Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

А.Н.Шерстнев - Математический анализ

..pdf
Скачиваний:
30
Добавлен:
12.03.2015
Размер:
2.83 Mб
Скачать

1. fUNKCIQ f(x) (a x b) NAZYWAETSQ GLADKOJ, ESLI ONA NEPRERYWNA NA [a; b], I FUNKCIQ f0(x) (a < x < b) NEPRERYWNA, PRI^EM SU]ESTWU@T I

KONE^NY PREDELY lim f0(x); lim f0(x).

x!a+ x!b,

2. nEPRERYWNAQ FUNKCIQ f (x) (a x b) NAZYWAETSQ NEPRERYWNOJ KUSO^NO-GLADKOJ, ESLI SU]ESTWUET RAZLOVENIE a = x0 < x1 < : : : < xn = b TAKOE, ^TO f GLADKAQ NA KAVDOM OTREZKE [xj,1; xj ].

3. u P R A V N E N I E. eSLI f (x) (a x b) GLADKAQ, TO lim f0(x) =

x!a+

f0 (a+); lim f0(x) = f0 (b,) (SM. 29.11), TAK ^TO f0(x)(a < x < b) DOPUSKAET

x!b,

NEPRERYWNOE PRODOLVENIE NA [a; b].

p R I M E R Y. 4. f(x) = jxj (,1 x 1) | NEPRERYWNAQ KUSO^NO- GLADKAQ FUNKCIQ.

5.f(x) = arcsin x (,1 x 1) | NE NEPRERYWNAQ KUSO^NO-GLADKAQ (HOTQ I NEPRERYWNAQ) FUNKCIQ.

6.u P R A V N E N I E. eSLI f; g GLADKIE (NEPRERYWNYE KUSO^NO-

GLADKIE) NA [a; b], TO f g; f g GLADKIE (SOOTWETSTWENNO NEPRERYWNYE KUSO^NO-GLADKIE) NA [a; b].

7.[oBOB]ENNAQ FORMULA nX@TONA-lEJBNICA]. eSLI F (x)(a x b)

NEPRERYWNAQ KUSO^NO-GLADKAQ FUNKCIQ, TO

 

 

b

 

 

 

 

 

( )

Za

F 0(x)dx = F (b) , F (a):

 

 

oBRATIM WNIMANIE NA TO, ^TO LEWAQ ^ASTX "PLOHO" OPREDELENA: ESLI

 

< x1 < : : : < xn = b |

RAZLOVENIE

,

FIGURIRU@]EE W P

DLQ

a = x0

 

 

. 2 (

FUNKCII F ), TO F 0 MOVET BYTX NE OPREDELENA W TO^KAH xj . oDNAKO, ESLI

KAK-NIBUDX

(WSE RAWNO KAK!) DOOPREDELITX F 0 W \TIH TO^KAH, TO LEWAQ

^ASTX ( ) UVE STANOWITSQ KORREKTNO OPREDELENNOJ. w SILU PRIMERA 46.8

LEWAQ ^ASTX ( ) NE ZAWISIT OT PROIZWOLA W OPREDELENII F 0 W KONE^NOM

^ISLE TO^EK. pO FORMULE nX@TONA-lEJBNICA 52.1

 

 

b

n

xj

n

Z

 

X Z

X

 

a

F 0(x)dx = j=1

xj,1 F0

(x)dx = j=1[F (xj) , F (xj,1)] = F (b) , F (a):

 

>

 

 

 

 

91

x54. oB]IE PRI•EMY WY^ISLENIQ INTEGRALA

1. [fORMULA INTEGRIROWANIQ PO ^ASTQM]. pUSTX f; g | NEPRERYWNYE KUSO^NO-GLADKIE NA [a; b]. tOGDA

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

b

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Za f(x)g0(x) dx = f (x)g(x) a , Za f0 (x)g(x)dx:

 

 

 

 

 

 

 

 

2. [fORMULA ZAMENY PEREMENNOJ]. pUSTX f

(x) (a

 

x

 

b) NEPRERYWNA,

I '(t) (c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t d) NEPRERYWNAQ KUSO^NO-GLADKAQ, PRI^EM '(c) = a; '(d) =

b I OPREDELENA SUPERPOZICIQ f '. tOGDA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Za

f (x) dx = Zc

f ('(t))'0 (t)dt:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w SILU 53.7 S U^ETOM

53.6 IMEEM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

b

 

 

 

 

b

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Za f (x)g0 (x)dx +Za f0(x)g(x) dx =Za (f (x)g(x))0 dx =f (x)g(x) a :

 

sWOJSTWO 1 DOKAZANO. dLQ DOKAZATELXSTWA P. 2 OBOZNA^IM ^EREZ F

PERWO-

OBRAZNU@ DLQ FUNKCII f . pUSTX RAZLOVENIE c = t0 < t1

< : : : < tn = d

TAKOWO, ^TO ' GLADKAQ NA KAVDOM OTREZKE [tj

,

1; tj

]. tOGDA

d

F ('(t)) =

 

 

f ('(t))'0

(t) (t = tj ), I PO\TOMU PO OBOB]ENNOJ

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

FORMULE nX@TONA-lEJBNICA

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zcdf ('(t))'0(t) dt = F ('(d)) , F ('(c)) = F (b), F (a) = Zabf (x)dx:

 

>

 

 

 

 

 

3. p R I M E R. wY^ISLIM J = Z01 arcsin x dx. iSPOLXZUQ 43.2, NAHODIM

PERWOOBRAZNU@ F (x) DLQ arcsin x (0 x

1)

:

F (x) = x arcsin x +

p1 , x

2

(0 x 1). s U^ETOM

52.1 IMEEM J = F (1) , F (0) =

 

 

, 1:

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

4. z A M E ^ A N I E. zAMETIM, ^TO WYKLADKA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

x dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z0 arcsin x dx = x arcsin x

0 , Z0

p

 

= 2 , p1 , x2

 

=

2 , 1;

 

1 , x2

0

 

DA@]AQ TOT VE OTWET, NA DANNOM

UROWNE NA[IH ZNANIJ NEPRAWOMERNA

,

TAK KAK FUNKCIQ arcsin x (0 x

1) NE QWLQETSQ NEPRERYWNOJ KUSO^NO-

GLADKOJ, I ISPOLXZOWANIE FORMULY P. 1 NEZAKONNO. dEJSTWITELXNO, INTEG-

1

 

 

 

 

x dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RAL Z0

 

p

1 , x2

ZAWEDOMO NE SU]ESTWUET KAK INTEGRAL rIMANA. pOZDNEE

(x129) MY PRIDADIM SMYSL PODOBNYM WYKLADKAM.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

92

 

1

xn

 

5. u P R A V N E N I E. nAJTI lim

Z0

1 + x

dx.

n

 

x55. wERHNIJ I NIVNIJ INTEGRALY dARBU

1.zNA^ENIE INTEGRALXNOJ SUMMY rIMANA FUNKCII f (SM. 46.2) ZAWI- SIT NE TOLXKO OT RAZLOVENIQ , NO I OT WYBORA PROMEVUTO^NYH TO^EK j . eSTESTWENNO POPYTATXSQ UMENX[ITX \TOT PROIZWOL. sOOTWETSTWU@]AQ KONSTRUKCIQ, K IZLOVENI@ KOTOROJ MY PEREHODIM, OKAZYWAETSQ POLEZNOJ DLQ TEORII I PRILOVENIJ INTEGRALA rIMANA.

2.pUSTX f(x) (a x b) | OGRANI^ENNAQ FUNKCIQ I (a = x0 < x1 < : : : < xn = b) | RAZLOVENIE OTREZKA [a; b]. wERHNEJ (NIVNEJ) SUM-

MOJ dARBU FUNKCII

f , OTWE^A@]EJ RAZLOVENI@ , NAZYWAETSQ SUMMA

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SOOTWETSTWENNO

S ( ) = j=1 mj (xj ,xj,1 )),

GDE

S ( ) = j=1 Mj (xj ,xj,1 ) (

 

 

 

 

 

 

 

Mj

=

P

 

=

 

inf

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

sup f(x); mj

 

 

f (x). oTMETIM OSNOWNOE SWOJSTWO SUMM

 

 

 

[xj,1;xj]

 

 

[xj,1;xj]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dARBU.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. pUSTX ; 0 | PROIZWOLXNYE RAZLOVENIQ OTREZKA [a; b]. tOGDA

S ( )

S ( 0).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pUSTX (a = x0 < x1 < : : : < xn = b) I | RAZLOVENIE, POLU^ENNOE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

IZ

 

DOBAWLENIEM ODNOGO UZLA

y.

pUSTX DLQ OPREDELENNOSTI

x0 < y < x1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tOGDA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

( ) =

[ inf

f(x)](y

,

x0) + [ inf

f (x)](x1

,

y)

 

 

 

 

 

 

e +

[x0;y]

 

 

 

 

 

[y;x1

]

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

mj (xj

 

xj

1) [ inf

f (x)](x1

 

x0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, , [x0;x1]

,

 

 

 

 

 

 

 

 

j=2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

, xj,1) = S ( ):

 

 

 

 

 

 

 

 

+

j=2 mj (xj

 

 

 

 

P

tAKIM OBRAZOM, PRI DOBAWLENII K RAZLOVENI@ NESKOLXKIH NOWYH UZLOW

NIVNQQ SUMMA dARBU RAZWE LI[X WOZRASTAET. aNALOGI^NO WERHNQQ SUMMA dARBU OT TAKOGO DOBAWLENIQ MOVET TOLXKO UMENX[ITXSQ. pUSTX TEPERX I 0 | PROIZWOLXNYE RAZLOVENIQ [a; b], A 00 | RAZLOVENIE, POLU^ENNOE

OB_EDINENIEM UZLOW RAZLOVENIJ I 0. tOGDA W SILU SDELANNYH WY[E ZAME^ANIJ S ( ) S ( 00) S ( 00) S ( 0): >

4. iZ P. 3 SLEDUET, ^TO MNOVESTWO fS ( )g (SOOTWETSTWENNO fS ( )g) WSEH WERHNIH (SOOTWETSTWENNO NIVNIH) SUMM dARBU OGRANI^ENNOJ FUNK- CII f OGRANI^ENO SNIZU (SOOTWETSTWENNO SWERHU). pO\TOMU OPREDELENY

93

WELI^INY D (f ) = inf S ( ); D

(f ) = supS

( ). oNI NAZYWA@TSQ SOOT-

 

 

 

 

 

WETSTWENNO WERHNIM I NIVNIM INTEGRALAMI dARBU FUNKCII f . pRI \TOM

(P. 3) D (f) D (f).

x56. kRITERIJ dARBU INTEGRIRUEMOSTI PO rIMANU

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. oGRANI^ENNAQ FUNKCIQ f(x) (a

 

x

 

 

b) INTEGRIRUEMA PO rIMANU

(I = Za f(x) dx) TTOGDA

D (f ) = D (f )(= ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nEOBHODIMOSTX. pUSTX f INTEGRIRUEMA. w SILU 46.5

 

 

 

 

8" > 09 (a = x0 < x1 < : : : < xs = b)8 j 2

 

 

 

 

 

 

[xsj,1; xj ] (j = 1; s)

,

j

 

 

 

 

 

j j=1

 

 

 

,

xj,1)

 

 

 

 

 

(

 

P

f

( j )(xj

 

 

< ").

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sLEDOWATELXNO, DLQ L@BYH j 2 [xj,1; xj ] (j = 1; s)

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, " <

X

f ( j )(xj

, xj,1) < + ":

 

 

 

 

 

 

j=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wZQW sup (SOOTWETSTWENNO inf ) PO j W KAVDOM IZ OTREZKOW, POLU^IM

, " S ( ) S ( ) + ". oTS@DA S ( ) , S ( ) 2", I ZNA^IT,

D (f) , D (f ) 2". iZ PROIZWOLXNOSTI " : D (f ) D (f) I OSTAETSQ U^ESTX NERAWENSTWO W 55.4.

dOSTATO^NOSTX. pUSTX D

(f ) = D (f ) = . dLQ PROIZWOLXNOGO

 

 

 

 

 

 

" > 0 (W SILU OPREDELENIQ 55.4 I SWOJSTWA 55.3) NAJDETSQRAZLOVENIE

~

 

 

 

 

 

(a = x0 < x1 < : : : < xs = b) TAKOE, ^TO

 

 

 

s

 

 

"

e

e

X

(Mj , mj)(xj , xj,1) <

2 :

S ( ) , S ( ) =

j=1

sLEDUET LI[X UBEDITXSQ, ^TO DLQ L@BOGO RAZLOVENIQ (a = y0 < y1 <

: : : < yN = b) DOSTATO^NO MALOGO DIAMETRA, MY BUDEM IMETX jS , j < ",

GDE S | INTEGRALXNAQ SUMMA rIMANA FUNKCII f . pUSTX M = sup

f(x)

j

I d( ) <

 

"

 

. mY IMEEM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2[a;b] j

 

4Ms

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

,

= N f ( i )(yi

,

yi,1)

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= P0f( i)(yi

 

yi

1) +

 

00f ( i )(yi

 

yi

1 ) ;

 

 

 

 

 

 

i

,

,

 

 

i

 

,

,

,

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

94

GDE SUMMA

P

0 PO TEM i, DLQ KOTORYH OTREZKI [yi

,

1; yi] SODERVAT UZLY xj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RAZLOVENIQ , A

 

 

| SUMMA PO OSTALXNYM i. nE OGRANI^IWAQ OB]NOSTI,

BUDEM S^ITATX

,

^TO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tOGDA TAK KAK KAVDYJ UZEL

xj

 

 

 

 

 

e

 

P

f(x) 0 (a x b).

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MOVET PRINADLEVATX NE BOLEE ^EM DWUM OTREZKAM [yi

,

1; yi ])

 

 

 

 

 

 

 

Pi

 

 

 

 

,

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

Pi

 

 

,

 

 

,"

 

 

 

1 i N

 

 

,

 

 

,

 

Pi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0f ( i )(yi

 

 

yi

 

1)

 

 

 

 

 

M

 

0(yi

 

 

yi

1)

 

 

M max (yi

 

 

yi

 

1 )

01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2Msd( ) <

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dLQ INDEKSOW i W SUMME

P

00

OTREZKI [yi

,

1; yi] CELIKOM LEVAT W PODHODQ]IH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OTREZKAH RAZLOVENIQ ; OBOZNA^AQ j

 

= fi : [yi,1; yi] [xj,1; xj ]g, IMEEM

 

 

 

00f ( i)(yi

, yi,1 )e =

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

j=1 i j f ( i )(yi , yi,1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j=1 Mj i j

(yi , yi,1) j

=1

Mj (xj , xj,1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

S

( ):

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iTAK,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

=

P

0 +

P

00

 

 

 

"

+ S ( )

 

 

 

 

 

" + S ( )

 

 

S

( ) < ":

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

,

 

 

 

2

 

 

 

 

e

 

 

,

 

 

2

 

 

 

 

 

e

 

,

 

 

e

, > ,"

aNALOGI^NO, PRI DOSTATO^NO MALYH DIAMETRAH RAZLOVENIQ S

I UTWERVDENIE DOKAZANO.

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. s L E D S T W I E. wSQKAQ NEPRERYWNAQ FUNKCIQ f NA OTREZKE [a; b]

INTEGRIRUEMA PO rIMANU.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pUSTX " > 0 PROIZWOLXNO. tAK KAK f RAWNOMERNO NEPRERYWNA (SM. 24.7),

SU]ESTWUET > 0 TAKOE, ^TO

jx

, yj

 

< WLE^ET

 

jf (x) , f (y)j

<

 

.

 

b , a

pUSTX (a = x0 < x1 < : : : < xs

= b) | RAZLOVENIE [a; b] TAKOE, ^TO

d( ) < ". w SILU 24.2(B)

NAJDUTSQ j ; j

 

 

 

[xj,1; xj ] TAKIE, ^TO f ( j ) =

Mj =

 

sup

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 pO\TOMU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x); f ( j ) = mj = [xjinf,1;xj] f(x).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[xj,1;xj]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S ( ) , S ( ) =

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[f ( j ) , f( j )](xj , xj,1 ) < b

,

a

(xj , xj,1);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j=1

 

 

 

 

 

 

 

I ZNA^IT, D (f) , D (f ) < ". iZ PROIZWOLXNOSTI " SLEDUET, ^TO D (f) D (f ) I ZNA^IT, D (f) = D (f ). oSTAETSQPRIMENITX DOKAZANNYJ WY[E KRITERIJ. >

95

f ( j )(xj ,

3. u P R A V N E N I E. pRIWEDITE PODROBNOE DOKAZATELXSTWO ZAKL@- ^ITELXNOJ FRAZY P. 1 \PRI DOSTATO^NO MALYH DIAMETRAH RAZLOVENIQ

S , > ,"".

x57. o PRIBLIV•ENNOM WY^ISLENII INTEGRALOW

1. ~ISLENNOE ZNA^ENIE INTEGRALA rIMANA DALEKO NE WSEGDA MOVET BYTX NAJDENO S POMO]X@ FORMULY nX@TONA-lEJBNICA (SM. 43.13). w SWQ- ZI S \TIM BOLX[OE ZNA^ENIE IME@T PRIBLIVENNYEMETODY NAHOVDENIQ ^ISLENNYH ZNA^ENIJ INTEGRALOW. k \TIM METODAM ESTESTWENNO PRED_QW- LQETSQ RQD TREBOWANIJ. oTMETIM NEKOTORYE IZ NIH:

(A) SHODIMOSTX PRIBLIVENNYH ZNA^ENIJ K ISTINNOMU ZNA^ENI@ INTEG- RALA,

(B) WOZMOVNOSTX \FFEKTIWNO OCENIWATX POGRE[NOSTX,

(W) WY^ISLITELXNAQ PROSTOTA.

dETALXNO \TI WOPROSY IZU^A@TSQ W KURSE \mETODY WY^ISLENIJ". mY OGRANI^IMSQ NESKOLXKIMI PROSTYMI FORMULAMI. oTMETIM, ^TO ODNIM IZ TIPI^NYH METODOW PRIBLIVENNOGOWY^ISLENIQ INTEGRALA rIMANA QW- LQETSQ ZAMENA INTEGRIRUEMOJ FUNKCII BOLEE PROSTOJ (NAPRIMER, POLINO- MOM) TAK, ^TOBY POGRE[NOSTX W ZNA^ENII INTEGRALA BYLA BY NEBOLX[OJ.

2. [fORMULA PRQMOUGOLXNIKOW]. dLQ WY^ISLENIQ INTEGRALA

(1)

 

J = Zab f (x) dx

 

 

 

 

 

 

 

 

WOZXMEM RAZLOVENIE

= (a = x0 < x1 < : : : < xn = b)

S RAWNOOTSTO

-

 

 

Q]IMI UZLAMI: xj = a +

b ,n a

j (0 j n) I WYBEREM PROMEVUTO^NYE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1 j n.

TO^KI W SEREDINAH POLU^ENNYH OTREZKOW: j

 

= 2(xj,1

+ xj);

tOGDA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sn = b , a

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2)

f (1 (xj

,

1

+ xj ))

 

 

 

 

 

 

n

j=1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

n

| INTEGRALXNAQ SUMMA rIMANA FUNKCII f (TAK KAK Sn = P

j=1

xj,1 )), I PO\TOMU Sn ! J (n ! 1). |TA FORMULA NOSIT NAZWANIE FORMU- LY PRQMOUGOLXNIKOW (PLO]ADX POD KRIWOJ y = f (x) NA U^ASTKE [xj,1; xj ]

96

ZAMENQETSQ NA PLO]ADX PRQMOUGOLXNIKA S OSNOWANIEM xj , xj,1 I WYSO- TOJ f ( j )). oTMETIM, ^TO FORMULA TO^NA DLQ AFFINNYH FUNKCIJ WIDA f (x) = x + .

3. [fORMULA TRAPECIJ]. wOZXMEMRAZLOVENIE KAK W P. 2 I ZAMENIM PLO]ADX KRIWOLINEJNOJ TRAPECII NA U^ASTKE [xj,1; xj ] PLO]ADX@ NASTO- Q]EJ TRAPECII S WER[INAMI (xj,1; 0); (xj; 0); (xj,1; f(xj,1)); (xj; f(xj )). sUMMIRUQ \TI PLO]ADI, POLU^IM

(3)

Tn =

b , a

n 1

(f (xj

,

1) + f(xj )):

 

 

 

n

j=1 2

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

tAK KAK SUMMY

b ,n a

n

f (xj,1);

b ,n a

n

f (xj ) QWLQ@TSQ INTEGRALXNYMI

 

 

j=1

 

 

 

 

j=1

 

 

 

 

P

 

 

 

 

P

 

 

SUMMAMI rIMANA DLQ f, MY IMEEM Tn ! J (n ! 1). fORMULA (3) TAKVE TO^NA DLQ AFFINNYH FUNKCIJ.

4. [fORMULA sIMPSONA]. rASSMOTRIM SNA^ALA SLU^AJ [a; b] = [,1; 1]. pODBEREM• ; ; TAK, ^TOBY RAWENSTWO

1

 

 

 

 

 

 

,Z1

f (x) dx = f (,1) + f(0) + f (1)

 

(4)

 

 

IMELO MESTO DLQ FUNKCIJ f(x) = 1; f (x) = x; f (x) = x2. iZ SISTEMY

 

 

>

 

+ +

= 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 ,

+

= 0

 

 

 

<

 

+

= 2=3

 

 

1

>4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NAHODIM = = 3

; =:3

: s \TIMI ZNA^ENIQMI PARAMETROW FORMULA

(4) AWTOMATI^ESKI WERNA DLQ f (x) = x3

1

x3 dx = , + .

, TAK KAK 0 = ,R1

tAKIM OBRAZOM, FORMULA

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

,Z1

 

 

 

 

 

f(x)dx = 3[f(,1) + 4f (0) + f(1)]

 

(5)

 

 

WERNA DLQ WSEH POLINOMOW WIDA f(x) = a0 + a1x + a2x2 + a3x3. dLQ PROIZ- WOLXNOGO OTREZKA FORMULA (5) PREOBRAZUETSQ K WIDU

b

b , a

[f (a) + 4f(b + a ) + f (b)]

f (x) dx =

Za

6

2

97

(ZDESX f | POLINOM 3-J STEPENI). dLQ POLU^ENIQ PRIBLIVENNOJ

FORMULY

WY^ISLENIQ INTEGRALA (1)

PODELIM OTREZOK [a; b] NA 2n RAWNYH PODOTREZ-

KOW S KONCAMI xj = a +

b , a

j I NA KAVDOM OTREZKE [x2j

,

2; x2j ] INTEGRAL

x2j

 

2n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b , a

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x)dx ZAMENIM SUMMOJ

[f(x2j

,

2) + 4f(x2j

,

1) +f(x2j )]. sUMMI-

Zx2j,2

 

 

 

 

6n

 

 

 

 

 

 

 

RUQ PO j, POLU^IM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n = n

b , a[f (x2j

 

2) + 4f

(x2j 1 ) + f (x2j )]:

 

X

 

6n

 

 

 

,

 

 

,

 

 

 

 

 

j=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sNOWA, KAK I WY[E, n ! J (n ! 1) (!!).

5. wYWOD OCENKI POGRE[NOSTI PRIBLIVENNOJFORMULY PROILL@STRI- RUEM NA FORMULE PRQMOUGOLXNIKOW. pUSTX f DWAVDY NEPRERYWNO DIFFE-

RENCIRUEMA NA [a; b] I M = max jf00(x)j. pUSTX SNA^ALA n = 1, TAK ^TO

x2[a;b]

1 = b +2 a. pO FORMULE tEJLORA 34.2 IMEEM f (x) = f( 1 ) +f0( 1)(x , 1) +

12f00(c)(x , 1 )2 (ZDESX c PRINADLEVIT PROMEVUTKU S KONCAMI W TO^KAH 1 I x). oCENIM POGRE[NOSTX R1 = jJ , S1j DLQ FORMULY PRQMOUGOLXNIKOW. tAK KAK \TA FORMULA TO^NA DLQ AFFINNYH FUNKCIJ, IMEEM

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

Za f (x) dx , (b , a)f ( 1)

 

 

 

Za f00

2

 

(6) R1

=

 

 

 

=

2

(c)(x , 1 ) dx

 

 

 

 

M

 

 

b

 

 

2

M

 

b

 

a

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

3

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Za

(x

1) dx =

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

w SLU^AE PROIZWOLXNOGO n ZAMETIM, ^TO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

n

 

 

xj

 

 

 

 

 

 

 

n

 

Zn

xj

 

 

 

 

 

 

 

P

P Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

, b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rn = j a f (x) dx

,n a j=1 f ( j )j = jj=1

 

xj,1 f (x)dx , b ,n a j=1 f ( j )j

jP=1jZxj,1 f (x)dx , b ,n af ( j )j

(ZDESX j = 12(xj,1 +xj ); xj = a + b ,n aj). wOSPOLXZOWAW[ISX OCENKOJ (6) DLQ KAVDOGO OTREZKA [xj,1; xj ], IMEEM

Rn

 

M

 

n

b , a

!

3 =

M

 

(b , a)3

:

 

 

3

24

n2

 

 

2n

 

 

98

nekotorye priloveniq integrala rimana

x58. fORMULA tEJLORA S OSTATKOM W INTEGRALXNOJ FORME

1. pUSTX f OPREDELENA NA INTERWALE ( ; ), PRI^EM NA OTREZKE [a; x]

( ; )

(ILI [x; a] ( ; )) ONA OBLADAET NEPRERYWNOJ n-J PROIZWODNOJ.

tOGDA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

,

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

Z

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(k) (a)(x , a)k +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(n) (t)(x , t)n,1 dt:

 

 

f(x) =

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k!

(n

,

1)!

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

x

 

(n)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wELI^INA rn(x)

 

=

 

(n , 1)Za

f

 

(t)(x , t)

 

,

 

 

dt NAZYWAETSQ OSTATKOM W

INTEGRALXNOJ FORME.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iMEEM f (x),f (a) = Zaxf0(t)dt, TO ESTX DLQ n = 1 FORMULA SPRAWEDLIWA.

pUSTX ONA SPRAWEDLIWA DLQ WSEH k n , 1: tOGDA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

,

2

1

 

 

(k)(a)(x , a)k +

 

 

 

 

1

 

 

 

 

Z

 

 

x

f(n,1)(t)(x , t)n,2 dt:

 

f (x) =

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

k!

(n

,

 

2)!

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iNTEGRIRUQ PO ^ASTQM INTEGRAL W PRAWOJ ^ASTI, IMEEM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

(n

 

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

(n

 

 

 

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

1 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Za

f

 

,

 

 

(t)(x , tx)

,

 

dt = ,n ,

1f

 

 

,

 

 

(t)(x , t)

,

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

(n)

 

 

 

 

n

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

(n

 

 

1)

 

 

 

 

 

 

 

n

 

1

 

 

 

 

+ n ,

1Zaxf

 

 

(t)(x , t)

 

,

 

 

dt = n ,

1f

 

,

 

 

(a)(x , a)

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

(n)

 

 

 

 

n

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ n ,

1Za

 

f

 

 

(t)(x , t)

 

,

 

 

dt;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A OTS@DA I SLEDUET ISKOMAQ FORMULA.

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

n

,

1

xn

 

(jxj < 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. p R I M E R. pOKAVEM, ^TO ln(1 + x)

 

=

n=1

(,1)

 

 

 

n

SM

 

 

 

 

sOGLASNO

36.2

NUVNO POKAZATX

,

 

^TO

 

P

 

 

!

0 (jxj

< 1).

iZ

( . 36.6).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rn(x)

 

INTEGRALXNOJ FORMY OSTATKA DLQ FUNKCII ln(1 + x) (jxj < 1) PRI a = 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

rn (x) =

 

 

x (x , t)n,1

dt

 

 

 

 

 

 

 

x x , t n,1

dt

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

j

 

Z0

 

(1 + t)n

 

 

99

 

 

 

 

 

1 + t

 

 

 

 

1 + t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j1 + tj j

 

j

 

 

 

 

 

 

j

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zAME^AQ, ^TO

 

x , t

 

 

 

x

 

 

PRI

 

x < 1, POLU^AEM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

rn

(x)

 

 

 

 

x

n,1

j

ln(1 + x)

0 (n

! 1

):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j j

j

 

 

 

 

 

 

j !

 

 

 

 

 

 

 

 

3. u P R A V N E N I E. dOKAVITE RAWENSTWO 36.7.

 

 

 

 

 

x59. iNTEGRALXNYJ PRIZNAK SHODIMOSTI ^ISLOWOGO RQDA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1. pUSTX f (x) (x 0) NE WOZRASTAET. rQD j

=1 f (j) SHODITSQ TTOGDA

FUNKCIQ F (x) =

Z0xf(t) dt (x > 0) OGRANI^ENA.

P

 

 

 

 

 

oTMETIM SNA^ALA, ^TO F (x) OPREDELENA DLQ L@BOGO x > 0n (SM. 48.2).

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TAKOE,

^TO j=1 f (j) K

pUSTX j=1 f(j) SHODITSQ. tOGDA SU]ESTWUET K > 0

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

DLQ WSEH n. tAKIM OBRAZOM, DLQ L@BOGO x > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (x) = Z0

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[x]+1

 

1

 

2

 

[x]+1

 

 

 

f(t) dt

Z0

 

 

f (t) dt = Z0 + Z1 + : : : + Z[x]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[x]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (0) + j=1 f(j) f (0) + K:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

oBRATNO, ESLI F (x) K

 

 

(x 0), TO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

n

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

j

 

 

n

 

 

 

 

 

 

X

 

X

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

X Z

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

1 dt

,

 

 

f (t)dt = F (n) K:

 

 

 

j=1

f (j) =

j=1

f (j) j

 

j=1

j

 

1f(t) dt =

 

0

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

SHODITSQ, ESLI p > 1 I RASHODITSQ PRI p 1.

 

2. p R I M E R. rQD n=1 np

 

pRIMENITE P

 

 

 

K

 

 

P

 

 

1;

 

 

 

ESLI 0 t 1,

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

. 1

 

 

f(t) = (

 

1

;

 

ESLI t > 1.

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x60. gEOMETRI^ESKIE PRILOVENIQ

1. pLO]ADX KRIWOLINEJNOJ TRAPECII. aKKURATNOE OPREDELENIE PLO-

]ADI PLOSKOJ FIGURY BUDET DANO W RAZDELE \mERA vORDANA". pOKA MY OBRA]AEMSQ K GEOMETRI^ESKOJ INTUICII.

pUSTX f (x) (a x b) INTEGRIRUEMA PO rIMANU. w SOOTWETSTWII S 45.1 I OPREDELENIEM INTEGRALA rIMANA PLO]ADX FIGURY, ZAKL@^ENNOJ

100