知识讲解_微积分基本定理

发布时间:2019-06-02   来源:文档文库   
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微积分基本定理
编稿:赵雷 审稿:李霞
【学习目标】1.理解微积分基本定理的含义。
2.能够利用微积分基本定理求解定积分相关问题。
【要点梳理】
要点一、微积分基本定理的引入
我们已学过过用定积分定义计算定积分,但其计算过程比较复杂,所以不是求定积分的一般方法。我们必须寻求计算定积分的新方法,也是比较一般的方法。

1)导数和定积分的直观关系:
如下图:一个做变速直线运动的物体的运动规律是s=st,由导数的概念可知,它在任意时刻t的速度vt=st。设这个物体在时间段[ab]内的位移为s,你能分别用 stvt)表示s吗?

一方面,这段路程可以通过位置函数St)在[ab]上的增量sb)-sa)来表达, s=sb)-sa 另一方面,这段路程还可以通过速度函数vt)表示为
s =
b
av(tdt, bav(tdt
所以有:



b
av(tdtsb)-sa

2)导数和定积分的直观关系的推证:
上述结论可以利用定积分的方法来推证,过程如下:

如右图:用分点a=t0t1<…<ti1ti<…<tn=b 将区间[ab]等分成n个小区间:
[t0t1][t1t2],…,[ti1ti],…,[tn1tn] 每个小区间的长度均为

ttiti1ba
nΔt很小时,在[ti1ti]上,vt)的变化很小,可以认为物体近似地以速度vti1做匀速运动,物体所做的位移
sihiv(ti1ts'(ti1tbas'(ti1
n从几何意义上看,设曲线s=st)上与ti1对应的点为PPDP点处的切线,由导数的几何意义知,切线PD的斜率等于sti1,于是
sihitanDPCts'(ti1t
结合图,可得物体总位移
ssihiv(ti1ts'(ti1t
i1i1i1i1nnnn显然,n越大,即Δt越小,区间[ab]的分划就越细,的近似程度就越好。由定积分的定义有
v(ti1ni1ts'(ti1tsi1nnbbbabaslimv(ti1lims'(ti1v(tdts'(tdt
aannnni1i1n结合①有
sv(tdts'(tdts(bs(a
a
abb上式表明,如果做变速直线运动的物体的运动规律是s=st,那么vt=st)在区间[ab]上的定积分就是物体的位移sb)―sa

f(x[ab]F'(xf(xbaf(xdxF(bF(a
这个结论叫做微积分基本定理。

要点二、微积分基本定理的概念

微积分基本定理:
一般地,如果F'(xf(x,且f(x[ab]上可积,则这个结论叫做微积分基本定理,又叫做牛顿-莱布尼兹公式。

其中,F(x叫做f(x的一个原函数。为了方便,我们常把F(bF(a记作F(xabbaf(xdxF(bF(abaf(xdxF(xaF(bF(a
b
要点诠释:1)根据定积分定义求定积分,往往比较困难,而利用上述定理求定积分比较方便。
2)设f(x是定义在区间I上的一个函数,如果存在函数F(x,在区间I上的任何一点x处都有F'(xf(x,那么F(x叫做函数f(x在区间I上的一个原函数。根据定义,求函数f(x的原函数,就是要求一个函数F(x,使它的导数F'(x等于f(x。由于[F(xc]'F'(xf(x,所以F(xc也是f(x的原函数,其中c为常数。
3)利用微积分基本定理求定积分
b
af(xdx的关键是找出使F'(xf(x的函数F(x。通常,我们可以运用基本初等函数的求导公式和导数的四则运算法则从反方向求出F(x

要点三、定积分的计算
1. 求定积分的一般步骤是:
1)把被积函数变形为幂函数、正弦函数、余弦函数、指数函数与常数的积的和或差; 2)把定积分用定积分性质变形为求被积函数为上述函数的定积分; 3)分别用求导公式找到一个相应的原函数;
4)利用牛顿―――莱布尼兹公式求出各个定积分的值; 5)计算原始定积分的值。 2. 定积分的运算性质。
①有限个函数代数和(或差)的定积分等于各个函数定积分的代数和(或差),即
b
a[f1(xf2(xfn(xdx]f1(xdxf2(xdxaabbfn(xdx
a
b
②常数因子可提到积分符号前面,即
b
akf(xdxkf(xdx
a
b③当积分上限与下限交换时,积分值一定要反号,即④定积分的可加性,对任意的c,有b
af(xdxf(xdx
bbc
a
b
af(xdxf(xdxf(xdx
a
c3. 定积分的计算技巧:
1)对被积函数,要先化简,再求积分。
2)求被积函数是分段函数的定积分,依据定积分“对区间的可加性”,分段积分再求和。
3)对于含有绝对值符号的被积函数,要去掉绝对值符号才能积分。 要点诠释:
求定积分主要是要找到被积函数的原函数,也就是说,要找到一个函数,它的导函数等于被积函数.因此,求导运算与求原函数运算互为逆运算. 把积分上、下限代入原函数求差时,要按步骤进行,以免发生符号错误。
由于F(xc'f(x,F(xc也是f(x的原函数,其中c为常数.
【典型例题】
类型一:利用微积分基本定理求定积分
【高清课堂:微积分基本定理385549 典型例题1
1.计算下列定积分 131dx 22xdx
1x
2
1【思路点拨】 根据求导函数与求原函数互为逆运算,找到被积函数的一个原函数,用微积分基本定理求解. 【解析】1)因为(lnx'32112,所以dxlnx|1ln2ln1ln2
1xx21
32xdxx2|1817
【总结升华】为使解题步骤清晰,通常都是把求原函数和计算原函数值的差用一串等式表示出来。解题格式如下:有举一反三:
【变式】计算下列定积分
1
1
b
af(xdxF(xaF(bF(a
b1dx 2xdx
3xdx 4xdx 【答案】11dxx101
10
0
1
3
1
3
01
1
1
0
012112121xdxx10 0202221141141413xdx3x10 0404441111134xdxx414(140
1414421【高清课堂:微积分基本定理385549 典型例题2
2 求下列定积分: 13212(xx1dx2(sinxcosxdx
001x4(cosxedx (xx2dxx21【解析】 121(x2x1dxx2dx1221x31292xdx1dxx2x1
1312162222
0(sinxcosxdxsinxdxcosxdx(cosx0sinx02
0
0
2
222211x2x3375222lnx1ln2ln2 3(xxdxxdxxdxdx1111xx21312362
40x00
x
0x01(cosxedxcosxdxedxsinxe1e 【总结升华】
1 求函数f(x在某个区间上的定积分,关键是求出函数f(x的一个原函数, 要正确运用求导运算与求原函数运算互为逆运算的关系。
2 求复杂函数定积分要依据定积分的性质。 举一反三:
【变式1】计算下列定积分的值: 12(3x2x1dx 22015 银川校级期中)1201(xsinxdx 10(8xx8dx 【答案】
1223x20(3xx1dx(x2x208 211(x2sinxdx(13113133xcosx|1(31cos1[3(1cos(1]13cos1123cos13 310(8xx8dx(8xx9171ln8903ln29
【高清课堂:微积分基本定理385549 典型例题2
1【变式2】计算(12x01x2dx
212x1edx
1x1【答案】(1201x2dx1x221302
12
1
e2xdx11e2x12e21e2122 【变式3】计算下列定积分
1222x0x(x1dx 2121(exdx 30sinxdx
【答案】 1x(x1x2x(132123xx,(2xx
2x(x1dx2(x2xdx2x2dx2xdx1x3|21220000032x|0(1
3320(12220143.2(lnx1x,又(e2xe2x(2x2e2x,得e2x(12x2e 3

221112x22所以(edxedx dxe2x|1lnx|1111xx21111e4e2ln2ln1e4e2ln2. 222222x3)由(sin2xcos2x(2x2cos2x,得cos2x(sin2x
1111所以sinxdx(cos2xdxdxcos2xdx
00202220111111x|(sin2x|(0(sin2xsin0. 0022222222212类型二:几类特殊被积函数求定积分问题
3 求下列定积分。
22x, (x012015 梧州三模)已知函数f(x,求f(xdx
122x, (x0 2201sin2xdx
【答案】(1
122(21 23【思路点拨】对于图形由两部分组成的函数在求积分时,应注意用性质baf(xdxcaf(xdxf(xdx进行化简. cb【解析】
2x, (x01)∵函数f(x
22x, (x0
212f(xdx202x2dxx2dx
1
0
02x2dx表示以原点为圆心,以2为半径的圆的面积的四分之一,
20212x2dx2
42f(xdx2012x2dxx2dx1011x3|0 123232201sin2xdx2(sinxcosx2dx
0

20 |d|sinx-cxosx40|sinxcosx|dx2|sinxcosx|dx
4

40(cosxsinxdx2(sinxcosxdx
44 (sixncoxs02(xcosxsin4 22(1【总结升华】
1)对于分段函数的定积分,通常是依据定积分“对区间的可加性”,先分段积分再求和,要注意各段定积分的上、下限。 2)计算ba|f(x|dx时,需要去掉绝对值符号,这时要讨论f(x的正负,转化为分段函数求定积分问题。
举一反三:
【高清课堂:微积分基本定理385549 典型例题3 【变式1】求定积分:1202x,0x1f(xdx 其中f(x 5,1x22【答案】(1230x1dx

1
2
1
2
0
1
0
203f(xdx2xdx5dxx25x16 x1dxx1dxx1dx
0
1
1
3
0
(1xdx0131(x1dx
121123 x|0(xx|122152 22(x【变式2】计算下列定积分 1202|sinx|dx2|x1|dx
0
2【答案】
1(cosxsinx20|sinx|dx|sinx|dx|sinx|dxsinxdxsinxdx
02202cosx|0cosx|(coscos0(cos2cos4.
2x1(1x22)∵0x2,于是 |x1|
21x(0x121311322|x1|dx(1xdx(x1dxxxxx1 00013322122
111123212 333类型三:函数性质在定积分计算中的应用
4.求定积分:1
1(xcosx3x2dx
1【思路点拨】考虑利用被积式函数的奇偶性求积分。 【解析】∵yxcosx是奇函数,∴y11xcosxdx0
3x是偶函数,∴
3
2
2
1
31xdx2xdx
0
1
2
3
2
1231635(xcosxxdx02xdx2x3
10055【总结升华】函数的奇偶性又是解决定积分有关问题的重要工具,利用这两点能简捷地解决定积分的有关问题,结论如下: 1)若f(x是偶函数,则aaaf(xdx2f(xdx
0
a2)若f(x是奇函数,则举一反三: 【变式1】求af(xdx0.
33(x3sinxdx的值
3【答案】设f(xxsinx f(x是奇函数,∴【变式2】设f(x是偶函数,若【答案】∵f(x是偶函数,∴33(x3sinxdx0
2
2
0f(xdx2,则f(xdx
220
2
2f(xdx2f(xdx224
【变式3】求定积分:2【答案】
y2cos222xcos22dx
2
xcosx1是偶函数, 220x22cosdx2(cosx1dx22(cosx1dx2(sinxx02222.

本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/2ce6ad1803d276a20029bd64783e0912a3167c3e.html

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