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  • 牛頓——萊布尼茨公式

    牛頓——萊布尼茨公式
    數(shù)學人氣:731 ℃時間:2020-01-24 02:07:00
    優(yōu)質(zhì)解答
    若函數(shù)f(x)在[a,b]上連續(xù),且存在原函數(shù)F(x),則f(x)在[a,b]上可積,且
      b(上限)∫a(下限)f(x)dx=F(b)-F(a)
      這即為牛頓—萊布尼茨公式.
      牛頓-萊布尼茨公式的意義就在于把不定積分與定積分聯(lián)系了起來,也讓定積分的運算有了一個完善、令人滿意的方法.下面就是該公式的證明全過程:
      我們知道,對函數(shù)f(x)于區(qū)間[a,b]上的定積分表達為:
      b(上限)∫a(下限)f(x)dx
      現(xiàn)在我們把積分區(qū)間的上限作為一個變量,這樣我們就定義了一個新的函數(shù):
      Φ(x)= x(上限)∫a(下限)f(x)dx
      但是這里x出現(xiàn)了兩種意義,一是表示積分上限,二是表示被積函數(shù)的自變量,但定積分中被積函數(shù)的自變量取一個定值是沒意義的.為了只表示積分上限的變動,我們把被積函數(shù)的自變量改成別的字母如t,這樣意義就非常清楚了:
      Φ(x)= x(上限)∫a(下限)f(t)dt
      接下來我們就來研究這個函數(shù)Φ(x)的性質(zhì):
      1、定義函數(shù)Φ(x)= x(上限)∫a(下限)f(t)dt,則Φ’(x)=f(x).
      證明:讓函數(shù)Φ(x)獲得增量Δx,則對應(yīng)的函數(shù)增量
      ΔΦ=Φ(x+Δx)-Φ(x)=x+Δx(上限)∫a(下限)f(t)dt-x(上限)∫a(下限)f(t)dt
      顯然,x+Δx(上限)∫a(下限)f(t)dt-x(上限)∫a(下限)f(t)dt=x+Δx(上限)∫x(下限)f(t)dt
      而ΔΦ=x+Δx(上限)∫x(下限)f(t)dt=f(ξ)•Δx(ξ在x與x+Δx之間,可由定積分中的中值定理推得,
      也可自己畫個圖,幾何意義是非常清楚的.)
      當Δx趨向于0也就是ΔΦ趨向于0時,ξ趨向于x,f(ξ)趨向于f(x),故有l(wèi)im Δx→0 ΔΦ/Δx=f(x)
      可見這也是導數(shù)的定義,所以最后得出Φ’(x)=f(x).
      2、b(上限)∫a(下限)f(x)dx=F(b)-F(a),F(x)是f(x)的原函數(shù).
      證明:我們已證得Φ’(x)=f(x),故Φ(x)+C=F(x)
      但Φ(a)=0(積分區(qū)間變?yōu)閇a,a],故面積為0),所以F(a)=C
      于是有Φ(x)+F(a)=F(x),當x=b時,Φ(b)=F(b)-F(a),
      而Φ(b)=b(上限)∫a(下限)f(t)dt,所以b(上限)∫a(下限)f(t)dt=F(b)-F(a)
      把t再寫成x,就變成了開頭的公式,該公式就是牛頓-萊布尼茨公式.
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