Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Определенный интеграл.docx
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
225 Кб
Скачать
☆

2.Основныепонятия

Рис.1.

n−1

Нарис.1приведенграфикнепрерывной функции f(x),определенныйнаинтервале[a,b].Производитсяразбиениеин-тервала[a,b]точкамиa=x0,x1,x2,x3,…xi…,xn-1=b на n частей:a<x0<x1<x2<x3<…<xi<…<xn-1=b.Внутрикаждогоинтервалаосу-ществляетсявыборточкиx=ci(произвольнымобразом),вкото-ройвычисляетсяфункцияf(ci).

Составляетсясуммавида∑f(ci)∆xi,котораяназываетсяинте-

i0

гральнойсуммой,где

∆xi

xi1−xi.Еслипотребовать,чтобы

λmax∆xi

→0,

тогдачислослагаемыхвинтегральнойсум-

менеограниченновозрастает.

Определение.

Еслисуществуетконечныйпределинтегральныхсумм

n−1

σlim∑f(ci

λ→0i0

)∆xi

называетсяопределенныминтеграломот

функцииf(x)попромежутку[a,b]иобозначаетсясимволом

b def

n−1

∫f(x)dxlim∑f(ci)∆xi

(1)

  1. λ→0i0

Определениеинтегралапредполагает,чтоинтегрируемаяфункцияявляетсяограниченной.

Установленыследующиеклассыинтегрируемыхфункций:

1.Еслифункцияf(x)непрерывна[a,b],тоонаинтегрируеманаэтоминтервале.2.Еслиограниченнаяфункцияf(x)имеетна[a,b]лишьконечноечислоточекразрыва,тоонаинтегрируема.

  1. Ограниченнаямонотоннаяфункцияf(x)интегрируемана

[a,b],дажееслионаимеетбесконечномноготочекразрыва.

Фигура(рис.1),ограниченнаяграфикомфункцииf(x),вер-тикальнымипрямымиx=a,x=bиосьюX,называетсякриволи-нейнойтрапецией.Длянепрерывныхфункцийf(x)пределинте-гральныхсуммсовпадаетсплощадьюкриволинейнойтрапе-

b

ции.Такимобразом,

Теорема

S∫f(x)dx.

a

Еслифункцияf(x)непрерывнана[a,b],тоинтеграл

x

F(x)∫f(t)dt

a

спеременнымверхнимпределомxявляется

дифференцируемойфункциейx,иегопроизводнаяравназна-чениюподинтегральнойфункции,вычисленномуповерхнему

x

пределу,т.е.

F′(x)(∫f(t)dt)′f(x).

a

Изтеоремыследует,чтоинтеграл

F(x)спеременнымверхним

пределомотнепрерывнойфункцииявляетсяпервообразнойдляподинтегральнойфункции.Наосноведаннойтеоремыдоказы-ваетсяформулаНьютона–Лейбница:

b

a

∫f(x)dxF(x)|bF(b)−F(a).

(2)

a

Формула(2)даетсвязьмеждунеопределеннымиопреде-ленныминтеграламиотнепрерывныхфункций.Длявычисле-нияопределенногоинтеграланужнонайтипервообразнуюпо-

динтегральнойфункции,вычислитьеезначениенаконцахин-тервалаинтегрирования[a,b]инайтиихразность.

Кважнымметодамвычисленияопределенныхинтеграловотносятсязаменапеременнойиинтегрированиепочастям.

Теорема(заменапеременнойвопределенноминтеграле)

Пусть1)f(x)интегрируеманапромежутке[a,b],2)функ-

ция

xϕ(t)

интегрируемана[α,β],3)

ϕ(t)

имеетнепрерыв-

нуюпроизводнуюнаинтервале[α,β].4)Причем

ϕ(β)b.Тогда

ϕ(α)a,

  1. β

∫f(x)dx∫f(ϕ(t))ϕ′(t)dt.

(3)

a α

Теорема(интегрированиепочастям)

Пусть

U(x),V(x)

непрерывнынапромежутке[a,b]вместе

сосвоимипроизводными.Тогда

b b

a

∫U(x)dV(x)U(x)V(x)|b−∫V(x)dU(x).

(4)

a a

Краткорассмотримосновныесвойстваопределенногоинте-грала(ОИ).1).Определенныйинтегралоталгебраическойсум-мыконечногочислаинтегрируемыхфункцийравеналгебраи-ческойсуммеОИотэтихфункций.2).Постоянныймножитель

b c b

можновыноситьзазнакОИ.3).

∫f(x)dx∫f(x)dx∫f(x)dx

a a c

приусловии,чтоf(x)интегрируеманабольшемизпромежут-ков:[a,b],[a,с],[с,b].4).Есливыполняетсянеравенство

b b

f(x)<g(x),тогдасправедливо∫f(x)dx∫g(x)dx.5).Дляинте-

a a

b b

грируемойфункцииf(x)выполняется

∫f(x)dx≤∫

a a

f(x)dx.

6).Еслидляинтегрируемойфункциивыполненынеравенства,

b

m≤f(x)≤M,тогда

m(b−a)≤∫f(x)dx≤M(b−a).

a

7).Для

ограниченнойиинтегрируемойнапромежутке[a,b]функции

b

f(x)существуетточкаxo,такая,что

∫f(x)dxf(xo)(b−a).

a

Всоответствиисгеометрическимсмысломопределенныйинтегралможетбытьиспользовандлявычисленияплощадейплоскихфигур.Всамомделе,площадьзаштрихованнойобла-сти(рис.2)равна

b b b

S∫f(x)dx−∫g(x)dx∫(f(x)−g(x))dx.

(5)

a a a

а б

Рис.2.

Формула(5)справедливатакжедляслучая,представленно-гонарис.2б,когдафункцияϕ(x)являетсяотрицательной.

Еслиуравнениелинии,ограничивающейплоскуюфигуру,задановполярнойсистемекоординат,тогдаплощадьопреде-

ляетсяпоформуле

  1. β

S∫r

  1. α

2(ϕ)dϕ,гдеr(ϕ)уравнениелинии.

ПустьдугаABкривойy=f(x),

x∈[a,b]вращаетсявокругоси

Ox(рис.3).Площадьповерхностивращенияиобъемпростран-ственноготела,полученноговрезультатевращениядугиAB,

приусловии,чтоy=f(x)непрерывнавместесосвоейпроизвод-ной,вычисляютсяпоследующимформулам:

B

а б

B

AA

Рис.3.

Sпов

b

2π∫f(x)

a

1[f′(x)]2

b

b

dx,Vπ∫f

a

2(x)dx.

(6)

Определенныйинтеграл∫f(x)dxранеерассматривалсяна

a

конечномпромежутке[a,b]идляограниченнойфункции.Принарушенииодногоизэтихусловийобопределенноминтегралеговоряткаконесобственноминтеграле.

Еслипромежутокнеограничен,тогданесобственныйинте-грал1-городаопределяетсяследующимобразом:

∞ def A

∞ def A

∫f(x)dx

lim

∫f(x)dx,

∫f(x)dx

lim

∫f(x)dx,

a A→∞a

∞

a

def A

B→∞a

∫f(x)dx

lim

∫f(x)dx.

(7)

a A→∞a

B→−∞

Предполагается,чтоналюбомпромежутке—[a,A],или

[B,b]функцияf(x)конечнаиинтегрируема.

Еслинеограниченнойявляетсяподинтегральнаяфункция,тогдаинтегралназываетсянесобственныминтегралом2-горо-

да.Еслис∈(a,b)—внутренняяточка,ивточкесфункцияf(c)неограниченна,тогдаточканазываетсяособойточкой.Несоб-ственныйинтеграл2-городаопределяетсякак

b def

c−δ b

∫f(x)dxlim∫

f(x)dxlim

∫f(x)dx.

a δ→0a

δ→0cδ

Еслиособаяточкаcсовпадаетсграницейинтервала[a,b],т.е.с=а,(илис=b)тогда

b def b

b def

b−δ

∫f(x)dxlim

∫f(x)dx

(или∫f(x)dxlim

∫f(x)dx).(8)

a δ→0cδ

a δ→0a

Предполагается,чтоналюбомпромежутке[c+δ,b],(или

[a,b-δ])функцияf(x)конечнаиинтегрируема.

Несобственныйинтегралназываетсясходящимся,еслионконечен.Иначе,еслионнесуществуетилиравенбесконечно-сти—несобственныйинтегралрасходящийся.

Вопрососходимостинесобственныхинтегралов1-городаможетбытьрешенспомощьютеоремсравнения.