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其中∫表示F求′(函x)数=f (x)原函数的运算,称为不定积分。
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这样一来,在理论上就有了这样的函数链条,一个函数F (x)通过不断地求导,得到向右伸展的无限序列:
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F′(x),F′′(x),F′′′(x),···,F(n) (x),···
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这样的函数是有的(我们称之为解析函数),如sin x,cos x等。
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另一方面,许F多′(函x)数=f (x)可以有原函数,而原函数又可以有原函数。于是得到向左的无限序列:
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…,∫∫∫f (x)dxdxdx,∫∫f (x)dxdx,∫f (x)dx,f (x).
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例如,以y=x2为中心,它的导函数是y′=2 x(下一级);而它又是的导数,后者构成了它的一个原函数(上一级)。y=x2的有些整体性质(增减、极值等)靠它的“下级”函数来展示,而围成的曲边梯形面积的整体性质则靠它的“上级”函数(原函数)来刻画。这样,环环相扣,函数性质的研究到达微积分时代,开创了初等数学所无法达到的新局面。
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我们首先要问,什么样的函数必定会存在原函数呢?
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答案F是′(,x)若=f (x)在区间[a,b]上连续,则一定有原函数。怎样思考呢?还是回到定积分的几何意义:曲边梯形的面积。由图5.9.1可知,整个曲边梯形面积是一段段的微矩形面积累加起来的。每个微矩形的底边长dxF,′(高x)是=f (x),其面积是[a,x+Δx]段上的曲边梯形面积f (x)d,
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减去[a,x]段上曲边梯形的面积()df x x。于是,我们可以把()df x x看作是x的函数,并F称′(之x)为=f (x)的活动上限积分函数。
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积分学基本定理 F若′(函x)数=f (x)在区间[a,b]上连续,则其活动上限定积分F(x)=f (t)dt可导,且F′(x)=。
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▲ 图5.9.1
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如何求出任意函数的原函数以及不定积分,需要一些运算技巧。好在平常所见的一些初等函数,有积分表可以查。本书不拟多所涉及。
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数学文化教程 第十节 一桥飞架南北,天堑变通途——牛顿—莱布尼茨公式
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现在我们有了两种积分:定积分和不定积分。定积分的思想来自求曲边梯形面积,和微分学本无直接联系。至于不定积分,则直接从“导数”的反问题引出。那么两者间究竟有怎样的关系呢?这一节的微积分基本定理将给出答案。
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我们先从整体上作一考察。如前所说,求曲边梯形面积的本质在于将局部的微分累积起来,借用极限方法获知整体结论。不定积分则是求原函数,例如,已知时间间隔[a,b]上的速度函数v(t),求位移函数S(t)。
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我们已经理解,在时间间隔[t,t+Δt]内,物体运动的位移约为v(t)·Δt,
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