考研.数学 高数总结3

定积分理论

一、实际应用背景

1、运动问题—设物体运动速度为vv(t)，求t[a,b]上物体走过的路程。

（1）取at0t1tnb，[a,b][t0,t1][t1,t2][tn1,tn]， 其中tititi1(1in)；

（2）任取i[xi1,xi](1in)，S

nf()t； iii1

iin（3）取max{xi}，则Slim1in0f()x i1

2、曲边梯形的面积—设曲线L:yf(x)0(axb)，由L,xa,xb及x轴围成的区域称为曲边梯形，求其面积。

（1）取ax0x1xnb，[a,b][x0,x1][x1,x2][xn1,xn]， 其中xixixi1(1in)；

（2）任取i[xi1,xi](1in)，A

nf()x； iii1

iin（3）取max{xi}，则Alim1in0f()x。 i1

二、定积分理论

（一）定积分的定义—设f(x)为[a,b]上的有界函数，

（1）取ax0x1xnb，[a,b][x0,x1][x1,x2][xn1,xn]， 其中xixixi1(1in)；

（2）任取i[xi1,xi](1in)，作

nf()x； iii1

inax{xi}，（3）取m若lim1in0f()x存在，称f(x)在[a,b]上可积，极限称为f(x)i

i1

在[a,b]上的定积分，记b

af(x)dx，即f(x)dxlimf(i)xi。 abn0i1

【注解】

（1）极限与区间的划分及i的取法无关。

n

1,xQ

【例题】当x[a,b]时，令f(x)，对limf(i)xi，

0

i10,xR\\Q

n

n

情形一：取所有iQ(1in)，则lim

0

f()x

i

i1

n

i

limxiba；

0

i1

情形二：取所有iR\\Q(1in)，则lim

0

n

f()x

i

i1

i

0，

所以极限lim

0

f()x不存在，于是f(x)在[a,b]上不可积。

i

i

i1

（2）0n，反之不对。

112n1n1

,]，xi(1in)；

nnnnnn

i1i

取法：取i或i(1in)，则

nn

分法：等分，即[0,1][0,][,][



1ni1ni1

f(x)dxlimf()limf()。

nnnnni1ni1

则



b

a

banif(x)dxlimf[a(ba)]。 nni1n

1n2i【例题1】求极限lim。

nnni1

11n2i

【解答】lim2xdx。

0nnni1

【例题2】求极限lim(

n

1n1





1n2





1nn

)。

22

)

【解答】lim(

n

1n1



1n

21nn1n

()2

n

22

1lim[nn

11()2

n

2()2

n



]

dxx

三、定积分的普通性质

1、

2、

3、

4、

[f(x)g(x)]dx

a

bb

a

f(x)dxg(x)dx。

a

b

kf(x)dxk

a

bb

a

f(x)dx。

bc



b

a

f(x)dxf(x)dxf(x)dx。

a

c



b

a

dxba。

5、设f(x)0(axb)，则【证明】



b

a

f(x)dx0。



b

a

f(x)dxlimf(i)xi，

0

i1

n

因为f(x)0，所以f(i)0， 又因为ab，所以xi0，于是

n

f()x

i

i1

n

i

0，由极限保号性得

limf(i)xi0，即f(x)dx0。

0

i1

b

a

（1）



b

a

f(x)dx|f(x)|dx(ab)。

a

b

（2）设f(x)g(x)(axb)，则



b

a

f(x)dxg(x)dx。

a

b

6（积分中值定理）设f(x)C[a,b]，则存在[a,b]，使得

四、定积分基本理论

定理1 设f(x)C[a,b]，令(x)



b

a

f(x)dxf()(ba)。



x

a

f(t)dt，则(x)为f(x)的一个原函数，即

(x)f(x)。

【注解】

（1）连续函数一定存在原函数。

dx

f(t)dtf(x)， （2）adx

d(x)

f(t)dtf[(x)](x)。 adx

d2(x)

(x)f[1(x)]1(x)。 f(t)dtf[2(x)]2（3）

dx1(x)

【例题1】设f(x)连续，且(x)【解答】(x)

x

(xt)f(t)dt，求(x)。

0x0

x

(xt)f(t)dtx

0f(t)dttf(t)dt，

x

(x)f(t)dtxf(x)xf(x)f(t)dt，(x)f(x)。

xx

【例题2】设f(x)为连续函数，且(x)【解答】(x)

x2t2u

tf(x

x

t2)dt，求(x)。



x

tf(x2t2)dt

1x2222

f(xt)d(xt) 20

101x2

2f(u)duf(u)du，

2x20

f(x2)2xxf(x2)。 2

(x)

定理2 （牛顿—莱布尼兹公式）设f(x)C[a,b]，且F(x)为f(x)的一个原函数，则



b

a

f(x)dxF(b)F(a)。

【证明】由F(x)f(x),(x)f(x)得[F(x)(x)]f(x)f(x)0， 从而F(x)(x)constant，

于是F(b)(b)F(a)(a)，注意到(a)0， 所以(b)F(b)F(a)，即

五、定积分的积分法

（一）换元积分法—设f(x)C[a,b]，令x(t)，其中(t)可导，且(t)0，其中



b

a

f(x)dxF(b)F(a)。

()a,()b，则f(x)dxf[(t)](t)dt。

a

b



（二）分部积分法—

udvuvvdu。

a

a

a

b

b

b

六、定积分的特殊性质

1、对称区间上函数的定积分性质 设f(x)C[a,a]，则 （1）则



a

a

f(x)dx[f(x)f(x)]dx。

a

（2）若f(x)f(x)，则



a

a

f(x)dx2f(x)dx。

a

（3）若f(x)f(x)，则



a

a

f(x)dx0。

【例题1】设f(x),g(x)C[a,a]，其中f(x)f(x)A,g(x)为偶函数，证明：



a

a

f(x)g(x)dxAg(x)dx。

a

【解答】

a



a

a

f(x)g(x)dx[f(x)g(x)f(x)g(x)]dx

a0

a

[f(x)f(x)]g(x)dxAg(x)dx。



（2）计算

arctane

22

x

|sinx|dx。





【解答】







arctane|sinx|dx2(arctanexarctanex)sinxdx，

x

x

x

exex

0， 因为(arctanearctane)2x2x

1e1e

所以arctanexarctanexC0，取x0得C0





，

于是

arctane|sinx|dx

22

x





20

2

sinxdx



。

2、周期函数定积分性质 设f(x)以T为周期，则 （1）



aT

a

。 f(x)dxf(x)dx，其中a为任意常数（周期函数的平移性质）

T

如



3











sinxdx2sinxdx22sin2xdx。

（2）



nT

f(x)dxnf(x)dx。

T

3、特殊区间上三角函数定积分性质





（1）设f(x)C[0,1]，则





20

f(sinx)dx2f(cosx)dx，特别地，



20

sinxdxcosxdxIn，且In

20

n



n

n1

In2,I0,I11。 n2

sinx

【例题1】计算2dx。

1ex2



sin4xsin4xsin4x2【解答】dx()dx x01ex1ex1e2



1131342sin4xdxI2()sinxdx。 4x01ex0422161e



【例题2】计算【解答】



100

cosxdx。



100

cosxdx

50



100

cosxd(x)

100



100

cosxdx



50







2

cosxdx









cosxdx







cosxdx









1cosx2xx222

。 dxsind()sinxdx00222

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