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更新定积分部分
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@@ -451,6 +451,28 @@ $=-\dfrac{4x+3}{2(x^2+x+1)}-\dfrac{6}{\sqrt{3}}\arctan\dfrac{2x+1}{\sqrt{3}}+C$
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\section{定积分}
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\subsection{定限积分与极限}
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若极限中有$n$这种变量,也可以通过定积分的定义来做,$\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{i=1}^nf\left(\dfrac{i}{n}\right)\dfrac{1}{n}=\int_1^0f(x)\,\textrm{d}x$。
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\begin{enumerate}
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\item 先提出$\dfrac{1}{n}$。
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\item 凑出$\dfrac{i}{n}$。
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\item 写出$\int_0^1f(x)\,\textrm{d}x$。
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\end{enumerate}
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\textbf{例题:}求$\lim\limits_{n\to\infty}\left(\dfrac{1}{n+1}+\dfrac{1}{n+2}\cdots+\dfrac{1}{n+n}\right)$。
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即求$\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{i=1}^n\dfrac{1}{n+i}$。如果我们要传统求的话一般使用夹逼准则,找到放缩的两个函数。
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所以找到两个:$\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{i=1}^n\dfrac{1}{n+n}<\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{i=1}^n\dfrac{1}{n+i}<\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{i=1}^n\dfrac{1}{n+1}$。
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即$\dfrac{1}{2}<\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{i=1}^n\dfrac{1}{n+i}<\lim\limits_{n\to\infty}\dfrac{n}{n+1}=1$。夹逼准则失败。
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所以对$\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{i=1}^n\dfrac{1}{n+i}$通过定积分定义进行计算。
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$\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{i=1}^n\dfrac{1}{n+i}=\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{i=1}^n\dfrac{1}{n+\dfrac{i}{n}}\dfrac{1}{n}=\displaystyle{\int_0^1\dfrac{1}{1+x}\,\textrm{d}x}=[\ln(1+x)]_0^1=\ln2$。
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\subsection{变限积分}
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\subsection{牛莱公式}
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Binary file not shown.
@@ -49,6 +49,20 @@
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\textcolor{aqua}{\textbf{定理:}}任意的两个原函数只相差一个常数。
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\textcolor{aqua}{\textbf{定理:}}含有第一类间断点、无穷间断点的函数$f(x)$在包含其间断点的区间内必没有原函数$F(x)$。(可以用导数介值定理反证,一个函数的导数不可能导出不可导的点)
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若原函数含有震荡间断点则可能导出导函数。
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如$F(x)=\left\{\begin{array}{lcl}
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x^2\sin\dfrac{1}{x}, & & x\neq 0 \\
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0, & & x=0
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\end{array}\right.$,$f(x)=\left\{\begin{array}{lcl}
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2x\sin\dfrac{1}{x}-\cos\dfrac{1}{x}, & & x\neq 0 \\
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0, & & x=0
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\end{array}\right.$。
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这个函数$F(x)$是连续函数,而$f(x)$在靠近0时的极限为$\lim\limits_{x\to 0}(2x\sin\dfrac{1}{x}-\cos\dfrac{1}{x})=-\lim\limits_{x\to 0}\cos\dfrac{1}{x}$是一个振荡间断点。
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在区间$I$上,函数$f(x)$带有任意常数项的原函数$F(x)+C$称为$f(x)/f(x)\,\textrm{d}x$在该区间上的不定积分,记为$\int f(x)\,\textrm{d}x$,其中$\int$为\textbf{积分号},$f(x)$为\textbf{被积函数},$f(x)\,\textrm{d}x$为\textbf{被积表达式},$x$为\textbf{积分变量}。
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积分就是导数的逆运算。$\int f(x)\,\textrm{d}x=F(x)+C$,$F'(x)=f(x)$。
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@@ -291,7 +305,7 @@ $\dfrac{P}{x^n}=\dfrac{A}{x}+\dfrac{B_0x+B_1}{x^2}+\cdots+\dfrac{N_0x^{n-1}+\cdo
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\subsection{定义}
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设函数$f(x)$在区间$[a,b]$上连续,将区间分割为$n$个子区间:$[x_0,x_1],(x_1,x_2],$\\$(x_2,x_3],\cdots,(x_{n-1},x_n]$,其中$x_0=a$,$x_n=b$。并可知各区间长度为$\Delta x_1=x_1-x_0\cdots$,在每个子区间$(x_{i-1},x_i]$上任意取一点$\xi_i(i=1,2,\cdots,n)$,做累计和$\sum\limits_{i=1}^nf(\xi_i)\Delta x_i$,这个式子被称为积分和。
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设函数$f(x)$在区间$[a,b]$上连续,将区间分割为$n$个子区间:$[x_0,x_1],(x_1,x_2],$\\$(x_2,x_3],\cdots,(x_{n-1},x_n]$,其中$x_0=a$,$x_n=b$。并可知各区间长度为$\Delta x_1=x_1-x_0\cdots$,在每个子区间$(x_{i-1},x_i]$上任意取一点$\xi_i(i=1,2,\cdots,n)$,做累计和$\sum\limits_{i=1}^nf(\xi_i)\Delta x_i=\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{i=1}^nf(a+\dfrac{b-a}{n}i)\dfrac{b-a}{n}=\lim\limits_{n\to\infty}\sum\limits_{i=1}^nf(\dfrac{i}{n})\dfrac{1}{n}=\int_0^1f(x)\,\textrm{d}x$,这个式子被称为积分和。
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设$\lambda=\max{\Delta x_1,\Delta x_2,\cdots,\Delta x_n}$,从而$\lambda$为最大的区间长度,若$\lambda\to 0$时积分和极限$\lim\limits_{\lambda\to 0}\sum\limits_{i=1}^nf(\xi_i)\Delta x_i$存在,则这个极限就是函数在区间$[a,b]$的定积分,记为$\int_a^bf(x)\,\textrm{d}x$,并称函数$f(x)$在区间$[a,b]$上可积。
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@@ -338,6 +352,10 @@ $\dfrac{P}{x^n}=\dfrac{A}{x}+\dfrac{B_0x+B_1}{x^2}+\cdots+\dfrac{N_0x^{n-1}+\cdo
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$\int_a^{a+T}f(x)\,\textrm{d}x=\int_0^af(x)\,\textrm{d}x+\int_0^Tf(x)\,\textrm{d}x+\int_T^{a+T}f(x)\,\textrm{d}x$
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其中令$x-T=t$,即$x=t+T$,将$t$代入上下限:$\int_T^{a+T}f(x)\,\textrm{d}x=\int_0^af(t+T)\,\textrm{d}(t+T)$,因为$f(x)$是周期函数,周期为$T$,$\therefore=\int_0^af(t)\,\textrm{d}t=\int_0^af(x)\,\textrm{d}x$。
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$\therefore\int_a^{a+T}f(x)\,\textrm{d}x=\int_0^af(x)\,\textrm{d}x+\int_0^Tf(x)\,\textrm{d}x+\int_0^af(x)\,\textrm{d}x=\int_0^Tf(x)\,\textrm{d}x$。
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\subsection{变限积分}
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设$f(x)$在$[a,b]$上连续,且$\Phi(x)=\int_a^xf(t)\,\textrm{d}t(x\in[a,b])$,这个函数就是积分上限函数或叫积分变限函数(如果$\int_x^af(t)\,\textrm{d}t$就是变下限积分或积分下限函数)。
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@@ -406,7 +424,19 @@ $F(-x)=\int_0^{-x}f(t)\,\textrm{d}t$,令$t=-u$,所以得到$\int_0^xf(-u)\,\
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\textcolor{aqua}{\textbf{定理:}}若函数$f(x)$是周期函数且周期为$T$,虽然其导数也为周期函数且周期,但是其变限积分不一定为周期函数。若$\int_0^Tf(x)\,\textrm{d}x=0$即一个周期上的定积分值为0,则这个函数为周期函数,且周期为$T$。
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证明:若需要证明其为周期函数,所以要证明$F(x)=\int_0^xf(t)\,\textrm{d}t=F(x+T)$。
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$F(x+T)=\int_0^{x+T}f(t)\,\textrm{d}t=\int_0^xf(t)\,\textrm{d}t+\int_x^{x+T}f(t)\,\textrm{d}t$
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又根据定积分的周期性质$\int_x^{x+T}f(t)\,\textrm{d}t=\int_0^Tf(x)\,\textrm{d}x$:
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$=\int_0^xf(t)\,\textrm{d}t+\int_0^Tf(x)\,\textrm{d}x=\int_0^xf(t)\,\textrm{d}t=F(x)$。(下限值为$a$也可以)
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\textbf{例题:}若$f(x)$是一个有周期的奇函数,则其积分$\int_a^xf(t)\,\textrm{d}t$是否为周期函数。
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考察积分是否为周期函数,已知其原式是周期函数,只需要考察$\int_0^Tf(x)\,\textrm{d}x$是否为0。
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$\int_0^Tf(x)\,\textrm{d}x=\int_a^{a+T}f(x)\,\textrm{d}x=\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}}f(x)\,\textrm{d}x=0$,所以是周期函数。
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\subsection{牛顿-莱布尼茨公式}
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