莱布尼兹公式是怎样的呢? 爱问知识人
莱布尼兹公式是怎样的呢?
若函数f(x)在[a,b]上连续,且存在原函数F(x),则f(x)在[a,b]上可积,且
b(上限)∫a(下限)f(x)dx=F(b)-F(a)
这即为牛顿—莱布尼茨公式。
牛顿-莱布尼茨公式的意义就在于把不定积分与定积分联系了起来,也让定积分的运算有了一个完善、令人满意的方法。
下面就是该公式的证明全过程:
编辑本段对函数f(x)于区间[a,b]上的定积分表达为:
b∫a*f(x)dx
现在我们把积分区间的上限作为一个变量,这样我们就定义了一个新的函数:
Φ(x)=
x∫a*f(x)dx
但是这里x出现了两种意义,一是表示积分上限,二是表示被积函数的自变量,但定积分中被积函数的自变量取一个定值是没意义的。
为了只表示积分上限的变动,我们把被积函数的自变量改成别的字母如t,这样意义就非常清楚了:
Φ(x)=
x∫a*f(t)dt
编辑本段研究这个函数Φ(x)的性质:
1、定义函数Φ(x)=
x(上限)∫a(下限)f(t)dt,则Φ
与格林公式和高斯公式的联系
’(x)=f(x)。
证明:让函数Φ(x)获得增量Δx,则对应的函数增量
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
显然,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与x+Δx之间,可由定积分中的中值定理推得。
也可自己画个图,几何意义是非常清楚的。)
当Δx趋向于0也就是ΔΦ趋向于0时,ξ趋向于x,f(ξ)趋向于f(x),故有lim
Δx→0
ΔΦ/Δx=f(x)
可见这也是导数的定义,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)的原函数。
证明:我们已证得Φ’(x)=f(x),故Φ(x)+C=F(x)
但Φ(a)=0(积分区间变为[a,a],故面积为0),所以F(a)=C
于是有Φ(x)+F(a)=F(x),当x=b时,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再写成x,就变成了开头的公式,该公式就是牛顿-莱布尼茨公式。
例子:求由∫(下限为2,上限为y)e^tdt+∫(下限为o,上限为x)costdt=0所确定的隐函数y对x的导数dy/dx
求1,∫(下限为-1,上限为1)(x-1)^3dx
2。
求由∫(下限为0,上限为5)|1-x|dx
3,求由∫(下限为-2,上限为2)x√x^2dx
解答:
e^(y)-e^(2)+sin(x)=0,y=ln(e^(2)-sin(x)),dy/dx=-cos(x)/(e^(2)-sin(x)。
1)。(x-1)^4/4|(-1,1)=(1-1))^4/4-(-1-1))^4/4=-4;
2)。
∫(下限为0,上限为5)|1-x|dx=-∫(下限为0,上限为1)x-1dx+
∫(下限为1,上限为5)x-1dx=-(x-1)^2/2|(0,1)+(x-1)^2/2|(1,5)=17/2;
x√x^2是奇函数,所以∫(下限为-2,上限为2)x√x^2dx=0。