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定积分-定义 ​

发表: 5/18/2026 更新: 5/26/2026 字数: 0 字 时长: 0 分钟

  设函数 f(x) 在区间 [a,b] 上有界,在 [a,b] 内任意插入 n-1 个分点

a=x0<x1<⋯<xn−1<xn=b

  这样 [a,b] 就被分为了 n 个小区间 [xi−1,xi],(i=1,2,⋯,n), 用 Δxi=xi−xi−1 表示各区间的长度,再在每个区间上取一点 ζi,xi−1≤ζi≤xi, 作如下和式

∑i=1nf(ζi)Δxi=f(ζ1)Δx1+f(ζ2)Δx2+⋯+f(ζn)Δxn

  令 λ=max1⩽i⩽n(Δxi), 若极限 limλ→0∑i=1nf(ζi)Δxi 存在且与 [a,b] 的划分及 ζi 的选取无关,则称 f(x) 在区间 [a,b] 上可积,该极限称之为 f(x) 在区间 [a,b] 上的定积分,记作 ∫abf(x)dx. 即:

limλ→0∑i=1nf(ζi)Δxi=∫abf(x)dx

  其中 f(x) 称为被积函数,x 称为积分变量,[a,b] 称为积分区间,a,b 分别称为积分下、上限.

这里的积分指的是黎曼积分

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ggb-1 定积分定义示意图

Notes
  1. λ→0 & n→∞
    ① limλ→0∑i=1nf(ζi)Δxi⇒limn→∞∑i=1nf(ζi)Δxi
    b−a=Δx1+Δx2+⋯+Δxn≤nλn≥b−aλ→∞;∴n→∞;
    ② limn→∞∑i=1nf(ζi)Δxi⇏limλ→0∑i=1nf(ζi)Δxi
    b−a=Δx1+Δx2+⋯+Δxn≤nλλ≥b−an→0;∴λ↛0;

  2. 可积条件
    ① 可积的必要条件:可积函数必有界
    ② 可积的充分条件:
    (1) 若 f(x) 是 [a,b] 上的连续函数,则 f(x) 必可积;
    (2) 若 f(x) 在 [a,b] 上有界,且存在有限个第一类间断点,则 f(x) 必可积;
    (3) 若 f(x) 在 [a,b] 上单调,则 f(x) 必可积.

这里说的可积或不可积中的”积分“指的是黎曼积分,并不是广义上的定积分

设 f(x) 在 [0,1] 上可积.将 [0,1] 平均分为 n 个小区间 [i−1n,in],(i=1,2,⋯,n),得 Δxi=1n此时 λ=1n,λ→0⇔n→∞取 ζ1=0n,ζ2=1n,⋯,ζn=n−1n:ζi=i−1n (1≤i≤n);或取 ζ1=1n,ζ2=2n,⋯,ζn=nn:ζi=in (1≤i≤n).limλ→0∑i=1nf(ζi)Δxi=limn→∞1n∑i=1nf(i−1n)=limn→∞1n∑i=1nf(in)∥∫01f(x)dx.

记:limn→∞1n∑i=1nf(i−1n)=∫01f(x)dx,或limn→∞1n∑i=1nf(in)=∫01f(x)dx.

例1.limn→∞1n2(n2−12+n2−22+⋯+n2−n2)

原式=limn→∞1n(1−12n2+1−22n2+⋯+1−n2n2)=limn→∞1n∑i=1n1−(in)2=∫011−x2 dx=π4

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