微积分基本定理推导过程:
原函数,导数和微分之间的关系:
从a到e是连续的,
F(x)是f(x)一个原函数,
从a到b增加了F'(x)*dx,从b到c增加了F'(x)*dx,
这时从a到c就增加了F'(x)*dx+F'(x)*dx,
以此类推,那么函数f(x)的积分就是原函数F(x)的
上限e对应的F(e)减去下限a对应的F(a)的线段长度
这个定理的推导比较复杂,牵扯到积分上限函数:Φ(x) = ∫f(t)dt(上限为自变量x,下限为常数a)。以下用∫f(x)dx表示从a到b的定积分。
首先需要证明,若函数f(x)在[a,b]内可积分,则Φ(x)在此区间内为一连续函数。
证明:给x一任意增量Δx,当x+Δx在区间[a,b]内时,可以得到
Φ(x+Δx) = ∫f(t)dt = ∫f(t)dt + ∫f(t)dt
= Φ(x) + ∫f(t)dt
即
Φ(x+Δx) - Φ(x) = ∫f(t)dt
应用积分中值定理,可以得到
Φ(x+Δx) - Φ(x) = μΔx
其中m<=μ<=M,m、M分别为f(x)在[x,Δx]上的最小值和最大值,则当Δx->0时,Φ(x+Δx) - Φ(x)->0,即
lim Φ(x+Δx) - Φ(x) = 0(当Δx->0)
因此Φ(x)为连续函数
其次要证明:如果函数f(t)在t=x处连续,则Φ(x)在此点有导数,为
Φ'(x) = f(x)
证明:由以上结论可以得到,对于任意的ε>0,总存在一个δ>0,使|Δx|<δ时,对于一切的t属于[x,x+Δx],|f(t)-f(x)|<ε恒成立(根据函数连续的ε-δ定义得到),得
f(x)-ε
由于m<=μ<=M(μ的意义同上),可以得到
f(x)-ε<=μ<=f(x)+ε
即|μ-f(x)|<=ε
由于Φ(x+Δx) - Φ(x) = μΔx,可以得到,当Δx->0时,
Φ'(x) = lim [Φ(x+Δx) - Φ(x)]/Δx = lim μ = f(x)
命题得证。
由以上可得,Φ(x)就是f(x)的一个原函数。设F(x)为f(x)的任意一个原函数,得到
Φ(x)=F(x)+C
当x=a时,Φ(a)=0(由定义可以得到),此时
Φ(a)=0=F(a)+C
即C=-F(a)
得到
Φ(x)=F(x)-F(a)
则当x=b时,Φ(b)=∫f(x)dx,得到
Φ(b)=∫f(x)dx = F(b)-F(a)
至此命题得证。
这个定理的推导比较复杂,牵扯到积分上限函数:Φ(x)
=
∫f(t)dt(上限为自变量x,下限为常数a)。以下用∫f(x)dx表示从a到b的定积分。
首先需要证明,若函数f(x)在[a,b]内可积分,则Φ(x)在此区间内为一连续函数。
证明:给x一任意增量Δx,当x+Δx在区间[a,b]内时,可以得到
Φ(x+Δx)
=
∫f(t)dt
=
∫f(t)dt
+
∫f(t)dt
=
Φ(x)
+
∫f(t)dt
即
Φ(x+Δx)
-
Φ(x)
=
∫f(t)dt
应用积分中值定理,可以得到
Φ(x+Δx)
-
Φ(x)
=
μΔx
其中m<=μ<=M,m、M分别为f(x)在[x,Δx]上的最小值和最大值,则当Δx->0时,Φ(x+Δx)
-
Φ(x)->0,即
lim
Φ(x+Δx)
-
Φ(x)
=
0(当Δx->0)
因此Φ(x)为连续函数
其次要证明:如果函数f(t)在t=x处连续,则Φ(x)在此点有导数,为
Φ'(x)
=
f(x)
证明:由以上结论可以得到,对于任意的ε>0,总存在一个δ>0,使|Δx|<δ时,对于一切的t属于[x,x+Δx],|f(t)-f(x)|<ε恒成立(根据函数连续的ε-δ定义得到),得
f(x)-ε
由于m<=μ<=M(μ的意义同上),可以得到
f(x)-ε<=μ<=f(x)+ε
即|μ-f(x)|<=ε
由于Φ(x+Δx)
-
Φ(x)
=
μΔx,可以得到,当Δx->0时,
Φ'(x)
=
lim
[Φ(x+Δx)
-
Φ(x)]/Δx
=
lim
μ
=
f(x)
命题得证。
由以上可得,Φ(x)就是f(x)的一个原函数。设F(x)为f(x)的任意一个原函数,得到
Φ(x)=F(x)+C
当x=a时,Φ(a)=0(由定义可以得到),此时
Φ(a)=0=F(a)+C
即C=-F(a)
得到
Φ(x)=F(x)-F(a)
则当x=b时,Φ(b)=∫f(x)dx,得到
Φ(b)=∫f(x)dx
=
F(b)-F(a)
至此命题得证。