定積分的概念和性質(zhì).ppt

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1、定積分的概念和性質(zhì)設(shè)函數(shù)y?f(x)在區(qū)間[a,b]上非負(fù)、連續(xù).由直線x?a、x?b、y?0(即X軸)及曲線y?f(x)所圍成的圖形稱為曲邊梯形,其中曲線弧稱為曲邊.1.曲邊梯形的面積一、定積分問題舉例觀察與思考:在曲邊梯形內(nèi)擺滿小的矩形,當(dāng)小矩形的寬度減少時(shí),小矩形面積之和與曲邊梯形面積之間的誤差將如何變化?怎樣求曲邊梯形的面積?第一步:分割稱為區(qū)間的一個(gè)分法第二步:近似對每個(gè)小曲邊梯形均作上述的近似第三步:求和第四步:取極限2.變速直線運(yùn)動(dòng)的路程分析:(1)分割(2)取近似(3)求和共同特性分割,取近似,求和,

2、取極限(4)取極限1.定積分的定義(i?1,2,???,n),作和記Dxi=xi-xi?1(i?1,???,n),個(gè)分點(diǎn):a?x0

3、積函數(shù)被積表達(dá)式積分變量積分和符號(hào)讀作函數(shù)f(x)從a到b的定積分.關(guān)于定積分定義的幾點(diǎn)說明:(1)所謂和式極限(即函數(shù)f(x)可積),是指無論對區(qū)間[a,b]怎樣分法,也不論對點(diǎn)xi(i=1,2,···,n)怎樣取法,極限都存在且有相同的極限值.(2)可以證明,閉區(qū)間上連續(xù)函數(shù)或只有有限個(gè)第一類間斷點(diǎn)的函數(shù)是可積的.(3)因?yàn)槎ǚe分是和式極限,它是由函數(shù)f(x)與區(qū)間[a,b]所確定的,因此,它與積分變量的記號(hào)無關(guān),即(4)該定義是在積分下限a小于積分上限b的情況下給出的,此時(shí),只要把插入分點(diǎn)的順序反過來寫a=x0

4、>x1>x2>···>xi-1>xi>···>xn-1>xn=b由于xi-1>xi,?xi=xi-xi-1<0,于是有特殊地,當(dāng)a=b時(shí),如果a>b,同樣可給出定積分即可,根據(jù)定積分的定義,上面兩個(gè)例子都可以表示為定積分:(1)曲邊梯形面積A是曲邊函數(shù)f(x)在區(qū)間[a,b]上的定積分,即(2)變速直線運(yùn)動(dòng)的路程s是速度函數(shù)v(x)在時(shí)間間隔[T1,T2]上的定積分,即解把區(qū)間[0,1]分成n等份,分點(diǎn)為和小區(qū)間長度為例1(1)當(dāng)f(x)?0時(shí),f(x)在[a,b]上的定積分表示由曲線曲邊梯形的面積.(2)當(dāng)f(x)

5、?0時(shí),f(x)在[a,b]上的定積分表示曲邊梯形面積的負(fù)值.三、定積分的幾何意義A=A1+A2+A3例2、用定積分表示下列圖中陰影部分的面積例3、用定積分表示由所圍平面圖形的面積。1o解:平面圖形如右圖所示例4用定積分表示由所圍平面圖形的面積。1o解:平面圖形如右圖所示A2A1由圖可知因?yàn)樗越夂瘮?shù)y?1?x在區(qū)間[0,1]上的定積分是以y=1-x為曲邊,以區(qū)間[0,1]為底的曲邊梯形的面積.例5四、定積分的性質(zhì)下面各性質(zhì)中的函數(shù)都假設(shè)是可積的.性質(zhì)1(1)兩個(gè)函數(shù)和的定積分等于它們定積分的和,即證根據(jù)定積分的定義

6、,有性質(zhì)1(1)可推廣到有限多個(gè)函數(shù)代數(shù)和的情況,即證明性質(zhì)1(2)被積函數(shù)的常數(shù)因子可以提到積分號(hào)外面,即性質(zhì)2如果在區(qū)間[a,b]上f(x)?1,那么性質(zhì)3(積分對區(qū)間的可加性)如果積分區(qū)間[a,b]被分點(diǎn)c分成區(qū)間[a,c]和[c,b],則性質(zhì)3表明定積分對積分區(qū)間具有可加性,這個(gè)性質(zhì)可以用于求分段函數(shù)的定積分.當(dāng)c在區(qū)間[a,b]之外時(shí),上面表達(dá)式也成立.利用定積分的幾何意義,可分別求出解解解性質(zhì)5如果在區(qū)間[a,b]上有f(x)≤g(x),那么≤證由性質(zhì)1與定積分的定義,知由題設(shè)得知f(xi)≤g(xi),

7、即f(xi)-g(xi)≤0,且?xi>0(i=1,2,···,n),所以上式右端的極限值非正,從而有移項(xiàng),得推論由性質(zhì)5可得例比較下列各對積分值的大?。航?1)根據(jù)冪函數(shù)的性質(zhì),在[0,1]上,有由性質(zhì)4,得(2)令f(x)=x-ln(1+x),f?(x)所以,f(x)≥f(0)=[x-ln(1+x)]

8、x=0=0,從而有x≥ln(1+x),由性質(zhì)4,得函數(shù)f(x)在區(qū)間[0,1]上單調(diào)增加,知由在區(qū)間[0,1]上性質(zhì)5(估值定理)如果存在兩個(gè)數(shù)M,m,使函數(shù)f(x)在閉區(qū)間[a,b]有m≤f(x)≤M,那么介于與

9、區(qū)間[a,b]長度為底,該性質(zhì)的幾何解釋是:曲線y=f(x)在[a,b]上的曲邊梯形面積分別以m和M為高的兩個(gè)矩形面積之間.m(b-a)≤M(b-a).≤y=f(x)yxabmMOBA解解:令f?(x)=0,得駐點(diǎn)x=0.比較駐點(diǎn)x=0,區(qū)間端點(diǎn)x=?1的函數(shù)值,f(0)=e0=1,根據(jù)估值定理得例、估計(jì)定積分的值。最大值M=1,≤≤m(b-a

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