定积分
- 定义
- 性质
- 定积分存在定理:
- 函数 在区间 上的必要条件是在区间 上有界。
- 如果函数 在区间 上连续,则 在 上可积。
- 如果函数 在区间 上有界,且只有有限个间断点,则 在 上可积。
- 定积分不存在的定义法判定:如果函数 在区间 上按照两个不同划分区间方法、不同取点方法计算得到的和式的极限不同,则 在区间 上不可积。
- 线性性质:。
- 积分区间可加性:。
- 比较性质:
- 如果在 上,,则 。
- 在以上性质基础上,如果 在区间 上连续,且至少存在一点 使得 ,则 。
- 绝对值性质:如果函数 在 上可积,则 也在 上可积,并且 。
- 估值定理:如果在 上 ,则 。
- 积分中值定理:如果函数 在区间 上连续,则在 上至少存在一点 ,使得 。
- 定积分存在定理:
- 微积分基本定理
- 变上限积分
- 定义
- 设 在 上可积,则 , 存在, 就是 的变上限积分。
- 变下限的积分和上下限均改变的积分都可以转化为变上限积分。
- 如果出现 ,那么积分上限的 与被积分式中的 应视为不同的量,尽管使用重复的变量名是不好的。
- 性质
- 微积分第一基本定理:如果 在 上连续,则 在 上可导,。如果 为区间端点,则改为单侧导数。
- 如果 在 上连续,则 是 在 上的一个原函数。
- 定义
- 牛顿-莱布尼茨公式 / 微积分第二基本定理
- 如果 在 上连续, 是 在 上的任意一个原函数,则 。
- 这个公式被称为牛顿-莱布尼茨公式,或微积分基本公式。
- 变上限积分
- 特殊求解方法
- 换元法
- 如果 在 上连续, 在 上的导数连续,,则 。
- 换元公式也可以逆向使用。
- 分部积分法
- 设 在 上有连续导数,则 。
- 常用结论
- 在 上连续:
- 若 是奇函数,则 。若 是偶函数,则 。
- 寻找函数的对称轴或对称中心,换元转化为奇偶函数。
- 若 的周期为 ,则 。
- 若 是奇函数,则 。若 是偶函数,则 。
- 在 上连续:
- 连续,。
- 在 上连续:
- 换元法
- 反常积分
- 无穷积分
- 定义
- 无穷积分分为三种:
- 设函数 在区间 上连续,定义 。
- 设函数 在区间 上连续,定义 。
- 设函数 在区间 上连续,定义 。
- 若以上极限存在,则无穷积分存在或收敛。
- 注意 上的无穷积分不等于 ,收敛需要拆分出的两个部分都收敛。
- 无穷积分分为三种:
- 性质
- 的敛散性:
- 时收敛;
- 时发散。
- 的敛散性:
- 定义
- 瑕积分
- 定义
- 若 或 ,则 是 的瑕点。在包含瑕点的区间上的积分就是瑕积分。
- 瑕积分分为三种:
- 设函数 在区间 上连续, 是瑕点,定义 。
- 设函数 在区间 上连续, 是瑕点,定义 。
- 设函数 在区间 上连续, 是瑕点,定义 。
- 若以上极限存在,则瑕积分存在或收敛。
- 瑕点在区间内时,收敛需要拆分的区间的瑕积分都收敛。
- 性质
- 的敛散性:
- 时收敛;
- 时发散。
- 的敛散性:
- 定义
- 性质
- 无穷积分、瑕积分都可以像正常的定积分一样使用换元法、分部积分法。
- 无穷积分、瑕积分都可以先应用牛顿-莱布尼茨公式再求极限:
- 其他类似。
- 无穷积分、瑕积分敛散性判断(以积分上限为 的无穷积分为例):
- 设 在 上连续,,则:
- 若 收敛,则 收敛;
- 若 发散,则 发散。
- 设 在 上连续,,且 为常数或 ,则:
- 若 , 收敛时 收敛;
- 若 , 与 同时收敛或发散;
- 若 , 发散时 发散。
- 设 在 上连续,若 收敛,则 收敛。
- 设 在 上连续,,则:
- 无穷积分
- 应用
- 面积
- 曲线与坐标轴包围形成的曲边梯形的面积:
- 平面直角坐标系 : 或
- 参数方程 :
- 曲线与极点包围形成的曲边扇形的面积:
- 曲线与坐标轴包围形成的曲边梯形的面积:
- 体积
- 沿一个方向,平行截面面积为 :
- 旋转体体积求解:
- 薄片法:沿旋转轴叠加垂直于轴的薄片
- 旋转轴为 轴时:
- 旋转轴为 轴时:
- 柱壳法:叠加旋转轴相同、半径不断增加的圆柱壳
- 旋转轴为 轴时:
- 旋转轴为 轴时:
- 薄片法:沿旋转轴叠加垂直于轴的薄片
- 弧长
- 对弧微分积分,。
- 面积