正文
假定 f 在 [a,b] 可积, 定义F(x)=∫axf(t)dt(1)则 F(x) 连续, 在 f(x) 的连续点 x0 处可导, 且 F′(x)=f(x).
证明. 有
∣F(x)−F(x0)∣=∣∣∫x0xF′(t)dt∣∣≤∣x−x0∣∣max{f(x)}∣, 可导性来自于:
x−x0F(x)−F(x0)∣∣x−x0F(x)−F(x0)−f(x0)∣∣=x−x01∫x0xF′(t)dt=∣∣x−x01∫x0xf(t)−f(x0)dt∣∣≤max{f(t)−f(x)}→0 F 在 [a,b] 上可导, 导函数 F′ Riemann 可积, 则: ∫abF′(x)dx=F(b)−F(a)(2)
证明. 有展开:
F(b)−F(a)=i=1∑nF′(ξi)(xi+1−xi)→∫abF′(x)dx(3) ∫abF(x)G′(x)dx=F(b)G(b)−F(a)G(a)−∫abF′(x)G(x)dx(4)
f 在 [a,b] 上 m+1 次连续可微, 则f(b)=k=0∑mk!f(k)(a)(b−a)k+∫abm!f(m+1)(ξ)(b−x)mdx(5)
有: ∫xαdx∫x1dx∫lnxdx∫sinxdx∫cosxdx∫exdx∫x2+a21dx∫a2−x21dx∫tanaxdx∫sinx1dx∫cos2ax1dx=α+1xα+1+C=ln∣x∣+C=xlnx−x+C=−cosx+C=sinx+C=ex+C=a1arctanax+C=arcsinax+C=−a1ln∣cosax∣+C=ln∣∣tan2x∣∣+C=a1tanax+C
如果∫f(y)dy=F(y)+C(6)则有∫f(g(x))u′(x)dx=F(u(x))+C(7)若 x=u′(t)=0, 则有: ∫f(u(t))u′(t)dt=G(t)+C⟹∫f(x)dx=G(u−1(t))+C(8)
有: n→+∞limπ2nIn=1,In:=∫02πsinnxdx(9)
证明. 有:
In+2−In=∫02πsinnx(sin2x−1)dx=−∫02πsinnxcos2xdx=−∫02πsinnxcosxdsinx=−n+11∫02πcosxdsinn+1x=n+11∫02πsinn+2xdx=n+11In+2从而有
In+2=n+2n+1In, 故:
I2pI2p+1=22p(p!)2(2p)!2π=(2p+1)!22p(p!)2定义序列
xn=π2nIn, 则:
xnxn+2=n(n+2)n+1≥1,x2px2p+1=2p+12p(10)故极限存在, 而
xn≤π2nIn−1=xn−1n−1n, 保证奇偶极限相等.
有: n→+∞limnn+21enn!=2π(11)
证明. 令 am:=nn+21enn! 有: lnan+1an=(n+21)ln(1+n1)−1(12)在 n≥3 时放缩, 有 an≥an+1 故极限存在.
利用 Wallis 积分已知:
(2p)2p+21e2p(2p)!2(pp+21enp!)2=(2p)!p(p!)222p→π(13)