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1、第五章定积分及其应用§1.1定积分及应用内容网络图定积分及其应用定积分定义可积的条件性质计算方法中值定理13条基本性质性质变上限积分求导定理牛顿一莱布尼兹公式基本方法变量代换凑微分分部积分换元法应用微元法几何应用平面图形面积旋转体及一般立体的体积平面曲线弧长物理应用质量重心坐标转动惯量引力压力广义积分第一类广义积分（区间无界）第二类广义积分（被积函数无界）§1.2内容提要与释疑解难定积分的概念是由求曲边梯形面积，变力作功，已知变速直线运动的速度求路程，密度不均质线段的质量所产生。定义设函数f(x)在闭区间[a
2、,b]上有定义，在闭区间[a,b]内任意插入n-1个分点将[a,b]分成n个小区间，记，，作乘积（称为积分元），把这些乘积相加得到和式（称为积分和式）设，若·208·极限存在唯一且该极限值与区是[a,b]的分法及分点的取法无关，则称这个唯一的极限值为函数f(x)在[a,b]上的定积分，记作，即.否则称f(x)在[a,b]上不可积.注1：由牛顿莱布尼兹公式知，计算定积分与原函数有关，故这里借助了不定积分的符号。注2：若存在，区间[a,b]进行特殊分割，分点进行特殊的取法得到的和式极限存在且与定积分的值相等，但反
3、之不成立，这种思想在考题中经常出现，请读者要真正理解。注3：定积分是否存在或者值是多少只与被积函数式和积分区间有关与积分变量用什么字母表示无关，即定积分的几何意义:若f(x)在[a,b]上可积，且则表示曲线与直线所围成的曲边梯形的面积.同样，变力所作的功（其中f(x)是变力）变速直线运动的路程（是瞬时速度），密度不均质直线段[,b]的质量（其中是线密度）。规定定性若函数f(x)在闭区间[,b]上可积，则f(x)在[,b]上有界，反之不成立。例.事实上，因为不论把[0，1]分割得多么细，在每个小区间中，总能找到
4、有理数，无理数，知知不存在。定理若f(x)在闭区间[a,b]上连续，则f(x)在[a,b]上可积.定理若f(x)在闭区间[a,b]上只有有限个间断点且有界，则f(x)在[a,b]上可积.定理若f(x)在闭区间[a,b]上单调，则f(x)在[a,b]上可积定积分的性质性质1·208·性质2（线性运算法则）设在[a,b]上可积，对任何常数则.该性质用于定积分的计算与定积分的证明.性质3（区间的可加性），若f(x)在以a,b,c为端点构成的最大区间上可积，则不论a,b,c顺序如何，有该性质用于计算分段函数的定积分与
5、定积分的证明.性质4若f(x)在[a,b]上可积且则.性质5若f(x),g(x)在[a,b]上可积且则性质6若f(x)在[a,b]上连续，且f(x)0则性质7若f(x),g(x)在[a,b]上连续且但,则.性质8若f(x)在[a,b]上可积，则.性质9若f(x)在[a,b]上可积，m,M是f(x)在区间[a,b]上的最小值与最大值，则性质4、5、6、7、8、9主要用于定积分不等式的证明及不通过定积分的计算，估计定积分值的范围.性质10（积分中值定理）若f(x)在闭区间[a,b]上连续，则至少存在一点，使而称为
6、f(x)在区间[a,b]上的平均值，即闭区间[a,b]上连续函数f(x)的平均值是注：这里的与是不同的。性质11（推广的积分中值定理），设在[a,b]上连续，且g(x)在[a,b]上不变号，则至少存在一点,使柯西----许瓦尔兹（Cauchy—schwarz）·208·性质12设函数f(x)，g(x)在[a,b]上连续，则（1）（2）性质13变上限积分求导定理设f(x)连续，可导，则§1.3解题基本方法与技巧一、有关定积分命题的证明利用积分中值理，定积分的13条性质，规定尤其是变上限积分求导定理及微分中值定理
7、，可证明涉及到定积分的有关命题，包括方程根的存在性，适合某种条件的存在性及定积分的不等式等，证明方法与技巧与第三章我们介绍的证明思想完全类似。1．方程根的存在性例1设函数f(x)在[0，1]上连续，在（0，1）内可导，且证明在（0。1）内存在一点，使.证由积分中值定理知，在上存在一点c，使且，由f(x)在(0，c)上连续，在[0，c]内可导，f(0)=f(c)，由罗尔定理知至少存在一点使例2设函数f(x)在上连续，且，试证：在内至少存在两个不同的，使证法一令则有，又因为,所以存在，使因为若不然，则在内或F（x
8、）sinx恒为正或F(x)sinx恒为负，均与矛盾.但当时，知再对·208·F(x)在区间上分别应用罗尔定理，知至少存在，使即证法二由知，存在，使，因若不然，则在内或f(x)恒为正，或f(x)恒为负，均于矛盾.若在内f(x)=0仅有一个实根，则由知，f(x)在内与内异号，不妨设在内f(x)>0，在内f(x)<0，于是再由与及cosx在上单调性知，得出矛盾，从而知，在内除处，至少还有另一实根.故知存在
