這即為牛頓—萊布尼茨公式。
理解:
比如路程公式: 距離s=速度v*時間t,即s=v*t,那么如果t是從時間a開始計算到時間b為止,t=b-a,而如果v不能在這個時間段內保持均速,那么上面的這個公式(s=v*t,t=b-a)就不能和諧的得到正確結果,於是引出了定積分的概念。
那么如何在用積分得到上述路程公式呢?
這個公式能表明路程s是每個不同速度時候行駛的時間和當前速度乘積的和。
牛頓-萊布尼茨公式的意義就在於把不定積分與定積分聯繫了起來,也讓定積分的運算有了一個完善、令人滿意的方法。下面就是該公式的證明全過程:[title]對函式f(x)於區間[a,b]上的定積分表達為:[/title]b∫a*f(x)dx
現在我們把積分區間的上限作為一個變數,這樣我們就定義了一個新的函式:
Φ(x)= x∫a*f(x)dx
但是這裡x出現了兩種意義,一是表示積分上限,二是表示被積函式的自變數,但定積分中被積函式的自變數取一個定值是沒意義的。為了只表示積分上限的變動,我們把被積函式的自變數改成別的字母如t,這樣意義就非常清楚了:
Φ(x)= x∫a*f(t)dt
研究這個函式Φ(x)的性質: 1、定義函式Φ(x)= x(上限)∫a(下限)f(t)dt,則Φ 與格林公式和高斯公式的聯繫
’(x)=f(x)。
證明:讓函式Φ(x)獲得增量Δx,則對應的函式增量
ΔΦ=Φ(x+Δx)-Φ(x)=x+Δx(上限)∫a(下限)f(t)dt-x(上限)∫a(下限)f(t)dt
顯然,x+Δx(上限)∫a(下限)f(t)dt-x(上限)∫a(下限)f(t)dt=x+Δx(上限)∫x(下限)f(t)dt
而ΔΦ=x+Δx(上限)∫x(下限)f(t)dt=f(ξ)·Δx(ξ在x與x+Δx之間,可由定積分中的中值定理推得,
也可自己畫個圖,幾何意義是非常清楚的。)
當Δx趨向於0也就是ΔΦ趨向於0時,ξ趨向於x,f(ξ)趨向於f(x),故有lim Δx→0 ΔΦ/Δx=f(x)
可見這也是導數的定義,所以最後得出Φ’(x)=f(x)。
2、b(上限)∫a(下限)f(x)dx=F(b)-F(a),F(x)是f(x)的原函式。
證明:我們已證得Φ’(x)=f(x),故Φ(x)+C=F(x)
但Φ(a)=0(積分區間變為[a,a],故面積為0),所以F(a)=C
於是有Φ(x)+F(a)=F(x),當x=b時,Φ(b)=F(b)-F(a),
而Φ(b)=b(上限)∫a(下限)f(t)dt,所以b(上限)∫a(下限)f(t)dt=F(b)-F(a)
把t再寫成x,就變成了開頭的公式,該公式就是牛頓-萊布尼茨公式。
高階導數萊布尼茲公式
(uv)^(n)=∑(n,k=0) C(k,n) * u^(n-k) * v^(k)
註:
C(k,n)=n!/(k!(n-k)!)
^代表後面括弧及其中內容為上標,求xx階導數
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