巧用定积分的概念求和式极限的方法技巧

利用定积分定义求极限的原理定积分是微积分的一个重要概念，用于计算函数在一定区间上的面积。

定积分的定义可以用来求极限，这是一项重要的数学技巧。

本文将介绍利用定积分定义求极限的原理，并通过实例说明其应用。

首先，我们来回顾一下定积分的定义。

对于一个函数f(x)在[a,b]区间上的定积分，可以用极限的概念表达为：∫(a,b) f(x) dx = lim(n→∞) Σ[i=1,n] f(x_i) Δx其中，Δx = (b - a) / n 是每个小区间的宽度，x_i 是区间中的任意一点，lim(n→∞)代表当n趋向于无穷大时取的极限，Σ[i=1,n]表示对每个小区间做求和运算。

根据定积分的定义，我们可以利用它来求解一些函数的极限。

具体步骤如下：第一步，确定求解的函数。

首先需要选择一个待求解的函数f(x)，并找到一个包含区间[a,b]的闭区间来计算。

第二步，进行积分近似。

利用定积分的定义，将函数f(x)分割成若干个小区间，并在每个小区间上选择一个代表点x_i。

然后，计算相应的Σ[i=1,n]f(x_i)Δx。

第三步，求解极限。

根据极限的定义，将积分近似的结果取极限，即lim(n→∞) Σ[i=1,n] f(x_i) Δx。

第四步，验证结果。

通过比较求得的极限与给定函数的极限是否相等，来验证我们的结果。

接下来，我们通过一个具体的实例来说明利用定积分定义求极限的原理。

例子1：求解函数f(x) = x^2在区间[0, 1]上的极限lim(n→∞) Σ[i=1,n] f(x_i) Δx。

首先，将区间[0,1]分割成n个小区间，每个小区间的宽度为Δx=1/n。

然后，在每个小区间上选择一个代表点x_i，可以选择x_i=Δx/2接下来，计算Σ[i=1,n]f(x_i)Δx：Σ[i=1,n]f(x_i)Δx=Σ[i=1,n](Δx/2)^2Δx=Σ[i=1,n]Δx^3/4=(∑[i=1,n]Δx^3)/4=nΔx^3/4=n(1/n)^3/4=1/4n^2最后，取极限得到极限结果：lim(n→∞) Σ[i=1,n] f(x_i) Δx = lim(n→∞) (1 / 4n^2) = 0我们知道函数f(x)=x^2在区间[0,1]上的极限为0，因此利用定积分的方法求得的极限结果与函数极限相等，验证了我们的结果。

高等数学定积分及重积分的方法与技巧第一部分 定积分的计算一、定积分的计算例1 用定积分定义求极限. )0(21lim 1>++++∞→a nn a a a a n . 解 原式=∫∑=⋅=∞→1011lim a ani n x n n i dx =aa x a +=++11111. 例2 求极限 ∫+∞→121lim xx n n dx .解法1 由10≤≤x ，知nn x x x ≤+≤210，于是∫+≤1210x x n ∫≤1n x dx dx .而∫10nx ()∞→→+=+=+n n n x dx n 0111101，由夹逼准则得∫+∞→1021lim xx n n dx =0. 解法2 利用广义积分中值定理()()x g x f ba ∫()()∫=b ax g f dx x dx （其中()x g 在区间[]b a ,上不变号）， ().1011112102≤≤+=+∫∫n n nn dx x dx xx x x由于11102≤+≤nx，即211nx+有界，()∞→→+=∫n n dx x n01110，故∫+∞→1021lim x x n n dx =0. 注 （1）当被积函数为()22,x a x R +或()22,a x x R −型可作相应变换.如对积分()∫++3122112xxdx，可设t x tan =；对积分()02202>−∫a dx x ax x a，由于()2222a x a x ax −−=−，可设t a a x sin =−.对积分dx e x ∫−−2ln 021，可设.sin t e x =−（2）()0,cos sin cos sin 2≠++=∫d c dt td t c tb t a I π的积分一般方法如下：将被积函数的分子拆项，[分子]=A[分母]+B[分母]′，可求出22dc bdac A ++=，22dc adbc B +−=. 则积分 ()220cos sin ln 2cos sin cos sin πππtd t c B A dt td t c t d t c B A I ++=+′++=∫.ln2dc B A +=π例3 求定积分()dx x x x ∫−1211arcsin分析 以上积分的被积函数中都含有根式，这是求原函数的障碍.可作适当变换，去掉根式. 解法1 ()dxx x x ∫−1211arcsin 2tx x t ==12121211212arcsin arcsin arcsin 21arcsin 2tt d t dt tt ==−∫∫.1632π=解法2 ()dx x x x∫−1211arcsin .163cos sin cos sin 2sin 2242242πππππ==⋅=∫u du u u uu u u x 小结 （定积分的换元法）定积分与不定积分的换元原则是类似的，但在作定积分换元()t x ϕ=时还应注意：（1）()t x ϕ=应为区间[]βα,上的单值且有连续导数的函数； （2）换限要伴随换元同时进行；（3）求出新的被尽函数的原函数后，无需再回代成原来变量，只要把相应的积分限代入计算即可.例4 计算下列定积分（1）∫+=2031cos sin sin πx x xdx I ， dx xx xI ∫+=2032cos sin cos π；（2）.1cos 226dx e xx ∫−−+ππ解 （1）∫+=2031cos sin sin πxx xdx I)(sin cos cos 2023du u u uu x −+−=∫ππ=.sin cos cos 223∫=+πI dx xx x故dx xx xx I I ∫++==203321cos sin cos sin 21π=()41cos cos sin sin 212022−=+−∫ππdx x x x x . （2）=I .1cos 226dx e x x ∫−−+ππ()dxe xdu e uu x x u ∫∫−−+=−+−=2262261cos 1cos ππππ+++=∫∫−−2222661cos 1cos 21ππππdx e x dx e x e I x x x.3252214365cos cos 21206226πππππ=×××===∫∫−xdxxdx这里用到了偶函数在对称取间上的积分公式以及公式：dx xdx n n∫∫=2020cos sin ππ()()()()()()=⋅×−×−−=×−×−−=偶数奇数n n n n n n n n n n ,22421331,1322431π小结 （1）常利用线性变换把原积分化为可抵消或可合并的易于积分的形式。

定积分的定义公式分割近似求和取极限定积分这玩意儿，在数学里那可是个相当重要的角色。

它的定义公式——分割近似求和取极限，听起来好像挺复杂，但咱们慢慢捋捋，其实也没那么可怕。

我记得有一次，我在课堂上讲定积分的时候，有个学生一脸迷茫地看着我，那小眼神仿佛在说：“老师，这都是啥呀？”我就跟他说：“别着急，咱们一步一步来。

”咱先说分割。

这就好比你有一块大蛋糕，你要把它切成好多小块。

比如说，一个函数的区间[a,b] ，咱把它分成 n 个小区间，这就是分割。

每个小区间的长度不一定相等，但加起来就是整个区间的长度。

然后是近似。

这就像你切完蛋糕，要估计每一小块的大小。

对于每个小区间里的函数值，咱找个简单的数来近似代替，比如说区间里某一点的函数值。

再说说求和。

把每个小区间里近似的函数值乘以小区间的长度，然后加起来，这就是求和。

最后是取极限。

当把区间分得越来越细，小区间的数量越来越多，每个小区间的长度越来越小，这个求和的结果就会越来越接近一个确定的值，这个值就是定积分的值。

比如说，你要计算从 0 到 1 区间上 x²的定积分。

咱先把这个区间分成 n 个小区间，每个小区间的长度就是 1/n 。

然后在每个小区间里，咱用区间中点的函数值来近似代替。

比如第 i 个小区间的中点是 i/n ，那这个小区间里的函数值就近似为 (i/n)²。

把每个小区间的近似值乘以小区间长度 1/n 再加起来，得到一个式子。

最后让 n 趋向于无穷大，取这个式子的极限，就能得到定积分的值 1/3 。

在实际生活中，定积分也有很多用处呢。

就像你要计算一个不规则图形的面积，或者计算一个物体在一段时间内移动的路程，都能用到定积分。

还记得有一次我装修房子，要计算一面墙的不规则形状的面积，来确定需要多少壁纸。

我就用定积分的思路，把那面墙的形状分割成好多小部分，近似计算每一部分的面积，最后求和取极限，算出了差不多准确的面积，成功买到了合适数量的壁纸。

运用定积分求极限修正后：求极限的方法层出不穷，但最常用的方法有极限的定义和性质、重要极限的结论、洛必达法则以及泰勒公式等。

应用极限的定义时，往往是在极限的结果已经比较明显，只需要根据极限的定义把相关式子进行放缩便可得到相应的结果。

但这种方法一方面叙述上比较麻烦，另一方面也只适用于看上去容易放缩的式子。

重要极限的结论形式上要求非常严格，只能解决两种形式的极限问题。

洛必达法则是用于解决“$\frac{0}{0}$”型的极限和“$\frac{\infty}{\infty}$”型极限的。

泰勒公式适宜于解决求分式极限中分子或分母有加减运算的问题，通过___展式后可以达到某些项抵消效果。

但若仔细观察这些方法，其特点不是表达较繁琐就是仅仅应用到微分学知识。

事实上，微分学和积分学的关系正如中小学时代研究过的加法与减法、乘法与除法、乘方与开方以及幂运算与取对数运算的关系一样，它们互为逆运算。

如果也能用到积分学知识来解决求极限的问题，那么求极限的方法才算完美。

而利用定积分求极限正体现了这一理念。

下面回顾一下定积分以及极限的定义：定积分：设函数$f(x)$在闭区间$[a,b]$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$n$个区间$[x_{i-1},x_i]$，记$\Delta x_i=x_i-x_{i-1}(i=1,2,\dots,n)$，$\forall \xi\in[x_{i-1},x_i]$，作乘积$f(\xi_i)\Delta x_i$（称为积分元），把这些乘积相加得到和式$\sum_{i=1}^n f(\xi_i)\Deltax_i$（称为积分形式）。

设$\lambda=\max\{\Delta i\leq n\}$，若$\lim\limits_{\lambda\to 0}\sum_{i=1}^n f(\xi_i)\Delta x_i$极限存在唯一且该极限值与区间$[a,b]$的分法$\lambda\to 0$及分点$\xi_i$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$\int_a^b f(x)\mathrm{d}x$，即$\int_a^b f(x)\mathrm{d}x=\lim\limits_{\lambda\to0}\sum_{i=1}^n f(\xi_i)\Delta x_i$。

定积分求极限的方法总结1. 使用定积分的定义直接计算极限值。

2. 将定积分转化为不定积分，再求导计算极限值。

3. 将定积分转化为无穷级数，并利用级数求极限的方法。

4. 运用分部积分的方法化简定积分，再求极限值。

5. 使用换元积分法将定积分中的变量进行替换，再求极限值。

6. 将定积分拆分成多个部分，分别计算每部分的极限值，再求和得到总极限。

7. 将定积分转化为面积或体积，并通过几何图形的方式求极限值。

8. 运用洛必达法则，将定积分中的参数带入得到的极限表达式中。

9. 利用夹逼定理，将定积分所求的函数夹在两个已知的函数之间，再求极限。

10. 将定积分转化为递推式，逐步递推计算极限值。

11. 运用积分的性质，将定积分拆分成更简单的形式，再求极限值。

12. 将定积分表示的区域进行分割，通过分割后的极限值之和来求得总极限。

13. 将定积分所求函数进行分段处理，每个分段求极限后再组合求总极限。

14. 利用泰勒级数展开函数，再求得展开式在无穷远点的极限值。

15. 将定积分中的变量进行代换，把变量限定在一个特定范围内再求极限。

16. 利用柯西定理，将定积分转化为复积分，再求极限值。

17. 运用平均值定理，将定积分转化为函数的平均值来计算极限值。

18. 将定积分转化为广义积分，并通过广义积分的性质求得极限值。

19. 利用积分中值定理，将定积分转化为函数在某一点的导数表达式，再求极限值。

20. 运用积分的区间可加性，将定积分的区间进行划分，再通过区间极限值之和来求总极限。

21. 将定积分中的变量限制在一个趋向于极限值的范围内再进行计算。

22. 运用积分中的对称性或周期性，将定积分化简后再求极限值。

23. 利用积分中的不等式性质，将定积分转化为不等式，再求得不等式的边界极限值。

24. 将定积分中的参数带入函数中，得到极限参数函数表达式，再求其极限值。

25. 运用积分的递推性质，将定积分拆分成多个部分，再逐步递推计算总极限。

专题1——利用定积分定义求极限 对于满足如下条件的极限，可以考虑采用利用定积分定义求极限的方法：① 是n →∞时的极限② 极限运算中含有连加符号1n i =∑在定积分的定义中，我们把区间[,]a b 平均分成n 个小区间（定积分的定义中是任意分割区间[,]a b ，我们当然可以平均分割），那么每个小区间的长度为b a n-（即定义中的i x ∆），这n 个小区间分别为[,]b a a a n -+，[,2]b a b a a a n n --++，[2,3]b a b a a a n n--++，……，[(2),(1)]b a b a a n a n n n --+-+-，[(1),]b a a n b n-+-，在定义中每个小区间上任意取的i ξ我们一致取为每个小区间的右端点i b a a i n ξ-=+（也可以取左端点(1)i b a a i n ξ-=+-），那么定义中的1()n i ii f x ξ=∆∑就变为1()n i b a b a f a i n n =--+∑，那么1lim ()()n b a n i b a b a f a i f x dx n n →∞=--+=∑⎰。

（取左端点时1lim ((1))()n b a n i b a b a f a i f x dx n n→∞=--+-=∑⎰） 注意：定积分的定义中0λ→表示的意思是把区间分割为无线个小区间（n →∞也表示把区间分割成无数个小区间，但是在任意分割的前提下，不能用n →∞来表示把区间分割成无数个小区间，这里的原因我是理解的，但是不好表述，你清楚结论就行了），当分割方式为均等分割时，n →∞就表示把区间分割成无数个小区间，所以这里是1lim ()()n b a n i b a b a f a i f x dx n n →∞=--+=∑⎰，而不是01lim ()()n b a i b a b a f a i f x dx n n λ→=--+=∑⎰。