浅议变限定积分

摘 要:给出了原函数存在定理的两个简单推论,并讨论了含有变限定积分的函数性状及其应用。

关键词:原函数存在定理;变限积分;极限

微积分学这门学科在数学发展中的地位是十分重要的,变限积分就是一种特殊的定积分,也是经常考察的一个知识点。它具有很多特殊的性质,比如它的导数很特殊。特殊性决定了它的重要性,现就它的几个性质加以说明并举例阐述其应用。此外,为了解决在定积分形式下证明连续函数必定存在原函数这一问题,必须引入变限积分这一内容。

1知识点

设函数在上可积,变限定积分定义了上的一个新函数。

定理1(原函数存在定理)如果函数在上连续,则变上限积分在内可导,且其导数为.即是被积函数的一个原函数。

推论1:若函数在区间上连续,为内任一定点,则变动上限积分函数在上处处可导,且,。

此推论是变限积分的最重要的性质,掌握此定理需要注意两点:第一,下限为常数,上限为参变量(不是含的其他表达式);第二,被积函数中只含积分变量,不含参变量。

推论2:若是函数在区间上的连续点时,还在点可导,且。而对函数,当连续,和可微时,可导且有。

讨论含有变限定积分的函数性状时,往往利用这些重要的结论。

2应用

2.1求极限

解:令

,。

定义,在(或)上连续,利用洛必达法则可得:

2.2设函数连续,,存在,求极限

解:令,作代换,有:

,由于连续,可导,

由于,,以及时,利用洛必达法则可得:

2.3设函数在上连续且递增,则函数在内递增

证:容易看出在上连续,存在,使得,,所以:

即函数在内递增。

2.4设为上周期是1的连续函数,且,函数在上有连续导数,又设,试证明收敛。

证明:令,则可导。

因为在在上连续,所以,使得,都有

,,而收敛,故由级数收敛的比较判别法知级数收敛。

尽管2.4从题目看来与变限积分函数求导无关,但是引入变限积分会有柳暗花明又一村的感觉。

有关变限积分函数的应用是比较多的,本文只给出了变限积分函数的一些性质和应用的简单探讨,以上讨论只是一個开始,如果进一步对其进行讨论,会得到一些更好的结论,也期望可以从其他的角度来研究变限积分函数,使得变限积分函数像初等函数一样充分的被讨论,并给予足够的重视。

参考文献:

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[2]錢吉林.数学分析题解精粹.崇文书局,2003.

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