Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Phép tính tích phân về hàm một biến và các bài toán có liên quan...

Tài liệu Phép tính tích phân về hàm một biến và các bài toán có liên quan

.PDF
63
202
117

Mô tả:

Mục lục Mở đầu 5 1 Kiến thức chuẩn bị 7 1.1 1.2 1.3 1.4 Định nghĩa và sự tồn tại của tích phân . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1.1 Phân hoạch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1.2 Tích phân trên và tích phân dưới . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1.3 Tích phân Riemann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.1.4 Điều kiện cần và đủ của hàm khả tích Riemann . . . . . . 10 Lớp các hàm khả tích . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.2.1 Tính khả tích của hàm liên tục . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.2.2 Tính khả tích của hàm đơn điệu . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2.3 Tính khả tích của hàm gián đoạn . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2.4 Tính khả tích của hàm hợp . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Các tính chất . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.3.1 Các tính chất đơn giản của nguyên hàm . . . . . . . . . . . 16 1.3.2 Các tính chất của tích phân Riemann . . . . . . . . . . . . 16 Mối liên hệ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.4.1 Mối liên hệ giữa chuỗi và tích phân . . . . . . . . . . . . . . 18 1.4.2 Mối liên hệ giữa tích phân và nguyên hàm. Công thức Niutơn - Laibnit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1 2 Các bài toán sơ cấp 2.1 2.2 2.3 Tính tích phân bằng phương pháp phân tích . . . . . . . . . . . . 21 2.1.1 Tích phân của các hàm số hữu tỉ . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.1.2 Tích phân của các hàm số lượng giác . . . . . . . . . . . . 23 2.1.3 Tích phân của các hàm số vô tỉ . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Tính tích phân bằng phương pháp đổi biến số . . . . . . . . . . . . 26 2.2.1 Sử dụng phương pháp đổi biến số dạng 1 . . . . . . . . . . 26 2.2.2 Sử dụng phương pháp đổi biến số dạng 2 . . . . . . . . . . 27 Tính tích phân bằng phương pháp tích phân từng phần . . . . . . 29 2.3.1 2.4 Sử dụng công thức tích phân từng phần . . . . . . . . . . . 29 Sử dụng định lý giá trị trung bình của tích phân trong việc giải một số bài toán về phép tính tích phân . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.4.1 3 21 Định lý giá trị trung bình cho tích phân . . . . . . . . . . 33 Ứng dụng của tích phân 3.1 3.2 3.3 39 Các bài toán có liên quan đến phép tính tích phân . . . . . . . . . 39 3.1.1 Chứng minh đẳng thức . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.1.2 Chứng minh bất đẳng thức . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.1.3 Chứng minh phương trình có nghiệm . . . . . . . . . . . . 42 3.1.4 Công thức tích phân truy hồi tính giới hạn tích phân và tính giới hạn tích phân bằng nguyên lí kẹp giữa . . . . . . 43 Ứng dụng của phép tính tích phân trong hình học . . . . . . . . . 46 3.2.1 Tính diện tích hình phẳng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.2.2 Tính thể tích và diện tích xung quanh của vật thể tròn xoay 49 3.2.3 Tính độ dài đường cong . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Ứng dụng của phép tính tích phân trong vật lí . . . . . . . . . . . 53 3.3.1 Tính khối lượng của một thanh vật chất . . . . . . . . . . . 53 3.3.2 Tìm khối tâm của một bản phẳng đồng chất . . . . . . . . 53 3.3.3 Tính công cơ học . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2 3.4 Ứng dụng của phép tính tích phân để tìm giới hạn . . . . . . . . . 54 3.5 Ứng dụng của phép tính tích phân để tìm cực trị . . . . . . . . . . 55 3.6 Ứng dụng của tích phân trong kinh tế . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.6.1 Xác định quỹ vốn dựa theo mức đầu tư . . . . . . . . . . . 56 3.6.2 Xác định hàm tổng khi biết hàm giá trị cận biên . . . . . . 57 3.6.3 Tính xác suất . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.6.4 Tính thặng dư của người tiêu dùng và thặng dư của nhà sản xuất . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Kết luận 61 Tài liệu tham khảo 62 3 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận này lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới: Khoa Toán −Lý −Tin, Phòng khảo thí và đảm bảo chất lượng, Phòng đào tạo đại học, các thầy cô trong Bộ môn Giải tích, đặc biệt là thầy giáo PGS.TS Vũ Trọng Lưỡng, người đã định hướng nghiên cứu, hướng dẫn, cũng như động viên tôi có thêm nghị lực hoàn thành khóa luận này. Nhân dịp này tôi xin cảm ơn tới gia đình và các bạn sinh viên lớp K55 ĐHSP Toán, những người đã động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành khóa luận của mình. Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian và khả năng nghiên cứu còn hạn chế nên bản khóa luận có thể còn những thiếu sót khó tránh khỏi. Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để bản khóa luận này được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Sơn La, tháng 5 năm 2018. Người thực hiện Sinh viên: Vũ Thị Hồng Nhung 4 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Phép tính tích phân là một trong hai nội dung kiến thức chính của chuyên ngành Giải tích Toán học, được giảng dạy ở bậc đại học và ở phổ thông. Nhờ phép tính tích phân cho ta giải quyết được những bài toán liên quan đến tổng không đếm được các phần tử và do đó nó có rất nhiều ứng dụng trong thực tiễn, trong nhiều lĩnh vực khoa học, kĩ thuật. Cũng có rất nhiều tài liệu tham khảo, giáo trình liên quan đến phép tính tích phân. Tuy nhiên để tìm hiểu sâu hơn về phép tính tích phân cũng như ứng dụng của tích phân trong các lĩnh vực khác nhau. Vì vậy tôi đã chọn nghiên cứu " Phép tính tích phân về hàm một biến và các bài toán có liên quan" làm khóa luận tốt nghiệp. Hy vọng khóa luận này sẽ có ích đối với những ai quan tâm đến phép tính tích phân nói riêng và giải tích nói chung. 2. Mục đích nghiên cứu Khóa luận tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: - Trình bày một cách hệ thống các kiến thức cơ bản về phép tính tích phân. - Chỉ ra các ứng dụng của tích phân trong vật lí, trong hình học và trong kinh tế. 3. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của khóa luận là phép tính tích phân về hàm một biến và các bài toán có liên quan. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu Với mục đích như trên, tôi đã đặt nhiệm vụ tìm hiểu và trình bày lại các vấn đề kiến thức có liên quan một cách có hệ thống và logic. Từ đó giải quyết các bài toán có liên quan đến phép tính tích phân về hàm một biến. 5. Phương pháp nghiên cứu - Sưu tầm, đọc và nghiên cứu tài liệu, phân tích tổng hợp các kiến thức. - Trao đổi thảo luận với giáo viên hướng dẫn, trình bày cũng như Seminar với tổ bộ môn. 6. Giới hạn phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu là nghiên cứu vấn đề phép tính tích phân về hàm một biến và các bài toán có liên quan. 7. Tổng quan và cấu trúc của khóa luận Từ mục đích và nhiệm vụ đặt ra cấu trúc của khóa luận được sắp xếp như sau: Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và Tài liệu tham khảo, nội dung khóa luận gồm ba chương: Chương 1: Các kiến thức chuẩn bị. 5 Trong chương này, trình bày lại một số kiến thức cơ bản và một số kết quả quan trọng trong giải tích cổ điển về phép tính tích phân. Chương đầu là một số nội dung kiến thức cơ bản nên chỉ dẫn nội dung. Chương 2: Các bài toán sơ cấp. Đưa ra một số bài toán về phép tính tích phân, lấy các bài toán cụ thể và giải các bài toán đó sẽ được trình bày trong chương này. Chương 3: Ứng dụng của phép tính tích phân trong vật lí, kinh tế và các bài toán có liên quan. Trong chương này, tôi sẽ trình bày các ứng dụng của phép tính tích phân và đưa ra một số bài toán áp dụng. 8. Đóng góp của khóa luận Khóa luận trình bày một cách có hệ thống kiến thức liên quan. Đưa ra một số phương pháp tính tích phân, kèm theo nó là ví dụ minh họa. Khóa luận là tài liệu tham khảo có giá trị cho các bạn sinh viên quan tâm đến vấn đề phép tính tích phân về hàm một biến và các bài toán có liên quan. 6 Chương 1 Kiến thức chuẩn bị Trong chương này, trước hết trình bày một số kiến thức có liên quan đến khóa luận như: định nghĩa và sự tồn tại của tích phân, lớp các hàm khả tích, các tính chất và một số mối liên hệ có liên quan đến phép tính tích phân. Nội dung chương này tham khảo ở tài liệu số [3] và [5]. 1.1 1.1.1 Định nghĩa và sự tồn tại của tích phân Phân hoạch Giả sử [a, b] là một đoạn hữu hạn. Phân hoạch Pn của đoạn [a, b] là tập hữu hạn gồm các điểm x0 , x1 , ..., xn sao cho a = x0 < x1 < ... < xn−1 < xn = b Để đơn giản, ta viết Pn = {x0 , x1 , ..., xn }. Ta nói rằng phân hoạch Pn∗ là mịn hơn phân hoạch Pn nếu Pn∗ ⊃ Pn , tức là, mỗi điểm của Pn là điểm của Pn∗ . Trong trường hợp đó, ta viết Pn  Pn∗ hoặc Pn∗  Pn . Cho trước hai phân hoạch P1 và P2 thì rõ ràng P1 ∪ P2  P1 , P1 ∪ P2  P2 Độ mịn của phân hoạch Pn thường được tính bằng số sau |Pn | = max {xi − xi−1 : 1 ≤ i ≤ n} Dễ dàng thấy rằng, nếu Pn∗  Pn thì |Pn∗ | ≤ |Pn |. Ta kí hiệu τ là tập tất cả các phân hoạch của [a, b]. 7 1.1.2 Tích phân trên và tích phân dưới Ứng với phân hoạch P ta đặt ∆xi = xi − xi−1 trên đoạn đóng hữu hạn [a, b]. Cho hàm thực f bị chặn trên [a, b]. Các tổng Darboux trên và dưới ứng với phân hoạch P của f được xác nhận như sau: U (P, f ) = n X Mi ∆xi i=1 L(P, f ) = n X mi ∆xi i=1 Trong đó Mi = sup {f (x) : xi−1 ≤ x ≤ xi } mi = inf {f (x) : xi−1 ≤ x ≤ xi } Chú ý rằng, với phân hoạch P bất kì, ta luôn luôn có m(b − a) ≤ L(P, f ) ≤ U (P, f ) ≤ M (b − a) Trong đó Mi = sup {f (x) : a ≤ x ≤ b} mi = inf {f (x) : a ≤ x ≤ b} Ta định nghĩa tích phân trên (dưới) của f trên [a, b] là số hữu hạn cho bởi công thức sau: Z b f dx = inf {U (P, f ) : P ∈ τ } a Z b f dx = sup {L(P, f ) : P ∈ τ } a Theo nhận xét trên và định lí dưới đây, ta luôn có Z b Z b f dx ≤ m(b − a) ≤ f dx ≤ M (b − a) a a 8 1.1.3 Tích phân Riemann Định nghĩa 1.1. Giả sử f là một hàm số xác định trên đoạn [a, b], a, b ∈ R, a < b. Gọi Pn là một dãy chuẩn tắc bất kì những phép phân hoạch đoạn [a, b]. Pn : a = x0 < x1 < ... < xn−1 < xn = b Lấy các điểm bất kì ξi ∈ ∆xi = [xi−1 , xi ]; i = 1, ..., n và lập tổng tích phân σn = σ(Pn ; ξ1 , ..., ξn ) = n X f (ξi )∆xi , n = 1, 2, ... i=1 Nếu tồn tại một số I ∈ R sao cho với một dãy chuẩn tắc bất kì Pn những phép phân hoạch đoạn [a, b] và với một cách chọn bất kì các điểm ξi ∈ ∆xi , i = 1, .., n, ta đều có lim σn = I n→∞ thì I được gọi là tích phân xác định của hàm số f trên đoạn [a, b] kí hiệu là Z b f (x)dx a Nếu tích phân trên tồn tại thì hàm số f được gọi là khả tích trên đoạn [a, b]. f được gọi là hàm số dưới dấu tích phân, f (x)dx được gọi là biểu thức dưới dấu tích phân, a gọi là cận dưới, b là cận trên của tích phân. Định lý 1.1. Nếu P ∗  P thì L(P, f ) ≤ L(P ∗ , f ) (1.1) U (P, f ) ≥ U (P ∗ , f ) (1.2) Chứng minh. Ta chỉ cần xét P ∗ có nhiều hơn P một điểm P : x0 < x1 < ... < xi−1 < xi < ... < xn 9 P ∗ : x0 < x1 < ... < xi−1 < x∗ < xi < ... < xn Đặt w1 = inf {f (x) : xi−1 ≤ x ≤ x∗ } w2 = inf {f (x) : x∗ ≤ x ≤ xi } Rõ ràng rằng w1 ≥ mi , w2 ≥ mi . Vì vậy, L(P ∗ , f ) − L(P, f ) = w1 (x∗ − xi−1 ) + w2 (xi − x∗ ) − mi (xi − xi−1 ) = (w1 − mi )(x∗ − xi−1 ) + (w2 − mi )(xi − x∗ ) ≥ 0 Vậy (1.1) được chứng minh. (1.2) được chứng minh tương tự. Định lý 1.2. Ta luôn có Z b Z b f dx ≤ f dx a a Chứng minh. Lấy P ∗ = P1 ∪ P2 trong đó P1 , P2 ∈ τ . Theo định lí trên thì L(P1 , f ) ≤ L(P ∗ , f ) ≤ U (P ∗ , f ) ≤ U (P2 , f ) Từ đó suy ra điều phải chứng minh. 1.1.4 Điều kiện cần và đủ của hàm khả tích Riemann Định lý 1.3. (Định lí Riemann): Cho f : [a, b] −→ R là hàm bị chặn. Khi đó, f khả tích trên [a, b] nếu và chỉ nếu với mọi  > 0 tồn tại P ∈ τ sao cho U (P, f ) − L(P, f ) ≤  Chứng minh. Điều kiện (1.3) là đủ. Thật vậy, với mọi P ∈ τ ta có Z b Z b f dx ≤ L(P, f ) ≤ f dx ≤ U (P, f ) a a 10 (1.3) Do đó từ (1.3) ta suy ra Z b 0≤ Z b f dx − f dx ≤  a a Cho  → 0 ta có f khả tích. Bây giờ ta chứng minh (1.3) là điều kiện cần. Từ định nghĩa suy ra: với mọi  > 0 tồn tại P1 , P2 ∈ τ sao cho  Zb      U (P , f ) − f dx <  1  2  a Zb       f dx − L(P2 , f ) <   2 a Chọn P = P1 ∪ P2 ta có: Zb U (P, f ) ≤ U (P1 , f ) < f dx +  2 a < L(P2 , f ) +  ≤ L(P, f ) +  Từ đó rút ra (1.3). Suy ra điều phải chứng minh. Định lý 1.4. (i) Nếu (1.3) đúng với P và  nào đó thì (1.3) đúng với bất kì P∗  P. (ii) Nếu (1.3) đúng với P = {x0 , x1 , ..., xn } và nếu si , ti ∈ [xi−1 , xi ] thì n X |f (si ) − f (ti )|∆xi <  i=1 (iii) Nếu f khả tích và các giả thiết của (ii) được thực hiện thì n Zb X < f (t )∆x − f dx i i i=1 a 11 Chứng minh. (i) là hệ quả của định lý 1.1. (ii) Chú ý rằng |f (si ) − f (ti )| ≤ Mi − mi . Do đó n X |f (si ) − f (ti )|∆xi ≤ U (P, f ) − L(P, f ) i=1 điều này kéo theo (ii). (iii) là hệ quả của bất đẳng thức hiển nhiên sau: L(P, f ) ≤ n X f (ti )∆xi ≤ U (P, f ) i=1 Zb L(P, f ) ≤ f dx ≤ U (P, f ). a Từ đó suy ra điều phải chứng minh. 1.2 1.2.1 Lớp các hàm khả tích Tính khả tích của hàm liên tục Định lý 1.5. Nếu f liên tục trên [a, b] thì f khả tích trên [a, b]. Chứng minh. Cho trước  > 0, chọn η > 0 sao cho (b − a)η <  Vì f liên tục trên [a, b], nên f liên tục đều trên đoạn này. Do đó ∃δ > 0 : |f (x) − f (t)| < η (1.4) với mọi x, t ∈ [a, b] thỏa mãn |x − t| < δ . Nếu P là phân hoạch đoạn [a, b] sao cho |P | < δ thì (1.4) kéo theo |Mi − mi | < η 12 (1.5) và vì vậy U (P, f ) − L(P, f ) = n X (Mi − mi )∆xi 1 n X ≤ η( ∆xi ) = η(b − a)η <  1 Theo định lí (1.3) ta có f khả tích. Suy ra điều phải chứng minh. 1.2.2 Tính khả tích của hàm đơn điệu Định lý 1.6. Nếu f đơn điệu trên [a, b] thì f khả tích. Chứng minh. Với bất kì n ∈ N, chọn phân hoạch P sao cho ∆xi = (b − a) , i = 1, 2, ...n n Giả sử f đơn điệu không giảm. Khi đó Mi = f (xi ), mi = f (xi−1 ) Suy ra (b − a) X [f (xi ) − f (xi−1 )] n (b − a) = [f (b) − f (a)] <  n U (P, f ) − L(P, f ) = với n đủ lớn. Định lí (1.3) cho ta f khả tích. Suy ra điều phải chứng minh. 1.2.3 Tính khả tích của hàm gián đoạn Định lý 1.7. Nếu f bị chặn trên [a, b], f có ít nhất một số hữu hạn các điểm gián đoạn trên [a, b] thì f khả tích. 13 Chứng minh. Để đơn giản, ta giả sử f có một điểm gián đoạn duy nhất là c ∈ (a, b). Vì α liên tục tại c nên tồn tại (u, v) sao cho a < u < c < v < b và (u − v) < . Lấy K = [a, u] ∪ [v, b]. Rõ ràng K compact và liên tục trên K . Do đó, f liên tục đều trên K . Vì vậy tồn tại δ > 0 sao cho f (s) − f (t) < , ∀t, s ∈ K, |t − s| < δ Bây giờ lập phân hoạch P = {x0 , ..., xn } như sau a = x0 < x1 < ... < xj−1 = u < v = xj < xj+1 < ...xn = b và sao cho |P | < δ . Để ý rằng Mj − mj = 2M, M = sup {|f (x)| : x ∈ [a, b]} với mỗi i và Mi − mi < , ∀i 6= j Từ đó suy ra U (P, f ) − L(P, f ) = X (mi − mi )∆xi + (Mj − mj )(v − u) i6=j ≤ (b − a) + 2M  Suy ra điều phải chứng minh. 1.2.4 Tính khả tích của hàm hợp Định lý 1.8. Giả sử f khả tích trên [a, b], m ≤ f (x) ≤ M với mọi x ∈ [a, b] và g là hàm số liên tục trên [m, M ]. Khi đó, h = g ◦ f khả tích trên [a, b]. Chứng minh. Chọn  > 0. Vì g liên tục trên [m, M ] nên g liên tục đều trên [m, M ]. Do đó, tồn tại δ > 0 sao cho |g(s) − g(t)| ≤  14 với s, t ∈ [m, M ] và |s − t| < δ Ta có thể chọn δ < . Mặt khác, f khả tích có nghĩa là tồn tại P = {x0 , x1 , ..., xn } ∈ τ sao cho U (P, f ) − L(P, f ) < δ 2 (1.6) Giả sử Mi , mi là sup và inf của f trên [xi−1 , xi ] và Mi∗ , m∗i là sup và inf của h trên [xi−1 , xi ]. Chia các số 1, 2, ..., n thành hai lớp: i∈A nếu Mi − mi < δ i∈B nếu Mi − mi ≥ δ Đối với i ∈ A, do cách chọn δ ta có Mi∗ − m∗i ≤  Đối với i ∈ B , Mi∗ − m∗i ≤ 2K , trong đó K = sup {|g(t)| : m ≤ t ≤ M } Từ (1.6) ta có ! δ X ≤ ∆xi i∈B Do đó: P X (Mi − mi )∆xi < δ 2 i∈B ∆xi < δ . Từ đó suy ra: i∈B U (P, h) − L(P, h) = X X i∈A i∈B (Mi∗ − m∗i )∆xi + ≤ (b − a) + 2Kδ < (b − a) + 2K Suy ra điều phải chứng minh. 15 (Mi∗ − m∗i )∆xi 1.3 1.3.1 Các tính chất Các tính chất đơn giản của nguyên hàm Nếu F (x), G(x) lần lượt là một nguyên hàm nào đó của f (x), g(x) và k là một hằng số, thì ta có Tính chất 1: Z d Tính chất 2: f (x)dx = f (x)dx Z dF (x) = F (x) + C Tính chất 3: Z Z k.f (x)dx = k Tính chất 4: Z Z [f (x) + g(x)]dx = Tính chất 5: 1.3.2 f (x)dx Z Z f (x)dx + g(x)dx 1 f (ax + b)dx = F (ax + b) + C a Các tính chất của tích phân Riemann Định lý 1.9. (i) Nếu f, g là hai hàm số khả tích trên đoạn [a, b] và c, d là các hằng số thực thì cf + dg khả tích trên đoạn [a, b] và Zb Zb (cf + dg)(x)dx = c a Zb f (x)dx + d a g(x)dx a (ii) Nếu f khả tích trên [a, b] và α ∈ R là một hằng số thì Zb Zb αf (x)dx = α a f (x)dx a (iii) Tích phân Riemann bảo toàn thứ tự, tức là, nếu f (x) ≤ g(x) với mọi x ∈ [a, b] thì Zb Zb f (x)dx ≤ a g(x)dx a 16 Đặc biệt, nếu f khả tích trên [a, b] và f (x) ≥ 0 với mọi x ∈ [a, b] thì Zb f (x)dx ≥ 0 a (iv) Nếu f khả tích trên [a, b] và nếu a < c < b thì f khả tích trên [a, c] và [c, b] thì Zc Zb f (x)dx + a Zb f (x)dx = c f (x)dx a (v) Nếu f khả tích trên [a, b] và nếu |f (x)| ≤ M trên [a, b] thì b Z f (x)dx ≤ M (b − a) a (vi) Nếu f (x1 ) khả tích và f (x2 ) khả tích thì f (x1 + x2 ) khả tích và Zb Zb f d(x1 + x2 ) = a Zb f dx1 + a f dx2 a Nếu f (x) khả tích và c là hằng số dương thì f (cx) khả tích và Zb Zb f d(cx) = c a f (x)dx a (vii) Nếu f và g khả tích trên [a, b] thì a) f g khả tích b Z Zb b) |f (x)| khả tích và f (x)dx ≤ |f (x)|dx a a (viii) Giả sử a < s < b , bị chặn trên [a, b], f liên tục tại s và α(x) = I(x − s) Khi đó, Zb f dx = f (s) a 17 1.4 1.4.1 Mối liên hệ Mối liên hệ giữa chuỗi và tích phân Định lý 1.10. Giả sử (i) cn ≥ 0 với mọi n = 1, 2, ... và ∞ P cn < ∞ n=1 (ii) sn là dãy các điểm khác nhau trong (a, b) và α(x) = ∞ X cn I(x − sn ) n=1 Khi đó, nếu f liên tục trên [a, b] thì Zb f (x)dx = ∞ X cn f (sn ) n=1 a Chứng minh. Từ (i) suy ra rằng với mọi  > 0 tồn tại N sao cho ∞ X cn <  n=N +1 Đặt α1 (x) = N X cn I(x − sn ) n=1 α2 (x) = ∞ X cn I(x − sn ) n=N +1 Từ định lí trên ta có Zb f dα1 = cn f (sn ) n=1 a Chú ý rằng α2 (a) = 0, α2 (b) = ∞ X ∞ P cn , nên α2 (b) − α2 (a) < , do đó N +1 b Z f dα2 ≤ M  a 18 Trong đó M = sup {|f (x)| : a ≤ x ≤ b}. Vì α = α1 + α2 nên b Z N X ≤ M f dα − c f (s ) n n n=1 a Từ đó rút ra điều phải chứng minh. 1.4.2 Mối liên hệ giữa tích phân và nguyên hàm. Công thức Niutơn - Laibnit Định lý 1.11. (Công thức Niutơn- Laibnit) Giả sử f (x) là một hàm số liên tục và có một nguyên hàm F (x) trên [a, b]. Khi đó: Zb f (x)dx = F (b) − F (a) a Chứng minh. Với mọi  > 0 tồn tại P = {x0 , x1 , ..., xn } ∈ τ sao cho U (P, f ) − L(P, f ) < . Định lí số gia hữu hạn Lagrange cho ta ∃ti ∈ [xi−1 , xi ] : F (xi ) − F (xi−1 ) = f (ti )∆xi dó đó n X f (ti )∆xi = F (b) − F (a) i=1 Định lí (1.4) kéo theo Zb F (b) − F (a) − f (x)dx <  a Suy ra điều phải chứng minh. 19 Định lý 1.12. (Mối liên hệ giữa tích phân và nguyên hàm). Nếu f (x) liên tục trên [a, b] thì hàm số ( gọi là hàm số của cận trên ) Zx Φ(x) = f (t)dt (x ∈ [a, b]) a liên tục, khả vi và Φ0 (x) = f (x) 20
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan