- •Оглавление
- •1*. Определенный интеграл. Интегральная сумма. Верхняя и нижняя интегральные суммы. Их свойства.
- •2**. Ограниченность интегрируемой функции.
- •3**(-). Критерий интегрируемости ограниченной на отрезке функции.
- •4≠. Теорема об интегрируемости монотонной на отрезке, а также непрерывной на отрезке функций.
- •5*. Основные свойства определенного интеграла.
- •6*. Формула среднего значения для определенного интеграла.
- •7. Интеграл с переменным верхним пределом. Его непрерывность и дифференцируемость.
- •8. Формула Ньютона-Лейбница для определенного интеграла.
- •9. Вычисление определенного интеграла по частям и заменой переменной.
- •10. Применение определенного интеграла (площадь плоской фигуры, длина дуги кривой, объем тела вращения).
- •13. Интегральный признак Коши сходимости числового ряда.
- •28. Замена переменных в двойном интеграле. Пример: случай полярных координат.
- •29. Замена переменных в тройном интеграле. Цилиндрические и сферические координаты.
- •30. Вычисление площади гладкой поверхности, заданной параметрически и в явном виде.
- •31. Определение криволинейных интегралов первого и второго рода, их основные свойства и вычисление.
- •33. Поверхностные интегралы первого и второго рода, их основные свойства и вычисление.
- •34. Теорема Гаусса-Остроградского, ее запись в координатной и векторной (инвариантной) формах.
- •35. Формула Стокса, ее запись в координатной и векторной (инвариантной) формах.
- •36. Скалярное и векторное поля. Градиент, дивергенция, ротор. Потенциальное и соленоидальное поля.
- •37. Оператор Гамильтона. (набла) его применение (примеры).
- •38. Основные понятия, относящиеся к обыкновенным дифференциальным уравнениям (оду) первого порядка: общее и частное решения, общий интеграл, интегральная кривая. Задача Коши, ее геометрический смысл.
- •43. Уравнение n-го порядка с постоянными коэффициентами. Характеристическое уравнение. Фундаментальная система решений (фср) однородного уравнения, общее решение неоднородного уравнения.
- •44. Система линейных дифференциальных уравнений первого порядка. Фср однородной системы. Общее решение однородной системы.
4≠. Теорема об интегрируемости монотонной на отрезке, а также непрерывной на отрезке функций.
Следствие №3 (из критерия Коши) :
Если f(x) ограничена и монотонна на [a, b], то она интегрируема на этом отрезке.
Доказательство:
;
в силу монотонности функции все разности под знаком модуля в получившейся сумме имеют один знак
{т.к. и }= ч.т.д.
Следствие №2 (из критерия Коши) :
Если функция f непрерывна на отрезке [a, b], то она интегрируема на этом отрезке.
Доказательство:
f - непрерывна на [a, b] она равномерно непрерывна
ч.т.д.
5*. Основные свойства определенного интеграла.
Основные свойства определённого интеграла. (приведены в порядке и составе М.В.Д., так что в дальнейших доказательствах ссылки в формулах не соответствуют порядку данных свойств)
1) - не зависит от названия переменной
2)
3) ;
4)
5) ; (следует из определения интеграла как предела интегральных сумм).
6) Если f(x) и g(x) интегрируемы на [a,b], то f(x)∙g(x) интегрируемы на [a,b]
7) Если [a,b] разбить точкой C на два интервала: [a,c] и [c,b], то:
- Из интегрируемости f(x) на [a,b] => интегрируемость f(x) на [a,c] и [c,b],
- Из интегрируемости f(x) на [a,c] и [c,b] => интегрируемость f(x) на [a,b],
-
8) Если f(x) интегрируема на [a,b] и для , то
- Следствие 1: Если для любого х из [a,b] f(x)≥0 и f(x) – интегрируема на [a,b] => ≥ 0
- Следствие 2: Если f(x) и g(x) интегрируемы на [a,b] и для любого х из [a,b] f(x) ≥ g(x) => ≥
9) Если f(x) интегрируема на [a,b], то |f(x)| интегрируема на [a,b] и ;
(Михайлов не называл свойства линейностью и аддитивностью и доказывал несколько иначе и не всегда то , но и так сойдет)
Линейность. Если функции f(x), g(x) интегрируемы по отрезку [a,b] , то по этому отрезку интегрируема их линейная комбинация A f(x) + B g(x) (A, B = const), и (лучше безA и B, чтобы соответствовало одному их свойств выше, но можно и так, просто тогда это будет доказательством сразу двух свойств по М.В.Д. – 4 и 5). Док-во: для любого разбиения отрезка и любого выбора точек выполняется
Перейдем в этом равенстве к пределу при . Так как существуют пределы интегральных сумм, стоящих в левой части равенства, то существует предел линейной комбинации этих сумм, следовательно, существует предел правой интегральной суммы, откуда следует истинность и утверждения, и равенства.
Аддитивность. Если y = f(x) интегрируема по отрезку [a,b] и точка c принадлежит этому отрезку, то . Док-во. Если f(x) удовлетворяет условиям интегрируемости по отрезку [a,b], то она удовлетворяет условиям интегрируемости по отрезкам [a,c] и [c,b]. Будем брать такие разбиения отрезка [a,b] , чтобы точка c являлась одним из узлов xi: c = xi. Тогда .
В этом равенстве первая сумма справа - интегральная сумма для , вторая - для. Переходим к пределу при. Пределы для всех трёх сумм существуют, и.
Свойство аддитивности остаётся верным при любом расположении точек, если только функция интегрируема по самому широкому интервалу. Пусть, например, c < b < a, и f(x) интегрируема по [c, a]. Тогда, по доказанному, . Отсюда и из определения интеграла для случая, когда нижний предел больше верхнего, следует, что.
Интеграл от единичной функции ( f(x) = 1). Если f(x) = 1, то
. Док-во. Если f(x) = 1 , то для любого разбиения = xn - x0 = b – a, т.е любая интегральная сумма равна длине отрезка. Предел постоянной равен этой постоянной, откуда и следует доказываемое утверждение.
Теорема об интегрировании неравенств. (В случае М.В.Д. – это не теорема, а следствие свойства 8)
Если в любой точке выполняется неравенство, и функции f(x), g(x) интегрируемы по отрезку [a,b], то. Док-во. Для любого разбиения отрезка и любого выбора точекпри. Переходя в этом неравенстве к пределу при, получаем требуемое неравенство.
Теоремы об оценке интеграла. (а вот и само св-во 8 по М.В.Д. – на всякий случай лучше и не называть его теоремой, а доказать как свойство.) 1. Если на отрезке [a,b] функция удовлетворяет неравенству , то.Док-во. Докажем левое неравенство (цифрами над знаками импликации обозначены номера применяемых ранее доказанных свойств):.
Аналогично доказывается и правое неравенство. 2. Если функция f(x) интегрируема по отрезку [a,b], то . Док-во.
. Теорема о среднем. Если f(x) непрерывна на отрезке [a,b], то существует точка , такая что. Док-во. Функция, непрерывная на отрезке, принимает на этом отрезке своё наименьшее m и наибольшее M значения. Тогда. Числозаключено между минимальным и максимальным значениями функции на отрезке. Одно из свойств функции, непрерывной на отрезке, заключается в том, что эта функция принимает любое значение, расположенное между m и M. Таким образом, существует точка, такая что. Это свойство имеет простую геометрическую интерпретацию: еслинепрерывна на отрезке [a,b], то существует точкатакая, что площадь криволинейной трапеции ABCD равна площади прямоугольника с основанием [a,b] и высотой f(c) (на рисунке выделен цветом).