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定积分-性质 ​

发表: 5/20/2026 更新: 5/26/2026 字数: 0 字 时长: 0 分钟

基本性质 ​

1.规定

(1) ∫abf(x)dx=∫abf(t)dt
(2) ∫abf(x)dx=−∫baf(x)dx, 特例:∫aaf(x)dx=0,∫bbf(x)dx=0

注意

对于不定积分:∫x2dx≠∫t2dt
但对于定积分:∫abx2dx=∫abt2dt
我们可以得出结论:定积分由上下限与被积函数关系决定(因为定积分是一个确定的数值,而不定积分是一族函数,自变量不同,函数就不同).

2.线性性质

(1) ∫ab[f(x)+g(x)]dx=∫abf(x)dx+∫abg(x)dx
(2) ∫abkf(x)dx=k∫abf(x)dx,k 为常数

3.常数积分性质

∫abkdx=k(b−a),k 为常数∫ab1dx=b−a

4.区间可加性

∫abf(x)dx=∫acf(x)dx+∫cbf(x)dx

注意

不要求 a<c<b,只要积分存在就可以使用.

5.比较定理

  若在区间 [a,b] 上恒有 f(x)≥g(x), 则有

∫abf(x)dx≥∫abg(x)dx;

  若 f(x),|f(x)| 在 [a,b] 上可积,则有

|∫abf(x)dx|≤∫ab|f(x)|dx;

特例

f(x)≥0,x∈[a,b]⇒∫abf(x)dx≥0

6.估值定理

  设 M,m 为函数 f(x) 在区间 [a,b] 上的最大值和最小值,则有

m(b−a)≤∫abf(x)dx≤M(b−a);

积分中值定理 ​

7.积分中值定理

  设函数 f(x) 在区间 [a,b] 上连续,则至少存在一点 ζ∈[a,b], 使得

∫abf(x)dx=f(ζ)(b−a).证:

f(x)∈c[a,b]⇒∃ m,M.使得m≤f(x)≤M∫abmdx≤∫abf(x)dx≤∫abMdxm(b−a)≤∫abf(x)dx≤M(b−a)m≤∫abf(x)dxb−a≤M∃ ζ∈[a,b],使得 f(ζ)=∫abf(x)dxb−a (介值定理)⇒∫abf(x)dx=f(ζ)(b−a),ζ∈[a,b]

特殊性质 ​

  1. f(x)∈c[−a,a], 则
∫−aaf(x)dx=∫0a[f(x)+f(−x)]dxIff 奇函数:∫−aaf(x)dx=0;
Iff 偶函数:∫−aaf(x)dx=2∫0af(x)dx.

Notes:

① ∫−a0f(x)dx=x=−t∫0af(−x)dx
② ∫aa+bf(x)dx=x=t+a∫0bf(x+a)dx
③ ∫abf(x)dx=x+t=a+b∫abf(a+b−x)dx
④ ∫abf(x)dx=x=a+(b−a)t(b−a)∫01f(a+(b−a)x)dx

  1. 设 f(x)=c[0,1]. 则
    (1)
∫0π2f(sin⁡x)dx=∫0π2f(cos⁡x)dx

根据 1.③ 即可得证

⭐特别地

∫0π2sinn⁡xdx=∫0π2cosn⁡xdx≜In(华莱士公式){In=n−1nIn−2I0=π2,I1=1.

(2)

∫0πf(sin⁡x)dx=2∫0π2f(sin⁡x)dx⇕∫0π2f(sin⁡x)dx=∫π2πf(sin⁡x)dx

根据 1.② 和 2.(1) 即可得证

∫0πf(|cos⁡x|)dx=2∫0π2f(cos⁡x)dx∫0πf(cos2n⁡x)dx=2∫0π2f(cos2n⁡x)dx

(3)

∫0πxf(sin⁡x)dx=π2∫0πf(sin⁡x)dx

根据 1.③ 即可得证

例1. I=∫01dxx+1−x2

I=∫01dxx+1−x2=令x=sin⁡t∫0π2cos⁡tsin⁡t+cos⁡tdt=∫0π2cos⁡xsin⁡x+cos⁡xdxI=∫0π2cos⁡xsin⁡x+cos⁡xdx=∫0π2cos⁡x1−cos2⁡x+cos⁡xdx=∫0π2sin⁡x1−sin2⁡x+sin⁡xdx=∫0π2sin⁡xcos⁡x+sin⁡xdx2I=∫0π2cos⁡xsin⁡x+cos⁡xdx+∫0π2sin⁡xcos⁡x+sin⁡xdx=∫0π21⋅dx=π2I=π4

例2. I=∫−ππsin2⁡x1+e−xdx.

I=∫0π(sin2⁡x1+e−x+sin2⁡x1+ex)dx=∫0π(11+e−x+11+ex)sin2⁡xdx=∫0πsin2⁡xdx=2∫0π2sin2⁡xdx=2⋅I2=2⋅12⋅π2=π2

  1. 设 f(x) 连续且以 T>0 为周期,a 为常数,则
(平移性质)∫aa+Tf(x)dx=∫0Tf(x)dx∫0nTf(x)dx=n∫0Tf(x)dx (n∈N)

∫aa+Tf(x)dx=∫a0f(x)dx+∫0Tf(x)dx+∫Ta+Tf(x)dx=∫a0f(x)dx+∫0Tf(x)dx+∫0af(x+T)dx=∫0Tf(x)dx
∫0nTf(x)dx=∫0Tf(x)dx+∫T2Tf(x)dx+⋯+∫(n−1)TnTf(x)dx=∑k=1n∫(k−1)T(k−1)T+Tf(x)dx=∑k=1n∫0Tf(x)dx=n∫0Tf(x)dx

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