background image

Wykład siódmy

Całka oznaczona

Zał. jest funkcją ograniczoną na przedziale habi.
Niech – ustalona liczba naturalna. Dzielimy przedział habi na części punktami:

x

0

< x

1

< x < . . . < x

n−1

< x

n

b.

Oznaczmy: ∆x

k

x

k

− x

k−1

, k = 1, . . . , n oraz δ

n

df

= max ∆x

k

. W ten sposób tworzymy ciąg

podziałów (∆

n

) przedziału habi.

Def. Ciąg podziałów (∆

n

) przedziału habi jest normalny, jeżeli lim

n→+

δ

n

= 0.

Niech (∆

n

) – ustalony ciąg podziałów przedziału habi. Przy ustalonym ∆

n

w każdym podprze-

dziale wybieramy dowolnie punkt t

k

∈ hx

k−1

x

k

i tworzymy sumę

S

n

=

n

X

k=1

(t

k

· x

k

(jeśli f ­ 0 i – jest ciągła, to S

n

jest liczbowo równa sumie pól prostokątów, wypełniających

obszar między wykresem funkcji , osią OX i odcinkami prostych a , x b).

a

b

t

1

t

2

t

3

t

4

t

5

t

6

f

HxL

-2

-1

1

2

X

10

20

30

Y

Def. Jeżeli dla każdego normalnego ciągu podziałów (∆

n

) przedziału habi ciąg S

n

jest zbieżny do

tej samej granicy właściwej, niezależnej od wyboru punktów t

k

, to wartość tej granicy nazywamy

całką oznaczoną (R-całką, całką Riemanna) funkcji f na przedziale habi i oznaczamy

b

Z

a

(x)dx

a funkcję nazywamy całkowalną w sensie Riemanna lub R-całkowalną.
– dolna granica całkowania– górna granica całkowania.

background image

Tw.(WK R –całkowalności) Jeżeli funkcja jest R –całkowalna na przedziale habi, to jest
ograniczona na tym przedziale.

Tw. (WW R – całkowalności) Jeżeli funkcja jest ograniczona w habi i ma w tym przedziale
skończoną liczbę punktów nieciągłości, to jest R – całkowalna w habi. W szczególności funkcja
ciągła na habi jest R – całkowalna w tym przedziale.

Wniosek Każda funkcja monotoniczna na przedziale habi jest R – całkowalna na tym prze-
dziale.

Własności R – całki

1. Jeżeli jest R –całkowalna na habi A ∈ R, to funkcj |f | Af są R – całkowalne i

b

Z

a

A · f (x)dx A ·

b

Z

a

(x)dx

2. Jeżeli funkcje są R – całkowalne na habi, to funkcja jest R – całkowalna na

habi i

b

Z

a

((x) + g(x))dx =

b

Z

a

(x)dx +

b

Z

a

g(x)dx

3. Jeżeli funkcje są R – całkowalne na habi, to funkcja f · g jest R – całkowalna na

habi; w szczególności funkcja f

2

jest R – całkowalna.

4. Jeżeli jest R –całkowalna na habi, to dla każdego c ∈ (ab) funkcja jest R – całkowalna

w przedziałach haci hcbi i prawdziwa jest równość

b

Z

a

(x)dx =

c

Z

a

(x)dx +

b

Z

c

(x)dx

5. Jeżeli jest R –całkowalna na habi i funkcja różni się od w przedziale habi tylko w

skończonej liczbie punktów, to

b

Z

a

(x)dx =

b

Z

a

g(x)dx.

6. Jeżeli funkcje są R – całkowalne na habi oraz (x¬ g(x) na tym przedziale, to

b

Z

a

(x)dx ¬

b

Z

a

g(x)dx

(a) Wniosek 1. Jeżeli jest R –całkowalna na habi f ­ 0 na tym przedziale, to

b

Z

a

(x)dx ­ 0.

(b) Wniosek 2. Jeżeli jest R –całkowalna na habi, to






b

Z

a

(x)dx






¬

b

Z

a

|f (x)|dx

background image

(c) Wniosek 3. Jeżeli m ¬ f (x¬ M na przedziale habi jest R –całkowalna na tym

przedziale, to

m(b − a¬

b

Z

a

(x)dx ¬ M (b − a)

Rozszerzenie pojęcia R – całki

Jeśli b, to

b

Z

a

(x)dx

df

= 0;

jeśli a > b, to

b

Z

a

(x)dx

df

a

Z

b

(x)dx.

Własności 1 – 5 pozostają prawdziwe, pozostałe nie.

Funkcja górnej granicy całkowania

Zał. Funkcja jest R – całkowalna na przedziale habi a < b.
Niech α – dowolnie ustalona liczba z tego przedziału. Wówczas dla każdego x ∈ habi funkcja

jest R – całkowalna na przedziale o końcach α x, zatem wartość

x

Z

α

(t)dt jest wyznaczona

jednoznacznie przez x. Można więc określić funkcję w przedziale habi

(x)

df

=

x

Z

α

(t)dt

nazywamy ją funkcją górnej granicy całkowania.

Tw.(I twierdzenie główne rachunku całkowego)Jeżeli funkcja jest R – całkowalne na

przedziale i liczba α ∈ habi jest dowolnie ustalona, to funkcja (x)

df

=

x

Z

α

(t)dt jest ciągła w

przedziale habi.
Ponadto, w każdym punkcie x ∈ α ∈ habi, w którym (x) jest ciągła funkcja (x) ma pochodną
F

0

(x) = (x).

Wniosek Jeżeli funkcja jest ciągła w przedziale habi, to funkcja posiada pochodną w tym
przedziale i F

0

(x) = (x) dla każdego x ∈ habi, tzn. jest funkcją pierwotną funkcji w tym

przedziale.

Tw.(II twierdzenie główne rachunku podstawowego) Jeżeli funkcja jest ciągłą w prze-
dziale o końcach φ jest dowolną funkcją pierwotną funkcji w tym przedziale, to

b

Z

a

(x)dx φ(b− φ(a) = φ(x)|

b
a