⚡ 核心公式速览
原函数存在定理:$$f(x) \text{ 连续} \implies F(x) = \int_a^x f(t)\,dt \text{ 可导且 } F'(x) = f(x)$$
变限积分求导:$$\frac{d}{dx}\int_{\varphi_1(x)}^{\varphi_2(x)} f(t)\,dt = f(\varphi_2(x))\,\varphi_2'(x) - f(\varphi_1(x))\,\varphi_1'(x)$$
积分中值定理:$$\int_a^b f(x)\,dx = f(\xi)(b - a), \quad \xi \in [a, b]$$
p-积分敛散:$$\int_1^{+\infty} \frac{dx}{x^p} \ (p > 1 \text{ 收敛}); \qquad \int_0^1 \frac{dx}{x^p} \ (p < 1 \text{ 收敛})$$
本讲定位:积分学的概念地基。考题:不定积分、定积分、变限积分、反常积分(选择、填空)。重难点:不定积分和定积分的性质及积分中值定理;变限积分;反常积分敛散性。
一、不定积分
- 原函数:F′(x) = f(x)。原函数存在定理:连续函数必有原函数(变限积分就是一个)。
- 不定积分 ∫f(x)dx = F(x) + C(全体原函数,C 必须写)。
- 基本性质:线性;与求导互逆(∫f′ = f + C,(∫f)′ = f)。
二、定积分
- 定义(黎曼和的极限):分割、近似、求和、取极限;几何意义 = 曲边梯形面积的代数和。定积分定义求 n 项和极限是重要应用(第 1 讲夹逼的对偶方法)。
- 存在定理:连续必可积;有界且只有有限个间断点可积。
- 重要性质:线性、区间可加、保序性(不等式)、|∫f| ≤ ∫|f|、积分中值定理 ∫ₐᵇf = f(ξ)(b−a)(f 连续;注意 ξ 的存在区间)。
三、变限积分(重中之重)
- F(x) = ∫axf(t)dt;f 连续 ⟹ F′(x) = f(x)(原函数存在定理)。
- 一般变限求导公式:d/dx ∫φ₁(x)φ₂(x)f(t)dt = f(φ₂(x))·φ₂′(x) − f(φ₁(x))·φ₁′(x)(下限为函数时变号并乘导数;被积函数含 x 时先换元提出)。
- 变限积分必连续;若 f 连续则可导;f 只有跳跃间断时变限积分在该点连续但不可导。
四、反常积分
- 两类:无穷区间反常积分(∫ₐ^{+∞})、瑕积分(无界函数,瑕点处取极限)。
- 敛散判别:直接用定义算极限;常用结论 p-积分:∫₁^{+∞} dx/x^p 在 p > 1 收敛;∫₀¹ dx/x^p 在 p < 1 收敛;对称区间 sin x/x 型收敛。
- 计算:换元后按定积分处理(注意换元时上下限与奇点)。
易错点
:连续才有变限求导定理(间断点处要按定义);∫f(x)dx 忘写 C;定积分比较定理里 f ≤ g 但反常积分不保序(敛散性另判);瑕点没找全;换元时忘记换限。