变上限定积分函数,简称积分上限函数;证明积分上限函数求导定理

如题所述

第1个回答  2023-09-11

牛顿361、变上限定积分函数,简称积分上限函数;证明积分上限函数求导定理

积分上限函数(百度百科):设函数y=f(x)在区间[a,b]上可积,对任意x∈[a,b],y=f(x)在[a,x]上可积,且它的值与x构成一种对应关系(如图所示),称Φ(x)为变上限的定积分函数,简称积分上限函数。

如果f(x)在[a,b]上的定积分存在,我们就说f(x)在[a,b]上可积。即f(x)是[a,b]上的可积函数。

可积函数:

数学上,可积函数是存在积分的函数。

定义

设函数f(x)在区间[a,b]上可积。

根据定积分对区间的可加性,有:对任意x(a≤x≤b),f(x)在[a,x]上也可积。

这时,称变上限定积分∫[a,x]f(t)dt为f(x)的积分上限函数,记为Φ(x),

即:d(x)代表对x求微分。

dy/dx中的d是“微小的增量”的意思,也就是指微小的增量y除以微小的增量x。在函数中是,微分的意思。

dx就是对x的微分,是把增量细微化,dx就是很小很小的一个x。

当f(x)≧0时,Φ(x)在几何上表示为可以变动的曲边梯形的面积(图中的阴影部分)。

就是:若f(x)在x0处连续,则当a趋向于0时,[f(x0+a)-f(x0)]/a存在极限,则称f(x)在x0处可导。

定理

设函数f(x)在区间[a,b]上连续,则积分上限函数Φ(x)=∫[a,x]f(t)dt,(a≤x≤b)在[a,b]上可导,并且Φ’(x)=f(x)。

证明:对于任意给定的x∈[a,b],给x以增量△x,使得x+△x∈[a,b],

在物理学中,△常常作为变量的前缀使用,表示该变量的变化量,如:△t(时间变化量)、△T(温度变化量)、△X(位移变化量)、△v(速度变化量)等等

根据导数定义,得:Φ’(x)=lim(△x→0)[Φ(x+△x)-Φ(x)]/△x

由Φ(x)的定义及定积分对区间的可加性,有:

Φ(x+△x)-Φ(x)=∫[a,x+△x]f(t)dt-∫[a,x]f(t)dt=∫[x,x+△x]f(t)dt

再由定积分中值定理,得:

△Φ(x)=∫[x,x+△x]f(t)dt=f(ξ)△x,

{定积分中值定理:如果函数f(x)在闭区间[a,b]上连续,则在积分区间[a,b]上至少存在一个点ξ,使∫[a,b]f(x)dx=f(ξ)(b-a)。(a≤ξ≤b)

其中,ξ在x和x+△x之间。

∴Φ’(x)=lim(△x→0)[Φ(x+△x)-Φ(x)]/△x

=lim(△x→0)△Φ(x)/△x

=lim(△x→0)f(ξ)△x/△x

=lim(△x→0)f(ξ)

∵f(x)连续

∴lim(△x→0)f(ξ)=f(x)

即:Φ’(x)=f(x)

(∫[a,x]f(t)dt)’=f(x)

证毕。

这个定理说明,任何连续函数都有原函数存在,且积分上限函数Φ(x)=∫[a,x]f(t)dt就是f(x)在[a,b]上的一个原函数。

上述定理也叫做原函数存在定理。

“定义一个变上限积分函数Φ(x)=∫[a,x]f(t)dt,让函数Φ(x)获得增量△x,则对应的函数增量为:

△Φ(x)=Φ(x+△x)-Φ(x)

=∫[a,x+△x]f(t)dt-∫[a,x]f(t)dt

=∫[x,x+△x]f(t)dt(定积分对区间的可加性)

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