Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Определенный интеграл как функция верхнего предела

Пусть функция f (t) определена и непрерывна на некотором промежутке, содержащем точку a. Тогда каждому числу x из этого промежутка можно поставить в соответствие число

,

Рис. 23

определив тем самым на промежутке функцию I (x), которая называется определенным интегралом с переменным верхним пределом. Отметим, что в точке x = a эта функция равна нулю. Вычислим производную этой функции в точке x. Для этого сначала рассмотрим прира­щение функции в точке x при приращении аргумента D x:

D I (x) = I (x + D x) – I (x) =

.

Как показано на рисунке 23, величина последнего интеграла в формуле для приращения D I (x) равна площади криволинейной трапеции, отмеченной штриховкой. При малых величинах D x (здесь, так же как и везде в этом курсе, говоря о малых величинах приращений аргумента или функции, имеем в виду абсолютные величины приращений, так как сами приращения могут быть и положительными и отрицательными) эта площадь оказывается приблизительно равной площади прямоугольника, отмеченного на рисунке двойной штриховкой. Площадь прямоугольника определяется формулой f (x)D x. Отсюда получаем соотношение

.

В последнем приближенном равенстве точность приближения тем выше, чем меньше величина D x.

Из сказанного следует формула для производной функции I (x):

.

Производная определенного интеграла по верхнему пределу в точке x равна значению подынтегральной функции в точке x. Отсюда следует, что функция является первообразной для функции f (x), причем такой первообразной, которая принимает в точке x = a значение, равное нулю. Этот факт дает возможность представить определенный интеграл в виде

. (9)

Пусть F (x) тоже является первообразной для функции f (x), тогда по теореме об общем виде всех первообразных функции I (x) = F (x) + C, где C — некоторое число. При этом правая часть формулы (9) принимает вид

I (x) – I (a) = F (x) + C – (F (a) + C) = F (x) – F (a). (10)

Из формул (9) и (10) после замены x на b следует формула для вычисления определенного интеграла от функции f (t) по промежутку [ a; b ]:

,

которая называется формулой Ньютона-Лейбница. Здесь F (x) — любая первообразная функции f (x).

Для того, чтобы вычислить определенный интеграл от функции f (x) по промежутку [ a; b ], нужно найти какую-либо первообразную F (x) функции f (x) и подсчитать разность значений первообразной в точках b и a. Разность этих значений первообразной принято обозначать символом .

Приведем примеры вычисления определенных интегралов с помощью формулы Ньютона-Лейбница.

Примеры. 1. .

2. .

Сначала вычислим неопределенный интеграл от функции f (x) = xe^x. Используя метод интегрирования по частям, получаем: . В качестве первообразной функции f (x) выберем функцию e^x (x – 1) и применим формулу Ньютона-Лейбница:

I = e^x (x – 1) = 1.

При вычислении определенных интегралов можно применять формулу замены переменной в определенном интеграле:

.

Здесь a и b определяются, соответственно, из уравнений j (a) = a; j (b) = b, а функции f, j, j¢ должны быть непрерывны на соответствующих промежутках.

Пример: .

Сделаем замену: ln x = t или x = e^t, тогда если x = 1, то t = 0, а если x = e, то t = 1. В результате получим:

.

При замене переменной в определенном интеграле не нужно возвращаться к исходной переменной интегрирования.