,
где
- интегральная сумма функции
при
,
- интегральная сумма
функции
при
Присвоим
- ому интервалу номер
Тогда имеем
,
чему соответствует рассматриваемое равенство.
Основные теоремы.
Теорема 1.
Если
на
интервале
, то на этом интервале
Пусть
.
Тогда
, где
- интегральная сумма. Пусть также
или
. Очевидно, что при
число
положительным быть не может:
что и требовалось доказать.
Теорема 2. Если на интервале выполняется неравенство
, то
имеет место оценка интеграла
Неравенство
можно записать в виде
Применив к ним предыдущую теорему, получим
или, согласно свойствам интеграла:
- длина отрезка, то
или
. Точно также получим
, что и требовалось доказать.
Средним
значением определенного интеграла называется число,
равное
Теорема о среднем значении определенного интеграла.
Пусть
существует и
-
наименьшее и наибольшее значения функции
при
.
Тогда найдется такое число
,
что
Так
как , то по теореме 2 имеем
Разделив
на , получим
Здесь
– значение непрерывной функции в
фиксированной точке.
называется интегралом с переменным верхним
пределом для функции
непрерывной
при
Такой
интеграл является функцией верхнего предела и поэтому обозначен как .
Теорема.
Любая непрерывная на интервале функция
имеет на этом интервале первообразную. Одной из таких
первообразных является интеграл с переменным пределом
Требуется
доказать, что между функциями и
при
имеет место равенство
. По
определению производной имеем
,
где
По теореме о среднем значении
где
заключено
между
.
Тогда
в
силу непрерывности .
Формула Ньютона-Лейбница.
- основная формула интегрального
исчисления,
- первообразная для
функции
на интервале
.
Согласно предыдущей теореме
.
Положим
. Тогда
или
.
.
Положим
.Тогда
Теорема о замене переменной в определенном интеграле.
Пусть
функция непрерывна на замкнутом интервале
, который является множеством значений функции
,
определённой для и имеющей на этом множестве непрерывную
производную. Кроме того,
,
.
Тогда имеет место формула
Рассмотрим одну из
первообразных функции
.
По формуле Ньютона-Лейбница имеем
и покажем, что правая
часть такая же. Возьмём функцию
и продифференцируем её:
, где
использовано определение первообразной по аргументу
:
.
Тогда функция – первообразная для подынтегральной
функции
и по формуле Ньютона-Лейбница получим
или
согласно условию теоремы
.
Теорема об интегрировании по частям.
Пусть функции и
имеют
непрерывные производные на множестве
. Тогда имеет место
формула
Так как , то эту формулу можно записать
.
Легко видеть, что функция является первообразной
для функции
и по формуле Ньютона-Лейбница
.
Отсюда и получается искомое выражение.
Геометрические положения определённого интеграла.
1. Площадь криволинейной трапеции.
Пусть на множестве задана непрерывная или кусочно-непрерывная
функция
, графиком которой является некоторая
линия. Проведём две прямые
и
,
и
получим криволинейную трапецию, образованную заданной линией, прямыми
,
и
отрезком оси абсцисс
. Составим интегральную сумму
, где
–
площадь i-ой криволинейной трапеции. Тогда, согласно определению определённого
интеграла получим
,
при
и
– элемент
площади – бесконечно малая величина первого порядка.
2. Длина линии.
А) Декартово задание функции.
Пусть на множестве , задана функция
,
имеющая внутри этого множества непрерывную производную. Тогда на декартовой
координатной проекции имеем линию, длина которой
неизвестна.
Разобьем линию на частей, длина каждого из которых
. Проведём прямые
,
и при их пересечении с линией получим
точки с координатами
и
,
.
Проведя через точку прямую
,
получим криволинейный треугольник со сторонами, равными
и
. Соединив отрезком прямой точки
, получим прямоугольный треугольник с
гипотенузой, равной
Суммируем длины участков линии
.
Переходя к пределу при
и
(или
), получим по определению определённого
интеграла длину линии
:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.