微积分基本定理
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微积分三大定理
微积分是数学中的重要分支,它研究的是函数的变化与求和。
微积分的发展离不开三大定理,它们分别是导数的基本定理、中值定理和积分的基本定理。
这三个定理是微积分的核心,为我们解决各种实际问题提供了重要的工具和方法。
导数的基本定理是微积分中最基本的定理之一。
它告诉我们如何求函数的导数。
导数是描述函数在某一点上的变化率的概念,它决定了函数的增减性和曲线的斜率。
导数的基本定理使我们能够通过求导来研究函数的性质,例如函数的最值、凹凸性等。
它是微积分中理论和实际应用的基础。
中值定理是导数的一个重要应用。
它的核心思想是函数在某个区间内的平均变化率等于某个点上的瞬时变化率。
中值定理为我们提供了一种刻画函数变化的方法,它能够帮助我们找到函数在某个区间内的极值点和临界点。
中值定理的应用广泛,不仅在数学中有重要地位,还在物理、经济等领域中有着深远的影响。
积分的基本定理是微积分的重要组成部分。
它告诉我们如何求函数的积分。
积分是求解曲线下面的面积或计算曲线的总变化量的工具。
积分的基本定理使我们能够通过求积分来计算函数的面积、体积、质量等物理量,它在科学研究和工程实践中起着重要的作用。
微积分三大定理的发展与应用,不仅丰富了数学理论,也推动了科
学技术的进步。
它们为我们解决实际问题提供了强有力的工具和方法,使我们能够更好地理解和描述自然界的现象。
无论是在自然科学、社会科学还是工程技术领域,微积分的应用都是不可或缺的。
通过学习和应用微积分三大定理,我们能够更好地理解和解决复杂的实际问题,为人类的发展和进步做出贡献。
§3微积分基本定理()baf x dx ⎰=()ba f t dt ⎰. [,]x ab ∀∈.()()x aF x f t dt =⎰.在[,]a b 有定义.定理1 若[,]f R a b ∈,()()xaF x f t dt =⎰,则(1) ()F x 是[,]a b 上的连续函数.(2) 若()f x 在[,]a b 上连续,则()F x 是[,]a b 上可微,且()()F x f x '=. 证明:(1)0[,]x a b ∀∈,00()()()()()xx xaax F x F x f t dt f t dt f t dt -=-=⎰⎰⎰.[,]m M η∃∈.00()()()0F x F x x x η-=-→.(2)00()()()()F x F x f x x ξ-=-.00000()()limlim ()()x x x F x F x f f x x x ξξ→→-==-. 推论 ()()()()()(())()(())()x x F x f t dt f x x f x x ϕψϕϕψψ''''==-⎰.证明:设()()uaG u f t dt =⎰.()(())()x aG x f t dt ϕϕ=⎰.()(())()x aG x f t dt ψψ=⎰. ()()G u f u '=.((()))(())()G x G x x ϕϕϕ'''=. ()()()()()x x aaF x f t dt f t dt ϕψ=-⎰⎰.例1:232002sin 2limlim 33x x x x x x x ++→→==⎰. ()f x 的积分上限给出()f x 的一个原函数,即()()xaf x dx f t dt C =+⎰⎰()()xad f t dt f x dx =⎰ 若()()uaF u f t dt =⎰()u x ϕ=,则()(())()()[()]()x af t dt F u x f x x ϕϕϕϕ''''==⎰.同理,()()()[()]()[()]()x x d f t dt f x x f x x dxϕψϕϕψψ''=-⎰. 例:求极限2032000sin 22sin 2limlim lim 333x x x x x x x x x x +++→→→⋅===⎰. 二.微积分基本定理定理2 设()f x 在[,]a b 上连续,()F x 是()f x 在[,]a b 上的一个原函数,则成立()()()()bba af x dx F b F a F x =-⎰.证明:()()xaf t dt F x c =+⎰,()0F a c +=.()()()xaf t dt F x F a ∴=-⎰. ()()()baf t dt F b F a ∴=-⎰.例2:111lim 122n n n n →∞⎛⎫+++⎪++⎝⎭1111111lim lim 121111nn x i n i n n n n n n→∞→∞=⎛⎫⎡⎤ ⎪⎢⎥=+++=⋅ ⎪⎢⎥ ⎪⎢⎥++++ ⎪⎣⎦⎝⎭∑ 110011lim ()ln 1ln 21ni i x i f x dx x n ξ→∞==∆==+=+∑⎰. 例3:121limsin sin sinn n n n n n πππ→∞-⎛⎫+++ ⎪⎝⎭1lim ()ni i x i f x ξ→∞==∆∑1sin xdx =⎰11cos x ππ-==112πππ+=.三.定积分的计算1.第一类换元法:()()()(())()()u x bb aa f x x dx f u du ϕϕϕϕϕ='=⎰⎰(())()ba f x d x ϕϕ⎡⎤=⎣⎦⎰.例:cos cos cos 10sin cos ()xx x exdx e d x e e e πππ-=-=-=-⎰⎰.或cos 11111t xt te dt e e e =---=-=-=-⎰.2.第二类换元法:()()()()(())()x t baa bf x dx f t t dt ϕβαϕαϕβϕϕ==='=⎰⎰.例:2()11cos x xe x f x x-⎧≥⎪=⎨≤≤⎪+⎩ -1x 0 求:21()f x dx -⎰. 21()f x dx -⎰=2021011cos x dx xe dx x -++⎰⎰=20222101cos 1()1cos 2x x dx e d x x --+---⎰⎰ =2020111sin 2x ctgx e x --⎛⎫-+- ⎪⎝⎭=202101cos 1sin 2x x e x ----=041sin 111cos 22x e x ---++=41sin1(1)21cos1e --++. 3.分部积分法:()()()()()()bbba aau x v x dx u x v x v x u x dx ''=-⎰⎰.例:000sin (cos )cos sin x xdx x x xdx x ππππππ=-+=+=⎰⎰.4.利用函数的特殊性质计算积分: 定理3 ()[,]f x R a a ∈-, (1)若()f x 为偶函数,则有0()2()aaaf x dx f x dx -=⎰⎰;(2)若()f x 为奇函数,则有()0aaf x dx -=⎰.证明:()()()aa aaf x dx f x dx f x dx --=+⎰⎰⎰00()()[()()]a aaf t dt f x dx f x f x dx =--+=-+⎰⎰⎰.例:222202(sin )(cos )(sin )()(sin )x t f x dx f x dx f x dt f x dx πππππ=-==-=⎰⎰⎰⎰.例:222000sin cos sin cos 2sin cos sin cos sin cos 2x x x x dx dx A A dx x x x x x x ππππ+==⇒==+++⎰⎰⎰.例:2sin n n xdx I π=⎰,121sin [(1)sin cos ]n n n n xdx I n I x x n--==--⎰ 2201n n n n I II nπ--== 2n ≥. 210sin 1I xdx π==⎰, 02I π=.01131(1)!!22!!2132(1)!!23!!n n n I n n n n n n I n n n π---⎧=⋅⋅⋅=⋅⎪⎪-⎨---⎪=⋅⋅⋅=⎪-⎩ n=偶数 n=奇数例:设21()xt f x e dt -=⎰不能用初等函数表示,221111110000011()()()(1)(1)0(1)22x x f x dx xf x xf x dx f xe dx f e e --'=-=-=+=+-⎰⎰⎰.定理4 ()f x 是以T 为周期的可积函数,则a ∀有0()()a TTaf x dx f x dx +=⎰⎰.注:计算定积分应该注意的问题(1)换元时,上下限应改变.(2)第二类换元不必一一对应.(3)若积分函数积分区域不连续,应变形去掉不连续点.。
授课主题 微积分基本定理教学目标1.直观了解并掌握微积分基本定理的含义. 2.会利用微积分基本定理求函数的积分.教学内容1. 微积分基本定理:如果f (x )是区间[a ,b ]上的连续函数,并且F ′(x )=f (x ),那么ʃb a f (x )d x =F (b )-F (a ) .定理中的式子称为“牛顿—莱布尼茨公式”,通常称F (x )是f (x )的一个原函数.在计算定积分时,常常用记号F (x )|b a来表示F (b )-F (a ),于是牛顿—莱布尼茨公式也可写作ʃb a f (x )d x =F (x )|ba =F (b )-F (a ).2. 定积分和曲边梯形面积的关系:设曲边梯形在x 轴上方的面积为S 上,x 轴下方的面积为S 下,则 (1)当曲边梯形的面积在x 轴上方时,如图(1),则ʃb a f (x )d x =S 上. (2)当曲边梯形的面积在x 轴下方时,如图(2),则ʃb a f (x )d x =-S 下.(3)当曲边梯形的面积在x 轴上方、x 轴下方均存在时,如图(3),则ʃba f (x )d x =S 上-S 下,若S 上=S 下,则ʃb a f (x )d x =0.题型一 利用微积分基本定理求定积分 例1 (1)求定积分⎰202x d x 的值;(2)求定积分⎰1-1(2x -x 2)d x 的值;(3)求定积分⎰0-π(sin x +2e x )d x 的值. 解析:(1) ⎰202x d x =2⎰20x d x =2×⎪⎪12x 220=22-02=4.(2) ⎰1-1(2x -x 2)d x =⎰1-12x d x +⎰1-1(-x 2)d x =x 2|1-1-13x 3|1-1=-23. (3) ⎰-π(sin x +2e x )d x =⎰0-πsin x d x +2⎰-πe x d x =-cos x |0-π+2e x |0-π=-cos 0+cos(-π)+2(e 0-e -π)=-2eπ. 点评:应用微积分基本定理求定积分时,首先要求出被积函数的一个原函数,在求原函数时,通常先估计原函数的类型,然后求导数进行验证,在验证过程中要特别注意符号和系数的调整,直到原函数F (x )的导函数F ′(x )=f (x )为止(一般情况下忽略常数),然后再利用微积分基本定理求出结果. 巩 固 求下列定积分的值.(1) ⎰10(2x +3)d x ; (2) ⎰1-2(1-t 3)d t ;(3) ⎰π02sin ⎝⎛⎭⎫x +π4d x ; (4) ⎰31⎣⎡⎦⎤6x ⎝⎛⎭⎫x +1x 2d x . 分析:利用微积分基本定理,关键是求出相应被积函数的一个原函数. 解析:(1)∵(x 2+3x )′=2x +3,∴⎰10(2x +3)d x =(x 2+3x )|10=1+3=4.(2)∵⎝⎛⎭⎫t -14t 4′=1-t 3, ∴⎰1-2(1-t 3)d t =⎪⎪⎝⎛⎭⎫t -14t 41-2=1-14-⎣⎡⎦⎤-2-14(-2)4=7-14=274. (3)因为2sin ⎝⎛⎭⎫x +π4=2⎝⎛⎭⎫sin x ·22+cos x ·22=sin x +cos x , 又(-cos x +sin x )′=sin x +cos x ,所以 ⎰π02sin ⎝⎛⎭⎫x +π4d x =⎰π0( sin x +cos x ) d x =(-cos x +sin x )|π0 =(-cos π+sin π)-(-cos 0+sin 0)=2. (4) ⎰31⎣⎡⎦⎤6x ⎝⎛⎭⎫x +1x 2d x =⎰31(6x 2+6+12x ) d x =(2x 3+6x +6x 2)|31=(54+18+54)-(2+6+6)=112 题型二 求分段函数的定积分例2 若函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x 3,x ∈[0,1],x ,x ∈(1,2],2x ,x ∈(2,3],求⎰30f (x )d x 的值.解析:由积分的性质,知:⎰30f (x )d x =⎰10f (x )d x +⎰21f (x )d x +⎰32f (x )d x =14+432-23+8ln 2-4ln 2=-512+432+4ln 2. 点评:分段函数在区间[a ,b ]上的定积分可分成n 段定积分和的形式,分段的标准可按照函数的分段标准进行;带绝对值号的解析式,可先化为分段函数,然后求解. 巩 固 ⎰3-3 (|2x +3|+|3-2x |)d x .解析:设y=|2x+3|+|3-2x|=⎩⎪⎨⎪⎧-4x,x≤-32,6,-32<x<32,4x,x≥32.所以⎰3-3(|2x+3|+|3-2x|)d x=323(4)x---⎰d x+32326-⎰d x+3324x⎰d x==(-2)×⎝⎛⎭⎫322-(-2)×(-3)2+6×32-6×⎝⎛⎭⎫-32+2×32-2×⎝⎛⎭⎫322=45.题型三利用定积分求参数例3已知f(x)=ax2+bx+c(a≠0),且f(-1)=2,f′(0)=0,⎰10f(x)d x=-2,求a,b,c的值.解析:由f(-1)=2得a-b+c=2.①因为f′(x)=2ax+b,所以f′(0)=b=0.②又⎰10f(x)d x=⎰10(ax2+bx+c)d x=⎪⎪⎝⎛⎭⎫13ax3+12bx2+cx10=13a+12b+c,所以13a+12b+c=-2③解①②③组成的方程组得a=6, b=0,c=-4.点评:利用定积分求参数,根据题设条件列出关于参数的方程(组),解方程(组)得参数的值.巩固f(x)是一次函数,且⎰10f(x)d x=5,⎰10xf(x)d x=176,求f(x)的解析式.解析:设f(x)=ax+b(a≠0),则⎰10(ax+b)d x=⎰10ax d x+⎰10b d x=12ax2⎰10+bx⎰10=12a+b,⎰10x(ax+b)d x=⎰10(ax2+bx)d x=13ax3⎰10+12bx2⎰10=13a+12b,由⎩⎨⎧12a+b=5,13a+12b=176,解得a=4,b=3,故f(x)=4x+3.A组1.下列各定积分等于1的是()A.⎰10x d xB.⎰10(x+1)d xC.⎰101d xD.⎰1012d x解析:⎰10x d x =12x 2⎰10=12; ⎰10(x +1)d x =⎝⎛⎭⎫12x 2+x ⎰10=32;⎰101d x =x |10=1; ⎰1012d x =12x ⎰10=12. 答案:C 2. ⎰421xd x 等于( ) A .-2ln 2 B .2ln 2 C .-ln 2 D .ln 2 解析:⎰421xd x =ln x |42=ln 4-ln 2=ln 2. 答案:D3.函数y =⎰x 0cos x d x 的导数是( )A .cos xB .-sin xC .cos x -1D .sin x 答案:AB 组一、选择题1. ⎰10(e x+2x )d x =( )A .1B .e -1C .eD .e +1 答案:C2.已知f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x 2,-1≤x ≤0,1,0<x ≤1,则⎰1-1f (x )d x 的值为( )A.32B.43C.23 D .-23 答案:B3.由曲线y =x 2-1,直线x =0,x =2和x 轴围成的封闭图形的面积(如图阴影部分)是( )A. ⎰20(x 2-1)d xB. |⎰20(x 2-1)d x |C. ⎰20|x 2-1|d xD. ⎰20(x 2-1)d x +⎰21(x 2-1)d x答案:C4.下列定积分计算正确的是( )A. ⎰π-πsin x d x =4 B. ⎰102xd x =1C. ⎰21⎝⎛⎭⎫1-1x d x =ln e 2D. ⎰1-13x 2d x =3解析:⎰π-πsin x d x =-cos x|π-π=0; ⎰102xd x =12ln 2x=log 2e ; ⎰21⎝⎛⎭⎫1-1x d x = |(x -ln x )21=1-ln 2=ln e 2; ⎰1-13x 2d x =x 3|1-1=2.故选C.答案:C5.若⎰a 1⎝⎛⎭⎫2x +1x d x =3+ln 2,则正数a 的值为( ) A .1 B .2 C .3 D .5解析:⎰a 1⎝⎛⎭⎫2x +1x d x = |(x 2+ln x )a 1=a 2+ln a -1=3+ln 2,所以a 2-1=3,所以a =-2(舍去),a =2.故选B. 答案:B 二、填空题6.定积分⎰21x d x =__________. 答案:23(22-1)7.若⎰T 0x 2d x =9,则常数T 的值为________.解析:因为⎝⎛⎭⎫x 33′=x 2,所以⎰T 0x 2d x =⎝⎛⎭⎫x 33|T 0=9,所以T =3. 答案:38.计算定积分⎰1-1(x 2+sin x )d x =________. 答案:23三、解答题9.计算下列定积分:(1) ⎰30|2-x |d x ;解析: ⎰30|2-x |d x =⎰20(2-x )d x +⎰32(x -2)d x = ⎪⎪⎝⎛⎭⎫2x -12x 220+⎪⎪⎝⎛⎭⎫12x 2-2x 32=2+12=52. (2)⎰π2-π2cos 2x d x .解析:10.若函数f (x )=ax +b (a ≠0),且⎰10f (x )d x =1,求证:⎰10[f (x )]2d x >1.证明:由于⎰10f (x )d x =⎰10(ax +b )d x =⎪⎪⎝⎛⎭⎫12ax 2+bx 10=12a +b , 所以12a +b =1,所以⎰10[f (x )]2d x =⎰10(ax +b )2d x =⎰10(a 2x 2+2abx +b 2)d x =⎪⎪⎝⎛⎭⎫13a 2x 3+abx 2+b 2x 10=13a 2+ab +b 2=⎝⎛⎭⎫12a +b 2+112a 2=1+112a 2>1(a ≠0),故原不等式成立.1. 设函数f (x )=x m +ax 的导函数f ′(x )=2x +1,则ʃ21f (-x )d x 的值等于 ( )A.56 B.12 C.23 D.16答案 A解析 由于f (x )=x m +ax 的导函数为f ′(x )=2x +1, 所以f (x )=x 2+x ,于是ʃ21f (-x )d x =ʃ21(x 2-x )d x =⎝⎛⎭⎫13x 3-12x 2|21=56. 2.(sin x -a cos x )d x =2,则实数a 等于( )A .-1B .1C .- 3 D. 3 答案 A 解析=-a +1=2,a =-1.3. 由直线x =-π3,x =π3,y =0与曲线y =cos x 所围成的封闭图形的面积为 ( )A.12 B .1 C.32D. 3答案 D 解析4. 设f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x 2,x ∈[0,1],1x ,x ∈[1,e](其中e 为自然对数的底数),则ʃe 0f (x )d x 的值为( )A.43B.54C.65D.76答案 A解析 根据定积分的运算法则,由题意,可知ʃe 0f (x )d x =ʃ10x 2d x +ʃe 11x d x =13x 3|10+ln x |e 1=13+1=43. 5. ʃ30(x 2+1)d x =________.答案 12解析 ʃ30(x 2+1)d x =⎝⎛⎭⎫13x 3+x |30=13×33+3=12. 6. 如图所示,函数y =-x 2+2x +1与y =1相交形成一个闭合图形(图中的阴影部分),则该闭合图形的面积是________.答案 43解析 由⎩⎪⎨⎪⎧y =-x 2+2x +1y =1,得x 1=0,x 2=2.∴S =ʃ20(-x 2+2x +1-1)d x =ʃ20(-x 2+2x )d x =⎝⎛⎭⎫-x 33+x 2|20=-83+4=43.。
12微积分基本公式微积分基本定理13不定积分主要内容12微积分基本公式微积分基本定理13不定积分主要内容12微积分基本公式微积分基本定理13不定积分主要内容2 微积分基本定理],[b a C f ∈)())((x f dt t f xa ='⎰定理2(微积分学第一基本定理)设,则],,[b a C f ∈f ],[b a 推论1设则在上必有原函数.⎰-=Φ220)(x t dt e x )(x Φ',sin )(023dt t x F x e ⎰=).(x F '例2 1)设,求2)设求⎰-=Φ220)(x t dte x 解1)dt e u g u t ⎰-=02)(2)(x x u ==ϕ与的复合=Φ')(x )()(x u g ϕ'')2(2x e u -=42x xe -=dt t x F x e ⎰=023sin )(2)=')(x F ⎰-=x e dtt 302sin )3(sin 36x x e e -x x e e 63sin 3-=)sin (22'⎰dt t x e x )sin sin (02022'+=⎰⎰dt t dt t x e x xx e e x x 24sin sin 2-=12微积分基本公式微积分基本定理13不定积分主要内容)(x f I Cx F +)(3 不定积分在区间上所有原函数的定义2(不定积分)一般表达式⎰='))((dx x f ⎰=dx x f d )(⎰='dx x f )(⎰=)(x df 性质1性质2=±⎰dx x g x f )]()([)(x f dxx f )(C x f +)(C x f +)(⎰⎰±dxx g dx x f )()(=⎰dx x f )(=⎰dx x kf )(⎰dxx f k )(。
微积分七个基本定理
1、定义域定理(积分定义域定理):如果函数f(x)有连续的导数f'(x),那么f(x)在定义域内具有定义连续性。
2、基本定理(积分基本定理):设内一区间上有一函数f(x),若f(x)在这区间上存在连续的导数f'(x),那么f(x)的定积分就存在,且可以用反常积分形式表示。
3、基本定理(积分变换定理):如果函数f(x)和函数g(x)都在某一区间(a,b)上具有反常积分,则有f(x)g(x)在区间(a,b)上有定积分。
4、分部积分定理(部分积分定理):若f(x)是a到b范围内任意一点x上的可积函数,则有∫f(x)dx=∫f(x)dx+∫f(x)dx。
5、置换定理:积分置换定理正如名字说的,即把函数f(x)的变量由x换成g(x)的变量,在规定的变换空间内,得到的积分值相等。
6、定理(积分级数定理):积分级数定理表明,若函数f(x)在区间[a,b]上连续,那么函数的定积分值等同于其积分级数的和。
7、变量替换定理:变量替换定理定义为:如果函数f(x)与变量x 具有连续导数,且变量u=g(x)具有连续导数,那么:∫f(u)d u=∫f (x)g'(x)dx。
微积分基本公式16个微积分是数学的一门重要分支,它主要研究函数的极限、导数、积分等概念和性质。
微积分的基本公式是我们学习和应用微积分的基础,下面将介绍微积分的16个基本公式。
1.1+1=2这是微积分的最基本的公式,表示两个数相加得到另一个数。
2.a*b=b*a这是乘法交换律,表示两个数相乘的结果与顺序无关。
3.a+(b+c)=(a+b)+c这是加法结合律,表示三个数相加的结果与加法的顺序无关。
4.a*(b+c)=a*b+a*c这是乘法分配律,表示一个数与两个数相加的结果等于这个数与每个数相加的结果之和。
5.a-b=-(b-a)这是减法的性质,表示两个数相减的结果与减法的顺序无关。
6.a/b=b/a这是除法的性质,表示两个数相除的结果与除法的顺序无关。
7. (a+b)^2=a^2+2ab+b^2这是二次方的展开公式,表示两个数的和的平方等于它们的平方和加上两倍的乘积。
8. (a-b)^2=a^2-2ab+b^2这是二次方差的公式,表示两个数的差的平方等于它们的平方差减去两倍的乘积。
9.(a+b)*(a-b)=a^2-b^2这是差的平方公式,表示两个数的和与差的乘积等于它们的平方差。
10. (a+b)^3=a^3+3a^2b+3ab^2+b^3这是立方和的展开公式,表示两个数的和的立方等于它们的立方和加上三倍的乘积加上三倍的乘积再加上立方。
11. (a-b)^3=a^3-3a^2b+3ab^2-b^3这是立方差的公式,表示两个数的差的立方等于它们的立方差减去三倍的乘积加上三倍的乘积再减去立方。
12. (a+b)*(a^2-ab+b^2)=a^3+b^3这是立方和的因式分解公式,表示两个数的和与和的平方差的乘积等于它们的立方和。
13. (a-b)*(a^2+ab+b^2)=a^3-b^3这是立方差的因式分解公式,表示两个数的差与差的平方和的乘积等于它们的立方差。
14. (a+b)^n=a^n+na^(n-1)b+(n(n-1)/2)a^(n-2)b^2+...+nb^(n-1)+b^n这是二项式定理,表示两个数的和的n次方等于它们的各种组合的乘积之和。