当前课程知识点:微积分——极限理论与一元函数 > 第七章 定积分 > 第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式 > 变限积分所定义的函数
好我们再讲变限积分所定义的函数
简单一点我们就写从a到xf(t)dt
我们把这个变限积分所定义的函数
一般记做F(x)
我们把它叫做变限积分所定义的函数
那么变限积分所定义的函数
我们原来对函数的研究我们知道
要研究这个函数的
一系列的微积分的性质
单调性凸性极值极大极小值
泰勒展开
以及等价无穷小的阶
洛必达法则
那么你可以发现
所有的这些性质
它的最大的一个公共的特点
就是都是用F的导数
以及F的高阶导数
来确定这些性质
比如说F(x)导数
如果大于等于0就是单调增的
要不然小于等于0是单调降的
凸性那么两阶导数确定的
极值
我们也可以用导数
给我们足够好的光滑性条件的话
我们也可以用导数来确定
那么包括泰勒展开
包括洛必达法则
而这些性质我们再回过头
去看F(x)这个函数
F(x)这个函数可能会比较复杂
但F(x)这个函数它的最大的特点
就是F的导数就是等于f(x)
这是比较简单容易的函数
既然F的导数是一个很简单就能求出来的
所以关于F这么一个由变上限积分
所函数定义的函数的这些性质
我们也可以通过它的导数来给它研究清楚
比如我们来看几个例子
我们来讨论从0到xe的-t平方dt
我把这么一个变上限积分
把它记成F
那么我们可以知道
F(x)的导数就等于e的-x平方
这个一定是大于等于0的
所以我们可以知道
第一件事情
F(x)是一个严格单调增函数
当x在整个一个实轴上
都是严格单调增的函数
那么我们再来看看它的两阶导数
F(x)的两阶导数就等于
e的-x平方这个函数一阶导数
就等于-2倍的xe的(-x平方)
那么对这个函数的正负号
我们就有下面的性质
如果x是大于0的话
那么F两阶导x是小于0的
在x小于0的那部分
F的两阶导x是大于0的
我们知道
两阶导数的正负号
完全可以确定这个函数凸性
那么两阶导数小于0
这个函数就应该是个上凸的函数
两阶导数大于0
这个函数是一个下凸的函数
所以我们可以确定
这么一个由变限积分所定义的
这么一个函数它的单调性凸性
除了单调性和凸性之外
我们还可以通过求F三阶导数在0点的值
F四阶导数在0点的值
一系列的东西
可以求它的泰勒展开
泰勒级数
比如说
我们知道F的一阶导数x
就等于e的-x的平方
我们做泰勒展开
我们知道等于1-x的平方除以1的阶乘
加上x的四次方除以2的阶乘
再加点点点
再加上n的阶乘分之一
-1的n次方
x的2n次方
加上o的x的2n次方
当x趋于0的时候
这是F的导数它的泰勒展开
从F的导数的泰勒展开
我们可以的得到F的导数在0点的函数值
导数值二阶导数值
等等等等一系列的性质
那么F的导数的函数值
是不就是F的一阶导数值
F一阶导数的一阶导数两阶导数三阶导数
等等等一系列的性质
从而我们可以得到
F这个函数的它的泰勒展开
就等于x减去[3乘上1的阶乘]分之x的
三次方再加上[5乘上2的jie's阶乘]分之x的
五次方加点点点再加到(-1)的n次方除以
[(2n+1)乘上n的阶乘]分之x的(2n+1)次方
再加上o(x的(2n+1)次方)
我们可以得到F这种形式的泰勒展开
那么如果说你还想进一步求F的性质
那么我们就求F(x)
当x趋于0的时候
F(x)当然是等于0的
因为是一个连续函数
那么从0到0的积分
F一定是等于0的
那么我们来看一看
当x趋于0的时候
F作为一个无穷小量
它的无穷小到底是几阶无穷小
我们求一个limx趋于0的时候
F(x)除以x的n次方
n是正整数待定的
我还不知道它是多少
那么我们
0分之0的洛必达法则就等于limx趋于0
F的导数
e的负的x平方
除以n乘上x的n-1次方
所以我们可以知道
当n等于1的时候
它的极限正好是等于1
所以当x趋于0的时候
我们可以知道
F(x)作为无穷小
它跟x等价无穷下
那么这个过程我们还可以再做下去
所以我们可以发现
F(x)这么一个由e的负t平方
从0到x的定积分构成的这么一个变上限积分
我们可以
也可以证明
当然这完全超出我们的书的范围
这个函数
e的负t平方这个函数
它的不定积分不再是初等函数
所以从另外一层意思来讲
实际上来讲
我们认为它是积不出来
所以我们在初等函数里面
我们肯定找不到这么一个函数
但是这个在初等函数里面找不到的函数
按照这些性质
我们都可以通过导数把它给求出来
你会发现这么一件事情
我们现在已经知道的
就是初等函数
凡是一超过初等函数之后
我们就说我们
积不出来
我们算不出来
我们不知道了
那么通过初等函数的变限积分
实际上给了我们一条路径
就是我们开拓我们的函数库
我们把现在已经知道
因为你想一个函数f(x)
当f(x)的什么样的性质知道之后
你就认为这个函数我完全清楚
你回过头去你再想想
说sinx也好
e的x次方也好
这些函数你认为你都清楚了
什么样的问题
一说得到的结论是sinx
我们就不再往下做下去
原因很简单
你所有这些性质我都知道
那么这部分函数
你认为很清楚的函数
实际上你到底知道了什么事情
我们来看
这几类事情你都知道
第一这个函数的一系列的性质
对称性
奇偶性
周期性
包括我们的单调性
极值
凸性
泰勒展开
等价无穷小的阶
这些性质知道之后
还加上一个什么东西
加上一些这个函数在某些特殊值的取值
比如说sinx在nπ是不就很重要
它的特殊在零点
那么一旦一个函数
的这些性质都已经知道之后
甚至你可以画出图像之后
那么这个函数你认为是已知的
那么我们回过头去再来看看
这么一个函数
实际上这个函数它的
所有的刚才我们数过的这些性质
实际上都可以给它算出来
都可以研究清楚
那这样的话是不是也可以这样说
这个函数你也可以应该把它
收进自己的函数库里面
把它当成一个已知函数
所以变限积分实际上
是一种手段
是一种工具
那么使得我们通过变限积分所定义的函数
来开拓我们的函数库
使得我们已知的函数越来越多
越来越多
是远远超过我们现在所认为已知的函数
也就是初等函数的范围
我们再来看一道题
你要求这么一个极限
x趋于0
从0到x
括弧从sinu到0tdt括弧du
除以x3次方
要求这么一个我们知道当x趋于0的时候
分子趋于0
分母趋于0
所以这是一个0分之0的不定型
那0分之0的不定式当然我们很好办
洛必达法则
上下求导数就行了
就等于limx趋于0
下面是3倍的x的平方
上面这个函数求导数
就等于从sinx到0tdt
当x趋于0的时候
sinx趋于0
所以分子还是趋于0
分母也趋于0
所以仍然是是个0分之0的一个不定式
接着洛必达法则
limx趋于0
上面是我们把sinx代进去
因为它是个变下限积分
所以负的sinx
乘上sinx的导数
cosx除以一个6倍的x
cosx趋于1的
sinx除以x也是趋于1的
所以这个极限正好等于负的六分之一
所以变限积分它的最大特点就是
导数简单
我们用洛必达法则
实际上是最最方便的一个时期
好我们再来看一道题
我们看这么一个F(x)等于x
根号1-t的三次方
dta到sinx
那么这时候我们就看见了
这不是一个单纯的变限积分
因为我们知道这个
被积函数里面还含有一个x
那么当然好办了
我把x拿出来就行了
就是x乘上a到sinx
根号1-t的三次方dt
我们要求F的导数
那么F的导数x
就变成了
这是两个关于x 的函数的乘积
所以根据乘积函数求导的公式
等于从a到sinx
根号1-t的三次方dt
加上x乘上
后面才是真正的一个
变限积分求导数的问题
根号1减去sin三次方的x
再乘上sinx对x的导数
乘上cosx
这是这么一道题
就做完了
再算结论又很简单
这个函数已经不再是一个
初等函数所能表示出来的了
-序言
--序言
-第一节 实数集的界与确界
--实数集的界
--实数集的确界
-第一节思考与练习
--思考题
--练习题
-第二节 函数的概念
--分段函数与隐函数
-第二节思考与练习
--思考题
--练习题
-第三节 函数的运算
--函数的反函数
-第三节思考与练习
--思考题
--练习题
-第四节 函数的初等性质
--函数的凸性
-第四节思考与练习
--思考题
--练习题
-第五节 初等函数
--初等函数
-第五节思考与练习
--思考题
--练习题
-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线
-第一节 数列极限的概念与性质
--无穷大量
-第一节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第一节思考与练习
-第二节 数列极限存在的充分条件
--单调有界收敛定理
-第二节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第二节思考与练习
-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则
-第三节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第三节思考与练习
-第四节 函数极限的概念与性质
--函数极限的概念
--函数极限的性质
-第四节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第四节思考与练习
-第五节 函数极限的运算
-第五节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第五节思考与练习
-第六节 无穷小量及其(阶的)比较
--无穷小量的比较
-第六节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第六节思考与练习
-第一节 连续函数的概念与性质
--间断点的分类
--连续函数的性质
-第一节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第一节 思考与练习
-第二节 闭区间上连续函数的性质
-第二节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第二节 思考与练习
-第三节 函数的一致连续性
--一致连续的概念
-第三节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第三节 思考与练习
-第一节 导数与微分的概念
--导数的概念
--导数的几何意义
--微分概念
-第一节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习
-第二节 导数与微分的运算
--导数的四则运算
--反函数求导法
-第二节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习
-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数
--高阶导数
-第三节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习
-第一节 微分中值定理
--Fermat定理
--Rolle定理
-第一节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第一节 思考与练习
-第二节 L'Hospital 法则
--0/0型不定式
--∞/∞型不定式
--其他形式的不定式
-第二节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第二节 思考与练习
-第三节 函数的单调性与极值
--函数的单调性
--函数的极值
--函数最值的求法
-第三节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第三节 思考与练习
-第四节 函数的凸性与拐点
--函数凸性的判别法
--拐点
--曲线的渐近性
-第四节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第四节 思考与练习
-第五节 Taylor 公式
-第五节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第五节 思考与练习
-第一节 概念与性质
--原函数的概念
--6-1视频纠正
-第一节思考与练习
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--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习
-第二节 换元积分法
--第一换元法
--第二换元法
-第二节思考与练习
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--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习
-第三节 分部积分法
--分步积分法
-第四节 有理函数的积分
--html
--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习
-第五节 简单无理式的积分
--无理函数的有理化
--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习
-第一节 积分概念与积分存在条件
--定积分的概念
-- 函数的可积性
--第七章 定积分--第一节思考与练习
-第二节 定积分的性质
--定积分的性质
--定积分性质的应用
-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式
--变上限积分
--复合变限积分
--定积分的计算
--第七章 定积分--第三节思考与练习
-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法
--第七章 定积分--第四节思考与练习
-第五节 定积分的几何应用
--平面区域的面积
--曲线的弧长
--平面曲线的曲率
--第七章 定积分--第五节思考与练习
-第六节 定积分的物理应用
--物理应用简介
-第七节 反常积分
--反常积分
--其他无穷积分
--第七章 定积分--第七节思考与练习
-第一节 数项级数的概念与性质
--第八章 级数--第一节 思考与练习
-第二节 正项级数的收敛判别法
--第八章 级数--第二节 思考与练习
-第三节 任意项级数
--交错项级数
--绝对值判敛法
--第八章 级数--第三节 思考与练习
-第四节 函数级数
--第八章 级数--第四节 思考与练习
-第五节 幂级数
--Abel判别法
--收敛半径与收敛域
--幂级数的分析性质
--幂级数求和
--第八章 级数--第五节思考与练习
-第六节 傅里叶级数
--三角函数的正交性
--第八章 级数--第六节思考与练习