- •Глава VIII Интегральное исчисление функций одного переменного
- •П.1 Понятие первообразной
- •Геометрический смысл неопределенного интеграла
- •П.2 Свойства неопределенных интегралов
- •П.3 Таблица основных интегралов
- •П. 4 Общие методы интегрирования
- •П. 5 Конструкция определенного интеграла
- •П. 6 Суммы Дарбу и их свойства
- •Свойства сумм Дарбу
- •П. 8 Классы интегрируемых функций
- •П. 9 Свойства интегрируемых функций
- •П. 10 Свойства определенного интеграла
- •П 11. Дифференцирование определенного интеграла по верхнему (нижнему) пределу. Формула Ньютона-Лейбница
- •П 12. Замена переменной в определенном интеграле
- •П 13. Интегрирование по частям в определенном интеграле
- •П 14. Вычисление площадей плоских фигур
- •14.1. Вычисление площадей плоских фигур в декартовых координатах
- •14.2. Вычисление площадей плоских фигур в полярных координатах
- •П 15. Вычисление длины кривой
- •П 16. Несобственный интеграл первого рода. Критерий Коши. Признаки сравнения.
- •П 17. Условная сходимость несобственного интеграла. Признак Абеля-Дирихле.
- •§11. Несобственный интеграл и ряд. Интегральный признак Коши сходимости ряда.
- •§12. Несобственный интеграл второго рода.
- •П 18. Главное значение несобственного интеграла.
П. 8 Классы интегрируемых функций
Теорема
1.
.
Доказательство:
Пусть
функция
непрерывна на отрезке
,
Тогда по теореме Кантора она равномерно
непрерывна на этом отрезке. Зафиксируем
некоторое
.
Тогда для
найдется такое
,
что для разбиения отрезка
на отрезки
,
длины которых
,
все колебания функции
на отрезках разбиения удовлетворяют
условию
.
Отсюда получим
при условии
.
Следовательно, для непрерывной функции
на отрезке
выполнено достаточное условие
интегрируемости. Значит, существует
определенный интеграл
.
■
Теорема 2. Если функция ограничена и непрерывна на отрезке , кроме конечного числа точек разрыва, то функция интегрируема на отрезке .
Доказательство:
Достаточно
рассмотреть случай одной точки
разрыва на отрезке
.
Пусть
,
,
- колебание функции
на отрезке
.
Возьмем любое достаточно малое
и рассмотрим отрезки
и
.
На каждом из этих отрезков функция
непрерывна. Следовательно, найдется
такое
,
что при разбиении их на частичные отрезки
,
длины которых
,
все колебания функции
на этих отрезках разбиения удовлетворяют
условию
.
Пусть
.
Рассмотрим произвольное разбиение
отрезка
на частичные отрезки
,
длины которых
.
Для этого разбиения рассмотрим
,
где первая сумма составляется по
частичным отрезкам, целиком лежащих
вне
-окрестности
точки
,
а вторая сумма – по отрезкам, либо
целиком лежащих в этой окрестности,
либо имеющих общие с ней точки. Тогда
имеем
.
Длины
отрезков, целиком попавших в
-окрестность
точки
,
в сумме не превосходит
.
Число отрезков, лишь частично попавших
в эту окрестность, не больше двух, поэтому
сумма их длин меньше
.
Следовательно,
.
Таким образом,
при условии
.
■
Теорема 3. Если функция монотонна на отрезке , то она интегрируема на отрезке .
Доказательство:
Пусть
для определенности функция
монотонно возрастает на отрезке
.
Если
,
то
независимо от разбиения отрезка
.
Если
,
то для некоторого
возьмем
.
Пусть
- произвольное
разбиение, для которого
.
Тогда
.
■
П. 9 Свойства интегрируемых функций
Теорема
1. Пусть
.
Если изменить значение функции
в конечном числе точек, то это не скажется
на интегрируемости функции
и на значении
.
Доказательство:
Изменим
значение функции
в конечном числе точек отрезка
.
Тогда изменится только конечное
фиксированное число колебаний
функции на частичных отрезках
.
Так как
,
то
.
Таким образом, функция
остается интегрируемой на отрезке
.
П. 10 Свойства определенного интеграла
Определенный интеграл обладает следующими свойствами:
1°.
,
справедливость
следует из определения
.
2°.
Если
интегрируема на
и
,
то
интегрируема и на
.
3°.
(аддитивность), где
.
Справедливо и обратное
.
Из свойства 3° следует интегрируемость кусочно-непрерывной на функции .
О
п р е д е л е н и е.
Функция
называется кусочно-непрерывной на
отрезке
,если
она имеет на этом отрезке конечное число
точек разрыва первого рода. При этом в
точках разрыва
функция
может быть не определена, это значит,
что в этих точках значение функции можно
брать любым (конечным), и величина
интеграла не меняется в этом случае.
4°.
Если
и
интегрируемы на
,
то
также интегрируема на
и при этом
(линейность)
5°.Если
и
интегрируемы на
,
то и их произведение
тоже интегрируемо на этом отрезке.
6°.Если
на
,
то
(следует из определения).
7°.
Если
и существует точка
на
,
в которой
непрерывна и
,
то
(справедливость из определения и
свойства непрерывной функции).
8°.
,
модуль интеграла не превосходит интеграла
от модуля подынтегральной функции
(справедливость следует из определения, из свойства модуля суммы и свойства предела последовательности).
9°.
Пусть
интегрируема на
и
.
Тогда функции
и
непрерывны на
.
– интеграл
с переменным верхним пределом,
,
– интеграл
с переменным нижним пределом,
,
.
Т.
к.
интегрируема на
,
то она интегрируема и на
,
где
.
.
.
,
так как по условию
.
называется
непрерывной в точке
,
при
;
,
значит при
следует
.
Непрерывность
доказывается аналогично.
10°. Интегральная теорема о среднем
Т е о р е м а.
Пусть функции
и
интегрируемы на отрезке
,
ограничена, т. е.
,
а
не меняет свой знак, т. е.
либо
, тогда существует такое число
,
,
что
|
(1)
|
Д о к а з а т е л ь с т в о. По условию, выполняется неравенство
. |
(2)
|
Умножим (2) на , т. е.
|
(3)
|
Проинтегрируем неравенства (3)
|
(4)
|
Проанализируем (4)
1)
если
,
то
,
значит (4) выполняется;
2)если
,
то
|
|
Так как , то полагаем
,
откуда получаем
|
(5)
|
Случай доказывается аналогично.
Если
непрерывна на
,
,
то функция принимает промежуточное
значение, т.е. если
,
то существует такое
,
что
и
|
(6)
|
Если
,
то выражение (6) принимает вид
,
откуда
,
.
Это
можно истолковать геометрически
следующим образом. Площадь криволинейной
трапеции равна площади прямоугольника
со стороной
.
Это и есть среднее значение.
y
x
0 a b

.
,
.
.