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微积分基本定理

发表: 5/20/2026 更新: 6/1/2026 字数: 0 字 时长: 0 分钟

  (1) 定义:设函数 f(x) 在区间 [a,b] 上可积,则称 Φ(x)=axf(t)dt,axb变上限积分(积分上限函数);
  (2) 性质:若 f(x)[a,b] 上可积,则 Φ(x)=axf(t)dt[a,b] 上连续;
  (3) 定理:
  ① 微积分第一基本定理

  若函数 f(x) 在区间 [a,b]连续,则变上限积分 Φ(x)=axf(t)dt[a,b] 上可导,且

Φ(x)=(axf(t)dt)=f(x),axb;

  ② 微积分第二基本定理

  设 f(x) 在区间 [a,b]连续F(x)f(x) 在区间 [a,b] 上的一个原函数,则

abf(x)dx=F(b)F(a).

证明

① 微积分第一基本定理

 Φ(x)=axf(t)dt.Φ(x)=limΔx0Φ(x+Δx)Φ(x)Δx=limΔx0ax+Δxf(t)dtaxf(t)dtΔx=limΔx0axf(t)dt+xx+Δxf(t)dtaxf(t)dtΔx=limΔx0xx+Δxf(t)dtΔx:abf(x)dx=f(ζ)(ba),ζ[a,b]xx+Δxf(t)dt=f(ζ)Δx,ζ[x,x+Δx] (Δx<0, ζ[x+Δx,x])Φ(x)=limΔx0f(ζ) Δx0 ,ζx, f(x) limΔx0f(ζ)=limζxf(ζ)=f(x) Φ(x)=f(x).

变上限积分通用求导公式

φ1(x)φ2(x)f(t)dt=aφ2(x)f(t)dtaφ1(x)f(t)dt(φ1(x)φ2(x)f(t)dt)=f(φ2(x))φ2(x)f(φ1(x))φ1(x)(aφ(x)f(t)dt)=f(φ(x))φ(x)


② 微积分第二基本定理

 Φ(x)=axf(t)dt,F(x)  f(x) ,F(x)=Φ(x)+CF(a)=Φ(a)+C=0+C=CΦ(x)=F(x)F(a)Φ(b)=F(b)F(a)abf(x)dx=F(b)F(a).


Notes:

(1) 对于 axf(t)dt.

  1. 计算积分过程中,t 是自变量,x 作为积分上限是参变量(或外层自变量),视为常数;
  2. 积分求导过程中,x 是自变量,t 作为哑变量在积分计算完成时被 x 替换掉了.

(2) 对于 axf(x,t)dt.
  此时 f(x,t) 中的 x 与积分上限中的 x 是同一个变量,在积分过程中,x 被视为常数.

积分中值定理的加强形式证明

 Φ(x)=axf(t)dt,x[a,b],Φ(x)=f(x) Lagrange : ζ(a,b),使 Φ(b)Φ(a)=Φ(ζ)(ba) Φ(x) :Φ(b)=abf(t)dt,Φ(a)=aaf(t)dt=0,Φ(ζ)=f(ζ)abf(t)dt=f(ζ)(ba)abf(x)dx=f(ζ)(ba) (ζ(a,b)).

1.f(x),f(0)=0,f(0)=2, limx0xx[f(t+x)f(tx)]dtx2.

xx[f(t+x)f(tx)]dt=xxf(t+x)d(t+x)xxf(tx)d(tx)=02xf(u)du+02xf(u)du=limx002xf(u)du+02xf(u)dux2=limx02f(2x)2f(2x)2x=limx0f(2x)f(2x)x=limx02(f(2x)f(0)2x+f(0)f(2x)2x)=2(f(0)+f(0))=2(2+2)=8

qindlute's notes