Вычисление определенного интеграла.




Определенный интеграл.

Пусть функция определена и непрерывна (а значит, ограничена) на [ a,b ].

 

Разобьем отрезок [ a,b ] на n произвольных частей точками

.

Длину каждого i -го отрезка разбиения назовем

, .

Внутри каждого отрезка разбиения выберем произвольно по точке .

Составим сумму

. (1)

Выражение вида (1) называется интегральной суммой функции f(x) по отрезку [ a,b ]. Если функция непрерывна на отрезке , то существует предел интегральной суммы при условии, что длина наибольшего из частичных отрезков стремится к нулю, и он не зависит от способа разбиения отрезка на частичные отрезки и от выбора точек в каждом из них.

Опр. Предел интегральной суммы функции f(x) по отрезку [ a,b ] при стремлении длины наибольшего из частичных отрезков к нулю, называется определенным интегралом от функции f(x) по отрезку [ a,b ] и обозначается

.

Числа а и в называют нижним и верхним пределами интегрирования. Функция называется интегрируемой на отрезке [ a,b ]. Любая непрерывная на отрезке функция интегрируема на этом отрезке.

Геометрический смысл определенного интеграла.

 

 

Из рисунка видно, что интегральная сумма равна площади ступенчатой фигуры, образованной из прямоугольников шириной , высотой . При неограниченном измельчении длин отрезков разбиения площадь этой фигуры стремится к площади криволинейной трапеции. Следовательно, определенный интеграл в геометрическом смысле равен площади криволинейной трапеции, заключенной между графиком неотрицательной функции и осью О х на отрезке [ a,b ].

 

Свойства определенного интеграла.


1. ;

2. ;

3. ;

4. ;


5. Пусть функция y=f(x) интегрируема на отрезках [ a,c ] [ b,c ], a<c<b. Тогда она интегрируема и на отрезке [ a,b ], причем

;

6. Если функции f(x) и g(x) интегрируемы по отрезку [ a,b ], то и их сумма также интегрируема по отрезку [ a,b ], причем

.

7. Если на отрезке [ a,b ] выполняется неравенство , то

.

8. Если промежуток интегрирования симметричен, то

, если - нечетная функция,

и , если - четная функция.

 

§2. Интеграл с переменным верхним пределом.

Вычисление определенного интеграла.

 

Пусть функция y=f(x) определена и непрерывна на отрезке [ a,b ]. Тогда она интегрируема как на отрезке [ a,b ], так и на любом меньшем отрезке [ а,х ], где [ a,b ]. Значит, величина

является функцией от х. Она называется интегралом с переменным верхним пределом и является первообразной для функции f(x). Другими словами, функция Ф(х) в каждой своей точке имеет производную, равную f(x):

.

 

Теперь перейдем к вопросу вычисления определенного интеграла.

Теорема. Пусть функция y=f(x) определена и непрерывна на отрезке [ a,b ] и F(х) является первообразной для функции f(x). Тогда

.

(Эта основная формула интегрального исчисления называется формулой Ньютона-Лейбница. Она позволяет сводить вычисление определенного интеграла к нахождению первообразной.)

Док-во. Пусть функция y=f(x) имеет некоторую первообразную F(x). Тогда F(x)=Ф(x)+C, где - другая первообразная f(x). Имеем:

.▲

Пример.

1-6+9-27+54-27=4.

 

Замена переменной в определенном интеграле.

 

Теорема. Пусть функция y=f(x) непрерывна на отрезке [ a,b ], а функция x=φ(t) определена на отрезке [ α,β ] и имеет непрерывную производную внутри этого отрезка, причем φ(α)=a, φ(β)=b и φ([α,β])=[a,b]. Тогда

.

Док-во. Пусть F(x) – первообразная для функции f(x), тогда и . Тогда

.▲

 

Пример. Найти

.

Применим подстановку . Найдем новые пределы интегрирования: при ; при .

.

 

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2021-04-19 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: