MathLabs
Định lýĐã chứng minh

Diện tích giữa hai đường là một tích phân xác định

Phát biểu

Cho f,gf,g liên tục trên [a,b][a,b]. Miền RR giới hạn bởi y=f(x)y=f(x), y=g(x)y=g(x), x=ax=a, và x=bx=b có diện tích S(R)=∫ab∣f(x)−g(x)∣ dxS(R)=\int_a^b|f(x)-g(x)|\,dx.

Vì sao đúng?

Xấp xỉ miền bằng các dải dọc mỏng có bề rộng Δx\Delta x; mỗi dải gần như một hình chữ nhật có chiều cao ∣f(x)−g(x)∣|f(x)-g(x)|, và tổng diện tích các hình chữ nhật này chính là một tổng Riemann, hội tụ về tích phân xác định khi các dải co lại.

Phác thảo chứng minh

Chia [a,b][a,b] thành nn đoạn con [xi−1,xi][x_{i-1},x_i] bề rộng Δx=(b−a)/n\Delta x=(b-a)/n, chọn một điểm mẫu xi∗x_i^* trong mỗi đoạn. Dải của miền trên [xi−1,xi][x_{i-1},x_i] có chiều cao xấp xỉ ∣f(xi∗)−g(xi∗)∣|f(x_i^*)-g(x_i^*)|, nên diện tích của nó xấp xỉ ∣f(xi∗)−g(xi∗)∣ Δx|f(x_i^*)-g(x_i^*)|\,\Delta x.

Cộng trên tất cả nn dải cho tổng Riemann ∑i=1n∣f(xi∗)−g(xi∗)∣ Δx\sum_{i=1}^n |f(x_i^*)-g(x_i^*)|\,\Delta x, xấp xỉ diện tích thực của RR theo cách xây dựng.

Khi n→∞n\to\infty, sai số trong xấp xỉ mỗi dải tiến về 00 nhờ tính liên tục đều của f−gf-g trên đoạn compact [a,b][a,b]. Vì ∣f−g∣|f-g| liên tục, tổng Riemann hội tụ về ∫ab∣f(x)−g(x)∣ dx\int_a^b|f(x)-g(x)|\,dx theo định nghĩa của tích phân Riemann. Vậy S(R)=∫ab∣f(x)−g(x)∣ dxS(R)=\int_a^b|f(x)-g(x)|\,dx.

Khi f(x)≥g(x)f(x)\ge g(x) trên toàn [a,b][a,b], điều này rút gọn thành S(R)=∫ab[f(x)−g(x)] dxS(R)=\int_a^b[f(x)-g(x)]\,dx không cần trị tuyệt đối; khi dấu của f−gf-g đổi tại các điểm bên trong (a,b)(a,b), việc tách tích phân tại các điểm này và chọn đúng thứ tự trừ trên mỗi đoạn cho phương pháp tính toán thực hành.

Chủ đề chứa định lý này

Chứng minh từng bước

Chưa có chứng minh từng bước cho định lý này.

Tài liệu tham khảo

  1. Michael Spivak (2008). Calculus
  2. James Stewart (2015). Calculus: Early Transcendentals