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下一节:定积分的计算

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Newton-Leibniz公式课程教案、知识点、字幕

好从这讲开始我们开始讲一个

对我们微积分来讲

是最最重要的一个定理

也是我们微积分的

一个所谓的基本定理

就是牛顿莱布尼兹公式

我们来看一看牛顿莱布尼兹公式

为什么被称为微积分的基本定理

我们给条件

f是一个连续函数

那么如果说F(x)是f的某一原函数

那么从a到bf(x)dx这么一个定积分

一定可以写成F在b点的取值

减去F在a点的取值

有时候我们也把它记成F(x)写一道

把下限代进去把上限代进去

我们把这个结论

就叫做牛顿莱布尼兹公式

我们先来证明这么一个

牛顿莱布尼兹公式

然后再来解释它的含义

证明我们来看看

如果说我把G(x)这个函数

把它写成一个变上限积分

从a到xf(t)dt

我们知道f是一个连续函数

既然是个连续函数

所以我们已经证明了

变上限积分是一个可导函数

所以G(x)是f的一个原函数

也就是说G的导数x一定等于f(x)

同样我们已经假设了

F是f的一个原函数

也就是说F的导数也等于f(x)

所以我们可以得到结论

F这个函数它的导数和G这函数的导数

在x属于[a,b]

这个范围内它是恒等的

两个可导函数导数恒等

微分的定理告诉我们

这两个函数只差一个常数

所以我们可以知道

一定存在着一个常数C

使得G(x)就等于

F(x)加上一个常数C

我们回过头去我们来看看

原来要算的那个积分

这个积分从a到bf(x)dx

实际上就是等于G在b点的取值

因为根据积函数的它的定义

x取b的时候不就a到b的积分

所以就等于G(b)

那么G(b)又等于

F(b)加上一个常数C

这是我们可以得到的第一个结论

同样我们来看一看

我们令x等于b

我们可以得到

我们想要的这么一个结论

第二件事情令x等于a

令x等于ax等于a

所以G(a)等于0

G(a)是等于0的

那么它就等于F(a)加上常数C

这样也就可以看出来

常数C就等于负的F(a)

我把它代到上面那个式子里面

我们可以得到我们想要的

牛顿莱布尼兹公式

f(x)如果是连续函数

那么F如果是它的一个原函数

那么f在a b的定积分就可以写成

F(x)这个函数在b这点的值

减去F(x)这个函数在a点的值

所以从定理的证明的

角度上来讲非常简单

就这么几行就可以把它证明了

那我们来看看

这个定理给我们带来的好处

或者说为什么

我们把它叫做微积分基本定理

把这个高度放到这么高的一种高度

我们回过头再去看看我们两件事情

我们这两个第六章和

第七章各做了两件事情

第一件事情就是求不定积分的问题

这是第六章要做的事情

那么第七章要做的事情是求定积分

尽管说这两个都叫积分

一个叫不定积分

一个叫定积分都是积分

但是直到我们讲这一节之前

这两件事情是没有任何关联性的

我们讲什么叫求不定积分

就是求某一个函数的原函数

给了f(x)这个函数

我反过去求F(x)这个函数

使得F(x)这个函数的

导数恰好等于f(x)

那么这个就是求原函数的一个过程

我们这一章讲求定积分

什么叫做求定积分

我们说就是求limλ趋于0

∑i从1到nf(ξi)黎曼和的极限

你不信你可以试一下

这个极限是非常非常难求的

即便是对一些不算

太复杂的函数f(x)来讲

你想这个和式你如果仔细再去想一想

你从小学学到中学

到我们现在学高等数学了

你真正会求和式的没有几个

有几个我们会求的

1加2加加到n我们知道

我们可以给它归纳出来

1的平方加2的平方一直加到n的平方

1的三次方加2的三次方

一直加到n的三次方

这些我们是可以归纳出来的

如果说稍微复杂一点的话

这个和式你根本就不可能

有机会找着一个式子

把这个给算出来

所以我们讲定积分的这么一个定义

非常非常难算

实际上来讲不具有任何可操作性

如果说大家假设一下

我们现在还是在用

定义来算定积分的话

那么我们来想我们每一个大学

除了数学系之外我们

必须还建立一个系叫做定积分系

专门来算一个一个不同的

f(x)不同的ab这个区间

我们一个一个来算这种极限

算完了之后你还要去看证明

它跟分割的任意性无关

还要去证明它跟取点的任意性无关

所以这种积分当时刚出来的时候

每一个定积分的计算

都是一件很了不起的一件工作

那么牛顿莱布尼兹公式告诉我们

给条件f是一个连续函数

在连续函数的这么一个条件下

牛顿莱布尼兹公式告诉我们

一个定积分的计算

实际上我们只要把这个

某一原函数算出来之后

定积分的计算就解决了

也就是说对连续函数的定积分的计算

我们把它归结成为原函数的计算

只要求原函数我们就可以

把定积分的计算就可以做出来了

条件是什么

条件被积函数一定要是连续函数

所以牛顿莱布尼兹公式

它是联系了积分和微分之间的一个桥梁

因为微分求原函数

就是求导数的一个逆运算

所以它是联系积分和

微分之间的一个桥梁

有了牛顿莱布尼兹公式之后

那么它把定积分的计算

就归结成为原函数的计算

或者说呢归结成为不定积分的计算

前提条件是被积函数是连续函数

从此之后定积分的计算

就像我们现在处理问题

所谓计算机处理问题是批处理

就可以把它成批成批的函数

在不同的区间上的

定积分的计算都可以算出来

所以可以这么讲有了

牛顿莱布尼兹公式之后

那么定积分的计算

对我们每一个普通的大学生来讲

就变成了一个很容易的事情

要不然的话这就是一个

非常非常困难的事情

但是有一个条件就是

在牛顿莱布尼兹公式里面

必须要加一个条件

就是f是连续函数

假如说f是不连续函数

那么这时候我们又要看

原函数来看定积分的问题

好我们知道牛顿莱布尼兹公式

它本身是联系了定积分和不定积分

它把一个连续函数的定积分的计算

就最后归结成为一个原函数的求法

有了原函数之后

把上限下限代进去

一减就是它的定积分

那么借此机会我们再重新来讨论一下

一个函数的定积分

和不定积分对函数的要求

同样一个函数f(x)

它是定义在[a,b]

这个区间上闭区间

那么我们来看一看

f(x)的一个不定积分

和f(x)在[a,b]区间上的定积分

如果说我们还对上一章

稍微还记得一点的话

我们讲过f(x)

在[a,b]区间上的不定积分

有时候是可以有有时候是不一定有的

我们讲过如果f是连续函数

那么它的不定积分一定是存在

而且当时在讲这个定理的时候

当时我们讲我们

把这一点放到下一章来讲

那么现在正好是

我们证明这个定理的时间

我们来看看

如果f是连续函数

我们说不定积分一定有

也就原函数一定存在

我们取什么原函数很简单

F(x)就从a到xf(t)dt

我们已经知道f是一个连续函数

那么F就应该是可导函数

我们也很清楚F(x)的

导数就是等于f(x)

言外之意F(x)就是

f(x)的一个原函数

所以从这个我们是不应该相信了

如果说f是连续函数

它的不定积分一定是有的

它的原函数也一定是有的

哪个就是它的原函数

变上限积分就是它的原函数之一

所以这就是我们上一章

所欠大家的一个定理

那么我们在这一章里面

我们给它证明完成了

而且我们也知道什么样的

函数不定积分一定没有

如果f这个函数在[a,b]

这个区间上有第一类间断点

那么它的不定积分或者说

原函数一定是不存在

这是我们对不定积分的要求

那我们反过来看我们从定义上来看

对定积分的要求我们是这么来要求的

如果这个f(x)

在[a,b]这个区间上

我们讲过它的间断点不太多

这句话是很不数学的一句话

什么叫不太多

有限间断点我们把它叫做不太多

有时候无穷间断点

在定积分的意义下也叫不太多

只要可列无穷个

也就不太多的无穷多

不能像Dirichlet函数

那样做到每一点都是间断点

那就是太多了不太多

那么这时候这个函数

它的定积分一定是存在的

也就是说这个f(x)

一定是一个可积的函数

那这个问题来了

f(x)的不定积分是第一类

间断点一个都不许有

f(x)的定积分的话

只要间断点不太多就行了

那言外之意有一个第一类间断点

它并不影响定积分

但是却是影响了不定积分

这就回过头去

又想我们刚才讲的事情

实际上定积分和不定积分

实际上做的本身就是两件事情

定积分在求黎曼和的极限

而不定积分求

求导过程的一个逆过程

或者说求原函数的一个过程

这是两件不相关的事情

当牛顿莱布尼兹公式

把两件事情稍微联系起来

我们把定积分的计算

变成了一个原函数的计算的时候

那么条件是什么

f是要连续函数

所以如果有第一类间断点

不定积分是不可以有的

定积分是不影响的

但是如果有第一类

间断点它就没有原函数

所以牛顿莱布尼兹公式就不能再用了

那我们只能另外

找办法来求这个定积分

所以我们讲对一个f(x)来讲

它的定积分和

不定积分做的是两件事情

定积分的条件和不定积分

存在的条件也是完全是两个条件

其中定积分存在的条件实际上是宽松很多的

那么只有当f是连续函数的时候

牛顿莱布尼兹公式才成立

才可以用不定积分或者

是用原函数来计算我们的定积分

好这是我们讨论的更进一步来讨论了

一个函数定积分和不定积分的存在性的问题

微积分——极限理论与一元函数课程列表:

序言

-序言

--序言

第一章 实数与函数

-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

--函数定义与函数图形

--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

--函数的四则运算与复合运算

--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

--函数的有界性,奇偶性

--函数的周期性,单调性

--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

--极坐标系与点的极坐标,极坐标方程表示的几种曲线

--参数方程表示的几种曲线

第二章 极限论

-第一节 数列极限的概念与性质

--数列的概念,数列极限的概念(1)

--数列极限的概念(2)

--数列极限的性质及四则运算法则

--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

--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

--Bolzano定理与Cauchy收敛准则

--区间套定理与Bolzano定理

--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

--函数极限的四则运算与复合函数的极限

--夹逼定理与重要极限

-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

--无穷小量与无穷大量的概念与性质

--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

第三章 连续函数

-第一节 连续函数的概念与性质

--函数在一点连续的概念

--间断点的分类

--连续函数的性质

--连续函数的运算与初等函数的连续性

-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

--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

--一致连续的必要条件

--闭区间上连续与一致连续的等价性

-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

第四章 导数与微分

-第一节 导数与微分的概念

--导数的概念

--单侧导数、可导与连续的关系

--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

--复合函数的求导法(链导法则)

--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

--几种特殊函数的求导法

--参数方程求导法与对数求导法

--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

第五章 导数应用

-第一节 微分中值定理

--Fermat定理

--Rolle定理

--Lagrange中值定理

--Cauchy中值定理

-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

--带有Peano型余项的Taylor 公式

--带有Lagrange型余项的Taylor公式

--Maclaurin公式

--Taylor公式的应用(一)

--Taylor公式的应用(二)

-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

第六章 原函数与不定积分

-第一节 概念与性质

--原函数的概念

--原函数存在的充分条件

--6-1视频纠正

--原函数存在的必要条件

--不同原函数之间的关系

--不定积分的概念与性质

--简单函数求不定积分

-第一节思考与练习

--思考题

--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

--思考题

--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

--四个特殊函数的不定积分

--有理分式函数的化简

--html

--有理分式函数的不定积分

--三角有理函数化成分式有理函数

--三角有理函数的不定积分

--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

第七章 定积分

-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

--变限积分所定义的函数

--Newton-Leibniz公式

--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

--定积分的计算-换元法

--定积分的计算-分部积分法

--分段函数定积分的计算

--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

--旋转体体积与表面积

--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

--非负函数无穷积分的收敛性

--一般函数无穷积分的收敛性

--其他无穷积分

--无界函数的反常积分---瑕积分

--无界函数、无界区间上的反常积分

--第七章 定积分--第七节思考与练习

第八章 级数

-第一节 数项级数的概念与性质

--8-1 数项级数的概念

--8-2 级数收敛的概念

--8-3 级数收敛的性质

--8-4 级数收敛的Cauchy准则

--8-5 正项级数的概念

--8-6 正项级数的比较判别法

--8-7 正项级数的比阶判别法

--8-8 正项级数的比值判别法

--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

--正项级数的根式判敛法

--正项级数的积分判别法

--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

--交错项级数判敛举例

--绝对值判敛法

--绝对收敛与条件级数收敛的性质

--绝对收敛级数的交换律

--条件收敛级数的Riemann定理

--第八章 级数--第三节 思考与练习

-第四节 函数级数

--函数项级数的概念、逐点收敛性

--函数项级数的一致收敛性-概念

--函数项级数的一致收敛性-判断

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(1)

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(2)

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(3)

--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

--无穷可导函数的幂级数展开

--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

--奇函数与偶函数的形式Fourier展开和周期开拓

--其他函数的周期函数的形式Fourier展开

--Fourier级数的收敛性

--第八章 级数--第六节思考与练习

Newton-Leibniz公式笔记与讨论

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