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定理已证明

微积分基本定理

命题陈述

设 ff 在 [a,b][a,b] 上连续。(i) 若 F(x)=∫axf(t) dtF(x)=\int_a^x f(t)\,dt,则 FF 在 [a,b][a,b] 上可导且 F′(x)=f(x)F'(x)=f(x)。(ii) 若 GG 是 ff 在 [a,b][a,b] 上的任一原函数,则 ∫abf(x) dx=G(b)−G(a)\int_a^b f(x)\,dx = G(b)-G(a)。

为什么成立?

微分与积分互为逆运算:当把右边界向前推移时,曲线下累积面积增长的瞬时速率,恰好等于曲线在该边界处的高度。

证明思路

(i) 对充分小的 h>0h>0,F(x+h)−F(x)=∫xx+hf(t) dtF(x+h)-F(x)=\int_x^{x+h} f(t)\,dt;由积分中值定理,该式等于 h⋅f(ξh)h\cdot f(\xi_h)(ξh\xi_h 在 xx 与 x+hx+h 之间),故当 h→0h\to 0 时由 ff 的连续性有 F(x+h)−F(x)h=f(ξh)→f(x)\frac{F(x+h)-F(x)}{h}=f(\xi_h)\to f(x)。(ii) 由 (i),G−FG-F 在 [a,b][a,b] 上导数为零,故为常数;比较 G(b)−F(b)=G(a)−F(a)G(b)-F(b)=G(a)-F(a),并利用 F(a)=0F(a)=0、F(b)=∫abfF(b)=\int_a^b f,得 ∫abf(x) dx=G(b)−G(a)\int_a^b f(x)\,dx=G(b)-G(a)。

提出者

证明者

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分步证明

该定理暂无分步证明。

参考文献

  1. Augustin-Louis Cauchy (1823). Résumé des leçons données à l'École royale polytechnique sur le calcul infinitésimal
  2. C. H. Edwards (1979). The Historical Development of the Calculus