积分证明题
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运用罗尔定理和积分中值定理的证明题1. 罗尔定理的表述罗尔定理是微积分中的一个重要定理,它表明如果一个函数在闭区间上连续,在开区间内可导,并且在两个端点处的函数值相等,那么在开区间内一定存在至少一个点,使得该点的导数为零。
2. 罗尔定理的证明罗尔定理的证明可以分为以下几个步骤:a. 我们假设函数在闭区间[a, b]上连续,在开区间(a, b)内可导,并且在a和b处的函数值相等,即f(a) = f(b)。
b. 接下来,我们写出函数f(x)在开区间(a, b)内的导数f'(x)。
c. 我们利用导数的定义,证明在开区间(a, b)内一定存在至少一个点c,使得f'(c) = 0。
d. 我们对步骤c中找到的点c进行证明,使得其导数为零。
3. 积分中值定理的表述积分中值定理是微积分中的另一个重要定理,它表明如果函数在闭区间上连续,在开区间内可导,那么在闭区间内一定存在至少一个点,使得该点的导数等于函数在整个区间上的平均导数。
4. 积分中值定理的证明积分中值定理的证明可以分为以下几个步骤:a. 我们假设函数在闭区间[a, b]上连续,在开区间(a, b)内可导。
b. 接下来,我们计算函数f(x)在闭区间[a, b]上的平均导数,即(f(b) -f(a)) / (b - a)。
c. 我们写出函数f(x)在开区间(a, b)内的导数f'(x)。
d. 我们利用导数的定义,证明在闭区间[a, b]内一定存在至少一个点c,使得f'(c)等于函数在整个区间上的平均导数。
5. 罗尔定理和积分中值定理的关系罗尔定理和积分中值定理都是微积分中的重要定理,它们都是关于函数在闭区间上连续,在开区间内可导的性质。
罗尔定理是关于函数在开区间内的导数为零的性质,而积分中值定理是关于函数在闭区间上的平均导数的性质。
它们都是关于函数导数的性质,因此在一定条件下可以相互转化。
6. 总结罗尔定理和积分中值定理都是微积分中重要的定理,它们对于理解函数的性质和求解实际问题中的应用都有重要意义。
二重积分证明题(原创实用版)目录一、二重积分的概念和性质二、二重积分的证明方法三、二重积分证明题的实例解析四、总结与展望正文一、二重积分的概念和性质二重积分是多元函数积分中的一种,它是指对一个函数在空间中某个区域上的值进行两次积分。
二重积分具有以下性质:线性性、连续性、可积性等。
二、二重积分的证明方法在解决二重积分证明题时,通常采用以下几种方法:1.直接积分法:适用于简单的二重积分,直接对被积函数进行积分。
2.重积分换元法:适用于较复杂的二重积分,通过换元将二重积分转化为单重积分。
3.重积分分部积分法:适用于具有一定规律的二重积分,通过分部积分将二重积分转化为求和或差。
4.重积分对称性法:适用于具有对称性的二重积分,通过利用对称性简化积分计算。
三、二重积分证明题的实例解析举例:设函数 f(x, y) = x^2 + y^2,证明∫∫f(x, y) dxdy = π。
解:采用重积分换元法。
令 x = rcosθ,y = rsinθ,则 dxdy = rdrd θ。
将被积函数代入得:∫∫f(x, y) dxdy = ∫∫(r^2cos^2θ + r^2sin^2θ) rdrdθ= ∫r^3cos^2θ dtdr + ∫r^3sin^2θ dtdr = ∫r^2(rcos^2θ + rsin^2θ) drdθ= ∫r^2 r drdθ= ∫r^3 dr= r^2 |_{0}^{1}= π因此,证明了∫∫f(x, y) dxdy = π。
四、总结与展望二重积分证明题是多元函数积分中的一个重要内容,掌握好二重积分的证明方法对于解决实际问题具有重要意义。
通过本篇文章的学习,读者对二重积分的概念、性质以及证明方法有了更加深入的了解。
第九章 定积分总练习题1、证明:若φ在[0,a]上连续,f 二阶可导,且f ”(x)≥0,则有⎰a 0(t)) f(φa 1dt ≥f(⎰a(t) φa 1dt). 证:设T 为[0,a]的一个分割,其分点为n ka , k=0,1,…,n, 即x k =nka. 由f ”(x)≥0知f 凸,∴f(∑=n1k k )(x φn 1)≤∑=n1k k ))(x f(φn 1.即∑=n 1k k n a ))(x f(φa 1≥f(na)(x φa 1n 1k k ∑=). ∵f, φ在[0,a]上都可积,且f 连续, ∴令n →∞,有⎰a 0(t)) f(φa 1dt ≥f(⎰a(t) φa 1dt).2、证明下列命题.(1)若f 在[a,b]上连续增,F(x)=⎪⎩⎪⎨⎧=∈⎰ a.x ,f(a)b].a,(x f(t)dt a -x 1xa , 则F 在[a,b]上增.(2)若f 在[0,+∞)上连续,且f(x)>0,则φ(x)=⎰⎰x 0x0f(t)dttf(t)dt 在(0,+∞)上严格增.要使φ(x)在[0,+∞)上严格增,需要补充定义φ(0)=?证:(1)F ’(x)= ⎪⎩⎪⎨⎧=∈-⎰ a.x ,0b].a,(x a)-(x f(t)dt a -x f(x)2xa, 根据积分中值定理知,存在ξ∈(a,x),⎰xa f(t)dt =f(ξ)(x-a). 又f 在[a,b]上增, ∴F ’(x)=a-x )f(ξ-f(x)>0, x ∈(a,b],∴F ’(x)≥0, x ∈[a,b],∴F 在[a,b]上增.(2)任给x>0,有φ’(x)=2x0xx)f(t)dt (tf(t)dtf(x )f(t)dt x f(x )⎰⎰⎰- =2x0x0)f(t)dt (t)f(t)dt -(x f(x )⎰⎰.∵f(x)>0,∴(x-t)f(x)>0,∴⎰x0t)f(t)dt -(x >0,∴φ’(x)>0, x ∈(0,+∞),∴φ(x)=⎰⎰x 0x0f(t)dttf(t)dt 在(0,+∞)上严格增. 又+→0x lim φ(x)=⎰⎰+→x 0x00x f(t)dttf(t)dt lim=f(x )x f(x )lim 0x +→=+→0x lim x=0, ∴只要补充定义φ(0)=c ≤0,则φ(x)在[0,+∞)上严格增.3、设f 在[0,+∞)上连续,且+∞→x lim f(x)=A. 证明:⎰+∞→x0x f(t)dt x1lim=A. 证:∵+∞→x lim f(x)=A ,∴任给ε>0,存在M>0,使当x>M 时,有|f(x)-A|<2ε,又当T>M 时,|A f(x)dx T 1T 0-⎰|=T1|⎰⎰-T 0T0Adx f(x )dx | =T1|⎰T0A]dx -[f(x )|≤⎰T 0dx |A -f(x)|T 1=⎰M 0dx |A -f(x)|T 1+⎰T M dx|A -f(x)|T 1 ≤⎰M 0dx |A -f(x)|T 1+2ε(1-TM). ∴只要取T 1=max{⎰M 0dx |A -f(x)|ε2, 2M},则 当T>T 1时,就有|A f(x)dx T 1T 0-⎰|<2ε+2ε=ε.∴⎰+∞→T 0T f(x)dx T 1lim =⎰+∞→x0x f(t)dt x 1lim =A.4、设f 是定义在R 上的一个连续周期函数,周期为p ,证明:⎰+∞→x0x f(t)dt x 1lim =⎰p 0f(t)dt p 1. 证:令x=p λ,y=λt,则⎰x0f(t)dt x1=⎰p λ0y) y)d(λ f(λp λ1=⎰p 0y)dy f(λp 1=⎰p 0 t)dt f(λp 1. 由f(t)=f(t+np), n 为任意正整数,又np)f(t lim n ++∞→= t)f(λlim λ+∞→,∴⎰+∞→x0x f(t)dt x 1lim =⎰+∞→p 0λ t)dt f(λp 1lim =⎰++∞→p 0n )dt np f(t p 1lim =⎰p 0f(t)dt p1.5、证明:连续的奇函数的一切原函数皆为偶函数;连续的偶函数的原函数中只有一个是奇函数.证:设连续的奇函数f ,连续的偶函数g ,则它们的原函数分别为: F(x)=⎰x0f(t)dt +C ,G(x)=⎰x0g(t)dt +C.∵F(-x)=⎰-x 0f(t)d(t)+C=⎰x 0f(-t)d(-t)+C=-)f(t)d(-t x 0⎰+C=⎰x0f(t)dt +C=F(x), ∴连续的奇函数的一切原函数皆为偶函数又G(-x)=⎰-x0g(t)dt +C=⎰x 0g(-x )d(-t)+C=⎰x 0g(x )d(-t)+C=-⎰x0g(x )dt +C ≠-G(x), ∴仅当G(x)=⎰x 0g(t)dt 时,G(-x)=-⎰x0g(x )dt =-G(x), 即连续的偶函数的原函数中只有一个是奇函数.6、证明许瓦尔兹不等式:若f 和g 在[a,b]上可积,则 (⎰ba f(x )g(x )dx )2≤⎰b a 2(x )dx f ·⎰ba 2(x )dx g .证:若f 和g 在[a,b]上可积,则f 2,g 2,fg 都可积. 且对于任何t, (f+tg)2也可积.∵(f+tg)2≥0,∴⎰+b a 2tg)(f =⎰ba 2(x )dx f +2t ⎰ba f(x )g(x )dx +t2⎰ba2(x )dx g ≥0.∴二元一次方程的判别式△=4(⎰ba f(x )g(x )dx )2-4⎰ba 2(x )dx f ·⎰ba 2(x )dx g ≤0.∴(⎰b a f(x )g(x )dx )2≤⎰b a 2(x )dx f ·⎰ba 2(x )dx g .7、利用许瓦尔兹不等式证明:(1)若f 在[a,b]上可积,则(dx f(x )ba ⎰)2≤(b-a)⎰ba 2(x )dx f ; (2)若f 在[a,b]上可积,且f(x)≥m>0,则⎰ba f(x )dx ·⎰baf(x )dx≥(b-a)2; (3)若f,g 都在[a,b]上可积,则有闵可夫斯基不等式:21ba 2dx g(x))(f(x)⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎰≤21ba 2(x)dx f ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎰+21ba 2(x)dx g ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎰. 证:(1)记g(x)=1,∵f 和g 在[a,b]上可积,根据许瓦尔兹不等式,有 (dx f(x )ba ⎰)2 ≤⎰b a dx ·⎰b a 2(x )dx f =(b-a)⎰ba 2(x )dx f . (2)若f 在[a,b]上可积,且f(x)≥m>0,则f ,f1在[a,b]上也可积. 根据许瓦尔兹不等式,⎰b a f(x )dx ·⎰baf(x )dx ≥(⎰⋅b a dx f(x)1f(x))2=(b-a)2. (3)∵⎰+ba 2dx g(x ))(f(x )=⎰⎰⎰++ba 2ba ba 2(x )dxg f(x )g(x )dx 2(x )dx f≤⎰⎰⎰⎰+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅+ba 221ba ba 22ba 2(x)dx g (x)dx g (x)dx f 2(x)dx f=221b a 221b a 2(x)dx g (x)dx f ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎰⎰. ∴21ba 2dx g(x))(f(x)⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎰≤21ba 2(x)dx f ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎰+21ba 2(x)dx g ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎰.8、证明:若f 在[a,b]上连续,且f(x)>0,则 ln ⎪⎭⎫⎝⎛⎰b a f(x )dx a -b 1≥⎰b a lnf(x)dx a -b 1. 证:在[a,b]中插入n-1个等分点a=x 0<x 1<x 2<…<x n =b. 记f(x i )=y i >0,于是由平均值不等式na-b (y 1+y 2+…+y n )≥(b-a)n n 21y y y ⋯=(b-a)e )y ln y (ln n a-b a -b 1n 1⋯+⋅.两边取极限得:⎰ba f(x )dx =na-b limn +∞→(y 1+y 2+…+y n )≥(b-a)na -b lim n +∞→e)y ln y (ln na-b a -b 1n 1⋯+⋅=(b-a)e⎰balnf(x)dx a -b 1.∴⎰b a f(x)dx a -b 1≥e ⎰balnf(x)dx a -b 1,∴ln ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎰b a f(x )dx a -b 1≥⎰b a lnf(x)dx a -b 1.9、设f 为R +上的连续减函数,f(x)>0;又设a n =∑=n1k f(k)-⎰n1f(x )dx .证明:{a n }为收敛数列. 证:∵f 为R +上的连续减函数,∴a n =∑=n1k f(k)-⎰n1f(x )dx =∑=n 1k f(k)-∑⎰=+1-n 1k 1k k f(x )dx ≥∑=n 1k f(k)-∑=+1-n 1k k)-1f(k)(k =f(n)>0,即数列{a n }有下界,又a n+1-a n =f(n+1)-⎰+1n nf(x )dx ≤f(n+1)-⎰++1n n1)dx f(n =0.∴{a n }为递减数列. 由单调有界定理知{a n }收敛.10、证明:若f 在[a,b]上可积,且处处有f(x)>0,则⎰ba f(x )dx>0. 证:∵在[a,b]上处处有f(x)>0,∴使f(x)≤0的点只有有限个, 对[a,b]上任一分割T ,添加这些点为分点,则 在每一个小区间(x i ,x i+1)上恒有f(x)>0, ∴⎰+1i ix x f(x)dx>0, (i=0,1,…,n) 其中x 0=a, x n+1=b.∴⎰baf(x )dx =∑⎰=+ni 1i if(x )dx >0.。
1. 试确定求积系数A,B,C 使解:2对于求积公式 3 次代数精度。
2. 给定求积公式如下:试证此求积公式是插值型的求积公式证:设 ,则以这三点为插值节点的 Lagrange 插值基函数为⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛≈⎰4322141231)(1f f f dx x f 43,21,41210===x x x ⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=4321843412141/4321)(0x x x x x l ⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=43411643214121/4341)(1x x x x x l ⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2141821434143/2141)(2x x x x x l dx x x dx x x dx x l ⎰⎰⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=102101008345843218)(3223882318832145318=-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯-=插值型求积公式为由插值型求积公式的定义知,所给的求积公式是插值型求积公式。
3. 确定求积公式使其具有尽可能高的代数精度解:不妨设a=0, b=h, b-a=h, 设所求公式的代数精度为2,则当f(x)=1,x,x 2时公式变成等式,即 解之得:其中h=b-a, 令f(x)=x 3代入上式, 两端不等, 说明求积公式只有2次代数精度dx x x dx x x dx x l ⎰⎰⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛--=10210101163)16(4341)16()(3136161636116163213116-=-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=)()(dx x x dx x x dx x l ⎰⎰⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=102101028143821418)(32238812143318=-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫⎝⎛≈⎰4322141231)(1f f f dx x f )()()()(321a f A b f A a f A dx x f ba'++≈⎰[])()(2)(46)(32,6,31232a f h b f a f hdx x f hA h A h A b a '++≈===⎰⎰=1d xeI x4. 用复化梯形公式计算定积分 . 问区间[0,1]应分多少等份才能使误差不超过 解:取 ,则,又区间长度b-a=1,对复化梯形公式有余项即 ,n ≥212.85,取n=213,即将区间[0,1]分为213等份时,用复化梯形公式计算误差不超过5.给定求积公式)()0()()(h cf bf h af dx x f hh++-≈⎰-试确定c b a ,,使它的代数精度尽可能高。
第九章微积分证明题【基础篇】1•证明方程「十4云一3工一1 = 0有三个实根.2.证明:每一个正数有平方根.3•证明方程」丁I I 単5 = 0有一根介于1 £2之何•另有一根介于x— 1 x 2 x— 32号3之间.4•证明'若字+¥+•••+ s =0•则对于区间(0>1)内的某个心有心+ 5工1 2 〃一]+ …+ — 0.5.求证】方程e r = or' +&r +T的根不超过三个.6.设/(Q于有穷或无穷的区间34 内的任一点有有限的导函数/(工),且lim /(z) = lim /<x).证明:存在一点E W (a』〉•使得=0.7•设/(才》满足:(1)在团区何1。
•斗]上冇定义何冇(刃1)阶连续的导臥数r"n (x)»<2)在区间(文。
・.)内布”阶导函数和卜面的尊式成立:/<^0> = /(,)=…=/(X.X XQ V/1 < … <工丿・证明在区间(比,二)内至少存在一点&使广°(W)= 0.&假设函数fS在[0.1]上连续•在(0<1)内二阶可导•过点A(0</(0)>与B(l./(1)>的立线与|11|线y = /3 相交于点C(c,/(c〉),其中0<c<l.证明:在(oj)内至少存在一点竹使r® - o.9•设/(Q在[0.2a]上连续•且/(0) = /(2G•证明在[0y]上至少存在一点 W•他 /(^) = /(^+«).10.设/(工〉和g(jr)在債•幻匕连续,且/(“》>尺(“)・/(小V R(ZO・证羽:存在ee a』)・使/XG = g・11.设m在s』]匕连续•在(a.zo内可导・H./(G = /(〃〉= o•证明:对任一实数八存在一点c W仏")•使f3 = k/M.12.设“ V几弘>0•函数/(x)在上连续•在(“”> 内可嗷•且/(“〉= /W = 0.证明:存在一点w w (a』〉,使琴 =Z<e>.13.设不怛为常数的函数/(X)闭区间[a“]上连续•在开区间(“』》内可导. 且/(a)= /W・证明在(“")内至少存在一点&使得/($)>0.14.设/(工)、尺(工)在a.bj卜.连续•在[匕・〃〕内导弄0•求证:3 c E (“』)•使/(u) /(6)g(a) J (a)g(a)/(a)b/(A)=/<e> H(权g-g = Af)(黃)肛小一g(“)7(i)15•设/(工)是处处可导的倚西数•证明:对任一5>0・总存在e W (—几小便/(c)=竽.16.设在La. 6]上连续•在(垃鼻〉内町导•证明:存在一点<a-6)<17.设珀。
积分练习题一、单项选择题(每题2分,共10分)1. 函数f(x)=x^2在区间[0,1]上的定积分是:A. 0.33B. 0.5C. 1D. 22. 如果∫(0到π)sin(x)dx=2,那么∫(π到2π)sin(x)dx的值是:A. -2B. 0C. -1D. 13. 函数F(x)=∫(1到x)t^2dt的原函数是:A. x^3/3+CB. x^3+CC. (x^3)/3+CD. x^3/34. ∫(0到1)e^(-x)dx的值在以下哪个区间内:A. (0,1)B. (1,2)C. (0.3,0.7)D. (0.7,1)5. 以下哪个函数是∫(0到1)x^2dx的反导数:A. x^3/3B. x^3C. 3x^2D. 3x二、计算题(每题10分,共30分)1. 计算定积分∫(0到1)(2x+3)dx。
2. 求函数F(x)=∫(0到x)t^2e^t dt的原函数。
3. 计算∫(0到π/2)cos^2(x)dx,并证明其结果。
三、证明题(每题15分,共30分)1. 使用分部积分法证明∫(0到1)xln(x)dx=-1/4-1/4ln(1)。
2. 证明定积分∫(0到π)xsin(x)dx=2-π。
四、应用题(每题20分,共20分)1. 一个物体的位移函数为s(t)=t^3-t,t∈[0,2],求物体在时间t=0到t=2这段时间内的平均速度。
答案:一、1. C2. B3. C4. C5. A二、1. ∫(0到1)(2x+3)dx = [x^2+3x]_0^1 = (1+3) - (0+0) = 42. F(x) = ∫(0到x)t^2e^t dt = [t^3e^t/3]_0^x = x^3e^x/3 - 1/33. ∫(0到π/2)cos^2(x)dx = ∫(0到π/2)(1+cos(2x))/2 dx = [x/2 + sin(2x)/4]_0^π/2 = π/4 + 1/4三、1. 设u=ln(x), dv=x dx, 则du=1/x dx, v=x^2/2∫(0到1)xln(x)dx = uv|_0^1 - ∫(0到1)vdu = (1/2)ln(1) - [x^2ln(x)/2]_0^1 = -1/4 - 1/4ln(1)2. ∫(0到π)xsin(x)dx = ∫(0到π)d(-cos(x)) = -xcos(x)|_0^π = -πcos(π) + 0 = 2-π四、物体的平均速度为位移的定积分除以时间,即:∫(0到2)(t^3-t)dt / 2 = [t^4/4 - t^2/2]_0^2 = (16-4)/4 = 3 物体在时间t=0到t=2这段时间内的平均速度为3。
【最新整理,下载后即可编辑】高等数学练习题 第五章 定积分系 专业 班 姓名学号第一节 定积分的概念与性质一、选择题: 1、1lim n n →∞+ ⎪⎝⎭=[ B ](A )⎰212ln xdx (B )⎰21ln 2xdx (C )⎰+212)1(ln dx x (D )⎰+21)1ln(2dx x2、设函数)(x f 在[b a ,]上连续,则曲线)(x f y =与直线0,,===y b x a x 所围成的平面图形的面积等于 [ C ] (A )⎰ba dx x f )( (B )⎰badxx f )( (C )dx x f ba⎰)( (D ))())((b a a b f <<-'ξξ3、设定积分⎰+=141dxxx I ,则I的值[ A ](A )220≤≤I (B )151≤≤I (C )51102≤≤I (D )1≥I4、设⎰=401πxdxI ,⎰=402πdxx I ,⎰=403sin πxdxI ,则[ D ](A )321I I I >> (B )213I I I >> (C )231I I I >> (D )312I I I >>二、填空题:1、利用定积分的几何意义,填写下列定积分的结果: (1)⎰-224dx x = π(2)⎰-ππxdx sin = 0(3)⎰-22cos ππxdx = 2⎰20cos πxdx (4)⎰--02)1(dx x = 4-2、利用定积分的性质,填写下列各题: (1)6≤+≤⎰412)1(dx x 51 (2)9π≤≤⎰331arctan xdx x 23π 3、利用定积分的性质,比较下列各题两各积分的大小(填写 ≤ 或≥) (1)⎰102dx x≥ ⎰103dxx(2)⎰21ln xdx ≥⎰212)(ln dx x(3)⎰10dxex≥ ⎰+10)1(dx x (4)⎰+20321πdx x ≥⎰+2032sin 1πdx x三、计算题:1、用定积分表示极限)321(lim 2222222n n nn n n n n n n ++++++++∞→ 解:原式=1102021111141lim [arctan]()nn k dx k nx nπ→+∞====++∑⎰ 2、利用定积分定义计算有抛物线21y x =+,两直线,()x a x b a b ==<及x 轴所围成的图形的面积。
定积分例题例1、计算dx x ⎰π20sin分析:可利用积分的可加性将绝对值去掉解:dx x ⎰π20sin ππππππ2020cos cos )sin (sin x x dx x xdx +-=-+=⎰⎰ 4)]1(1[)11(=--+---= 例2、计算dx xxe⎰12ln 解:dx x x e ⎰12ln 31ln 31ln ln 1312===⎰ee x x xd例3、计算下列定积分1、dx xe x⎰2022、⎰e xdx x 1ln分析:利用分部积分法,定积分的分部积分公式是⎰⎰-=baba bavdu uv udv ,它与不定积分的区别在于每一项都带有积分上、下限。
解:1、dx xe x ⎰202)(2222202202dx e xe x x x ⎰⎰-==4)44(444202=--=-=e e e e x2、⎰exdx x 1ln )ln ln (21ln 21121212x d x x x xdx e e e ⎰⎰-==)1(4121412121212212212--=-=-=⎰e e x e xdx e ee)1(41414122+=+=e e 例4、计算下列无穷限积分:1、dx e x ⎰+∞-03; 2、dx xx e⎰+∞ln 1分析:由定义知,⎰⎰+∞→+∞=ba b a dx x f dx x f )(lim )(,对于无穷限积分⎰+∞adx x f )(的求解步骤为①求常义积分)()()(a F b F dx x f ba-=⎰;②计算极限)]()([lim a F b F b -+∞→ 解:1、dx e x⎰+∞-03)31(lim lim 0303bx b bxb e dx e-+∞→-+∞→-==⎰31)1(lim 313=--=-+∞→b b e 2、dx xx e⎰+∞ln 1+∞===+∞→+∞→⎰be b b e b x x d x ln ln lim ln ln 1lim 说明此无穷积分dx xx e⎰+∞ln 1是发散的 例5、设)(x f ''在],[b a 上连续,证明:)]()([)]()([)(a f a f a b f b f b dx x f x ba-'--'=''⎰分析:利用定积分的分部积分公式证明 证明:⎰⎰⎰'-'='=''ba ba ba b a dx x f x f x x f xd dx x f x )()()()( ba x f a f ab f b )()()(-'-'= )]()([)]()([a f a f a b f b f b -'--'=。
定积分典型例题例1求33322321lim(2)nnnn n.分析将这类问题转化为定积分主要是确定被积函数和积分上下限.若对题目中被积函数难以想到,可采取如下方法:先对区间[0,1]n 等分写出积分和,再与所求极限相比较来找出被积函数与积分上下限.解将区间[0,1]n 等分,则每个小区间长为1ix n ,然后把2111n n n的一个因子1n乘入和式中各项.于是将所求极限转化为求定积分.即33322321lim(2)nnnn n=333112lim ()nn nnnn=1334xdx.例2222x x dx =_________.解法1由定积分的几何意义知,2202x x dx 等于上半圆周22(1)1x y(0y )与x 轴所围成的图形的面积.故222xx dx =2.解法2本题也可直接用换元法求解.令1x=sin t (22t),则222xx dx =2221sin cos t tdt =22021sin cos t tdt =2202cos tdt =2例3 比较12xe dx ,212x e dx ,12(1)x dx .分析对于定积分的大小比较,可以先算出定积分的值再比较大小,而在无法求出积分值时则只能利用定积分的性质通过比较被积函数之间的大小来确定积分值的大小.解法1在[1,2]上,有2xxee .而令()(1)xf x ex ,则()1xf x e.当0x时,()0f x ,()f x 在(0,)上单调递增,从而()(0)f x f ,可知在[1,2]上,有1xex .又1221()()f x dx f x dx ,从而有2111222(1)xx x dx e dxe dx .解法2在[1,2]上,有2xxee .由泰勒中值定理212!xe exx 得1xex .注意到1221()()f x dxf x dx .因此2111222(1)xx x dxe dxe dx .例4 估计定积分22x xedx 的值.分析要估计定积分的值, 关键在于确定被积函数在积分区间上的最大值与最小值.解设2()x xf x e, 因为2()(21)x xf x ex, 令()0f x ,求得驻点12x, 而(0)1f e, 2(2)f e , 141()2f e,故124(),[0,2]ef x e x ,从而2122422x xeedxe ,所以2124222xxee dx e.例5设()f x ,()g x 在[,]a b 上连续,且()0g x ,()0f x .求lim()()b n ang x f x dx .解由于()f x 在[,]a b 上连续,则()f x 在[,]a b 上有最大值M 和最小值m .由()0f x 知0M,0m .又()0g x ,则()b nam g x dx()()b nag x f x dx()b naMg x dx .由于limlim1nnnnmM,故lim ()()bnang x f x dx =()bag x dx .例6求sin limn p nnx dx x, ,p n 为自然数.分析这类问题如果先求积分然后再求极限往往很困难,解决此类问题的常用方法是利用积分中值定理与夹逼准则.解法1利用积分中值定理设sin ()xf x x, 显然()f x 在[,]n np 上连续, 由积分中值定理得sin sinn pnx dxp x,[,]n np ,当n时,, 而sin1, 故sin sinlim lim0n pnnx dx px.解法2利用积分不等式因为sin sin 1lnn pn pn pnnnx x n pdxdxdx xxxn,而limln0nn pn,所以sin lim0n p nnx dxx.例7求10lim1nnxdx x.解法1由积分中值定理()()()()b b aaf xg x dxf g x dx 可知101nxdx x=1011nx dx ,01.又11lim lim 01nnnx dxn 且11121,故10lim01nnxdxx.解法2因为01x,故有1nnx x x.于是可得111nnxdxx dx x.又由于110()1nx dx nn.因此10lim1nnxdx x=0.例8设函数()f x 在[0,1]上连续,在(0,1)内可导,且3414()(0)f x dxf .证明在(0,1)内存在一点c ,使()0f c .分析由条件和结论容易想到应用罗尔定理,只需再找出条件()(0)f f 即可.证明由题设()f x 在[0,1]上连续,由积分中值定理,可得3413(0)4()4()(1)()4f f x dxf f ,其中3[,1][0,1]4.于是由罗尔定理,存在(0,)(0,1)c,使得()0f c .证毕.例9(1)若22()x t xf x e dt ,则()f x =___;(2)若0()()x f x xf t dt ,求()f x =___.分析这是求变限函数导数的问题,利用下面的公式即可()()()[()]()[()]()v x u x d f t dtf v x v x f u x u x dx.解(1)()f x =422xxxee ;(2)由于在被积函数中x 不是积分变量,故可提到积分号外即0()()x f x xf t dt ,则可得()f x =()()xf t dtxf x .例10 设()f x 连续,且31()x f t dtx ,则(26)f =_________.解对等式310()x f t dtx 两边关于x 求导得32(1)31f xx,故321(1)3f xx,令3126x得3x ,所以1(26)27f .例11函数11()(3)(0)x F x dt xt 的单调递减开区间为_________.解1()3F x x,令()0F x 得13x,解之得19x,即1(0,)9为所求.例12求0()(1)arctan x f x t tdt 的极值点.解由题意先求驻点.于是()f x =(1)arctan x x .令()f x =0,得1x,0x.列表如下:故1x为()f x 的极大值点,0x为极小值点.例13已知两曲线()y f x 与()y g x 在点(0,0)处的切线相同,其中2arcsin 0()xt g x e dt ,[1,1]x,试求该切线的方程并求极限3lim ()nnf n.分析两曲线()yf x 与()yg x 在点(0,0)处的切线相同,隐含条件(0)(0)f g ,(0)(0)f g .解由已知条件得2(0)(0)0t f g edt,且由两曲线在(0,0)处切线斜率相同知2(arcsin )2(0)(0)11x xef g x.故所求切线方程为y x .而x(,0)0(0,1)1(1,)()f x -+-3()(0)3lim ()lim33(0)330nnf f n nf f nn.例14 求22000sin lim(sin )x x xtdt t t t dt;分析该极限属于00型未定式,可用洛必达法则.解22000sin lim (sin )x x xtdt t tt dt=222(sin )lim (1)(sin )x x x x xx =220()(2)lim sin x x x x =304(2)lim1cos x xx=212(2)limsin xxx=0.注此处利用等价无穷小替换和多次应用洛必达法则.例15试求正数a 与b ,使等式221lim1sin x xt dtxb xat成立.分析易见该极限属于00型的未定式,可用洛必达法则.解2201limsin x xt dt xb xat=22lim1cos x xa xb x =221lim lim1cos x xxb xa x21lim 11cos x xb xa,由此可知必有0lim(1cos )0xb x ,得1b.又由212lim11cos xxxa a,得4a .即4a ,1b为所求.例16设sin 2()sin xf x t dt ,34()g x xx ,则当0x时,()f x 是()g x 的().A .等价无穷小.B .同阶但非等价的无穷小.C .高阶无穷小.D .低阶无穷小.解法1由于223()sin(sin )cos limlim()34xxf x x xg x xx2200cos sin(sin )lim lim 34x x x x x x 2211lim 33x x x.故()f x 是()g x 同阶但非等价的无穷小.选B .解法2 将2sin t 展成t 的幂级数,再逐项积分,得到sin 22337111()[()]sin sin 3!342x f x tt dtxx,则344341111sin (sin )sin ()1342342lim lim lim ()13x x x x x xf xg x xxx.例17证明:若函数()f x 在区间[,]a b 上连续且单调增加,则有()b axf x dx()2b aa bf x dx .证法1 令()F x =()()2x x aaax tf t dtf t dt ,当[,]t a x 时,()()f t f x ,则()F x =1()()()22x aaxxf x f t dt f x =1()()22x ax a f x f t dt1()()22x ax af x f x dt =()()22xa xa f x f x 0.故()F x 单调增加.即()()F x F a ,又()0F a ,所以()0F x ,其中[,]x a b .从而()F b =()()2b b aaa b xf x dxf x dx0.证毕.证法2由于()f x 单调增加,有()[()()]22a b a bxf x f 0,从而()[()()]22b aa ba b xf x f dx0.即()()2b aa bxf x dx ()()22b aa ba bxf dx =()()22b aa ba b f xdx =0.故()b axf x dx()2b aa bf x dx .例18计算21||x dx .分析被积函数含有绝对值符号,应先去掉绝对值符号然后再积分.解21||x dx =021()x dxxdx =22021[][]22xx=52.注在使用牛顿-莱布尼兹公式时,应保证被积函数在积分区间上满足可积条件.如33222111[]6dxxx ,则是错误的.错误的原因则是由于被积函数21x在0x 处间断且在被积区间内无界.例19计算22max{,}x x dx .分析被积函数在积分区间上实际是分段函数212()1x x f x xx.解23212221201011717max{,}[][]23236x x x x dxxdx x dx 例20设()f x 是连续函数,且1()3()f x x f t dt ,则()________f x .分析本题只需要注意到定积分()b af x dx 是常数(,a b 为常数).解因()f x 连续,()f x 必可积,从而10()f t dt 是常数,记10()f t dta ,则()3f x xa ,且11(3)()x a dxf t dt a .所以2101[3]2x ax a ,即132a a ,从而14a,所以3()4f x x.例21设23,1()52,12x x f x x x,0()()x F x f t dt ,02x ,求()F x , 并讨论()F x 的连续性.分析由于()f x 是分段函数, 故对()F x 也要分段讨论.解(1)求()F x 的表达式.()F x 的定义域为[0,2].当[0,1]x时,[0,][0,1]x , 因此233()()3[]x xxF x f t dtt dt t x .当(1,2]x时,[0,][0,1][1,]x x , 因此, 则121()3(52)x F x t dtt dt =31201[][5]xt t t =235xx ,故32,01()35,12x x F x xx x.(2) ()F x 在[0,1)及(1,2]上连续, 在1x 处,由于211lim ()lim(35)1xxF x xx , 311lim ()lim 1xxF x x, (1)1F .因此, ()F x 在1x处连续, 从而()F x 在[0,2]上连续.错误解答(1)求()F x 的表达式,当[0,1)x 时,233()()3[]x xxF x f t dtt dt t x .当[1,2]x 时,有0()()x F x f t dt(52)x t dt =25x x .故由上可知32, 01()5,12x x F x xx x.(2) ()F x 在[0,1)及(1,2]上连续, 在1x 处,由于211lim ()lim(5)4xxF x xx , 311lim ()lim 1xxF x x, (1)1F .因此, ()F x 在1x处不连续, 从而()F x 在[0,2]上不连续.错解分析上述解法虽然注意到了()f x 是分段函数,但(1)中的解法是错误的,因为当[1,2]x 时,0()()x F x f t dt 中的积分变量t 的取值范围是[0,2],()f t 是分段函数,11()()()()xxF x f t dtf t dtf t dt才正确.例22 计算2112211x x dx x.分析由于积分区间关于原点对称,因此首先应考虑被积函数的奇偶性.解2112211x x dx x=211112221111x x dxdx x x.由于22211xx是偶函数,而211x x是奇函数,有112011x dx x, 于是2112211x x dx x=2102411xdx x=2212(11)4x x dx x=112441dx x dx由定积分的几何意义可知1214x dx , 故211122444411x x dx dx x.例23计算3412ln (1ln )e e dx x x x .分析被积函数中含有1x 及ln x ,考虑凑微分.解3412ln (1ln )e e dx x x x =34(ln )ln (1ln )e ed x x x =34122(ln )ln 1(ln )e e d x x x =341222(ln )1(ln )e e d x x =3412[2arcsin(ln )]e e x =6.例24计算40sin 1sin x dx x .解40s i n 1s i nx dx x =42sin (1sin )1sin x x dx x=2442sin tan cos x dxxdxx=2442cos (sec 1)cos d x x dxx =44001[][tan ]cos xx x=224.注此题为三角有理式积分的类型,也可用万能代换公式来求解,请读者不妨一试.例25计算222a x ax x dx ,其中0a.解222a x ax x dx =222()a x axa dx ,令sin xa a t ,则222a x axx dx =3222(1sin )cos at tdt=32202cos 0atdt=32a .注若定积分中的被积函数含有22ax ,一般令sin xa t 或cos x a t .例26 计算022a dx xax,其中0a.解法1令sin xa t ,则22a dx xax2cos sin cos t dttt201(sin cos )(cos sin )2sin cos t t t t dttt 201(sin cos )[1]2sin cos t t dttt201ln |sin cos |2t tt =4.解法2 令sin xa t ,则22a dx xax=20cos sin cos t dt tt.又令2tu ,则有20cos sin cos t dt tt=20sin sin cos u du uu.所以,22a dx xax=2201sin cos []2sin cos sin cos t t dtdt tttt=2012dt =4.注如果先计算不定积分22dx xax,再利用牛顿莱布尼兹公式求解,则比较复杂,由此可看出定积分与不定积分的差别之一.例27计算ln 5013xxxeedx e.分析被积函数中含有根式,不易直接求原函数,考虑作适当变换去掉根式.解设1xue,2ln(1)xu,221u dxdu u,则ln 5013xxxeedx e=2222(1)241u u udu u u 222222442244u udu du uu 2221284duduu4.例28 计算22()x d tf xt dt dx,其中()f x 连续.分析要求积分上限函数的导数,但被积函数中含有x ,因此不能直接求导,必须先换元使被积函数中不含x ,然后再求导.解由于22()x tf xt dt =2221()2x f xt dt .故令22xtu ,当0t 时2ux ;当tx 时0u,而2dt du ,所以22()x tf xt dt =21()()2x f u du =201()2x f u du ,故220()x d tf x t dt dx=201[()]2x d f u du dx =21()22f x x =2()xf x .错误解答22()x d tf xt dtdx22()(0)xf xx xf .错解分析这里错误地使用了变限函数的求导公式,公式()()()x ad x f t dt f x dx中要求被积函数()f t 中不含有变限函数的自变量x ,而22()f xt 含有x ,因此不能直接求导,而应先换元.例29计算30sin x xdx .分析被积函数中出现幂函数与三角函数乘积的情形,通常采用分部积分法.解3s i n x x d x30(c o s )xd x 330[(c o s )](c o s )x x xd x 3cos 6xdx326.例30计算12ln(1)(3)x dx x .分析被积函数中出现对数函数的情形,可考虑采用分部积分法.解12ln(1)(3)x dx x =101ln(1)()3x d x =110111[ln(1)]3(3)(1)x dxxx x =101111ln 2()2413dxxx 11ln 2ln324.例31计算20sin xe xdx .分析被积函数中出现指数函数与三角函数乘积的情形通常要多次利用分部积分法.解由于20sin xe xdx20sin xxde220[sin ]cos xxe x e xdx220cos xee xdx ,(1)而20cos xe xdx20cos xxde220[cos ](sin )xxe x ex dx20sin 1xe xdx ,(2)将(2)式代入(1)式可得20sin xe xdx220[sin 1]xee xdx ,故20sin xe xdx21(1)2e .例32 计算10arcsin x xdx .分析被积函数中出现反三角函数与幂函数乘积的情形,通常用分部积分法.解10arcsin x xdx21arcsin ()2xxd 221100[arcsin ](arcsin )22x xx d x 21021421x dx x.(1)令sin xt ,则21021xdxx2202sin sin 1sin t d tt 220sin cos cos t tdtt 220sin tdt201cos22tdt 20sin 2[]24t t 4.(2)将(2)式代入(1)式中得10arcsin x xdx8.例33设()f x 在[0,]上具有二阶连续导数,()3f 且[()()]cos 2f x f x xdx,求(0)f .分析被积函数中含有抽象函数的导数形式,可考虑用分部积分法求解.解由于[()()]cos f x f x xdx()sin cos ()f x d xxdf x 0{()sin ()sin }{[()cos ]()sin }f x x f x xdx f x x f x xdx ()(0)2f f .故(0)f 2()235f .例34(97研)设函数()f x 连续,1()()x f xt dt ,且0()limx f x A x(A 为常数),求()x 并讨论()x 在0x处的连续性.分析求()x 不能直接求,因为10()f xt dt 中含有()x 的自变量x ,需要通过换元将x从被积函数中分离出来,然后利用积分上限函数的求导法则,求出()x ,最后用函数连续的定义来判定()x 在0x 处的连续性.解由0()limxf x A x知0lim ()0xf x ,而()f x 连续,所以(0)0f ,(0)0.当0x时,令u xt ,0t ,0u ;1t,ux .1dtdu x,则()()xf u du x x,从而02()()()(0)xxf x f u dux xx.又因为02()()(0)()limlim lim 022xx x x f u du x f x A xxx,即(0)2A .所以()x =2()(),0,2xxf x f u dux x A x.由于22()()()()lim ()lim lim lim xxx x x x xf x f u duf u du f x x xxx=(0)2A .从而知()x 在0x处连续.注这是一道综合考查定积分换元法、对积分上限函数求导、按定义求导数、讨论函数在一点的连续性等知识点的综合题.而有些读者在做题过程中常会犯如下两种错误:(1)直接求出02()()()xxf x f u dux x,而没有利用定义去求(0),就得到结论(0)不存在或(0)无定义,从而得出()x 在0x处不连续的结论.(2)在求0lim()xx 时,不是去拆成两项求极限,而是立即用洛必达法则,从而导致()()()1lim()lim ().22xxxf x f x f x x f x x又由0()limxf x A x用洛必达法则得到0lim ()x f x =A ,出现该错误的原因是由于使用洛必达法则需要有条件:()f x 在0x的邻域内可导.但题设中仅有()f x 连续的条件,因此上面出现的0lim ()xf x 是否存在是不能确定的.例35(00研)设函数()f x 在[0,]上连续,且()0f x dx,0()cos 0f x xdx.试证在(0,)内至少存在两个不同的点12,使得12()()0f f .分析本题有两种证法:一是运用罗尔定理,需要构造函数0()()xF x f t dt ,找出()F x 的三个零点,由已知条件易知(0)()0F F ,0x,x为()F x 的两个零点,第三个零点的存在性是本题的难点.另一种方法是利用函数的单调性,用反证法证明()f x 在(0,)之间存在两个零点.证法1 令0()(),0x F x f t dt x,则有(0)0,()0F F .又000()cos cos ()[cos ()]()sin f x xdxxdF x xF x F x xdx()sin 0F x xdx,由积分中值定理知,必有(0,),使得()sin F x xdx =()sin(0)F .故()sin 0F .又当(0,),sin 0,故必有()0F .于是在区间[0,],[,]上对()F x 分别应用罗尔定理,知至少存在1(0,),2(,),使得12()()0F F ,即12()()0f f .证法2 由已知条件()0f x dx及积分中值定理知必有1()()(0)0f x dx f ,1(0,),则有1()0f .若在(0,)内,()0f x 仅有一个根1x,由()0f x dx 知()f x 在1(0,)与1(,)内异号,不妨设在1(0,)内()0f x ,在1(,)内()0f x ,由0()cos 0f x xdx,()0f x dx,以及cosx 在[0,]内单调减,可知:10()(cos cos )f x xdx =11110()(cos cos )()(cos cos )f x xdxf x x dx 0.由此得出矛盾.故()0f x 至少还有另一个实根2,12且2(0,)使得12()()0.f f 例36计算243dxxx .分析该积分是无穷限的的反常积分,用定义来计算.解243dx xx =2lim43t tdx xx =0111lim()213t tdxx x =011lim[ln]23t txx=111lim (lnln )233tt t=ln 32.例37计算322(1)2dxx xx.解322(1)2dxx xx223223sec tan 1secsectan(1)(1)1dxx dx x 233cos 12d .例38 计算42(2)(4)dx xx .分析该积分为无界函数的反常积分,且有两个瑕点,于是由定义,当且仅当32(2)(4)dxx x 和43(2)(4)dx xx 均收敛时,原反常积分才是收敛的.解由于学无止境32(2)(4)dx xx =32lim(2)(4)aadx xx =322(3)lim1(3)aad x x=32lim[arcsin(3)]a ax =2.43(2)(4)dx xx =34lim(2)(4)bbdx xx =324(3)lim1(3)b bd x x=34lim[arcsin(3)]bbx=2.所以42(2)(4)dx xx 22.例39计算5(1)dxx x .分析此题为混合型反常积分,积分上限为,下限0为被积函数的瑕点.解令xt ,则有5(1)dxx x =5222(1)tdtt t=5222(1)dtt,再令tan t ,于是可得522(1)dtt=2522tan(tan1)d =225secsecd=23secd =320cosd =220(1sin)cos d=220(1sin)sind =3/201[sinsin]3=23.例40 计算214211x dx x.解由于221114222222111()11112()d xx xx dxdxxx xxx,可令1t xx,则当2x时,22t ;当0x 时,t ;当0x 时,t;当1x时,0t;故有21014222211()()11112()2()d x d x x x x dxxx xx x2222()22d t dt tt21(arctan )22.注有些反常积分通过换元可以变成非反常积分,如例32、例37、例39;而有些非反常积分通过换元却会变成反常积分,如例40,因此在对积分换元时一定要注意此类情形.例41求由曲线12y x ,3y x ,2y,1y所围成的图形的面积.分析若选x 为积分变量,需将图形分割成三部分去求,如图5-1所示,此做法留给读者去完成.下面选取以y 为积分变量.解选取y 为积分变量,其变化范围为[1,2]y ,则面积元素为dA =1|2|3yy dy =1(2)3yy dy .于是所求面积为211(2)3Ayy dy =52.例42抛物线22yx 把圆228xy分成两部分,求这两部分面积之比.解抛物线22yx 与圆228xy的交点分别为(2,2)与(2,2),如图所示5-2所示,抛物线将圆分成两个部分1A ,2A ,记它们的面积分别为1S ,2S ,则有图5-21S =2222(8)2yydy =24488cos3d=423,218S A =463,于是12S S =423463=3292.2A 1A 12(2,2)o xy22yx228xy2112122x y1y 3y x o 133212112xy2y 图5-1342例43 求心形线1cos 与圆3cos 所围公共部分的面积.分析心形线1cos 与圆3cos的图形如图5-3所示.由图形的对称性,只需计算上半部分的面积即可.解求得心形线1cos 与圆3cos 的交点为(,)=3(,)23,由图形的对称性得心形线1cos 与圆3cos 所围公共部分的面积为图5-3A =223203112[(1cos )(3cos )]22dd =54.例44求曲线ln y x 在区间(2,6)内的一条切线,使得该切线与直线2x,6x和曲线ln yx 所围成平面图形的面积最小(如图5-4所示).分析要求平面图形的面积的最小值,必须先求出面积的表达式.解设所求切线与曲线ln y x 相切于点(,ln )c c ,则切线方程为1ln ()ycx c c.又切线与直线2x,6x和曲线ln y x 所围成的平面图形的面积为图5-4A =621[()ln ln ]x c cx dx c=44(1)4ln 46ln 62ln 2c c.由于dA dc=2164cc=24(4)c c,令0dA dc,解得驻点4c.当4c时0dA dc ,而当4c时0dA dc.故当4c 时,A 取得极小值.由于驻点唯一.故当4c时,A 取得最小值.此时切线方程为:11ln 44yx .例45求圆域222()xy b a (其中ba )绕x 轴旋转而成的立体的体积.解如图5-5所示,选取x 为积分变量,得上半圆周的方程为222y b ax ,下半圆周的方程为221y b ax .图5-5则体积元素为(0,)b o222()(0)xy b a baxy1xoy2312145673ln yx2x6x (,ln )c c 33cos3211xoy1211cosdV =2221()yy dx =224b ax dx .于是所求旋转体的体积为V =224aabax dx =228a bax dx =284a b=222a b .注可考虑选取y 为积分变量,请读者自行完成.例46(03研)过坐标原点作曲线ln yx 的切线,该切线与曲线ln yx 及x 轴围成平面图形D .(1)求D 的面积A ;(2)求D 绕直线x e 旋转一周所得旋转体的体积V .分析先求出切点坐标及切线方程,再用定积分求面积A ,旋转体积可用大的立体体积减去小的立体体积进行图5-6计算,如图5-6所示.解(1)设切点横坐标为0x ,则曲线ln yx 在点00(,ln )x x 处的切线方程是0001ln ()yx xx x .由该切线过原点知ln 10x ,从而0x e ,所以该切线的方程是1yx e.从而D 的面积1()12ye Ae ey dy.(2)切线1yx e与x 轴及直线x e 围成的三角形绕直线xe 旋转所得的旋转体积为2113V e ,曲线ln y x 与x 轴及直线xe 围成的图形绕直线x e 旋转所得的旋转体积为122211()(2)22y V e e dyee.因此,所求体积为212(5123)6VV V ee .例47有一立体以抛物线22y x 与直线2x 所围成的图形为底,而垂直于抛物线的轴的截面都是等边三角形,如图5-7所示.求其体积.解选x 为积分变量且[0,2]x .过x 轴上坐标为x 的点作垂直于x 轴的平面,与立体相截的截面为等边三角形,其底边长为22x ,得等边三角形的面积为图5-7()A x =23(22)4x =23x .于是所求体积为V =2()A x dx =223xdx =43.xy zo22yx2x ln yxln y xyxo12311yxe例48(03研)某建筑工程打地基时,需用汽锤将桩打进土层,汽锤每次击打,都将克服土层对桩的阻力而作功,设土层对桩的阻力的大小与桩被打进地下的深度成正比(比例系数为k ,0k),汽锤第一次击打进地下a (m ),根据设计方案,要求汽锤每次击打桩时所作的功与前一次击打时所作的功之比为常数r (01r).问:(1)汽锤打桩3次后,可将桩打进地下多深?(2)若击打次数不限,汽锤至多能将桩打进地下多深?(注:m 表示长度单位米)分析本题属于变力作功问题,可用定积分来求.解(1)设第n 次击打后,桩被打进地下n x ,第n 次击打时,汽锤所作的功为n W (1n ,2,).由题设,当桩被打进地下的深度为x 时,土层对桩的阻力的大小为kx ,所以1221122x k k W kxdxxa ,2122222211()()22x x k k W kxdxx x x a .由21W rW 得22221x xra ,即222(1)xr a ,3222223323()[(1)]22x x k kW kxdxxx xr a .由2321W rW r W 得22223(1)x r ar a ,即2223(1)xrr a .从而汽锤击打3次后,可将桩打进地下231x a rr (m ).(2)问题是要求lim n nx ,为此先用归纳法证明:11nnx a rr.假设11n nx r ra ,则12211()2nnx nn nx k W kxdx xx 2121[(1...)]2n nk x r ra .由2111...nnn nW rW r W r W ,得21221(1...)n n nx r rar a .从而11nnx rr a .于是111lim lim11n nnnra x arr.若不限打击次数,汽锤至多能将桩打进地下()1a m r.例49有一等腰梯形水闸.上底为6米,下底为2米,高为10米.试求当水面与上底相接时闸门所受的水压力.解建立如图5-8所示的坐标系,选取x 为积分变量.则过点(0,3)A ,(10,1)B 的直线方程为135yx .于是闸门上对应小区间[,]x xdx 的窄条所承受的水压力为2dF xy gdx.故闸门所受水压力为F =10012(3)5gx x dx =5003g ,其中为水密度,g 为重力加速度.图5-8o xyxdxx(0,3)A (10,1)B。
题目1证明题容易d x证明(x -t) f (t)dt = f (x) - f (a) dx」a题目2证明题容易JI利用积分中值定理证明:lim 4 sin n xdx ^0 b=0题目3证明题一般b设函数f(x)在[a,b]内可导,且f(a) =0, a 证明:在[a,b]内至少存在一点•使f ()f (x)dx = 0 =0。
题目4证明题一般设f (x) = f (x +a),na证明:当n为正整数时° f (x)dxan 0f (x)dx。
题目5证明题一般1 1 证明:oX m (1-x)n dxx n (1-x)m dx o 题目6证明题 一般设f (x)在[a,b ]上有定义,且对[a,b ]上任意两点x, y,有 f (x) — f (y) _ x — y.则f (x)在[a,b ]上可积,且1题目7证明题一般 设f (x)在[a,b ]上的连续,在(a,b)内可导,且f(a) = f (b) =0.b 2 证明:4 | f (x)dx 兰 M (b —a),其中 M = sup f "(x)。
a *x :bb[f (x)dx —(b —a) f (a)兰一(b —a)题目8证明题一般设f(x)在[a,b]上正值,连续,则在(a,b)内至少存在一点t ,b 1 b使f(x)dx = f(x)dx f(x)dx 。
■ a ' 2 ■ a题目9证明题一般jc 丑证明:0:::2sin n1xdx ::刁sin n xdx。
题目10证明题一般11 dx 二求证2°4-x2 x3 6题目11证明题一般设f(x)在区间(a,b)上连续,且在(a,b)内任一闭区间上积分为零,证明f(x)在(a,b)内恒等于零。
题目12证明题一般若函数f (x)在[0,1]上连续,a 3 2 1 a2证明:o x f(x )dx xf (x)dx (a 0)。
题目13证明题一般设函数f(x)和g(x)在[a,b]上连续,b 2 b 2 b 2证明:[f(x)g(x)dx]2乞f2(x)dx g2(x)dxa a a题目14证明题一般设f (x)在[0,1]上连续,证明:02f (sin2 Jcos「d = 04f(sin2 J(cos「sin「)d「题目15证明题一般设f (x)在[a,b]上可导,且 f (x)玄M, f(a) =0,b Me证明:a f(x)dx^3(b—a)2。
第五章 定积分(A)1.利用定积分定义计算由抛物线12+=x y ,两直线)(,a b b x a x >==及横轴所围成的图形的面积。
2.利用定积分的几何意义,证明下列等式: ⎰=112)1x d x 41)212π=-⎰dx x⎰-=ππ0s i n )3x d x ⎰⎰-=2220cos 2cos )4πππxdx xdx3.估计下列各积分的值 ⎰331a r c t a n )1x d x x dx exx ⎰-022)24.根据定积分的性质比较下列各对积分值的大小 ⎰21ln )1xdx 与dx x ⎰212)(ln dx e x ⎰10)2与⎰+1)1(dx x5.计算下列各导数dt t dx d x ⎰+2021)1 ⎰+3241)2x x t dt dx d⎰xxdt t dx d cos sin 2)cos()3π6.计算下列极限xdt t xx ⎰→020cos lim)1 xdt t xx cos 1)sin 1ln(lim)20-+⎰→2220)1(lim)3x xt x xedt e t ⎰+→7.当x 为何值时,函数⎰-=xt dt tex I 02)(有极值?8.计算下列各积分 dx xx )1()12142⎰+dx x x )1()294+⎰⎰--21212)1()3x dx ⎰+ax a dx3022)4⎰---+211)5e x dx⎰π20sin )6dx xdx x x ⎰-π3sin sin )7⎰2)()8dx x f ,其中⎪⎩⎪⎨⎧+=2211)(x x x f11>≤x x9.设k ,l 为正整数,且l k ≠,试证下列各题:⎰-=ππ0c o s )1k x d x πππ=⎰-kxdx 2cos )2⎰-=⋅ππ0s i n c o s )3l x d x kx ⎰-=ππ0sin sin )4lxdx kx10.计算下列定积分 ⎰-πθθ03)s i n 1()1d ⎰262cos )2ππududx xx ⎰-121221)3 dx x a x a 2202)4-⎰ ⎰+31221)5xxdx dx x ⎰-2132)1(1)6⎰-2221)7x x dx ⎰--1145)8xxdx⎰-axa x d x 20223)9 dt tet ⎰-1022)10⎰-++02222)11x x dx⎰-222cos cos )12ππxdx x⎰--223c o s c o s )13ππdx x x ⎰-++2221)(cos )14xdxx x x ⎰+π2c o s 1)15dx x11.利用函数的奇偶性计算下列积分⎰-224c o s 4)1ππθθd dx xx ⎰--2121221)(arcsin )2dx x x xx ⎰-++55242312sin )312.设f (x )在[]b a ,上连续,证明:⎰⎰-+=babadx x b a f dx x f )()(13.证明:)0(1111212>+=+⎰⎰x x dx x dx xx14.计算下列定积分⎰-10)1dx xe x⎰342sin )2ππdx x xdx xx⎰41ln )3 ⎰10arctan )4xdx x⎰202c o s )5πx d x e x dx x x ⎰π2)sin ()6⎰edx x 1)sin(ln )7 dx x ee⎰1ln )815.判定下列反常积分的收敛性,如果收敛,计算反常积分的值。
第六章 定积分的应用(A )1、求由下列各曲线所围成的图形的面积 1)221x y =与822=+y x (两部分都要计算)2)xy 1=与直线x y =及2=x3)xe y =,xe y -=与直线1=x4)θρcos 2a =5)t a x 3cos =,t a y 3sin =1、求由摆线()t t a x sin -=,()t a y cos 1-=的一拱()π20≤≤t 与横轴所围成的图形的面积2、求对数螺线θρae=()πθπ≤≤-及射线πθ=所围成的图形的面积3、求由曲线x y sin =和它在2π=x 处的切线以及直线π=x 所围成的图形的面积和它绕x 轴旋转而成的旋转体的体积4、由3x y =,2=x ,0=y 所围成的图形,分别绕x 轴及y 轴旋转,计算所得两旋转体的体积5、计算底面是半径为R 的圆,而垂直于底面上一条固定直径的所有截面都是等边三角形的立体体积6、计算曲线()x y -=333上对应于31≤≤x 的一段弧的长度7、计算星形线t a x 3cos =,t a y 3sin =的全长8、由实验知道,弹簧在拉伸过程中,需要的力→F (单位:N )与伸长量S (单位:cm )成正比,即:kS =→F (k 是比例常数),如果把弹簧内原长拉伸6cm , 计算所作的功9、一物体按规律3ct x =作直线运动,介质的阻力与速度的平方成正比,计算物体由0=x 移到a x =时,克服介质阻力所作的功10、 设一锥形储水池,深15m ,口径20m ,盛满水,将水吸尽,问要作多少功?11、 有一等腰梯形闸门,它的两条底边各长10cm 和6cm ,高为20cm ,较长的底边与水面相齐,计算闸门的一侧所受的水压力12、 设有一长度为λ,线密度为u 的均匀的直棒,在与棒的一端垂直距离为a 单位处有一质量为m 的质点M ,试求这细棒对质点M 的引力(B)1、设由抛物线()022>=p px y 与直线p y x 23=+ 所围成的平面图形为D 1) 求D 的面积S ;2)将D 绕y 轴旋转一周所得旋转体的体积2、求由抛物线2x y =及x y =2所围成图形的面积,并求该图形绕x 轴旋转所成旋转体的体积3、求由x y sin =,x y cos =,0=x ,2π=x 所围成的图形的面积,并求该图形绕x 轴旋转所成旋转体的体积4、求抛物线px y 22=及其在点⎪⎭⎫⎝⎛p p ,2处的法线所围成的图形的面积5、求曲线422+-=x x y 在点()4,0M 处的切线MT 与曲线()122-=x y 所围成图形的面积6、求由抛物线ax y 42=与过焦点的弦所围成的图形面积的最小值7、求由下列曲线所围成图形的公共部分的面积 1)θρcos 3=,θρcos 1+=2)θρsin a =,()θθρsin cos +=a ,0>a8、由曲线()16522=-+y x 所围成图形绕x 轴旋转所成旋转体的体积9、求圆心在()b ,0半径为a ,()0>>a b 的圆,绕x 轴旋转而成的环状体的体积10、计算半立方抛物线()32132-=x y 被抛物线32x y =截得的一段弧的长度(C)1、用积分方法证明半径为R 的球的高为H 的球缺的的体积为⎪⎭⎫ ⎝⎛-=32H R H V π2、分别讨论函数x y sin =⎪⎭⎫⎝⎛≤≤20πx 在取何值时,阴影部分的面积1S ,2S 的和21S S S +=取最大值和最小值3、求曲线x y =()40≤≤x 上的一条切线,使此切线与直线0=x , 4=x 以及曲线x y =所围成的平面图形的面积最小4、半径为r 的球沉入水中,球的上部与水面相切,球的密度与水相同,现将球从水中取出,需作多少功?第六章 定积分应用 习 题 答 案(A )1、1)342+π,346-π 2)2ln 23- 3)21-+ee 4)2a π 5)283a π2、23a π 3、()ππ2224--e e a 4、12-π,42π 5、7128π,564π 6、3334R 7、3432- 8、a 6 9、kJ 18.0 10、3732727a kc (其中k 为比例常数)11、()kJ 5.57697 12、()kN 14373 13、取y 轴经过细直棒⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=2211t a aGmu F y 22t a a Gmu F x +-=λ(B)1、1)⎰-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=pp p dy p y y p S 322316223 或()⎰⎰=⎪⎭⎫⎝⎛+-++=20229231622322pp p p dx px x p dx px px S2)⎰⎰--=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎭⎫⎝⎛-=pp p p p dy p y dy y p V 33322215272223πππ 2、()⎰=-=10231dx x x A ()()ππ⎰=⎪⎭⎫⎝⎛-=10222103dx x x V3、()()⎰⎰-=-+-=244222cos sin sin cos πππdx x x dx x x A()()()()()()⎰⎰=-+-=24224022cos sin sin cos πππππdx x x dx x x V4、抛物线在点⎪⎭⎫⎝⎛p p ,2处的法线方程为: p y x 23=+,以下解法同第一题2316p A = 5、MT :x y 24-=,切线MT 与曲线()122-=x y 的交点坐标为⎪⎭⎫⎝⎛1,23,()2,3- ⎰-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=122491224dy y y A 6、提示:设过焦点()0,a 的弦的倾角为α则弦所在直线的方程为()a x y -=αtan由()a x y -=αtan ,ax y 42=得两交点纵坐标为()()21csc 2csc 2y ctg a ctg a y =+<-=αααα所以()()dy a y yctg a A y y ⎰⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=2142αα ()()32222csc 34csc 4csc 4ααααa ctg a a -+=()()3232csc 34csc 4ααa a -=()32csc 38αa =因为πα<<0 当2πα=时 ()3csc α取得最小值为1所以 当2πα=时 过焦点的弦与抛物线ax y 42=所围成的图形面积()32csc 382απa A =⎪⎭⎫ ⎝⎛最小7、1)()()πθθθθπππ45cos 321cos 1212232302=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰⎰d d A2)()()[]⎰⎰-=++=ππππθθθθθ22220241cos sin 21sin 21a d a d a A 8、()()⎰⎰------+=44442222165165dx xdx xV ππ()()⎰-=⎭⎬⎫⎩⎨⎧----+=4422222160165165ππdx xx9、解法同题810、提示:()32132-=x y ,32x y = 联立得交点⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛36,2,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-36,2 所求弧长()⎰+=212'12dx y s由()32132-=x y 得()yx y 2'1-=于是()()()()()1231321134222'-=--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=x x x y x y于是得()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=⎰12598123122321221dx x S(C)1、证明:此处球缺可看作由如图阴影(图222R y x =+的一部分)绕y 轴旋转而成所以()⎰⎰---==RHR RHR dy y R dy x V 222ππR HR R HR y yR ---=332ππ()[]()[]3323H R R H R R R -----=ππ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=32H R H π2、解:()⎰-=tdx x t S 11sin sin ()⎰-=22sin sin πtdx t x S()()⎰-=tdx x t t S 1sin sin +()⎰-2sin sin πtdx t x=⎪⎭⎫ ⎝⎛≤≤-⎪⎭⎫⎝⎛-+201sin 22cos 2ππt t t t ()0cos 22'=⎪⎭⎫⎝⎛-=t t t S π,得驻点2421ππ==t t易知()()002''1''<>t S t S122max -=⎪⎭⎫ ⎝⎛=∴ππS S ,124min -=⎪⎭⎫⎝⎛=πS S3、解:设()00,y x 为曲线x y =()40≤≤x 上任一点,易得曲线于该点处的切线方程为:()00021x x x y y -=- 即0022x x y y +=得其与0=x , 4=x 的交点分别为⎪⎭⎫ ⎝⎛2,00y ,⎪⎪⎭⎫⎝⎛+0022,4y y 于是由此切线与直线0=x , 4=x 以及曲线x y =所围的平面图形面积为:3164222004000-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎰x y dx x x x y S3164200-+=x x 问题即求31642-+=xx S ()40≤≤x 的最小值 令022321=+=--xxS 得唯一驻点2=x 且为唯一极小值所以 当2=x 时,S 最小 即所求切线即为:2222+=x y 4、如图:以水中的球心为原点,上提方向作为坐标轴建立坐标系易知任意[]dx x x +,段薄片在提升过程中在水中行程为r -x ,而在水上的行程为2r -(r -x )=r +x因为求的密度与水相同,所以在水中提升过程中浮力与重力的合力为零,不做功,而在水面上提升时,做功微元为()()dx x r x r g dW +-=22π()()g r dx x r x r g dW W r r r r 42234ππ⎰⎰--=+-==。
有关定积分问题的常见题型解析题型一 利用微积分基本定理求积分 例1、求下列定积分:(1)()13031x x dx -+⎰ (2)()941x x dx +⎰(3)⎰--2224x分析:根据求导数与求原函数互为逆运算,找到被积函数得一个原函数,利用微积分基本公式代入求值。
评注:利用微积分基本定理求定积分dx x f ab )(⎰的关键是找出)()(/x f x F =的函数)(x F 。
如果原函数不好找,则可以尝试找出画出函数的图像, 图像为圆或者三角形则直接求其面积。
题型二 利用定积分求平面图形的面积例2 如图 ,求直线y=2x+3与抛物线y=x 2所围成的图形面积。
分析:从图形可以看出,所求图形的面积可以转化为一个梯形与一个曲边梯形面积的差,进而可以用定积分求出面积。
为了确定出被积函数和积分和上、下限,我们需要求出两条曲线的交点的横坐标。
评注:求平面图形的面积的一般步骤:⑴画图,并将图形分割成若干曲边梯形;⑵对每个曲边梯形确定其存在的范围,从而确定积分上、下限;⑶确定被积函数;⑷求出各曲边梯形的面积和,即各积分的绝对值之和。
关键环节:①认定曲边梯形,选定积分变量;②确定被积函数和积分上下限。
知识小结:几种典型的曲边梯形面积的计算方法:(1)由三条直线x=a 、x=b (a <b )、x 轴,一条曲线y=()x f (()x f ≥0)围成的曲边梯形的面积: S =()⎰badx x f ,如图1。
(2)由三条直线x=a 、x=b (a <b )、x 轴,一条曲线y=()x f (()x f ≤0)围成的曲边梯形的面积: S =()()⎰⎰-=babadx x f dx x f ,如图2。
(3)由两条直线x=a 、x=b (a <b )、两条曲线y=()x f 、y=()x g (()()x g x f ≥)围成的平面图形的面积:S =()()⎰-badx x g x f ][,如图3。
题型三 解决综合性问题例3、在曲线2x y =(x ≥0)上某一点A 处作一切线使之与曲线以及x 轴所围的面积为121。
重积分重积分证明题证明题(共 46 小题)1、设函数f(x,y)和g(x,y)在有界闭域D上连续,证明2、设函数f(x,y)和g(x,y)在D上连续,且f(x,y)?g(x,y),(x,y),D,利用二重积分定义证明:3、设函数f(x,y)在有界闭域D上连续,且M,m分别是f(x,y)在D上的最大值与最小值,证明:其中σ是D的面积。
4、设函数f(x,y)在有界闭域D上连续,证明:5、设函数f(x,y)在有界闭域D上连续,证明在D上必有点(ξ,η)使得成立,其中σ是D的面积。
6、设函数f(x,y)在有界闭域D上连续,且D可以分为两个闭域D和D,证明 127、设D={(x,y)},a?x?b,,φ(x)?y?φ(x)},试证其中φ(x)在[a,b]上连续,f(x),g(y)均在D上连续,且g(,y)=,g(y). 8、设D={(x,y),a?x?b,,φ(x)?y?φ(x)},试证其中φ(x)在[a,b]上连续,f(x,y)在D 上连续且f(x,,y)=,f(x,y).9、设f(x,y)是连续函数,证明其中a,m为常数,且a>0.10、设f(u)为连续函数,试证 11、设f(x,y),g(x,y)在有界闭区域D上连续,且g(x,y)?0,证明:在D上必有点(ξ,η),使成立。
12、设f(x,y)为区域D:上的连续函数,试证 13、利用二重积分的估值性质,证明其中D是由直线,x+y=1,x+y=1及ox轴所围成的区域。
14、设f(x)在[a,b]上连续,证明其中n>0.15、证明: 其中n为大于1的自然数。
16、设f(x),g(x)在[a,b]上连续,试用二重积分证明不等式:17、设f(x)在[0,1]上连续,证明 18、设f(x)在[a,b]上连续,证明不等式19、设p(x)是[a,b]上的非负连续函数,f(x),g(x)是[a,b]上的连续单增函数,证明20、设f(x)是[0,1]上的连续正值函数,且f(x)单调减少,证明不等式:21、设f(x)是[0,1]上的连续单增函数,求证:322、设f(u)是连续函数,证明其中D是由y=x,y=1及x=,1所围成的区域。
定积分证明题方法总结定积分证明题是数学分析中的重要知识点,也是应用数学和工程学科中常见的问题。
在解决实际问题时,定积分证明题经常被用来计算曲线下面积、求函数的平均值以及计算物理量等。
本文旨在总结定积分证明题的方法,帮助读者更好地理解和掌握这一知识点。
定积分证明题的背景和重要性是引出本文的基础。
首先,通过定积分的定义,我们可以准确计算出曲线下面的面积,这对于许多实际问题的解决非常有益。
例如,在物理学中,我们可以通过定积分来求解物体的体积、求解材料的质量等。
其次,定积分证明题也是数学分析和工程学科中的基础知识,对于深入理解相关领域的理论和应用有着重要的作用。
本文将介绍定积分证明题的方法总结。
我们将重点讨论常见的证明方法,例如几何法、代数法和变量代换法等。
这些方法在实际问题中具有广泛的应用,并且在解决定积分证明题时非常有效。
我们还将提供一些例题和解答,以帮助读者更好地理解和掌握这些方法。
总之,本文旨在为读者提供一个定积分证明题方法的总结,帮助他们更好地应用这一知识点解决实际问题。
通过研究和掌握这些方法,读者将能够提高自己的数学分析能力并应用于相关领域的问题求解。
基本概念总之,本文旨在为读者提供一个定积分证明题方法的总结,帮助他们更好地应用这一知识点解决实际问题。
通过研究和掌握这些方法,读者将能够提高自己的数学分析能力并应用于相关领域的问题求解。
基本概念定积分是微积分中的一种重要数学工具,用于计算曲线下的面积或者曲线围成的区域的面积。
它是微积分的重要概念之一。
定积分是微积分中的一种重要数学工具,用于计算曲线下的面积或者曲线围成的区域的面积。
它是微积分的重要概念之一。
定积分的定义是通过极限的概念来进行表述的。
对于一个给定的函数f(x),定义在闭区间[a。
b]上,我们可以将[a。
b]分成若干很小的区间,然后在每个区间上选择一个点,通过计算这些点处的函数值与该区间的长度的乘积,再将所有乘积相加,就可以得到一个近似的面积。
二、积分证明题例1、设f (x )在[0,π]上连续,⎰π0dx x f =)(,⎰π0cosxdx x f =)(,求证存在()()0f f 00212121=≠∈∈)()=(,使,,,,ξξξξπξπξ证:令F (x )=),()(π≤≤⎰x 0dt t f x则F(0)=0,F(π)=0, 又0=⎰πcosxdx x f )(=⎰ππ0cosx x x cosxd )()=(F F +⎰πsinxdx x )(F =⎰πsinxdx x )(F如果F(x)sinx 在(0,π)内恒为正,恒为负 则⎰πsinxdx x )(F 也为正或为负,与上面结果矛盾,故存在()πξ,0∈使()0sin =ξξF ,而sin 0≠ξ,所以F (ξ)=0 于是在[][]πξξ,和,0区间上分别用罗尔定理,则存在()ξξ,01∈使()0f 11=)=(ξξF ',存在()()()222f ξξπξξF '∈=,使,=0,其中21ξξ≠例2、设)(x f 在[0,1]上有连续的一阶导数,且f (0)=f (1)=0,试证:10f x dx 4M≤⎰(),其中M =()x f max 1x 0'≤≤证:用拉格朗日中值定理f (x )=f (x )-f (0)=()x f 1ξ',其中()x 01,∈ξf (x )=f (x )-f (1)=()()1x f 2-ξ',其中()1x 2,∈ξ由 题设可知)(x f ()x x f 1M ≤'≤ξ; 又)(x f ()()()x 1x 1f 2--M ≤'≤ξ 因此()⎰⎰⎰⎰⎰⎥⎦⎤⎢⎣⎡≤121121121210dx x 1dx x dx x f dx x f dx x f -+)(+)(=)(M=M ⎥⎦⎤⎢⎣⎡8181+=4M例3.设f (x ),g (x )在[]b a ,上连续,证明()()dx x g dx x f dx x g x f ba 2b a 22b a ⎰⎰⎰≤⎥⎦⎤⎢⎣⎡)()(证一:(引入参数法) 设t 为实参数, 则[]b 2af x tg x dx 0≥⎰()+()2b a 2t dx x g ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎰)(+2t dx x g x f b a ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎰)()( +()0dx x f ba2≥⎰作为t 的一元二次不等式 A 2t +2Bt +C 0≥,则2B -AC ≤0即AC B ≤2,因此()()⎰⎰⎰≤⎥⎦⎤⎢⎣⎡ba 2b a 22b a dx x g dx x f dx x g x f )()(证二:(引入变上限积分)令F (u )=()()222f x g x dx f x dx g x dx u u u a a a ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎰⎰⎰()()-于是()u F '=2f (u )g (u )()()()2222()()f u g x dx g u f x dx uuaaf xg x dx -⎰⎰⎰ua()-=()()()u2222a2f u g u f x g x f u g x g u f x dx ⎡⎤⎣⎦⎰()()()()-()-=[]2f ug x g u f x 0uadx -≤⎰()()-()()()a u ≥ 则 F (u )在[]b a ,上单调不增 故,)=(时,0a )b (F F a b ≤≥ 即()()0dx x g dx x f dx x g x f ba 2b a 22b a ≤⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎰⎰⎰-)()( 证三: (化为二重积分处理) 令 I =()dx x g dx x f bab a 22⎰⎰)( , 则I =()()()dxdy y g x f D⎰⎰⎰⎰=22b a ba22dy y g dx x f )(,其中区域D :⎭⎬⎫⎩⎨⎧≤≤≤≤b y a b x a ,同理 I =()()dxdy x g y f D22⎰⎰∴ 2I =()()()()[]d xdy x g y f y g x f D⎰⎰+2222ab b a 222≥+,故2I ()()()()[]dxdy x g y f y g x f D⎰⎰≥2因此,I =()dx x g dx x f bab a22⎰⎰)(()()()()()()2a⎥⎦⎤⎢⎣⎡=≥⎰⎰⎰ba bab dx x g x f dy y g y f dx x g x f例4.设f (x )在[]b a ,上连续,证明()()()dx x f a b dx x f ba b ⎰⎰-≤⎥⎦⎤⎢⎣⎡22a证:在例3中,令g (x )=1,则()a b dx x g -=⎰ba2于是()2a ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎰b dx x f =()()()()()()dx x fa b dx x g dx x fdx x g x f bab a ba b a ⎰⎰⎰⎰-=≤⎥⎦⎤⎢⎣⎡2222例5.设()x f 0在[]b a ,上连续,且()x f 0>0,证明()()()2001a b dx x f dx x f baba-≥⎰⎰证:在例3柯西不等式中,取f(x)为()x 0f ,g(x)为()x f 01则()()dx x f dx x f b aba⎰⎰=02 ,()()dx x f dx x g bab a⎰⎰=021,而()()()()()220021a b dx x f x f dx x g x f ba ba-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎰⎰ 因此()()()dx x f dx x f a b baba⎰⎰≤-0021例6、设()x f 0在[]b a ,上具有连续导数,且()a f 0=()b f 0 =0,()120=⎰dx x f ba,求证:()()4120220≥⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡'⎰⎰b a b a dx x f x dx x f 证:在例3柯西不等式中取f(x)为()x f '0,g (x )为x ()x f 0于是()()()()20020220⎥⎦⎤⎢⎣⎡'≥⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡'⎰⎰⎰b a b a b a dx x f x xf dx x f x dx x f =()22021⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎰b a x xdf =()222001()22bb a a x f x f x dx ⎡⎤-⎢⎥⎣⎦⎰=41212=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-一、 有关变上(下)限积分 例1、设f (x )=x t(2)0e a a t dt -⎰- (a 常数),求0()aI f x dx =⎰解:()()()20x ()1dx a a a x a a x aI f x xf x dx xe ---⎡⎤⎣⎦'-=-⎰⎰=(-)=22a()0a x xe dx -⎰=-()22()22012a a x ed a x --⎰ =-()a x ae 02221-=()1212-a e例2、设f (x )在()∞,+0内可导,f (1)=25,对所有x ∈()∞,+0,t ∈()∞,+0,均有111()()()xtxtf u du t f u du x f u du =+⎰⎰⎰,求f (x )解:把所给方程两边求x 求导,tf (xt )=tf (x )+()u f t ⎰1du 把x =1代入,得 tf (t )=15t ()2tf u du ⎰+ 再两边对t 求导,得f (t )+t ()t f '=)(+t f 25 于是t t 125)(f ⋅=',则f (t )=25lnt + C ,令t=1代入得C=f (1)=25 ,所以f (x )=25(lnx+1) 例2设f (x )为连续函数,且满足⎰x20dt t xf )(+2⎰0xdt t 2tf )(=()1x x 23-,求f (x )在[0,2]上的最大值与最小值。
解:先从方程中求出f (x ),为此方程两边对x 求导'⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎰⎰0x x 20dt t 2tf 2dt t xf )(+)(='⎥⎦⎤⎢⎣⎡-'⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎰⎰x x dt t tf dt t f 020)2(2)(x=220()2(2)2(2)()xxf t dt xf x xf x f t dt +-=⎰⎰而()[]'1x x 23-=23x 6x 8-因此23x20x 6x 8dt t f -=)(⎰两边再对x 求导,得2f (2x )=242x -12x =6()()x 26x 22-f (x )=3x 3x 2-()x f '=6x -3,令()x f '=0 得驻点 x =21又在[0,2]上f (x )没有不可导点,比较f (0)=0,f (21)=-43,f (2)=6可知f (x )在[0,2]上最大值为f (2)=6,最小值为f (21)=-43例3设f (x )在[)∞,+0上连续,且f (x )>0,证明g (x )=()∞⎰⎰,+在)()(0dtt f dt t tf x 0x 0内单调增加证:当x>0时,因为()2x0xx 0dt t f dtt tf x f dt t f x xf x g ⎥⎦⎤⎢⎣⎡'⎰⎰⎰)()()(-)()(=()()()0200()xxf x x t f t dtf t dt -=>⎡⎤⎢⎥⎣⎦⎰⎰∴ g (x )在()∞,+0内单调增加例5求函数()()2221x x t f x t e dt --⎰=的单调区间与极值解:()()22222244233111x ,'222x x x t t t x x f e dt te dt f x x e dt x e x e ------=+-⎰⎰⎰=x因此,()221'x x t f e dt -⎰=2x ,令()'x f =0,得驻点,x=0, x=1, x=-1又()22421''x 4x t x f e dt x e --+⎰=2,故()21''00t f e dt -<⎰=2()()1''114f e --==f">0()()()2210111100122t tf t e dt e e ---∴=-=-=-⎰为极大值 f(1)=f(-1)=0为极小值。