Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
практикум математика часть 2.pdf
Скачиваний:
124
Добавлен:
15.02.2015
Размер:
4 Мб
Скачать
☆
x =max xi.

разделим на n произвольных, необязательно равных, частей:

a=x0 < x1 < ... < xn=b.

В этом случае говорят, что произведено разбиение отрезка [a,b]. На каждом участке разбиения [xi–1, xi] возьмем произвольную точку ξi и вычислим значение функции f(x) в этих точках. Если умножить полученные значения функции f(ξi) на длину соответствующего участка xi = xi–xi–1 и просуммировать , то получим

n

Sn = ∑ f (ξi ) xi ,

i=1

которая называется интегральной суммой функции f(x) на отрезке [a,b].

Обозначим через

Определенным интегралом от функции f(x) на отрезке [a,b]

называется предел последовательности интегральных сумм

 

 

n

lim Sn = lim

∑ f (ξi ) xi

n→∞

x→0

i=1

 

 

если он существует, т.е. конечен и не зависит от способа разбиения отрезка

[a,b] и от выбора точек ξi на соответствующих участках и обозначается

b

 

n

∫ f (x)dx = lim

∑ f (ξi ) xi .

a

x→0 i=1

Здесь число a называется нижним пределом, число b называется

верхним пределом интеграла.

Свойства определенного интеграла

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

b

 

 

 

1.

C f

1

(x) + C

2

f

2

(x) dx = C

∫

f

1

(x)dx + C

2 ∫

f

2

(x)dx .

 

∫

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

a

 

 

 

 

b

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

∫ f (x)dx = −∫ f (x)dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

b

c

a

 

 

 

3. ∫ f (x)dx = ∫ f (x)dx + ∫ f (x)dx .

 

 

a

a

c

 

 

 

 

 

 

 

a

a

4. Если функция

f(x) – четная,

то

∫ f (x)dx = 2∫ f (x)dx ,

 

 

 

 

−a

0

 

 

 

 

a

 

если функция f(x) – нечетная,

то

∫

f (x)dx =0 .

−a

Формула Ньютона-Лейбница

Теорема. Если функция f(x) непрерывна на отрезке [a,b] и F(x) – какая-либо ее первообразная на этом отрезке, то имеет место следующая формула:

b

∫ f (x)dx = F(x) ba = F(b) − F(a) .

a

Пример. Вычислить интеграл

π/ 4

∫sin 2x dx .

0

Решение.

π / 4

1 cos 2x

 

/ 4 = − 1

cos

π − cos0

 

= 1 .

∫ sin 2x dx = −

π0

0

2

 

 

2

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Метод замены переменной в определенных интегралах

Теорема. Если функция

f(x) непрерывна на отрезке

 

[a,b], а функция

x=ϕ(t) дифференцируема на отрезке

[t1,t2],

где

a=ϕ(t1)

 

и b=ϕ(t2), то

имеет место формула:

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

t2

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫ f (x)dx =∫ f (ϕ(t))ϕ (t)dt .

 

 

a

 

t1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

 

 

 

 

Пример.

Вычислить интеграл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

ex −1 dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

Сделаем

замену

 

ex −1 = t .

 

Тогда

 

x = ln(1 + t2 ) и

dx = 2tdt/(1+t2).

Поскольку при

 

x=0

t=0 и при

x=ln2

 

t=1, то получим

ln 2

 

 

 

 

t = ex − 1,

x = 0 t = 0

 

1

2t2

2dt =

 

 

 

 

 

∫

ex −1

dx =

x = ln(1 + t

2 ),

x = ln 2 t = 1

= ∫

0

 

 

 

 

dx = 2t

dt

 

 

 

 

 

0

t

+ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2∫ 1

−

 

 

 

 

 

dt

= 2(t − arctgt)

 

= 2 −

 

.

 

 

 

 

2

 

0

2

 

 

0

 

1

+ t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Метод интегрирования по частям в определенных интегралах

Теорема. Если функции u=u(x) и v=v(x) непрерывны вместе со своими производными на отрезке [a,b], то имеет место формула:

b

b

∫udv = uv ba − ∫vdu .

 

 

 

 

a

 

 

a

 

 

 

 

 

 

Пример.

Вычислить интегралы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

e2

 

 

 

 

 

 

 

 

а) ∫xe−xdx ,

 

 

б) ∫ln2 x dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

Решение. а) Воспользуемся формулой интегрирования по частям, для

этого положим

u=x, dv=e–xdx, откуда

du=dx, v=–e–x. Тогда

 

 

1

 

u = x

du = dx

 

 

1

1

 

1

 

e − 2

 

 

 

 

 

 

 

∫xe−xdx =

= −x e−x

 

+ ∫e−x dx = −e−1 − e−x

 

=

.

 

 

dv = e−xdx v = −e−x

 

0

 

0

e

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) Применяя формулу интегрирования по частям, получим

20