引入
不定积分的结果是一个函数族,那它能像函数一样做加减和数乘吗?
为什么 成立,而乘积就不能拆?
常数能不能提到积分号外面?
正文
性质一(线性)
设 、 的原函数存在,则
性质二(数乘)
设 的原函数存在, 为非零常数,则
两条合起来就是线性性:
为什么成立
求导验证即可:
右边恰好是 的一个原函数,所以它就是 (相差常数,归入 )。
积分是求导的逆运算,所以求导的线性性直接转化为积分的线性性。
常数为什么能提出来
同理, 是 的原函数。
注意 的条件:若 ,左边是 ,右边是 ,两者相差常数,实际上仍成立(因为不定积分允许差常数)。教材写 是为了避免形式上的歧义。
不能拆的情形
| 运算 | 能否拆 |
|---|---|
| 和差 | 能 |
| 数乘 | 能 |
| 乘积 | 不能 |
| 商 | 不能 |
| 复合 | 不能 |
乘积的积分要用分部积分,复合函数的积分要用换元法。这是不定积分运算法则的内容。
拆分策略
线性性质的价值在于把复杂积分拆成多个简单积分:
| 步骤 | 操作 |
|---|---|
| 1 | 展开被积函数(去括号、化简) |
| 2 | 逐项拆分 |
| 3 | 分别套用基本积分表 |
| 4 | 合并,最后加一个 |
合并后只写一个 :每一项都产生常数,但它们的和仍是常数,用一个 表示即可。
与定积分性质的关系
| 性质 | 不定积分 | 定积分 |
|---|---|---|
| 线性 | 同 | |
| 区间可加 | 无此概念 | |
| 保号性 | 无此概念 |
不定积分没有区间可加性和保号性,因为它不是数,而是一个函数族。
常见误区
| 错误说法 | 问题 |
|---|---|
| ”乘积也能拆成两个积分相乘” | 不成立 |
| ”每项都要写 “ | 最后写一个即可 |
| ”常数必须非零才能提” | 时也成立(允许差常数) |
| “不定积分有保号性” | 那是定积分的性质 |
| ”线性性说明积分是线性的” | 是,但”线性”指运算保持,不是指图像 |
引出
为什么乘积的积分不能拆?这与求导的乘积法则有什么关系?
线性性在定积分中如何体现?
积分算子作为线性算子,与线性代数中的线性映射有何联系?