不定积分论文

1、 目录摘要（1）关键字 （2）前言（2）1.概念（3）1.1不定积分（3）1.2定积分（4）1.3瑕积分（5）2不定积分与定积分的联系与区别（6）2.1定义上（6）2.2性质上（8）3定积分与瑕积分的联系与区别（11）3.1定义上（12）3.2性质上（12）4总结（14）参考文献（14）致谢（15）浅谈数学分析中几类积分的联系与区别 摘要 本文主要从概念和性质两方面分别讨论了不定积分、定积分与瑕积分之间的联系与区别.它们“形式”形式相像，相互之间又存在内在的联系，但如果忽视他们本质上的不同之处，将会导致很多错误.为此，本文就他们之间在定义上和性质上的联系与区别展开讨论，这将会有助于正确理解和掌

2、握这三类积分.关键字 不定积分 定积分 瑕积分 性质 区别 Discussion on relation and difference of several integrals in mathematical analysis Abstract This essay mainly discusses the relation and difference of indefinite integral,definite integral and generalized integral from two sides:concept and character.Their shapes are s

3、imilar,and they have inherent connection from each other,but if their innate differences are ignored,that will make much mistake.Therefore,here spread out the discuss about the similar and difference from their concepts and characters,that should make useful for comprehending and knowing these three

4、 integrals well.Key words:indefinite integral definite integral generalized integral character difference前言 公元前三世纪，古希腊的阿基米德在研究如何解决抛物弓形的面积，球和球冠的面积，螺线下面积和螺旋双曲体的体积问题中，就隐含着现代积分学的思想.他用球体薄片的叠加与球的外切圆柱和相关圆锥薄片的叠加，并采用杠杆原理得到球的体积公式.我国三国时期的刘徽在解决面积和体积问题的时候，采用了出入相补和以盈补虚的思想，在求圆周率的方法采用了割圆术中指出的“割之弥细，所失弥少，割之又割，以至于不可割，

5、则与圆周合体而无所失矣”.到公元五世纪，中国数学家祖冲之与其子祖日恒提出了“缘幂势既同，则积不容易”，这都是积分概念的雏形.积分真正的发展要在十七世纪以后，牛顿的流数简论标志着微积分的诞生，莱布尼茨对积分也作出了巨大的贡献.十八世纪，数学的发展进入了分析时代，但是积分的概念一直受着面积观念的影响，直到柯西才能真正的从分析角度给出了积分的构造性定义.此外，柯西具有创造性的从“和式极限”这个观点出发，使积分作为一个独立个体从微分中分离出来.本文所探讨是大学数学系数学与应用数学专业的数学分析课程的内容，所涉及的包括不定积分、定积分和瑕积分的内容.主要讨论这三类积分在概念和性质两方面的联系与区别.由于

6、数学分析中的各类积分都存在本质上的联系，但又各不相同，本文的意义就在于能够比较系统地分析和总结这三类积分关系，便于解决实际问题.1概念1.1不定积分 正如加法有其逆运算减法，乘法有其逆运算除法一样，微分法也有它的逆运算积分法.我们知道，微分法的基本问题是研究如何从已知函数求出它的导函数，那么与之相反的问题是：求一个未知函数，使其导函数恰好是某一已知函数. 定义1 设函数与在区间上都有定义，若 ,则称为在区间上的一个原函数. 定义2 函数在区间上的全体原函数称为在上的不定积分，记作 ，其中称为积分号，称为被积函数，称为被积表达式，称为被积变量. 由定义2可见，不定积分与原函数是总体与个体的关系，

7、即若是的一个原函数，则的不定积分是一个原函数族，其中是任意常数.为方便起见，通常写作 .这时又称为积分常数，它可以任取一实数值.1.2定积分 定义1 设闭区间上有个点，依次为 ，它们把分成个小区间,.这些分点或这些闭子区间构成对的一个分割，记为 或.小区间的长度为，并记 ,称为分割的模.注 由于，因此可用来反映被分割的细密程度.另外,分割一旦给出，就随之而确定；但是，具有同一细度的分割却又无限多个.定义2 设是定义在上的一个函数，是一个确定的实数.若对任给的正数，总存在某一正数，使得对的任何分割，以及在其上任意选取的点集，只要，就有 ,则称函数在区间上可积；数称为在区间上的定积分，记作 .其中

8、，称为被积函数，称为积分变量，称为积分区间，、分别称为这个定积分的上限和下限.1.3瑕积分定义1 设函数在定义在区间上，且点的任一右邻域内无界，在任何内闭区间上有界且可积，如果存在极限 , （1）则称此极限为无界函数在上的反常积分，记作 ，并称反常积分收敛.如果极限（1）不存在，这时也说反常积分发散.在定义1中，被积函数在点近旁是无界的，这时点称为的瑕点，而无界函数反常积分又称为瑕积分.类似地，可定义瑕点为时的瑕积分： .其中在有定义，在点的任一左邻域内无界，但在任何上可积.若的瑕点，则定义瑕积分 . （2）其中在上有定义，在点的任一邻域内无界，但在任何和上都可积，当且仅当（2）式右边两个瑕积

9、分都收敛时，左边的瑕积分才是收敛的.又若、两点都是的瑕点，而在任何上可积，这时定义瑕积分. （3）其中为内任一实数.同样地，当且仅当（3）式右边两个瑕积分都收敛时，左边的瑕积分才是收敛的.2不定积分与定积分的联系与区别2.1定义上求定积分，即是在闭区间上对某个量进行分割、累积的过程.英文短语definite integral恰好反映了这个计算过程的本质.而不定积分表示的是的全体原函数，既没有分割，也没有积累，为什么也称为“积分”呢？下面将通过重新定义不定积分，证明把“不定积分”称为“积分”也是合理的.设是闭区间上的连续函数,不妨设.一方面，变上限定积分是在上的一个原函数.另一方面，把连续延拓到

10、，得到，使满足条件：，.让下限变动到，得到变动上限与变动下限的定积分 ，.则 .因为是的连续函数，且，,所以，对于任意常数，根据连续函数的介值性定理，存在，使得.以上的分析结果可以总结为：令变动上限为自变量，变动下限为参数，则形式定积分就是在上的不定积分.也就是说，不定积分是一种特殊形式的定积分，是上限与下限都不定的定积分.因此可以说明，把不定积分称为积分是合理的. 当时，或当在上不定号时，也可以类似讨论，并得到同样的结果.注：这里说形式定积分就是在上的不定积分，此时被积函数是，而不是原来的函数.在很多教科书中，对不定积分的定义是强加的，并没有说明为什么能够将称为“积分”，就更谈不上不定了.这

11、里揭示了这两种积分的内在联系：定积分就是积分上、下限都确定的积分，不定积分就是积分上、下限都不定的积分.因此，两种积分在本质上是相似的.虽然，不定积分与定积分本质相似，不定积分是一种特殊形式的定积分，但是，在概念上，两种积分是根本不同的.的不定积分就是它的全体原函数，而在区间上的定积分是一个极限值，即为是一个常数，这个常数仅仅依赖于被积函数和积分区间，与积分变量的字母表示无关.不定积分与定积分所分别表示的几何意义也是不同的.的不定积分的几何意义是以为其方程的一簇积分曲线.而在区间上的定积分的几何意义是由曲线在直线以及轴所围成的曲边梯形的面积.2.2性质上 定理2.1 若函数在上连续，且存在原函

12、数，即，则在上可积，且 .这成为牛顿莱布尼茨公式.定积分，原为求函数的极限，计算复杂.牛顿莱布尼茨公式的意义就在于把不定积分与定积分联系起来了，为求定积分提供了一个很有效的方法，实质上是将定积分的求解归结为求不定积分的原函数.只要求出的一个原函数，那么定积分就等于的原函数在区间上的增量.牛顿莱布尼茨公式体现了原函数与定积分的关系，但是原函数存在与函数可积并非充分条件，因此，运用牛顿莱布尼茨公式时必须注意条件.例 函数存在原函数，但在上不可积，因为在上无界.此外，对于定积分的计算，不定积分的换元积分法和分部积分法也适用.换元积分法定理2.2 设在上有定义，在上可导，且，并记 ，.(i)若在上存在

13、原函数，则在上也存在原函数,，即 .(ii)又若，则上述命题（i）可逆，即当在上存在原函数时，在上也存在原函数，且，即 .定理2.2 若函数在上连续，在上连续可微，且满足 ，则有定积分换元公式： . （1）证 由于（1）式两边的被积函数都是连续函数，因此他们的原函数都存在.设是在上的一个原函数，由复合函数微分法 ，可见是的一个原函数.根据牛顿莱布尼茨公式，证得 .从以上证明看到，在用还原法计算定积分时，一旦得到了新变量表示的原函数后，不必作变量还原而只要用新的积分限带入并求其差就可以了，这就是定积分换元积分法与不定积分换元法的区别，这一原因在于不定积分所求的是被积函数式的原函数，理应保留与原来

14、相同的自变量；而定积分的计算结果是一个确定的数，如果式一边的定积分计算出来了，那么另一边的定积分自然也求得了.分部积分法 定理2.3 若与可导，不定积分存在，则也存在，并有 . （2）定理2.3 若，为上的连续可微函数，则有定积分分部积分公式： . 证 因为是在上的一个原函数，所以有 .移向后即为（2）式.不定积分的性质性质1 不为0的常数因子可以移到积分号前.性质2 不定积分的线性性质 .推广：，其中、为常数，且.定积分的性质性质1 被积函数的常数因子可以提到定积分符号前,即 （为常数）.性质2 函数的代数和的定积分等于他们的定积分的代数和，即 .这个性质对有限个函数代数和也成立.性质3 积

15、分的上下限对换则定积分变号，即 .性质4 如果将区间分成两个子区间及，那这子区间分成有限个的情形也成立.性质5 如果在区间上，则，.通过对比可以看出，不定积分与定积分有相同性质1与性质2.即，不定积分的两个性质对定积分都适用.3定积分与瑕积分的联系与区别3.1定义上符号“”是在上的定积分还是瑕积分，由被积函数在上是否有界所确定.若“”是定积分，则于上一定有界；反之，在于上有界条件下，才讨论是否存在定积分.若“”是瑕积分，则于上一定无界；反之，在于上无界条件下，才讨论瑕积分是否收敛.怎样把这两种积分联系起来，用定积分的有关知识解决瑕积分的敛散问题，是我们要关注的问题.我们看以下例子：若函数在点的

16、任意邻域都无界，称是的瑕点.若是的瑕点，且，函数在上可积，极限存在，则称瑕积分收敛，记为 .由上限为瑕点积分为例，得出：（1）瑕积分中函数的瑕点都是“孤立点”，不可能是的任何子区间，否则，不成立“，在可积”.（2）瑕积分收敛的定义可用定积分知识给出.转换过程是首先去掉瑕点，在上转换为定积分，再利用极限工具，过渡到瑕积分，即3.2性质上定积分中，与三者关系（1）若于上可积，则，皆于上可积，反之，不一定成立.事实上，设，有，由定积分性质，于上可积.反之，.则,于上可积，但于上不可积.(2)于上可积于上可积.事实上，由，依据复合函数可积性，结论成立.瑕积分中，与三者关系（1）瑕积分或收敛，则瑕积分收

17、敛，反之不一定成立.事实上，由及收敛，结论成立.反之，例如：,收敛，但发散。，收敛，但发散。（2）瑕积分收敛，则收敛，反之不一定成立.事实上，由，得结论成立.反之，例如：，收敛，但发散.综上所述，得到下列对比关系： 上的定积分 上的瑕积分 4总结本文从积分的定义入手，用定积分的形式来重新定义不定积分，揭示不定积分与定积分的内在联系，同时证明了不定积分也称为积分的合理性.又根据概念和性质上的不同，将不定积分与定积分区分开来.对于定积分与瑕积分，它们是完全不同的两个概念，他们之所以能联系起来，是因为瑕积分收敛的定义可以用定积分知识给出，通过去掉瑕点，将瑕积分转为定积分，再利用极限工具，过渡到定积分

18、. 参考文献1华东师范大学数学系.数学分析 (第三版) 上册 M，北京：高等教育出版社，2006.2陈小平 无穷积分与定积分、瑕积分的区别J 北京：中国科技信息2010年第23期.3崔信 试论数学积分的几种性质J 北京：中国商界2010年第10期.4孙宝法 用定积分形式定义的不定积分J 南京：大学数学第24卷第5期.5熊国敏 定积分与瑕积分J 贵州：安顺师专学报（自然科学版）1994年第2期.6范君好Riemann积分和Lebesgue积分的联系和本质区别J 广西：桂林师范高等专科学校学报第24卷第3期. 致谢值学业完成之际，我借此机会对指导老师刘振海教授表示衷心的感谢！感谢刘老师对我毕业论文

19、的悉心指导和帮助。指导老师广博的学识、严谨的治学态度、勤恳踏实的工作作风无一不激励着我，是我一生习的榜样。刘老师平易近人、和蔼可亲、为人师表的高尚品德时时给我以鞭策，让我始终没有懈怠，指导老师不仅给予我知识上的帮助，而且在如何管理自己，如何做人等方面给予我很多指导，使我终生受益。论文从选题到定稿都得到了导师的指导与关怀。在此谨向导师表示我最诚挚的感谢和敬意！同时，我衷心感谢数计学院老师们的言传身教，尤其是诸位老师的大师风范，让我十分钦佩和敬仰，也谢谢领导们对我的悉心栽培。最后衷心感谢各位专家教授对本论文的审阅，祝您们工作愉快、健康长寿、万事如意！tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1Dka

20、Ghn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn