积分


积分入门

积分是把片相加来求整体。

积分可以用来求面积、体积、中点和很多其他有用的东西。要了解积分,最简单是从求 函数曲线下面的面积开始。像这样:

我们可以求函数在几点的值,然后把宽度为Δx的片的面积加起来(但答案不会很精确):

我们可以使 Δx 非常小,然后 把很多片的面积加起来(答案比上面的好一点):

当片的 宽度趋近零时,答案也趋近正确的面积。
我们用 dx 来代表趋近零的宽度 Δx。

有很多块片要相加!

可是,我们不需要做加法,有个 "捷径"。因为……

…… 求积分与求导数是相反的。

(所以你需要先了解 导数!

如下:

记法

"积分" 的符号像英语字母 "S"
(源自英语 "Sum"(总和)):

把要求积分的函数(叫被积函数)放在积分符号后面,

最后放 dx 来代表积分的方向是 x(片沿 x 的宽度趋近零)。

我们这样写答案:

加 C

答案我们已经写了 x2,但为什么要加个 + C?

这个叫 "积分常数"。我们需要把它写上,因为有很多函数的导数都是 2x:

x2+4 的导数是 2x,x2+99 的导数也是 2x,…… !因为常数的导数是零。

当我们把计算 倒转 来求积分时,我们只知道 2x,但其实答案可以有任何一个常数。

所以我们需要在答案后面加上 + C。

定积分与不定积分

我们上面做的都是不定积分。

定积分 有下限和上限的值(写在 "S" 符号的下面和上面):

积分法则

积分 可以用来求面积、体积、中点和很多其他有用的东西。它时常是用来求 函数曲线下面的面积的方法。像这样:

很多函数的积分都是众所周知的,也有很多有用的法则来帮助我们去求较为复杂的函数的积分,包括在下面列出的一些法则。

常用函数 函数 积分
常数 a dx ax + C
变量 x dx x2/2 + C
平方 x2 dx x3/3 + C
倒数 (1/x) dx ln|x| + C
指数 ex dx ex + C
  ax dx ax/ln(a) + C
  ln(x) dx x ln(x) − x + C
三角法 (x 的单位是 弧度 cos(x) dx sin(x) + C
  sin(x) dx -cos(x) + C
  sec2(x) dx tan(x) + C
     
法则 函数
积分
乘以常数 cf(x) dx cf(x) dx
幂次数法则 (n≠-1) xn dx xn+1/(n+1) + C
和法则 (f + g) dx f dx + g dx
差法则 (f - g) dx f dx - g dx

分部积分法

分部积分法是一个特别的积分方法,最适用于积分两个函数的积,但在其他的情况下也会有用。

下面会有很多例子,但我们先来看看法则:
\(∫u v dx = u∫v dx −∫u' (∫v dx) dx\)

  • \(u 是函数 u(x)\)
  • \(v 是函数 v(x)\)

图:

换元积分法

定积分

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