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我还要成为定积佬!

我要成为不定积佬!默认就会定积分了

定积分就是求某段导函数与xx轴围成的面积,至少一重积分是这样……

abf(x)dx=I=limλ0i=1nf(ξ)Δxi\int_a^bf(x)\, dx=I=\lim_{\lambda \to 0} \sum_{i=1}^nf(\xi)\, \Delta x_i

aabb分别为积分下限积分上限,也就是求aabb下的面积,这个面积是有方向的

[!NOTE] 有个定义副产品,用来算极限的

虽然我也不知道是干什么的

01f(x)dx=limλ0i=1nf(1n)1n\int_0^1f(x)\, dx=\lim_{\lambda \to 0} \sum_{i=1}^nf(\frac{1}{n})\frac{1}{n}

显然,当a=ba=b时有

abf(x)dx=0\int_a^bf(x)\, dx=0

另外对所有定积分都有

abf(x)dx=baf(x)dx\int_a^bf(x)\, dx=-\int_b^af(x)\, dx

不定积分那的某个性质也可以用

ab[αf(x)+βf(x)]dx=αabf(x)dx+βabg(x)dx\int_a^b[\alpha f(x) + \beta f(x)]\, dx = \alpha \int_a^bf(x)\, dx + \beta \int_a^bg(x)\, dx

然后这还有个结论对于任何实数cc都成立:

abf(x)dx=acf(x)dx+cbf(x)dx\int_a^bf(x)\, dx = \int_a^cf(x)\, dx + \int_c^bf(x)\, dx

就是把面积分成了两块分别求

下面一个性质名字还挺霸气:定积分中值定理

如果f(x)f(x)[a,b][a,b]上连续,那[a,b][a,b]间至少有一个ξ\xi使

abf(x)dx=f(ξ)(ba)\int_a^bf(x)\, dx=f(\xi)(b-a)

这个f(ξ)f(\xi)实际上是f(x)f(x)[a,b][a,b]上的平均值

通过图像秒杀

比如有一个

111x2dx\int_{-1}^1 \sqrt{1-x^2}\, dx

实际上就是求y=1x2y=\sqrt{1-x^2}[1,1][-1,1]上的积分,那不就是个半圆吗?!

我们发现两边平方就变成了y2=1x2y^2=1-x^2,居然是个单位元,真是太神奇了,要求的就是这个圆的上半部分,小学生都会做

==对称加奇(函数) 秒杀==

显然奇函数在原点两端的面积是相反的,所以只要积分上下限相反数,也就是对称,那这时面积就是00

一个朴实无华的方法,但是有个高大上的名字:牛顿-莱布尼兹公式(微积分基本定理)

F(x)F(x)f(x)f(x)的某个原函数,则

abf(x)dx=F(b)F(a)\int_a^bf(x)\, dx = F(b) - F(a)

这需要先求出不定积分,然后再算两个点的值最后相减,非常的好用

对于一个积分,其上限为xx,那它就是个积分上限函数,记为Φ(x)=axf(t)dt\displaystyle \Phi(x)=\int_a^xf(t)\, dt

而且它的导数有以下性质:

Φ(x)=ddxaxf(t)dt=f(x)\Phi'(x)= \frac{d}{dx} \int_a^xf(t)\,dt=f(x)

也就是说它的导数就是f(x)f(x)

和不定积分是类似的,但由于自变量换了,积分上下限也得换

还有一个重要的公式

0π2f(sinx,cosx)dx=0π2f(cosx,sinx)dx\int_0^{\frac{\pi}{2}}f(\sin x,\cos x)\, dx = \int_0^{\frac{\pi}{2}}f(\cos x,\sin x)\, dx

人话来讲,就是在[0,π2][0,\frac{\pi}{2}]上的积分,sinx\sin x变成cosx\cos x,同时cosx\cos x变成sinx\sin x而值不变

反常积分就是要扯到\infty的定积分,分为两种

limt+atf(x)dx\lim_{t \to +\infty} \int_a^tf(x)\, dx

这样求到无限远处的积分就是一种反常积分,叫做f(x)f(x)在无穷区间[a,+][a,+\infty]上的反常积分

如果原函数趋于++\infty能算的话,也就是说limt+F(t)F(a)\lim_{t \to +\infty} F(t) - F(a)这个值存在极限(不是\infty)时,这个反常积分是收敛的。反之如果它不存在,这个值就是发散

[!NOTE] 注意:

反常积分不能用对称加奇算

至于反过来

limttaf(x)dx\lim_{t \to -\infty} \int_t^af(x)\, dx

也是一样的,要算limtF(a)F(x)\lim_{t \to -\infty} F(a) - F(x)的值

再进一步,对于

lima,b+abf(x)dx\lim_{a \to -\infty,b \to +\infty} \int_a^bf(x)\, dx

只要分别算

limaa0f(x)dxlimb+0bf(x)dx\lim_{a \to -\infty} \int_a^0f(x)\, dx和\lim_{b \to +\infty} \int_0^bf(x)\, dx

就好了,如果其中有一个发散,那整个积分就是发散

下面的表述可能在数学上并不准确

[!NOTE] 注意:

这个反常积分也不能用对称加奇算

对于一个无界函数,如果limxaf(a)=\lim_{x \to a} f(a)=\infty,那aa就是f(x)f(x)瑕点,这无界函数的积分又叫瑕积分

如果一个函数有a,ba,b两个瑕点,a<ba<b,在区间(a,b)(a,b)上的积分就是

limta+,ubtuf(x)dx\lim_{t \to a^+, u \to b^-} \int_t^u f(x)\, dx

要做的仅仅是求F(u)F(t)F(u) - F(t)的值,如果是\infty就是发散,反之则收敛

由于定积分的由来就和面积很有关系,所以拿来算函数下面积也是合情合理的

反正就是把面积切成一条条的方便算啦,据说这种方法叫元素法,拿来算体积也是可以的,只要知道怎么算圆的面积

[!TIP] 有时候会用到极坐标!

用勾股定理还能算弧长