引入
用”分割、求和、取极限”计算 ,需要算一个复杂的和式。有没有更快的办法?
求面积(积分)和求切线(导数)看起来毫无关系,为什么能互相解决?
为什么微积分基本公式要求被积函数连续?
定积分的定义只告诉你”它是什么”,没有告诉你”怎么算”。微积分基本公式补上了这一步:只要能找到一个原函数,积分就是一个减法。
正文
定理(微积分基本定理)
若函数 在 上连续, 是 在 上的一个原函数,则
这个式子称为牛顿-莱布尼茨公式。
变上限积分
定义
则 ,即变上限积分是 的一个原函数。
这是基本定理的第一部分:连续函数一定有原函数,而且可以用积分显式构造出来。
| 结论 | 内容 |
|---|---|
| 存在性 | 连续函数必有原函数 |
| 构造 | 就是一个 |
| 求导 | |
| 链式推广 |
定理的第二部分
设 是 的任一原函数,则 。取 得 ,于是
关键在于”任一原函数”:不同的原函数只差一个常数 ,而相减时 抵消,所以结果唯一。
为什么要求连续
若 不连续, 可能不可导,定理的第一部分就不成立。
| 条件 | 结论 |
|---|---|
| 连续 | 可导且 ,公式成立 |
| 可积但不连续 | 连续,但可能在某些点不可导 |
| 不可积 | 积分本身无意义 |
高中阶段遇到的函数基本都是连续的,所以这个条件通常不构成障碍;但在做题时,若遇到分段函数,需要检查分段点。
计算示例
用定义计算需要求 ,两者结果一致。基本公式的价值在于把极限过程压缩为一次减法。
与不定积分的关系
| 对象 | 结果 | 是否带 |
|---|---|---|
| 不定积分 | 函数族 | 带 |
| 定积分 | 一个数 | 不带 |
计算定积分时,习惯上先求不定积分,再代入上下限。但要注意:代入时不需要写 ,因为它会被减掉。
常见计算错误
| 错误 | 问题 |
|---|---|
| 在 处无定义,是反常积分 | |
| 分段函数直接代端点 | 需在分段点处分段计算 |
| 忘记替换上下限(换元后) | 换元必须同时换限,或回代后再代入 |
| 把 写成 | 是 |
换元与分部积分中的定积分形式
换元:
换元后上下限必须跟着换,换完不必回代。
分部积分:
边界项同样要代入上下限。
常见误区
| 错误说法 | 问题 |
|---|---|
| ”基本公式对所有可积函数成立” | 需连续 |
| ”原函数必须取特定的那个” | 任一原函数结果相同 |
| ”定积分结果要加 “ | 定积分是数,不加 |
| ”换元后不用改上下限” | 必须改,否则结果错误 |
| "" | 等于 |
引出
变上限积分把”积分”变成了”函数”,这能否用来定义新的函数?
为什么连续函数的原函数一定存在,但可能无法用初等函数表示?
反常积分在端点无界时,基本公式还能用吗?