積分第一中值定理


設f(x)在[a,b]上連續,g(x)在[a,b]上可積且不變號,則存在ξ∈[a,b],使得

$∫^b_af(x)g(x)dx=f(ξ)∫^b_ag(x)dx$

證明:不妨設g(x)≥0,因為f(x)在[a,b]上連續,故有最大值M和最小值m,於是在[a,b]上有

$mg(x)≤f(x)g(x)≤Mg(x)$

由f(x)在[a,b]上連續可知f(x)在[a,b]上可積,則f(x)g(x)在[a,b]上可積,則

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

若\(∫^b_ag(x)dx=0,則∫^b_af(x)g(x)dx=0,則對於任意ξ∈[a,b]都滿足∫^b_af(x)g(x)dx=f(ξ)∫^b_ag(x)dx\)

當\(∫^b_ag(x)dx>0\)時,又有

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

即\(k=\frac{∫^b_af(x)g(x)dx}{∫^b_ag(x)dx}\)是介於m和M之間的數,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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