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积分的全局行为(一) ​

中值定理 ​

积分第一中值定理 ​

设有 (保号即可),则有

特别地,当 时,有

证明

恒等于 0 时,结论显然成立。下面证明 不恒为 0 的情况。

根据积分的保号性,有

由 不恒为 0,有

因此有

故

当 时,根据介值性,有

原积分中 的信息混在一起,不利于进一步操作;而积分第一中值定理实现了将 和 的信息分离开来,这是一种信息分离的思想。这一思想在处理乘积型的结构时是很常见的。

信息分离的常见手法 ​

分割区间上的信息分离 ​

结构:

上式对任意的分割 都成立。

看见乘积,我们自然地想要将其信息分离。

考虑

估计

于是有

Abel 变换、Abel 估计 ​

Abel 变换 ​

结构 其中

证明

Abel 估计 ​

结构 设有

则有

证明

积分第二中值定理 ​

基本形式 ​

结构 设有

则

证明

看见两个函数的乘积,最基本的想法是进行信息分离。

考虑将区间分割,然后信息分离。根据前面的结果,我们可以得到

根据 Newton-Leibniz 公式,设 的一个原函数为 ,则有

等号右边的形式是符合 Abel 变换的形式的,因此根据 Abel 估计,我们有

即

由 ,根据介值性有

导出形式 ​

结构 设有

则

证明留给读者完成。可利用基本形式的结论,或者参考基本形式的做法。

一般形式 ​

结构 设有

则

证明留给读者完成。

积分第二中值定理实现了将 和 信息分离,有利于估计积分结果。