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Definite Integral

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Contents

(黎曼积分)定积分的引入和定义

  1. 定积分的引入
    1. 【数学分析 陈纪修老师 1080p高清版(全集)】 https://www.bilibili.com/video/BV15v411g7VP/?p=75&share_source=copy_web&vd_source=7740584ebdab35221363fc24d1582d9d
    2. 开普勒三大定律;求椭圆中向径划过的面积:(极限+夹逼)
      1. x等分,y取最小矩形高和最大矩形高,$\Delta{x_i}=\frac{1}{n}\to0$
      2. x不等分,y取随便一个中间值 -> $\lambda=max{x_i}\to{0}$
        1. 【数学分析 陈纪修老师 1080p高清版(全集)】 https://www.bilibili.com/video/BV15v411g7VP/?p=76&share_source=copy_web&vd_source=7740584ebdab35221363fc24d1582d9d
    3. 求运动物体的运动路程
      1. etc..
  2. 定积分的定义:
    1. 黎曼可积(可积):

(黎曼)可积性的判断 (skip)

【数学分析 陈纪修老师 1080p高清版(全集)】 https://www.bilibili.com/video/BV15v411g7VP/?p=77&share_source=copy_web&vd_source=7740584ebdab35221363fc24d1582d9d

  1. 达布和:
    1. 定义
  2. 达布和引理:
    1. tbd..

定积分的基本性质

【数学分析 陈纪修老师 1080p高清版(全集)】 https://www.bilibili.com/video/BV15v411g7VP/?p=78&share_source=copy_web&vd_source=7740584ebdab35221363fc24d1582d9d

  1. (加法/标量乘法)线性性(证明:由于定积分运算等价于对应的R上数求和的运算,利用R上数的线性性可知定积分运算的线性性)
    1. 推论:F在[a,b]上可积,G在[a,b]上和F只有有限个点取值不同,则G可积且和F积分相同。
  2. 乘积可积性
  3. 保序性
  4. 绝对可积性
    1. 注意:F可积->|F|可积,但是反推不成立
      1. 例:$f=\begin{cases}1,&x有理数\-1,&x无理数\end{cases}$
  5. 区间可加性
    1. tbd...
  6. 积分第一中值定理
    1. https://www.bilibili.com/video/BV15v411g7VP/?p=81&share_source=copy_web&vd_source=7740584ebdab35221363fc24d1582d9d&t=227
      1. 考虑g(x)=1:
        1. $\int^{b}_{a}f(x)g(x)dx=\begin{cases}\theta(b-a)&f可积\f(\theta)(b-a)&f连续\end{cases}$
    2. (例)
      1. tbd..

定积分的计算

微积分基本定理(牛顿-莱布尼茨公式)

【数学分析 陈纪修老师 1080p高清版(全集)】 https://www.bilibili.com/video/BV15v411g7VP/?p=82&share_source=copy_web&vd_source=7740584ebdab35221363fc24d1582d9d

变限积分

  1. 阿斯顿
  2. 变限积分应用:
    1. 证明不等式:(将不等式化为变限积分,然后考虑导数性质)

只有有限个间断点的有界函数的定积分

定积分的积分法

定积分的换元法

定积分的分部积分法

⭐ 常用的定积分恒等式

  1. $\int^{\frac{\pi}{2}}{0}f(\sin{x})dx=\int^{\frac{\pi}{2}}{0}f(\cos{x})dx, \ \int^{\pi}{0}{x\cdot{f(\sin{x})}}dx=\frac{\pi}{2}\int^{\pi}{0}f(\sin{x})dx$ (注意这里的积分限)
  2. $\int^{a}{0}\sqrt{a^2-x^2}dx=\frac{1}{4}\pi{a^2}, \ \int^{a}{-a}\sqrt{a^2-x^2}dx=\frac{1}{2}\pi{a^2}$ 圆相关面积
  3. $\int^{\frac{\pi}{2}}{0}\sin^n{x}dx=\int^{\frac{\pi}{2}}{0}\cos^n{x}dx=\begin{cases}\frac{n-1}{n}\cdot\frac{n-3}{n-2}\cdot...\frac{3}{4}\cdot\frac{1}{2}\cdot\frac{\pi}{2} & n为偶数 \ \frac{n-1}{n}\cdot\frac{n-3}{n-2}\cdot...\frac{4}{5}\cdot\frac{2}{3} & n为奇数 \end{cases}$
    1. (例1)$\int^{\frac{\pi}{2}}_{0}\sin^4{x}dx=\frac{3}{4}\cdot\frac{1}{2}\cdot\frac{\pi}{2}=\frac{3\pi}{16}$
    2. (例2)$\int^{\pi}{0}\sin^4{x}dx=2\int^{\frac{\pi}{2}}{0}\sin^4{x}dx=\frac{3\pi}{8}$ (结合几何意义,没有普遍性)
  4. 奇函数和偶函数在关于0对称的区间上求定积分:偶倍奇零
  5. 非奇/偶函数在关于0对称的区间上求定积分:
  6. 周期函数在一个周期长度内求定积分:$\int^{a+T}{a}f(x)dx=\int^{T}{0}f(x)dx=\int^{\frac{T}{2}}{-\frac{T}{2}}f(x)dx, \ \int^{a+nT}{a}f(x)dx=n\int^{a+T}_{a}f(x)dx$

定积分数值计算

  1. 【数学分析 陈纪修老师 1080p高清版(全集)】 https://www.bilibili.com/video/BV15v411g7VP/?p=93&share_source=copy_web&vd_source=7740584ebdab35221363fc24d1582d9d
  2. 梯形公式(插值多项式,1点)
  3. Simpson公式(插值多项式,2点)
  4. 复化梯形公式
  5. 复化Simpson公式

反常积分

Improper Integral

定积分应用

微元法(元素法)的思想

在引入定积分中就讲过了,不过当时是通过具体例子来进行微元划分。这里将其进行一般化推广。这种微元划分是逻辑严密的。

定积分在几何计算中的应用

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微积分在实际工程中的应用

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静态分步求点量
  1. 静态分布
  2. (例)
  3. 曲线静态分布
  4. (例)
动态分布求点量

平面曲线的弧长
  1. 曲线由直角坐标方程给出
  2. 曲线由参数方程给出
平面图形的面积
  1. 曲线由直角坐标方程给出
  2. 曲线由极坐标方程给出
    1. (例)
旋转曲线的面积

平行截面面积为已知的立体的体积(平面图形旋转体体积)
  1. (例)
  2. 曲边梯形绕x轴旋转(略)
  3. 曲边梯形绕y轴旋转
    1. 柱壳法
      1. $dv=2\pi\cdot{r}\cdot\vert{f(x)}\vert\cdot{dx}$, r为单位柱壳的底面半径。
      2. $\Delta{v}=(\pi(x+dx)^2-\pi{x^2})\cdot\vert{f(x)}\vert=2\pi{x}\vert{f(x)}\vert{dx}$
      3. $V_y=\int^{b}{a}dv=\int^{b}{a}2\pi\cdot{x}\cdot\vert{f(x)}\vert\cdot{dx}$
    2. (例)

简单数学模型和求解

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  1. 曳线问题
  2. 火箭飞行的运动规律
  3. Logistic 人口模型 (回顾:马尔萨斯人口模型)

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