定积分的计算方法

定积分的计算方法摘要定积分是积分学中的一个基本问题，计算方法有很多，常用的计算方法有四种：（1）定义法、（2）牛顿—莱布尼茨公式、（3）定积分的分部积分法、（4）定积分的换元积分法。以及其他特殊方法和技巧。本论文通过经典例题分析探讨定积分计算方法，并在系统总结中简化计算方法！并注重在解题中用的方法和技巧。关键字：定积分，定义法，莱布尼茨公式，换元法CalculationmethodofdefiniteintegralAbstracttheintegralistheintegralcalculusisafundamentalproblem,itscalculationmethodisalotof,(1)definitionmethod,(2)Newton-Leibnizformula,(3)integralsubsectionintegralmethod,(4)substitutepaper,byclassicexamplesdefiniteintegralanalysismethod,andinthesystemofsimplified,summarizedtheapproximatecalculationmethod!Andpayattentiontoprobleminusingthemethodsandskills.Keywords:definiteintegral,definitionmethod,Newton-Leibniz,substitutemethod目录目录........................................................................21绪论.......................................................................3定积分的定义.............................................................3定积分的性质.............................................................42常用计算方法...............................................................5定义法...................................................................5牛顿-莱布尼茨公式........................................................6定积分的分部积分法.......................................................7定积分的换元积分法.......................................................73简化计算方法................................................错误!未定义书签。含参变量的积分............................................错误!未定义书签。有理积分和可化为有理积分的积分............................错误!未定义书签。4总结.......................................................................9致谢.......................................................................10参考文献....................................................................101绪论定积分的定义定积分就是求函数f(X)在区间[a,b]中图线下包围的面积，如图所示。即由y=0,x=a,x=b,y=f(X)所围成图形的面积[1]。这个图形称为曲边梯形，特例是曲边三角形。设函数f(x)在区间[a,b]上连续，将区间[a,b]分成n个子区间[x0,x1],(x1,x2],(x2,x3],…,(xn-1,xn]，其中x0=a，xn=b。可知各区间的长度依次是：△x1=x1-x0,△x2=x2-x1,…,△xn=xn-xn-1。在每个子区间(xi-1,xi]中任取一点ξi（1,2,...,n），作和式设λ=max{△x1,△x2,…,△xn}（即λ是最大的区间长度），则当λ→0时，该和式无限接近于某个常数，这个常数叫做函数f(x)在区间[a,b]的定积分[2]，记为其中：a叫做积分下限，b叫做积分上限，区间[a,b]叫做积分区间，函数f(x)叫做被积函数，x叫做积分变量，f(x)dx叫做被积表达式，∫叫做积分号。之所以称其为定积分，是因为它积分后得出的值是确定的，是一个数，而不是一个函数。根据上述定义，若函数f(x)在区间[a,b]上可积分，则有n等分的特殊分法：特别注意，根据上述表达式有，当[a,b]区间恰好为[0,1]区间时，则[0,1]区间积分表达式为：定积分的性质性质1dxxgabdxxfabdxxgxfab)()()]()([性质2)k(,)()(为常数dxxfabkdxxkfab性质3假设abcdxxfcbdxxfacdxxfab)()()(性质4如果在区间[,]ab上，恒有)()(xgxf,则dxxgabdxxfab)()(性质5如果在区间[,]ab上，0)(xf,则.0)(dxxfab(ab)性质6设M及m分别是函数()fx在区间[,]ab上的最大值及最小值，则)()()(abMdxxfababm,()ab此性质可用于估计积分值的大致范围[3]。性质7若f(x)在[a,b]上可积，则∣f(x)∣在[a,b]上也可积，且dxxfabdxxfab)()(性质8（积分第一中值定理）设函数f(x)在[a,b]上连续，g(x)在[a,b]上可积，且在[a,b]上不变号，则在[a,b]上至少存在一点ξ，使得：dxxgabfdxxgxfab)()()()(2常用计算方法定义法定积分的定义法计算是运用极限的思想,简单的来说就是分割求和取极限。以()baIfxdx为例：任意分割,任意选取k作积分和再取极限。任意分割任意取k所计算出的I值如果全部相同的话，则定积分存在。如果在某种分法或者某种k的取法下极限值不存在或者与其他的分法或者k的取法下计算出来的值不相同，那么则说定积分不存在。如果在不知道定积分是否存在的情况下用定义法计算定积分是相当困难的，涉及到怎样才是任意分割任意取k。但是如果根据上述三类可积函数判断出被积函数可积，那么就可以根据积分和的极限唯一性可作,ab的特殊分法，选取特殊的k，计算出定积分[4]。第一步：分割.将区间,ab分成n个小区间，一般情况下采取等分的形式。bahn，那么分割点的坐标为,0a，,0ah，2,0ah......(1),0anh，,0b，k在1,kkxx任意选取，但是我们在做题过程中会选取特殊的k，即左端点，右端点或者中点。经过分割将曲边梯形分成n个小曲边梯形。我们近似的看作是n个小长方形。第二步：求和.计算n个小长方形的面积之和，也就是1nkkfh。第三步：取极限.0011limlimnnkkhhkkIfhhf，0h即n，也就是说分的越细，那么小曲边梯形就越接近小长方形，当n趋于无穷之时，小曲边梯形也就是小长方形，那么小长方形的面积和即为曲边梯形的面积，也就是定积分的积分值。例1、用定义法求定积分10xdx。解：因为()fxx在0,1连续所以()fxx在0,1可积令101hnn将0,1等分成n个小区间，分点的坐标依次为02...1hhnh取k是小区间(1),khkh的右端点，即kkh于是210(1)1limlim2nnnnxdxkhhn211(1)1limlim222nnnnnn所以，1012xdx牛顿-莱布尼茨公式牛顿-莱布尼茨公式很好的把定积分与不定积分联系在一起。利用此公式，可以根据不定积分的计算计算出定积分。这个公式要求函数()fx在区间,ab内必须连续。求连续函数()fx的定积分只需求出()fx的一个原函数，再按照公式计算即可。定理：若函数()fx在区间,ab连续，且()Fx是()fx的原函数，则()()()bafxdxFbFa。证明：因为()Fx是()fx的原函数，即,xab有'()()Fxfx积分上限函数()xaftdt也是()fx的原函数所以'()()xaftdtfx所以()()xaftdtFxC令xa有()()aaftdtFaC即()CFa再令xb有()()()bafxdxFbFa我们知道，不定积分与定积分是互不相关的，独立的。但是在连续的条件下，微积分基本定理把这两个互不相关的概念联系起来，这不仅给定积分的计算带来极大的方便，在理论上把微分学与积分学沟通起来，这是数学分析的卓越成果，有着重大的意义。例1、用牛顿莱布尼茨公式计算定积分10xdx。解：原式=1201122x同样的一道题目，用牛顿-莱布尼茨公式明显比定义法简单，容易计算。定积分的分部积分法公式：函数()ux，()vx在,ab有连续导数则()()()()()()bbbaaauxdvxuxvxvxdux证明：因为()ux，()vx在,ab有连续导函数所以'''()()()()()()uxvxuxvxvxux所以'''()()()()()()()()()()bbbbaaaauxvxuxvxuxvxvxuxdxuxvx即''()()()()()()bbbaaauxvxdxuxvxvxuxdx或()()()()()()bbbaaauxdvxuxvxvxdux例1、求定积分21lnxdx。解：22221111lnlnln2ln202ln21xdxxxxdxx定积分的换元积分法应用牛顿-莱布尼茨公式求定积分，首先求被积函数的原函数，其次再按公式计算。一般情况下，把这两步截然分开是比较麻烦的，通常在应用换元积分法求原函数的过程中也相应交换积分的上下限，这样可以简化计算。公式：若函数()fx在区间,ab连续，且函数()xt在,有连续导数，当t时，有()atb则：'()()()()()bafxdxfttdtftdt证明：()()()()bbaafxdxFxFbFa'()()()()()()()fttdtFtFFFbFa即'()()()bafxdxfttdt这个公式有两种用法：（1）、若计算()bafxdx○1、选取合适的变换()xt，由a,b通过()bt，()at分别解出积分限与；○2、把()xt代入()bafxdx得到'()()fttdt；○3、计算.例1、计算定积分220aaxdx。解：设sinxat有cosdxatdt0x时，0t；xa时，2t22222222000sin2cos()224aataxdxatdtta（2）、计算()gtdt，其中'()()()gtftt○1、把()gt凑成'()()ftt的形式；○2、检查()xt是否连续；○3、根据与通过()x