积分第一中值定理


设f(x)在[a,b]上连续,g(x)在[a,b]上可积且不变号,则存在ξ∈[a,b],使得

$∫^b_af(x)g(x)dx=f(ξ)∫^b_ag(x)dx$

证明:不妨设g(x)≥0,因为f(x)在[a,b]上连续,故有最大值M和最小值m,于是在[a,b]上有

$mg(x)≤f(x)g(x)≤Mg(x)$

由f(x)在[a,b]上连续可知f(x)在[a,b]上可积,则f(x)g(x)在[a,b]上可积,则

$m∫^b_ag(x)dx≤∫^b_af(x)g(x)dx≤M∫^b_ag(x)dx$

若\(∫^b_ag(x)dx=0,则∫^b_af(x)g(x)dx=0,则对于任意ξ∈[a,b]都满足∫^b_af(x)g(x)dx=f(ξ)∫^b_ag(x)dx\)

当\(∫^b_ag(x)dx>0\)时,又有

$m≤\frac{∫^b_af(x)g(x)dx}{∫^b_ag(x)dx}≤M$

即\(k=\frac{∫^b_af(x)g(x)dx}{∫^b_ag(x)dx}\)是介于m和M之间的数,由界值定理可知,有ξ∈[a,b],使得f(ξ)=k,即

$∫^b_af(x)g(x)dx=f(ξ)∫^b_ag(x)dx$


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