第九章分析和总结.docx
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第九章 定积分
(20 学时)
§1 定积分概念
教学目的要求: 掌握定积分的概念和几何意义,会用定义计算定积分. 教学重点、难点:重点定积分的定义,用定义计算定积分.
难点不定积分定义的理解, 用定义计算定积分.
学时安排: 2 学时
教学方法: 讲授法. 教学过程:
问题的提出
不定积分和定积分是积分学中的两大基本问题,求不定积分是求导数的逆运算,而定
积分则是某种特殊和式的极限,它们之间既有本质的区别,但也有紧密的联系。先看两个实例。
曲边梯形的面积 设函数 f ( x ) 在闭区间 [ a , b ] 上连续,且 f ( x ) ? 0 。则由曲线y ? f ( x ) ,直线 x ? a , x ? b 以及 x 轴所围成的平面图形(如下左图),称为曲边梯形。下面将讨论该曲边梯形的面积(这是求任何曲线边界图形的面积的基础)。
在区间[ a , b ] 内任取 n ? 1 个分点,依次为
?a ? x ? x ? x ? ? x ? x ? b
?
0 1 2 n ?1 n
ii ii ?1 i i i ii i 1 2 n?1 ii ?1 i i i i ?1 i它们将区间[ a , b ] 分割成 n 个小区间[ x , x ] ,i ? 1,2, ? , n 。记为? x ,即? x ? [ x , x ] , i ? 1,2, ? , n 。并用? x 表示区间[ x , x ] 的长度,记 T ? max{ ? x , ? x ,? , ? x } ,再用直线 x ? x , i ? 1,2, ? , n ? 1 把曲边梯形分割成 n 个小曲边梯形(如上右图)。在每个小区间 [ x , x ,i ? 1,2, ? , n 上任取一点? ,i ? 1,2, ? , n ,作以 f (? ) 为高, ? x 为底的小矩形,其面积为 f (?
i
i i
i ?1 i i i i
i i 1 2 n?1 i
i ?1 i i i i ?1 i
i ?1 i每个小区间[ x , x ]
i ?1 i
S ?
的面积。于是,该 曲边梯形面积的近似值为
?n
i ?1
f (?
i
) ? x
i 。从而
S ? lim
T ? 0
?n
i ?1
f (?
i
) ? x
i 。
变力所作的功 W 设质点受力F 的作用沿x 轴由点a 移动到点b ,并设 F 处处平行
于 x 轴(如下图),同上述,有二 定积分的定义
W ? ?n
i ?1
F (?
i
) ? x
i
W ? lim
,而 T ? 0
?n
i ?1
F (?
i
) ? x
i 。
定义 1 设闭区间[ a.b ]内有 n ? 1 个点,依次为
a ? x ?
0
x ? x ? ? x ? x ? b
? ,1 2 n ?
? ,
i i ?1 i将 闭 区间[ a.b ] 分 成 n 个 小区 间, 记 为 ? x ? [ x , x ] , i ? 1,2, ? , n , 简
i i ?1 i
0 1 n 1 2 n1? i ? nT ? { x , x , ? , x } ,或 T ? {? x , ? x , ? , ? x }
0 1 n 1 2 n
1? i ? n
? x ? x
i i
x
i ?1
, i ? 1,2, ? , n ,并记 T ? max {? x i } 称为分割 T 的模。
定义 2 设 f ( x ) 是定义 在[ a.b ] 上的一 个函 数, 对于[ a.b ] 的一 个分割
T ? {? x
1
, ? x
2
, ? , ? x
n
} ,任取点?
? ? x
i
,i ? 1,2, ? , n ,并作和式
?n
i ?1
f (?
ii
i
) ? x
i 。称此和
i式为 f ( x ) 在[ a.b ]关于分割T 的一个积分和,也称黎曼和。(注:积分和既与分割 T 有关, 也与点? 的取法有关)。
i
又设 J 是一个确定的实数,若对任给的? ? 0 ,总存在? ? 0 ,使得对[ a.b ]的任意分割
i iT,以及? ? ? x , i ? 1,2, ? , n ,只要 T ? ? ,就有
i i
?n
i ?1
f (?
i
) ? x
i
? J ? ?
。
则称函数 f ( x ) 在[ a.b ]上可积或黎曼可积。数 J 称为函数 f ( x ) 在[ a.b ]上的定积分或黎曼积分,记作:
J ? ?b f ( x ) dx
a
其中 f ( x ) 称为被积函数,x 称为积分变量,[ a.b ]称为积分区间, f ( x )
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