定积分

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定积分

2024-04-11 06:34| 来源: 网络整理| 查看: 265

定积分

你也许想先阅读 积分入门!

积分

积分 可以用来求面积、体积、中点和很多其他有用的东西。我们时常用积分来求函数曲线下面的面积。像这样:

 

我们可以把曲线下面的面积切成一片片,当这些片的宽度趋近零时,它们面积的和便是曲线下面的面积:

也有 积分法则 来帮我们求答案。

  记法

"积分" 的符号像英语字母 "S" (源自英语 "Sum"(总和)):

 

把要求积分的函数(叫被积函数)放在积分符号后面,

最后放 dx 来代表积分的方向是 x(片沿 x 的宽度趋近零)。

定积分

定积分 有起点和终点:有从 a 到 b 的区间

起点和终点的值放在"S" 符号的下面和上面,像这样:

  不定积分 (没有指定值)   积分 (从 ab

定积分是不定积分在 ab 的值的差:

例子:

2x dx 从 1 到 2 的定积分

 

不定积分 是:∫2x dx = x2 + C

在 x=1:∫2x dx = 12 + C 在 x=2:∫2x dx = 22 + C

减:

(22 + C) − (12 + C) 22 + C − 12 − C 4 − 1 + C − C = 3

"C" 被消去…… 所以求定积分时我们可以不理 C。

答案可以直接写为:

 

我们可以求那个图形(梯形)的面积来检验答案:

对了,面积是 3.

(不赖!)

再看一个例子:

例子:

cos(x) dx 从 0.5 到 1.0 的定积分:

(注意:x 的单位一定要是 弧度)

 

不定积分是:cos(x) dx = sin(x) + C

C 可以不理(如上):

  = sin(1) − sin(0.5)     = 0.841…… − 0.479……     = 0.362……

现在我们用以下的例子来表明一个论点:

例子:

sin(x) dx 从 0 到 1 的定积分:

 

不定积分是:sin(x) dx = −cos(x) + C

起点是 0,那么我们可不可以求 x=1 的值为面积?

−cos(1) = −0.540……

什么?在 x=1 的面积是负数?不,我们一定要减去积分在 x=0 的值,我们不可以假设它是零。

正确的做法是求两个值的差(C 会消去,所以不用写下来):

  = −cos(1) − (−cos(0))     = −0.540……− (−1)     = 0.460……

像样多了!

但若曲线是在轴的下面,便真的可以有负的面积:

例子:

cos(x) dx 从 1 到 3 的定积分:

注意曲线有正的部分,也有负的部分。定积分是净面积的值。

 

不定积分是:cos(x) dx = sin(x) + C

计算:

  = sin(3) − sin(1)     = 0.141…… − 0.841……     = −0.700……

试试用不同的起点和终点来求 cos(x) 的定积分,来更加了解有正值和负值的函数的定积分。

可是,有时我们需要 实际面积 (不减去负的部分):

例子:从 x = 1 到 x = 3,y = cos(x) 和 x轴 之间的面积是多少?

这和上面的例子差不多,不过面积是个正数 (想象你需要为它涂色)。

我们要把两个部分分开来做:

一部分是 x轴 上面的面积 一部分是 x轴 下面的面积

曲线在 x = π/2 经过 x轴,所以:

    π/2 ∫ 1 cos(x) dx = sin(π/2) − sin(1)       = 1 − 0.841…… = 0.159……     3 ∫ π/2 cos(x) dx = sin(3) − sin(π/2)       = 0.141... − 1   = −0.859……

最后一个是负值,但我们要正值,所以:

总面积 = 0.159…… + 0.859…… = 1.018……

答案和上面的例子相差很大。

连续

求积分的函数在 ab 之间一定要是 连续 的:没有缺口、间隙或垂直渐近线(函数向上或下趋向无穷大)。

例子:

ab 之间的垂直渐近线对定积分有影响。

属性 倒转区间

把区间倒转后,定积分是原来定积分的负值。

 

零长度的区间

若起点等于终点,定积分的值是零:

 

区间相加

我们也可以把两个区间的定积分相加:

总结

ab 的定积分是用在 b 的不定积分减去在 a 的不定积分。

 

  积分入门 微积分索引


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