牛顿莱布尼茨公式推导方法

如题所述

牛顿莱布尼茨公式推导方法如下:

定理:若函数f在[a,b]上连续,且存在原函数F,即F’(x)=f(x),x∈[a,b],则f在[a,b]上可积,且∫(ab)f(x)dx=F(b)-F(a).称为牛顿—莱布尼茨公式,常写成:∫(a->b)f(x)dx=F(x)|(a->b).

用老黄的话说,就是:函数的定积分,等于积分区间两个端点的对应原函数的差。默认右端点的原函数减去左端点的原函数。下面是它的证明过程,也是推导过程。注意定积分定义的运用:

证:任取T={a=x0,x1,…,xn=b},在每个[xi-1,xi]上运用拉格朗日中值定理,注意,定积分的定义中,分割必须是任取的

则分别存在ηi∈(xi-1,xi),i=1,2,…,n,使得。注意,定积分的定义中,各小分区的点也必须是任取的,而这里的ηi受到分区端点的限制,所以不是任取的

F(b)-F(a)=∑(i=1->n)(F(xi)-F(xi-1))=∑(i=1->n)F’(ηi)△xi=∑(i=1->n)f(ηi)△xi.这是函数f的一个积分和,被证明是一个定值。

因为f在[a,b]上连续,从而一致连续,∴∀ε>0,存在δ>0,使这是为了应用定积分定义证明公式的一个铺垫,方法不唯一,但是利用一致连续性的定义是比较丝滑的一种证明方法

当x’,x”∈[a,b]且|x’-x”|<δ时,|f(x’)-f(x”)|<ε/(b-a).b-a是一个定值,表示积分区间的长度,因此ε/(b-a)的本质,仍是一个“ε”.这一步显得有点粗暴,但有效。之所以要构造成这个形式,是为了完美得到定积分的定义不等式,看到最后你就会明白了。

于是,当△xi≤‖T‖<δ时,任取ξi∈(xi-1,xi),便有|ξi-ηi|<δ,ξi才是定积分的定义中,各小分区中各自任取的点,它的所有积分和,才是定义需要的积分和。只要分割的模小于δ,自然,每个小分区中的任意两点的距离,都会小于δ.这样就符合一致连续性定义不等式的条件。

所以|∑(i=1->n)f(ξi)△xi-∑(i=1->n)f(ηi)△xi|=|∑(i=1->n)(f(ξi)-f(ηi))△xi|≤∑(i=1->n)|f(ξi)-f(ηi)|△xi<ε/(b-a)∑(i=1->n)△xi=ε.

因此,可推导出定积分定义的不等式,其中∑(i=1->n)△xi=b-a,这就是上面的一致连续性定义不等式要构造成ε/(b-a)的原因,目的就是约掉分母,得到ε,使结果|∑(i=1->n)f(ξi)△xi-∑(i=1->n)f(ηi)△xi|<ε更加契合定积分定义的不等式形式,但这不是必要的,只是一种完美主义者的追求。

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