原函数、反导数 反三角函数的导数

在微积分 中,一个函数 的不定积分,也称为原函数反导数,是一个导数等于 的函数 ,即 不定积分和定积分间的关系由微积分基本定理确定。

其中 是 的不定积分。这样,许多函数的定积分的计算就可以简便地通过求不定积分来进行。

目录

  • 3 积分技巧
  • 4 不连续函数的积分
  • 5 不定积分公式表
  • 6 参见
  • 例子

    函数 是函数 的一个原函数,但实际上 的原函数有无穷多个。与 相差一个常数的函数都是 的原函数,因为常数函数的导数为零,例如: 。函数族 称为函数 的原函数族,也就是 的所有可能的原函数的集合,其中 叫做积分常数。从图像上来看,这是 垂直平移后得到的一组函数,几何上的解释就是它们在 轴同一点上的斜率都是一样的。

    性质

    微积分基本定理

    不定积分的一个重要应用是计算定积分,微积分基本定理建立了两者间的关系。

    微积分基本定理:如果 是闭区间 上的连续函数, 是 在 上的一个原函数,那么

    证明:取区间 的一个分割: ,又设 ,根据拉格朗日中值定理有

    所以

    在闭区间 上连续,故黎曼可积,于是

    于是:

    因此, 的原函数族中的每个函数都可以叫做 的不定积分,简写作 ,因为在计算定积分时,积分常数在相减时消掉了。如果 定义在几个不同的区间上,那么每个区间上的积分常数可以互不相同。例如

    就是 的不定积分的一般形式。它的定义区间是 。

    积分上限函数

    什么样的函数具有原函数是微积分理论中的基本问题。首先,每个连续函数都有原函数,并且由上面可知,原函数的个数是无限个。其次,对于一个有原函数的函数,它的原函数族中在某点取某个特殊值的只有一个。特别来说,对某个点,恰有一个在上取值为零的原函数,它可以表示为如下的积分上限函数

    原函数、反导数 反三角函数的导数

    下面给出积分上限函数是原函数的证明:

    设函数,下证:

    证明:

    ,其中,当时,趋向于。
    所以有。

    由此可以推出前面的结论:的原函数中在点上取值为的只有一个,就是。

    这也可以看作是微积分基本定理另一个表达形式。

    不连续的函数也可以有原函数,例如考虑函数:

    当时,

    这个函数在0上不连续,但可以验证函数:(时),是的原函数。

    许多看似很“简单”的函数的原函数是无法用初等函数(指数函数、对数函数、代数函数、三角函数、反三角函数以及它们的不同组合)来表达的(但它们一样存在!),比如说如下几个不定积分:

    积分技巧

    求初等函数的不定积分比求它们的导数要困难得多。如上面所看到的,有些初等函数的原函数无法用初等函数来表达。以下是求不定积分的一些技巧。

    不连续函数的积分

    微积分基本定理要求为连续函数,但是,对于不连续的函数,我们仍然可以考虑求不定积分。对于什么函数有原函数,现在仍存在着未解决的问题。如今已知的结论有:

    不定积分公式表

    主条目:积分表
    1. ,其 为常数;
    2. ,其是常数 ;
    3. ;
    4. ,其, ;
    5. ;
    6. ;
    7. ;
    8. ;
    9. ;
    10. ;
    11. ;
    12. ;
    13. ;
    14. ;
    15. ;
    16. ;

      

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