，于是这个积 x 值,积分()d x af t t⎰就有一个确定的值，因此()d x af t t⎰是变上限 x 的一个函数，记作()Φx =()d xa f t t ⎰（ a ≤x ≤b ）通常称函数 ()Φx 为变上限积分函数或变上限积分，其几何意义如图所示.定理1 如果函数()f x 在区间[,]a b 上连续，则变上限积分()Φx =()d xa f t t ⎰在[,]ab 上可导，且其导数是d ()()d ()d xa Φx f t t f x x '==⎰（ a ≤x ≤ b ）.推论 连续函数的原函数一定存在. 且函数()Φx =()d xaf t t⎰即为其原函数.例1 计算()Φx =20sin d xt t⎰在x =0 ,2处的导数.解 因为2d sin d d x t t x ⎰=2sin x ,故2(0)sin 00Φ'==；πsin 42Φ'==.例2 求下列函数的导数：(1)e ln ()d (0)x atΦx t a t =>⎰；解 这里()Φx 是x 的复合函数，其中中间变量e xu =，所以按复合函数求导法则，有 d d ln d(e )ln e (d )e d d d e x x u xx a Φt t xx u t x ===⎰.(2)21()d (0)x Φx x θθ=>⎰.解 1d d d d x Φxx θ=-⎰22()xx ='=2sin 2sin 2x xx x x =-⋅=-.二、牛顿-莱布尼茨（Newton-Leibniz ）公式定理2 设函数()f x 在闭区间[,]a b 上连续，又 ()F x 是()f x 的任一个原函数，则有()d ()()b af x x F b F a =-⎰.证 由定理1知，变上限积分()()d xaΦx f t t=⎰也是()f x 的一个原函数，于是知0()()Φx F x C -=, 0C 为一常数, 即()d ()x af t t F x C =+⎰.我们来确定常数 0C 的值，为此，令 x a =，有()d ()a af t t F a C =+⎰，得0()C F a =-.因此有 ()d ()()xaf t t F x F a =-⎰.再令x b =，得所求积分为 ()d ()()baf t t F b F a =-⎰.因此积分值与积分变量的记号无关，仍用x 表示积分变量，即得()d ()()b af x x F b F a =-⎰,其中()()F x f x '=.上式称为牛顿-莱布尼茨公式，也称为微积分基本公式.为计算方便，该公式常采用下面的格式：()d ()()()b b a af x x F x F b F a ==-⎰.例1 求定积分：(1)2211d ()xx x +⎰；（2）212⎰；（3）1x-⎰.解 （1）222221111d (2)d ()x x x x x x =+++⎰⎰23115(2)436x x x =+-=.（2）2231122=⎰⎰dx2122=⎰=0.3398.=≈（3x =在[1,1]-上写成分段函数的形式,10,(),01,x x f x x x --≤<⎧=⎨≤≤⎩于是1110()d d x x x x x --=-+⎰⎰⎰220111022x x =-+=-.例2 计算2cos 12e d limx t x tx -→⎰.解 因为 0x →时,cos 1x →,故本题属 00 型未定式,可以用洛必达法则来求.这里2cos 1e d xt t-⎰是 x 的复合函数,其中cos u x =,所以222cos cos cos 1d e d e (cos )'sin ed x t x xt x x x ---==-⎰,于是有222cos cos1cos 200e d sin e sin limlim lim e 22x t xx x x x tx x x xx ---→→→-⋅-==⎰111e 22e -=-=-.思考题1.若22()sin d x x f x t t=⎰，()?f x '=2.在牛顿-莱布尼茨公式中，要求被积函数()f x 在积分区间[,]a b 上连续. 问当()f x 在[,]a b 区间上有第一类间断点时，还能否用牛顿-莱布尼茨公式计算定积分？并计算22()d ,f x x -⎰ 其中 22,21,10,1,(),10,21,0 2.x x x f x x x x x ⎧-<<-⎪=-⎪=⎨-<<⎪⎪+≤≤⎩。
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第二节定积分计算公式和性质
一、变上限函数
设函数在区间上连续，并且设x为上的任一点，于是，在区间上的定积分为
这里x既是积分上限，又是积分变量，由于定积分与积分变量无关，故可将此改为
如果上限x在区间上任意变动，则对于每一个取定的x值，定积分有一个确定值与之对应，所以定积分在上定义了一个以x为自变量的函数，我们把称为函数在区间上变上限函数
记为
从几何上看，也很显然。
因为X是上一个动点，从而以线段
为底的曲边梯形的面积，必然随着底数端点的变化而变化，所以阴影部分的面积是端点x 的函数（见图5-10）
定积分计算公式
利用定义计算定积分的值是十分麻烦的，有时甚至无法计算。
因此，必须寻求计算定积分的简便方法。
我们知道：如果物体以速度作直线运动，那么在时间区间上所经过的路程s为
图5-10
图5-11
另一方面，如果物体经过的路程s是时间t的函数，那么物体从t=a到t=b所经过的路程应该是（见图5-11）
即
由导数的物理意义可知：即是一个原函数，因此，为了求出定积分，应先求出被积函数的原函数，再求在区间上的增量
即可。
如果抛开上面物理意义，便可得出计算定积分的一般方法：
设函数在闭区间上连续，是的一个原函数，即，则
这个公式叫做牛顿-莱布尼兹公式。
为了使用方便，将公式写成
牛顿-莱布尼兹公式通常也叫做微积分基本公式。
它表示一个函数定积分等于这个函数的原函数在积分上、下限处函数值之差。
它揭示了定积分和不定积分的在联系，提供了计算定积分有效而简便的方法，从而使定积分得到了广泛的应用。
例1 计算
因为是的一个原函数所以
例 2 求曲线和直线x=0、x=及y=0所围成图形面积A(5-12)
解这个图形的面积为
图 5-12
二、定积分的性质
设、在相应区间上连续，利用前面学过的知识，可以得到定积分以下几个简
单性质：
性质 1 被积函数的常数因子可以提到定积分符号前面，即
(A为常数)
性质2函数的代数和的定积分等于它们的定积分的代数和，即
这个性质对有限个函数代数和也成立。
性质3积分的上、下限对换则定积分变号，即
以上性质用定积分的定义及牛顿-莱布尼兹公式均可证明，此处证明从略。
性质4如果将区间分成两个子区间及那么有
这个于区间分成有限个的情形也成立。
下面用定积分的几何意义，对性质4加以说明。
当a<c<b时，从图5-13a可知，由y=f与和x=a x=b及x轴围成的曲边梯形面积:
图5-13a
图5-13b
因为所以
即性质4成立。
当a<b<c时，即点c在外，由图5-13b可知，
显然，性质4也成立。
总之，不论c点在还是外，性质4总是成立的。
例3求
例4求
解=
例5求
解
所以
例6求
解
于是，
例7 设求解因为
所以
=
==
例8 火车以v=72km/h的速度在平直的轨道上行驶，到某处需要减速停车。
设火车以加速度a=-5m/刹车。
问从开始刹车到停车，火车走了多少距离？
解首先要算出从开始刹车到停车经过时间。
当时火车速度
刹车后火车减速行驶。
其速度为
当火车停住时，速度，故从
解得
于是在这段时间，火车走过的距离为
=
即在刹车后，火车需走过40m才能停住。
习题5-2
1 求下列定积分：
（1）(2)
(3)(4)
(5)（6）
(7)
(8)(9)(10)
(11)设
2.求由与直线x=1,x=2及x轴所成的图形的面积。
3.一物体由静止出发沿直线运动，速度为，其中,v以m/s单位，求物体在1s到2s之间走过的路程。