积分总结

常用且记不到的公式

定积分的常用技巧

保向性

若可积,且,则

保向性被用于证明积分相关的不等式,如教材P186的A组第14题

微分中值定理

描述

若在上连续,定号(不变号),则使得

该定理常用于证明存在某些特殊点使得某个等式成立,如教材P186B组第3题

证明

首先我们通过达布上和和达布下和,得到

式子2.2.1是由于我们在每个区间里面分别选取最小值和最大值,这是上界和下界。再由的连续性,由介值定理,得到

特殊不等式证明

柯西不等式的积分形式

设在区间上连续,有

证明

对任意,,所以对于方程

没有两个根,使用判别式,有

整理可得

牛顿-莱布尼茨公式

描述

证明

使用差分和拉格朗日中值定理的技巧,详情见教材P187

微积分第一基本定理(可变上限的积分)

描述

设

证明

连续函数版本

$$
\begin{split}
\varPhi’(x_0) &=\lim_{t \to 0} \frac{\varPhi(x_0 +t) - \varPhi(x_0)}{t}\
&= \lim_{t \to 0} \frac{\int {a}^{x_0 + t}f(x)\mathrm{d}x - \int {a}^{x_0}f(x)\mathrm{d}x}{t}\
&= \lim
{t \to 0} \frac{\int {x_0}^{x_0 + t}f(x)\mathrm{d}x}{t}\
&= \lim
{t \to 0} \frac{f(\xi)(x_0 + t - x_0)}{t}(\xi\in(x_0,x_0 + t))\
&= \lim
{t \to 0} f(\xi)\
&= f(x_0)
\end{split}
$$

这里主要使用了一个积分中值定理

可积函数版本

2.3.7微积分第一基本定理 - 知乎 (zhihu.com)

定积分的应用

弧长公式

这里

证明

拉格朗日中值定理

而

同时我们注意到

所以有

然后用积分的定义,得到

面积

极坐标下,定积分求面积公式推导 - 知乎 (zhihu.com)

极坐标

第一类

第二类

反常积分技巧

反常积分分无穷区间积分和无界积分,概念分别在书上P227和P230,基础的就是分解成为一个求极限和一个定积分

第一准则

描述

若在上连续,并且,则

  1. 若收敛,则收敛
  2. 若发散,则发散

证明

由于

而

单调递增,由单调有界知收敛

第二准则

描述

如果是在上的非负连续函数,而且,设,则

  1. 若,则和有相同的敛散性
  2. 若,若收敛,则收敛
  3. 若,若发散,则发散

证明

case1

由定义可知,,所以我们有

由比较准则1得出结论

case2

由定义可知,,所以我们有

移项可得

根据比较准则1,收敛,而收敛,故收敛

case3

同上

定积分定义求极限的方法

常用公式

该公式用于将数列求和转化为定积分定义,变成曲边梯形求面积

视频参考

听完这个视频,你可以秒杀所有辅导书中的定积分定义求极限的题_哔哩哔哩_bilibili

适用条件

第一项的值是1,最后一项的值是.

tips:

如何判断使用夹逼准则还是定积分定义:看变量和不变量的阶数是否相等

同阶不可以使用夹逼准则,夹逼准则无法放大或缩小

更进一步

末项不是

如果里面的不是加到而是加到的倍数,考虑扩大积分区间,总之前面都是提出,作为将区间等分,例如:

这里判断到底区间是多少是依据有多少项来看的,有项就从积分到

间隔不是1

首先把最开始不是等差公式的部分丢掉

然后按照等差数列的差提取积分变量,注意补系数

另一种我自己的方法:

第一步看变化的量的极限范围,比如,,定下积分区间

第二步看等差数列的公差是多少,定下前面提出的系数是几,具体计算是,其中,是区间上下限,是有几项

第三步带入公式,待定算出的表达式,回去积分,注意这里的两个k一定要一样

例题1

其中

例题2

本题的两个难点第一个就是这里还是要用等价无穷小替代掉前面的那个部分,第二个难点是处理和,这两个指数不一样,需要把容易处理的处理掉。

微分方程解中值定理

对于

构造

多元函数部分

隐函数存在定理

条件

如果二元函数满足:

  • 在点的某邻域内有连续的偏导数

则方程唯一确定了一个具有连续倒数的函数,它满足,并且

证明(伪)

所以

该结论可以推广至多元

为什么这个是伪证呢?因为这并没有说明为什么函数是存在的,只是指出了它倒数的形式

求导次序与结果无关的充分条件

要求

若函数具有连续的一阶偏导数,那么它的二阶偏导数与求导次序无关

证明

考虑函数

再考虑一下两个函数

不难发现
$$
\begin{split}
\Delta \varphi &= I(\Delta x,\Delta y) \
&= \Delta x \times {\varphi}{x}(x_0 + \theta_1 \Delta x,y_0) \
&= \Delta x \times (f_x (x_0 + \theta_1 \Delta x ,y_0) - f_x(x_0 + \theta_1 \Delta x ,y_0)) \
&= \Delta x \Delta y f
{xy}(x_0 + \theta_1 \Delta x ,y_0 + \theta_2 \Delta y)
\end{split}
$$
对做相同操作

多元函数的泰勒公式

描述

设二元函数在点的某个邻域内有连续的二阶偏导数,对于,则


其中

证明

设,那么,那么我们在该邻域内使用一元的泰勒公式,得到

由于

所以

带入令即可