定积分与牛顿-莱布尼兹公式

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简单定积分

对于简单的定积分,我们可以通过普通的分段求和来搞出来。例如:
01x2dx
这里的定积分的意义是“ f(x)=x2 、 x=0 、 y=0 、 x=1 围成的图形的面积”。
做法:将x[0,1]分成n份,每份的宽度是1n。考虑每一小块,第i小块的x坐标是in,那么第i小块的y坐标就是i2n2
i小块的面积是i2n21n=i2n3。求和所有小块,即为:
i=0ni2n3=i=0ni2n3=n(n+1)(2n+1)6n3=13n+1n2n+12n, limn13n+1n2n+12n=13
故所求曲边梯形的面积就是13

牛顿-莱布尼茨公式

面对着相当可恶的多项式,上面的搞法就会出问题。
因为i=1ni2的计算公式我们知道,但是i=1ni233的计算公式真是天知道。
所以前人提出了巧妙的方法——牛顿-莱布尼茨公式。
公式的核心思想是,积分和求导是互逆运算。这个东西可以用定义强行推出来,但是也许下面的式子会有一定启发:f(x)=ΔyΔx,则Δy=Δxf(x)
如何应用牛-莱公式?(下面的式子都省略dx 若f(x)F(x)的导数,则有: abf(x)=F(b)F(a)
例子:仍然用之前的01x2。令f(x)=x2,脑补出它是F(x)=13x3的导数。
那么01x2=F(1)F(0)=130=13
简单方便!于是我们的任务不再是分段求面积,而是从导数反推出原函数
一般来说,f(x)为多项式的很好推。
例题:求01(x3x+1)
解:令f(x)=x32x+1,脑补出原函数F(x)=14x4x2+x。验算,成立。 那么01f(x)=F(1)F(0)=140=14

奇技淫巧

一般来说,f(x)为根式就很难推出原函数。但是如果f(x)有“猎奇的性质”,那么就可以从面积推积分
例如:求02(4x2)。显然这个东西相当难积,所以我们反其道而行之,求面积。
注意到f(x)=4x2,x[0,2]xy轴围成的图形恰为一个四分之一的圆,其面积是π224=π。 故02(4x2)=π

总结

微积分博大精深。

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