Рассмотрим свойства определенного интеграла, доказательство которых основывается на определении определенного интеграла.
1. Если нижний и верхний пределы интегрирования равны ( = ), то интеграл равен нулю:
2. Если = 1, то
3. При перестановке пределов интегрирования определенный интеграл меняет знак на противоположный:
4. Постоянный множитель можно выносить за знак определенного интеграла:
.
5. Определенный интеграл от алгебраической суммы конечного числа интегрируемых на функций равен алгебраической сумме определенных интегралов от слагаемых: .
6( Аддитивность определенного интеграла). Если существуют интегралы и , то существует также интеграл и для любых чисел , ,
.
Геометрический смысл свойства 6 состоит в том, что площадь криволинейной трапеции с основанием равна сумме площадей криволинейных трапеций с основаниями и .
7. Если r0 для , то
r0, ()
8 (Монотонность определенного интеграла). Если интегрируемые функции и удовлетворяют неравенству r для , то
|
|
r , ()
9 (Об оценке определенного интеграла). Если и — соответственно наименьшее и наибольшее значения функции , непрерывной на отрезке , то
b b . (1)
Доказательство. По условию b b для , следовательно, по свойству 8
b b b b ,
b b .
⊠
На рисунке дана геометрическая интерпретация свойства 9 в случае, когда r0 . Площадь прямоугольника равна , площадь прямоугольника равна . Из неравенства (1) следует, что площадь криволинейной трапеции не меньше площади первого прямоугольника и не больше площади второго.
10 (Теорема о среднем). Если функция непрерывна на отрезке , то существует такая точка , что
. (2)
т. е. определенный интеграл от непрерывной функции равен произведению значения подынтегральной функции в некоторой промежуточной точке отрезка интегрирования и длины этого отрезка.
Доказательство. Так как непрерывна на отрезке , то она по теореме Вейерштрасса достигает на своего наименьшего и наибольшего значений, т. е.
b b для .
Из данного неравенства на основании свойства 9 имеем
b b .
Разделив все члены двойного неравенства на > 0, получим
b b
Обозначим , тогда b b .
Другими словами, число находится между наименьшим и наибольшим значениями функции . Поскольку непрерывная на отрезке функция по теореме Больцано-Коши принимает все промежуточные значения, лежащие между и , в том числе и значение , то существует , такое, что = , то есть
, .
⊠
Число при этом называется интегральным средним значением функции на отрезке .
На рисунке дана геометрическая интерпретация свойства 10 в случае, когда > 0 . Так как значение () численно равно площади прямоугольника с основанием и высотой , то теорема о среднем утверждает, что существует прямоугольник, равновеликий криволинейной трапеции .
|
|