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定積分的計算
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這一個頁面用來介紹有關定積分的計算,包括著名的微積分基本定理,以及不定積分推廣過來的積分計算方法,還有定積分計算的獨特性質。
目次
1微積分基本定理
2不定積分方法的推廣
2.1換元積分法
2.2分部積分法
3定積分的獨特計算方法
3.1特殊函數的性質
3.1.1對稱性
3.1.2周期性
3.2三角分離
4用積分求極限
5上下節
微積分基本定理
微積分基本定理也叫牛頓-萊布尼茲定理,由於其在積分計算中的地位巨大,將定積分和原函數問題(不定積分)聯繫起來,且只用兩個值就能計算出一段區間的定積分,古城做微積分學中的基本定理。
它是說,連續於區間上的,設是它的任意一個原函數,即有,則
不定積分方法的推廣
對不定積分奏效的換元積分和分部積分,通過證明可以引入到定積分的計算中去。
換元積分法
定積分同樣適用湊微分法以及第二換元法,僅需注意換元時注意換掉積分限即可。
以下寫出第二換元的公式:
設均連續,具有嚴格單調性(保證了存在反函數),且
則有
不定積分中的換元方法,例如根式代換、倒代換和三角代換等,可以直接運用到定積分的計算中。
分部積分法
不定積分中的分部積分,只需增加上下限即可引入到定積分計算中來:
運用分部積分可以直接計算出的一個很重要的積分是
當是奇數時,;當是偶數時,
從這個積分中我們可以導出Wallis公式:
定積分的獨特計算方法
有的形式的定積分,用某些計算技巧可以很容易地計算出結果,例如利用對稱性、周期性等。
特殊函數的性質
對稱性
如果連續於區間上的函數是偶函數,那麼
如果它是奇函數,那麼
尤其是奇函數的情形,它能幫助我們簡化計算某些甚至是初等方法計算不出來的定積分。
這些性質幾何意義也很直觀。
作為函數線對稱以及中心對稱的推廣,有如下更一般的規律:
在區間上的可積函數,對任意的,如果有,那麼
如果有,那麼
周期性
像對稱性一樣,周期性有時也可以幫助我們簡化定積分的計算,或者證明一些命題。
它是說
若函數是周期為的周期連續函數則有
這也就是說,在一個周期上的積分值不管如何平移積分區間,它都是不變的。
三角分離
若函數在閉區間上連續,則有
進一步得出
它可以在不求原函數的情況下將難以計算的積分項消去,這個性質的最直接應用是計算定積分
用積分求極限
定積分的定義是黎曼和的極限,有時候也會用它來求一些極限,這一方法的典型例子是用等份分割區間來求極限。
例如求極限
解法:原式
做輔助函數,對區間等份分割為份,則有
上下節
上一節:積分第一中值定理
下一節:定積分的應用
積分學(學科代碼:1103420,GB/T13745—2009)
不定積分
不定積分▪常見函數的不定積分▪不定積分的換元積分法▪有理分式積分法▪分部積分法▪配對積分法
黎曼積分
定積分▪微積分基本定理▪積分第一中值定理▪定積分的計算▪定積分的應用▪積分第二中值定理
反常積分
無窮限積分和瑕積分▪Cauchy判別法、Dirichlet判別法以及Abel判別法▪Cauchy主值
含參積分
含參變量的積分▪含參變量的反常積分▪Euler積分(Γ函數和B函數)、Poisson積分▪Dirichlet積分▪Frullani積分、Laplace積分▪Fresnel積分▪Lobatchevski積分▪Fejer積分
多元積分
積分區域的描述▪重積分(二重積分、三重積分)▪反常重積分▪第一型曲線積分▪第二型曲線積分▪第一型曲面積分▪第二型曲面積分▪Green公式、Gauss公式以及Stokes公式
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