定积分运算时的积分上下限:什么时候变?什么时候不变?

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定积分运算时的积分上下限:什么时候变?什么时候不变?

2024-07-01 10:27| 来源: 网络整理| 查看: 265

一、前言 前言 - 荒原之梦

在进行定积分运算时,积分上下限是我们需要着重关注的一个问题——什么时候需要变?什么时候不需要变?在本文中,荒原之梦网(zhaokaifeng.com)将带你一探究竟!

二、正文 正文 - 荒原之梦

注意:文末有一句话形式的总结,帮我我们快速判断积分上下限什么时候需要变,什么时候不需要变,认真看下去哦 ^_^

1. 如果只是“看作一个整体”,就不需要变积分上下限

例如:

$$\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sin \theta \cos ^{3} \theta \mathrm{~ d} \theta=$$

$$\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sin ^{5} \theta\left(1-\sin ^{2} \theta\right) \mathrm{~ d} (\sin \theta)=$$

$$\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\left(\sin ^{5} \theta-\sin ^{7} \theta\right) \mathrm{~ d} (\sin \theta) =$$

将 $\sin \theta$ 看作一个整体进行积分,但最终赋值的时候仍然是对 $\theta$ 进行赋值,此时不需要改变积分上下限:

$$\left.\left(\frac{1}{6} \sin ^{6} \theta-\frac{1}{8} \sin ^{8} \theta\right)\right|_{0} ^{\frac{\pi}{2}}=$$

$$\frac{1}{6}(1-0)-\frac{1}{8}(1-0)=$$

$$\frac{1}{6}-\frac{1}{8}=\frac{1}{24}.$$

2. 如果进行了变量代换,原来的积分变量看不到了,就需要变积分上下限

例如:

$$\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sin \theta \cos ^{3} \theta \mathrm{~ d} \theta=$$

$$\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sin ^{5} \theta\left(1-\sin ^{2} \theta\right) \mathrm{~ d} (\sin \theta)=$$

$$\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\left(\sin ^{5} \theta-\sin ^{7} \theta\right) \mathrm{~ d} (\sin \theta).$$

令 $t = \sin \theta$, 则:

$$\theta \in (0, \frac{\pi}{2}) \Rightarrow \sin \theta \in (0, 1) \Rightarrow$$

$$t \in (0, 1).$$

于是:

$$\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\left(\sin ^{5} \theta-\sin ^{7} \theta\right) \mathrm{~ d} (\sin \theta) =$$

$$\int_{0}^{1}\left(t ^{5} – t ^{7} \right) \mathrm{~ d} t =$$

$$\frac{1}{6} t^{6} – \frac{1}{8} t^{8} \Big|_{0}^{1} =$$

$$\frac{1}{6}-\frac{1}{8}=\frac{1}{24}.$$

一句话总结

只要能看到原来的积分变量,就不需要改变积分上下限,不用管微分符号 “$\mathrm{d}$” 后面跟的还是不是原来的积分变量——

$\mathrm{d}$ 后面的跟的只是做积分运算时的最小“运算单位”,例如 $\mathrm{d} (\sin \theta)$ 表示我们只需要对 $\sin \theta$ 这个整体做运算就可以,不需要精确到 $\theta$, 但 $\mathrm{d} \theta$ 则要求我们将运算的“精度”精确到 $\theta$——

当然,如果不能看到原来的积分变量了,例如做了变量替换,这时候就需要确定并使用新的积分上下限。

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