數(shù)分定積分概念

§3

可積條件

§4定積分的性質(zhì)§1定積分概念§5微積分學(xué)基本定理§2牛頓—萊布尼茨公式

第九章定積分§6定積分的計(jì)算9.1定積分的概念一、問(wèn)題提出1.曲邊梯形的面積設(shè)y=f(x)為區(qū)間[a,b]上連續(xù)函數(shù)，且f(x)≥0，由曲線y=f(x)，直線x=a，x=by=0所圍成的圖形稱為曲邊梯形。下面討論曲邊梯形的面積對(duì)于多邊形的面積，我們?cè)谥袑W(xué)就已經(jīng)會(huì)計(jì)算了，例如矩形的面積=底×高顯然，曲邊梯形的面積不能用這個(gè)公式來(lái)計(jì)算。

雖然曲邊梯形的準(zhǔn)確面積我們不會(huì)計(jì)算，但是我們可以用一些小矩形來(lái)近似算出它的面積。

⑴分割用任意的一組分點(diǎn)：把[a,b]分成n個(gè)小區(qū)間[xi-1,xi]i=1,2,…,n相應(yīng)地把曲邊梯形分為n個(gè)小曲邊梯形，其面積分別記為ΔSii=1,2,…,n（化整為零）⑵近似代替在每個(gè)小區(qū)間[xi-1,xi]上任取一點(diǎn)ξi，其中（曲轉(zhuǎn)化為直）于是小曲邊梯形的面積⑶求和（積零為整）大曲邊梯形的面積⑷取極限令若極限存在，則定義此極限值為曲邊梯形的面積（直轉(zhuǎn)化為曲）讓每個(gè)小區(qū)間的長(zhǎng)度趨于零求曲邊梯形的面積體現(xiàn)了曲轉(zhuǎn)化為直、直轉(zhuǎn)化為曲的辯證思想。這個(gè)計(jì)算過(guò)程，就是一個(gè)先微分后積分的過(guò)程。也就是說(shuō)，把曲邊梯形分割成許多小曲邊梯形，在每個(gè)小曲邊梯形中，把曲邊看成直邊，用這些小“矩形”面積的和近似地表示原來(lái)大曲邊梯形的面積，從而實(shí)現(xiàn)了局部的曲轉(zhuǎn)化為局部的直，即“以直代曲”。然后，再把分割無(wú)限加細(xì)，通過(guò)取極限，就使小矩形面積的和，轉(zhuǎn)化為原來(lái)大曲邊梯形的面積。這樣局部的直又反過(guò)來(lái)轉(zhuǎn)化為整體的曲。這種曲轉(zhuǎn)化為直，直轉(zhuǎn)化為曲，以及由此所反映出來(lái)的化整為零、積零為整的思想方法，是微積分乃至整個(gè)高等數(shù)學(xué)的一個(gè)重要方法。F雖然是變力，但在很短一段間隔內(nèi)，F(xiàn)的變化不大，可近似看作是常力作功問(wèn)題。按照求曲邊梯形面積的思想，F(xiàn)(x)AB

再看一個(gè)變力做功的問(wèn)題。設(shè)質(zhì)點(diǎn)m受力的作用，在變力F的作用下，沿直線由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，求變力作的功⑴分割用任意的一組分點(diǎn)：把[a,b]分成n個(gè)小區(qū)間[ti-1,ti]i=1,2,…,n⑵近似代替在[ti-1,ti]上任取一點(diǎn)ξi，于是在該小區(qū)間上的力

作的功

⑶求和總功⑷取極限令若極限存在，則定義此極限值為力所做的功的和式極限問(wèn)題。我們把這些問(wèn)題從具體的問(wèn)題中抽象出來(lái)，作為一個(gè)數(shù)學(xué)概念提出來(lái)就是今天要講的定積分。由此我們可以給定積分下一個(gè)定義

從上面例子看出，不管是求曲邊梯形的面積或是計(jì)算變力作的功，它們都?xì)w結(jié)為對(duì)問(wèn)題的某些量進(jìn)行“分割、近似求和、取極限”，或者說(shuō)都?xì)w結(jié)為形如二、定積分的定義定義1:在[a,b]內(nèi)任取一組分點(diǎn)將[a,b]分成n個(gè)子區(qū)間Δi=[xi-1,xi

]i=1,2,…,n

這些分點(diǎn)構(gòu)成[a,b]的一個(gè)分割，記為T(mén)={x0,x1,…,xn

}={Δ1,Δ2,…,Δn}記Δxi=xi–xi-1，

并稱為分割T的模注：1°由于因此可用來(lái)反映2°分割與其模的關(guān)系：

即分割一旦給出，就隨之確定，但是的分割卻有無(wú)限多個(gè).

被分割的細(xì)密程度.具有同一細(xì)度稱此和式為f在[a,b]上的一個(gè)積分和，也稱為黎曼（Riemann）和定義2:設(shè)函數(shù)f(x)在[a,b]上有定義,對(duì)[a,b]的一個(gè)分割T={Δ1,Δ2,…,Δn}，任取點(diǎn)i

Δi,i=1,2,…,n，作和顯然積分和既與分割有關(guān)，又與所選取有關(guān)

的點(diǎn)集定義3:設(shè)函數(shù)f(x)在[a,b]上有定義,若任給的ε>0，總存在δ>0，使得對(duì)[a,b]的任何分割T={Δ1,Δ2,…,Δn}，任意的i

Δi,i=1,2,…,n，只要||T||<δ,就有則稱函數(shù)上可積或黎曼可積.數(shù)稱為上的定積分或黎曼積分記作在在

其中稱為被積函數(shù)，為積分變量，為積分區(qū)間，分別稱為這個(gè)定積分的下限和上限注1:把定積分定義的說(shuō)法和函數(shù)極限的說(shuō)法對(duì)照，便會(huì)發(fā)現(xiàn)兩者有相似的陳述方式，因此我們也常用極限符號(hào)來(lái)表達(dá)定積分即把它寫(xiě)作

然而積分和的極限與函數(shù)的極限之間有著極大中，對(duì)每一個(gè)來(lái)說(shuō)，的值是唯一確定的；并不唯一的區(qū)別：在函數(shù)極限極限變量而對(duì)于積分和的極限而言，每一個(gè)對(duì)應(yīng)積分和的一個(gè)值.這使得積分和極限要比通常的函數(shù)極限復(fù)雜得多于是本節(jié)開(kāi)頭兩個(gè)實(shí)例都可用定積分記號(hào)注2：可積性是函數(shù)的又一分析性質(zhì)（連續(xù)，可導(dǎo)為以前學(xué)過(guò)的另外兩個(gè)分析性質(zhì)）據(jù)下一節(jié)定理9.3知,連續(xù)函數(shù)是可積的.來(lái)表示1.曲線y=f(x)≥0，直線x=a，x=b，y=0所圍成的曲邊梯形面積可用定積分表示為2.變力作功問(wèn)題可表示為

注3定積分的幾何意義.當(dāng)f(x)≥0，定積分的幾何意義就是曲線y=f(x)直線x=a，x=b，y=0所圍成的曲邊梯形的面積bAoxyay=f(x)S當(dāng)函數(shù)f(x)0，x[a,b]時(shí)

定積分就是位于x軸下方的曲邊梯形面積的相反數(shù).即oxyaby=f(x)S對(duì)于一般非定號(hào)的而言，定積分的值

是曲線在軸上方部分所有曲邊梯形的正面積與下方部分所有曲邊梯形的負(fù)面積的代數(shù)和

注4：定積分?jǐn)?shù)值只與被積函數(shù)及積分區(qū)間[a,b]有關(guān),與積分變量記號(hào)無(wú)關(guān)規(guī)定當(dāng)a=b時(shí),規(guī)定當(dāng)a>b時(shí),例1求在區(qū)間[0,1]上，以拋物線y=x2為曲邊的曲邊三角形的面積解由定積分的幾何意義，有因?yàn)槎ǚe分存在，對(duì)區(qū)間[0,1]取特殊的分割將區(qū)間[0,1]等分成n等份,分點(diǎn)為每個(gè)小區(qū)間的長(zhǎng)度取則有

定積分的演示——曲邊三角形面積的計(jì)算把底邊[0,1]分成n等份,然后在每個(gè)分點(diǎn)作底邊的垂線,這樣曲邊三角形被分成n個(gè)窄條,用矩形來(lái)近似代替,然后把這些小矩形的面積加起來(lái),得到一個(gè)近似值:因此,我們有理由相信,這個(gè)曲邊三角形的面積為:例2利用定義計(jì)算定積分解四、小結(jié)１．