- •Глава 9. Криволинейные и кратные и кратные интегралы
- •9.1. Интегралы по компактной фигуре
- •9.1.1. Определение и существование интегралов по фигуре
- •9.1.2. Свойства интегралов
- •9.1.3. Геометрический и физический смысл интегралов по фигуре
- •9.2. Криволинейные интегралы
- •9.2.2. Криволинейный интеграл iIрода
- •9.3. Двойные интегралы
- •9.3.1. Вычисление двойных интегралов. Основным способом вычисления двойных интегралов является сведение их к повторным однократным интегралам. Сначала рассмотрим случай прямоугольной области.
- •9.4. Поверхностные интегралы
- •9.4.1. Вычисление поверхностного интеграла Iрода.
- •9.4.2. Поверхностный интеграл iIрода.
- •9.4. Тройные интегралы
- •9.4.1. Вычисление тройного интеграла в декартовой системе координат
- •9.5. Интегралы, зависящие от параметра
- •9.5.1. Собственные интегралы, зависящие от параметра. Рассмотрим следующий интеграл:
- •9.6.2. Несобственные интегралы, зависящие от параметра. Пусть функция определена на множестве. Будем рассматривать интегралы вида:
- •9.6. Контрольные вопросы
- •9.7. Задания для самостоятельной работы
9.5. Интегралы, зависящие от параметра
9.5.1. Собственные интегралы, зависящие от параметра. Рассмотрим следующий интеграл:
. (28)
Предполагается, что интеграл в правой части существует как интеграл Римана. Переменная уназываетсяпараметром.
Теорема 15.Если функция
непрерывна на замкнутом прямоугольнике
,
то функция
непрерывна на отрезке
.
Пусть
-произвольная точка
на отрезке
,
функция
,
непрерывная на прямоугольникеП,
равномерно непрерывна на нем (по теореме
Кантора). Из равномерной непрерывности
следует, что
и
для
и
такого, что
выполняется
.
Тогда
![]()
.
Таким образом,
получаем, что для
,
удовлетворяющему условию
существует предел
,
т.е.
непрерывна на
.<
Следствие.
Если
непрерывна на П, то выполняется равенство:
.
Доказательство
следует из теоремы 15 и из теоремы для
заданной на области П и интегрируемой
на
.
(см. «Вычисление двойного интеграла»).
Теорема 16.Если функция
и её частные производные
непрерывны на прямоугольнике П, то
функция
непрерывно дифференцируема на отрезке
и
![]()
или
,
т.е. интеграл (40), зависящий от параметра, можно дифференцировать по параметру.
Пусть
,
.
В силу следствия к теореме 27 имеем

.
Получаем,
что
.
Тогда по правилу дифференцирования интеграла с переменным верхним пределом будет:
,
причём
в силу теоремы 27
непрерывна на
.<
Следствие.Пусть
и
непрерывны на П, а функции
и
дифференцируемы на отрезке
,
причём
и
для
.
Тогда справедлива формула
.
Эта формула называется формулой дифференцирования интеграла с переменными пределами интегрирования.
Рассмотрим функцию
,
.
Запишем её как сложную функцию
,
где
,
и найдём
как производную сложной функцииу:
![]()
.
Так как
;
;
,
то, подставляя
полученные выражения для производных
в формулу для вычисления
,
получаем доказываемую формулу.
■
9.6.2. Несобственные интегралы, зависящие от параметра. Пусть функция определена на множестве. Будем рассматривать интегралы вида:
. (29)
Пусть
несобственный интеграл (29) сходится. В
этом случае говорят, чтонесобственный
интеграл сходится на отрезке
.
Легко увидеть из
признака Коши для несобственных
интегралов, что интеграл (29) сходится в
том и только в том случае, когда
существует предел
.
Это означает, что для![]()
такое, что для
выполняется![]()
Определение
5. Несобственный интеграл (29) называетсяравномерно сходящимся на
,
если для![]()
такое, что
выполняется
.
Таким образом, в
отличие от определения простой сходимости
требуется, чтобы число Вбыло
зависящим только от
и не зависит и не зависит оту.
Теорема 17. (Признак Вейерштрасса). Пусть:
функция
интегрируема
по Риману по переменнойхна любом
отрезке
;функция
определена на промежутке
,
причём
для
;(30)
3) интеграл
сходится,
тогда несобственный
интеграл (29) сходится абсолютно и
равномерно на
.
По признаку сравнения для несобственных
интегралов в силу (30) несобственный
интеграл (29)
сходится абсолютно.
Из сходимости
интеграла (29) следует, что
![]()
такое, что для
выполняется
.
В силу (30) имеем
для
и
.
Следовательно,
несобственный интеграл (29) сходится
равномерно на
.<
Теорема 18.Пусть функция
непрерывна на множестве
и интеграл (29) сходится равномерно на
.
Тогда функция
непрерывна на
.
Пусть
-произвольная точка
,
т.е.
.
Тогда


. (31)
В силу равномерной
сходимости несобственного интеграла
(29) для
![]()
такое, что для![]()
,
тогда
. (32)
Фиксируем некоторое
.
Функция
непрерывна на прямоугольнике
,
следовательно, по теореме Кантора она
равномерно непрерывна наП, т.е.
такое, что для
выполняется
.
Отсюда следует, что
. (33)
Из (31), (32), (33) следует, что
,
при
.
Следовательно,
непрерывна в произвольной точке.
■
Теорема 19.Пусть
непрерывна на множестве
и интеграл (29) сходится равномерно на
.
Тогда
.
ÿПусть
,
тогда в силу следствия к теореме 15 имеем

. (34)
Из равномерной
сходимости интеграла (29) следует, что
для
![]()
,
что при
и
получаем

и тогда
.
Следовательно,
. (35)
Переходя в равенстве
(34) к пределу при
,
в силу (35) получим:
.
<
Теорема 20.Пусть функция
,
частная производная
и интеграл (29) непрерывны на
,
а интеграл
-сходится равномерно
на
.
Тогда функция
непрерывно дифференцируема на
и справедлива формула:
.
□ Пусть
,
.
В силу теоремы 19, имеем
.
Таким образом,
.
Отсюда следует, что
.
В силу теоремы 18,
производная
непрерывна на
.<
Пример 16.
Вычислить
,
.
Решение. Будем
считатьb-фиксированной величиной, аa-параметром. Обозначим
,
тогда
.
Легко проверить, что интеграл
сходится для
.
Пусть
,
.
Интеграл
,
т.е. сходится. Тогда по признаку
Вейерштрасса следует равномерная
сходимость по параметруaинтеграла
на отрезке
.В этом случае несобственный интеграл
можно дифференцировать по параметру
под знаком интеграла
при
.
Тогда
.
Так как
,
то
.
Таким образом, получаем
.
