Part 4R 不定积分和定积分

关于\(f(x)\)\((a, b)\)上有原函数\(F(x)\),要注意以下几点。在\((a, b)\)上:

  1. \(f(x)\)不一定连续
  2. 由原函数定义,\(F'(x)=f(x)\),因而\(F(x)\)连续
  3. \(F(x)\)不一定是初等函数
  4. \(f(x)\)不一定是初等函数

可积性

  1. 不定积分的存在性等价于原函数存在。不能有第一类间断点(由Darboux定理决定:闭区间上(连续)函数的导函数无第一类间断点),不能有无穷间断点(无穷处不可导),如果有间断点必然是震荡间断。
  2. 定积分的存在性对应黎曼可积。
    1. 连续函数必然黎曼可积。利用变上限函数微分定理可以说明。
    2. 常可以利用“有限个第一类间断点”判别(考研)。
    3. 更一般的,对应不定积分的存在性,黎曼可积性可以兼容第一类间断和有界的震荡间断点。从而我们总结出(同济7版):若\(f(x)\)\([a,b]\)上连续,则\(\int_a^b f(x)\mathrm dx\)必定存在。
  3. 原函数存在的函数不一定黎曼可积。例如\(F(x)=\begin{cases}x^2\sin^2\frac{1}{x}, &x=0\\0, &x\not=0\end{cases}\)的导函数,其原函数是\(F(x)\),但是由于无界,故不可积。
  4. 可积的函数不一定有原函数。因为可积的函数中包含了带有有限个第一类间断点的函数。

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不可导点

  1. 无定义的点,没有导数存在(D.N.E.= do not exists),例如分子为0的点;(无定义)
  2. 不连续的点,或称为离散点,导数不存在;(不连续)
  3. 连续点,但是此点为尖尖点,左右两边的斜率不一样,也就是导数不一样,不可导;(不光滑)
  4. 有定义,连续、光滑,但是斜率是无穷大.(导数值为∞)

原函数存在定理

如果函数\(f(x)\)在区间\([a,b]\)上连续,那么函数

\[\varPhi(x)=\int_a^xf(t)\,\mathrm dt \]

就是\(f(x)\)\([a,b]\)上的一个原函数。

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