
- •Лекция № 28. Тема 2 : Определённый интеграл
- •2.1. Задачи, приводящие к понятию определённого интеграла
- •2.2. Определение определённого интеграла
- •2.3. Основные свойства определённого интеграла
- •2.4. Интеграл как функция верхнего предела
- •Лекция № 29
- •2.7. Интегрирование по частям в определённом интеграле
- •Лекция № 30. Тема 3 : Приложения определённого интеграла
- •3.1. Площадь плоской фигуры
- •3.2. Длина дуги плоской кривой
- •3.3. Площадь поверхности тела вращения
- •3.4. Вычисление объёма тела по площадям поперечных сечений
- •Лекция № 31
- •3.5. Приложения определённого интеграла к некоторым задачам физики
- •Тема 4 : Несобственные интегралы
- •4.1. Несобственные интегралы первого рода (с бесконечными пределами)
- •4.2. Несобственные интегралы второго рода (от разрывных функций)
Лекция № 28. Тема 2 : Определённый интеграл
2.1. Задачи, приводящие к понятию определённого интеграла
1. Задача о площади криволинейной трапеции.
Пусть на
задана функция
.
Требуется найти пло-щадьS
фигуры, образованной осью Ox,
прямыми:
играфиком
функции
(криволинейная трапеция).
у
x
О а хi-1 xi b
Разобьём
нап
частей:
.
На каждом участке разбиения
выберем точку
и составим сумму
,
где
.
(1)
Тогда
,
так какSп
геометрически представляет собой
площадь ступенчатой фигуры. Если теперь
перейти к пределу в формуле (1), когда
,
то получим значение площади криволинейной
трапеции, т.е.
.
2. Задача о массе тела.
Задан линейный
неоднородный стержень с плотностью
,
лежащий в пределах
.
Требуется определить его массуМ.
Аналогично разобьём его на части. Так
как в пределах
плотность
изменяется мало, то
,
а масса стержня
.
Точное значение
массы получим, если перейти к пределу,
когда
.
.
2.2. Определение определённого интеграла
Пусть на
задана функция
.
Разделим
на части произвольным образом точками:
.
На каждом из полученных отрезков
разбиения
произвольно выберем точку
и составим сумму
,
где
,
(2)
называемую
интегральной
суммой
функции
на отрезке
.
Определение 1.
Если предел интегральной суммы (2) при
не зависит от способа разбиения
и выбора точек
,
то он называется определённым интегралом
от функции
на отрезке
и обознача-ется
,
(3)
где а - нижний, b - верхний пределы интегрирования.
Определение 2.
Если для
на
существует предел (3), то функция
называетсяинтегрируемой
на
.
При каких условиях существует предел (3)?
Теорема 1
(теорема существования определённого
интеграла). Если
непрерывна
на
,
то
она
интегрируема
на
.
Замечание.
Среди разрывных функций на
есть как интегри-руемые (монотонные),
так и неинтегрируемые. Например,
неинтегрируемой является функция
Дирихле
D
(x)
=
Действительно,
если в качестве точек
выбрать рациональные точки и рассмотреть
функцию Дирихле на отрезке
,
то из формулы (3) следует
а если выбрать иррациональные точки, то
Таким образом, предел (3) не существует.
Теперь выясним геометрический смысл определённого интеграла:
Из ранее рассмотренной
задачи при
это площадь криволинейной трапеции.
При
это тоже площадь, но со знаком минус.
Поэтому определённый интеграл – это
алгебраическая площадь криволинейной
трапеции.
у
х
Физический смысл определённого интеграла.
Из ранее рассмотренной
задачи масса стержня с линейной плотностью
определяется
как
.
Аналогично
рассуждая, получаем: если
- сила, действующая вдоль прямолинейного
участка
,
то работа этой силы
.