为什么定积分等于函数面积,坐等高手解答

2020-11-25 17:46:52 字数 5003 阅读 7309

1楼:江淮一楠

微积分的两大部分是微分与积分。一元函数情况下,求微分实际上是求一个已知函数的导数,而积分是已知一个函数的导数,求原函数。所以,微分与积分互为逆运算。

分划的参数趋于零时的极限,叫做这个函数在这个闭区间上的定积分。

不定积分:即已知导数求原函数。若f′(x)=f(x),那么[f(x)+c]′=f(x).

(c∈r).也就是说,把f(x)积分,不一定能得到f(x),因为f(x)+c的导数也是f(x)(c是任意常数)。所以f(x)积分的结果有无数个,是不确定的。

我们一律用f(x)+c代替,这就称为不定积分。即如果一个导数有原函数,那么它就有无限多个原函数。

定积分 (definite integral):定积分就是求函数f(x)在区间[a,b]中图线下包围的面积。即由 y=0,x=a,x=b,y=f(x)所围成图形的面积。

这个图形称为曲边梯形,特例是曲边三角形。

定积分2定义

设函数f(x) 在区间[a,b]上连续,将区间[a,b]分成n个子区间[a,x0],(x0,x1],(x1,x2],…,(xi,b],可知各区间的长度依次是:△x1=x0-a,△x2=x1-x0,…,△xi=b-xi.在每个子区间(xi-1,xi)任取一点ξi(i=1,2,…,n),作和式(见右下图),设λ=max(即λ属于最大的区间长度),则当λ→0时,该和式无限接近于某个常数,这个常数叫做函数f(x) 在区间[a,b]的定积分,记为(见右下图):

其中:a叫做积分下限,b叫做积分上限,区间[a,b]叫做积分区间,函数f(x) 叫做被积函数,x 叫做积分变量,f(x)dx 叫做被积表达式,∫ 叫做积分号。

之所以称其为定积,定积分是因为它积分后得出的值是确定的,是一个数, 而不是一个函数。

3黎曼积分:定积分的正式名称是黎曼积分。用黎曼自己的话来说,就是把直角坐标系上的函数的图象用平行于y轴的直线把其分割成无数个矩形,然后把某个区间[a,b]上的矩形累加起来,所得到的就是这个函数的图象在区间[a,b]的面积。

实际上,定积分的上下限就是区间的两个端点a,b.

我们可以看到,定积分的本质是把图象无限细分,再累加起来,而积分的本质是求一个函数的原函数。它们看起来没有任何的联系,那么为什么定积分要写成积分的形式呢?

4分点问题:定积分是把函数在某个区间上的图象[a,b]分成n份,用平行于y轴的直线把其分割成无数个矩形,再求当n→+∞时所有这些矩形面积的和。习惯上,我们用等差级数分点,即相邻两端点的间距δx是相等的。

但是必须指出,即使δx不相等,积分值仍然相同。我们假设这些“矩形面积和”s=f(x1)δx1+f(x2)δx2+……f[x(n-1)]δx(n-1),那么当n→+∞时,δx的最大值趋于0,所以所有的δx趋于0,所以s仍然趋于积分值.

利用这个规律,在我们了解牛顿-莱布尼兹公式之前,我们便可以对某些函数进行积分。例如我们可以证明对于函数f(x)=x^k(k∈q,k≠-1),有f(x)dx=(b^(k+1)-a^(k+1))/(k+1)。

我们选择等比级数来分点,令公比q=n^√(b/a),则b/a=q^n,b=aq^n。令分点x0=a,x1=aq,x2=aq^2……xn=aq^n=b,因为f(xj)=xj^k=a^k*q^jk,且δxj=x(j+1)-xj=aq^(j+1)-aq^j 那么“矩形面积和”

sn=a^k*(aq-a)+a^k*q^k*(aq^2-aq)+a^k*q^2k*(aq^3-aq^2)+……+a^k*q^(n-1)k*[aq^n-aq^(n-1)]

提出a^k*(aq-a),则

sn=a^(k+1)*(q-1)*[1+q^(k+1)+q^2(k+1)+……q^(n-1)(k+1)]

利用等比级数公式,得到

sn=(q-1)/(q^(k+1)-1)*(b^(k+1)-a^(k+1))=(b^(k+1)-a^(k+1))/n

其中n=(q^(k+1)-1)/(q-1),设k=u/v(u,v∈z),令q^(1/v)=s,则

n=(s^(k+1)v-1)/(s^v-1)=(s^u+v-1)/(s^v-1)=((s^(u+v)-1)/(s-1))/((s^v-1)/(s-1))

令n增加,则s,q都趋于1,因而n的极限为(u+v)/v=u/v+1=k+1.

5性质①:常数可以提到积分号前。

性质②:代数和的积分等于积分的代数和。

③:定积分的可加性:如果积分区间[a,b]被c分为两个

子区间[a,c]与(c,b]则有(见右图)

④risch 算法

⑤如果在区间[a,b]上,f(x)≥0,则f(x)dx≥0

6常用算法

换元法(1)f(x)∈c([a,b]);

(2)x=ψ(t)在[α,β]上单值、可导;

(3)当α≤t≤β时,a≤ψ(t)≤b,且ψ(α)=a,ψ(β)=b,

则f(x)dx=f(ψ(t))ψ′(t)dt

分部积分法

设u=u(x),v=(x)均在区间[a,b]上可导,且u′,v′∈r([a,b]),则有分部积分公式

uv′dx= uvvu′dx

7基本定理

定积分与不定积分看起来风马牛不相及,但是由于一个

数学上重要的理论的支撑,使得它们有了本质的密切关系。把一个图形无限细分再累加,这似乎是不可能的事情,但是由于这个理论,可以转化为计算积分。这个重要理论就是大名鼎鼎的牛顿-莱布尼兹公式,它的内容是:

如果f(x)是[a,b]上的连续函数,并且有f′(x)=f(x),那么 f(x)dx=f(b)-f(a)

用文字表述为:一个定积分式的值,就是上限在原函数的值与下限在原函数的值的差。

正因为这个理论,揭示了积分与黎曼积分本质的联系,可见其在微积分学以至更高等的数学上的重要地位,因此,牛顿-莱布尼兹公式也被称作微积分基本定理。

8应用1,解决求曲边图形的面积问题

例:求由抛物线y^2=4x与直线y=2x-4围成的平

定积分的应用(4张)

面图形d的面积s.

2,求变速直线运动的路程

做变速直线运动的物体经过的路程s,等于其速度函数v=v(t) (v(t)≥0)在时间区间[a,b]上的定积分。

3,变力做功

某物体在变力f=f(x)的作用下,在位移区间[a,b]上做的功等于f=f(x)在[a,b]上的定积分。(见图册“应用”)

9定理定理1:设f(x)在区间[a,b]上连续,则f(x)在[a,b]上可积。

定理2:设f(x)在区间[a,b]上有界,且只有有限个间断点,则f(x)在[a,b]上可积。

定理3:设f(x)在区间[a,b]上单调,则f(x)在[a,b]上可积。

关于定积分的一点疑问

2楼:茅山东麓

解答:楼主的这一段叙述中,犯了两个概念错误,不得不指出:

第一个概念错误:

面积为正当然不错,但是必须是上方的函数f(x)减下方的函数g(x)才行,积分的结果才是正。

本题x在x上方,只有[0, 1]这一段。所以a,b不可以任意定。

第二个概念错误:

本题只有在[0,1]内的积分才是正值。在此区间外的积分都是负值。

要想得到最大值(指正值,不是指绝对值),积分的上下限自然就是 a = 0,b = 1。

没有其他选择。

楼主所说“由积分性质可以知道,积分值是由x轴上部面积减去x轴下部面积”

不知这句话,从何而来?这是完全错误的说法。

x轴上面的面积是正,x轴下部的面积也是正。面积减面积,为何?为何不加?

有一些老师说,下部的面积要取绝对值,这是糊涂老师的荒唐说法,可惜的是,为数不少。

1、拿起函数随便积分不是面积!

2、曲线在x轴下方时,积分一定为负!

3、真正的计算是曲线上方的x轴的方程是 y = 0,0 - 下方的函数,然后积分。

这样一来,变成了 -∫f(x)dx (a→b),这样结果就为正了。

在数值上正好等于 |∫f(x)dx (a→b)|。

所以,下部的面积要取绝对值这句说法,在数值结果上是对的,在概念上是含混不清的,

会误导学生,可惜这样的教师实在太多太多了。

3楼:匿名用户

可分解为∫xdx-∫x^2dx,两个面积的差,如图

可知,当积分区域取[0,1]时候面积最大

4楼:匿名用户

人为规定x轴上方为正,x轴下方为负。

不定积分与定积分问题

5楼:匿名用户

定积分与不定积分在历史上原本是两个没有关系的问题,不定积分相当于导数的逆运算,而定积分原本就是研究面积、体积等问题发展起来的,只是后来牛顿和莱布尼兹发现了它们之间的联系,可以通过不定积分来计算定积分,所以它们才起了这么相近的名称。你在一开始学习定积分时,可以先不要去想不定积分的问题,忘记不定积分,就把定积分当作一个新东西来学就行了,等到学完n-l公式以后,再将它们联系起来。

定积分的结果是一个数字,这是它与不定积分的本质区别,正因为最后结果只是一个数,无论在做题中你用什么变量做积分变量,其实对于最后的那个数字都不会产生影响,因此定积分与积分变量无关。与下面的求和问题道理是一样的:

i 从1到10,对 i 的平方求和;

n从1到10,对n的平方求和;

这两个问题没有任何区别,因为结果都只是一个数,与求和变量无关,不论你用 i 还是用 n,其实研究的都是1平方+2平方+...+10平方。

6楼:百知一度

你不用太纠结这个问题,楼上的回答很好,就像是如果你把积分看成曲边梯形,它的y方向只是两条竖直线,那当然只存在一个变量是x,但如果他不是曲边的梯形,它的左右侧也是曲线的话那它当然也是一个变量啦,你在哪个方向积哪个就是自变量,不在哪个方向积分它肯定就可以提出来当作常量用啦

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7楼:暗恋后

添加编译选项-lpthread,因为pthread不是标准的编译链接的库,需要自己添加

8楼:匿名用户

原因:头文件 pthread.h 没有包含到源文件中解决方法:

1)将 pthread.h 复制到源文件相同的文件夹中2)修改为:#include "pthread.h"

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