部分累积
会不定积分默认就会定积分了
定积分就是求某段导函数与$x$轴围成的面积,至少一重积分是这样……
\(\int_a^bf(x)\, dx=I=\lim_{\lambda \to 0} \sum_{i=1}^nf(\xi)\, \Delta x_i\) $a$和$b$分别为积分下限和积分上限,也就是求$a$到$b$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 \(\int_0^1f(x)\, dx=\lim_{\lambda \to 0} \sum_{i=1}^nf(\frac{1}{n})\frac{1}{n}\)
性质
显然,当$a=b$时有
\[\int_a^bf(x)\, dx=0\]另外对所有定积分都有
\[\int_a^bf(x)\, dx=-\int_b^af(x)\, dx\]不定积分那的某个性质也可以用
\[\int_a^b[\alpha f(x) + \beta f(x)]\, dx = \alpha \int_a^bf(x)\, dx + \beta \int_a^bg(x)\, dx\]然后这还有个结论对于任何实数$c$都成立:
\(\int_a^bf(x)\, dx = \int_a^cf(x)\, dx + \int_c^bf(x)\, dx\) 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$f(x)$在$[a,b]$上连续,那$[a,b]$间至少有一个$\xi$使
\(\int_a^bf(x)\, dx=f(\xi)(b-a)\) 这个$f(\xi)$实际上是$f(x)$在$[a,b]$上的平均值
怎么算
法一
通过图像秒杀
比如有一个
\(\int_{-1}^1 \sqrt{1-x^2}\, dx\) 实际上就是求$y=\sqrt{1-x^2}$在$[-1,1]$上的积分,那不就是个半圆吗?!
我们发现两边平方就变成了$y^2=1-x^2$,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
法二
==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是相反数,也就是对称,那这时面积就是$0$啊
法三
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)
$F(x)$是$f(x)$的某个原函数,则
\(\int_a^bf(x)\, dx = F(b) - F(a)\) 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
积分上限函数
对于一个积分,其上限为$x$,那它就是个积分上限函数,记为$\displaystyle \Phi(x)=\int_a^xf(t)\, dt$
而且它的导数有以下性质:
\[\Phi'(x)= \frac{d}{dx} \int_a^xf(t)\,dt=f(x)\]也就是说它的导数就是$f(x)$
换元
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
\(\int_0^{\frac{\pi}{2}}f(\sin x,\cos x)\, dx = \int_0^{\frac{\pi}{2}}f(\cos x,\sin x)\, dx\) 人话来讲,就是在$[0,\frac{\pi}{2}]$上的积分,$\sin x$变成$\cos x$,同时$\cos x$变成$\sin x$而值不变
不正常的
反常积分就是要扯到$\infty$的定积分,分为两种
第一种
像
\(\lim_{t \to +\infty} \int_a^tf(x)\, dx\) 这样求到无限远处的积分就是一种反常积分,叫做$f(x)$在无穷区间$[a,+\infty]$上的反常积分
如果原函数趋于$+\infty$能算的话,也就是说$\lim_{t \to +\infty} F(t) - F(a)$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,这个值就是发散的
[!NOTE] 注意:
反常积分不能用对称加奇算
至于反过来
\(\lim_{t \to -\infty} \int_t^af(x)\, dx\) 也是一样的,要算$\lim_{t \to -\infty} F(a) - F(x)$的值
再进一步,对于
\[\lim_{a \to -\infty,b \to +\infty} \int_a^bf(x)\, dx\]只要分别算
\[\lim_{a \to -\infty} \int_a^0f(x)\, dx和\lim_{b \to +\infty} \int_0^bf(x)\, dx\]就好了,如果其中有一个发散,那整个积分就是发散的
第二种
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$\lim_{x \to a} f(a)=\infty$,那$a$就是$f(x)$的瑕点,这无界函数的积分又叫瑕积分
如果一个函数有$a,b$两个瑕点,$a<b$,在区间$(a,b)$上的积分就是
\[\lim_{t \to a^+, u \to b^-} \int_t^u f(x)\, dx\]要做的仅仅是求$F(u) - F(t)$的值,如果是$\infty$就是发散,反之则收敛
应用
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