Определение
Если [latex]f(x)[/latex] интегрируема в промежутке [latex]\left [ a,b \right ][/latex], то она интегрируема и в промежутке [latex]\left [ b,a \right ][/latex], причем
$$\underset{a}{\overset{b}{\int}}f(x)dx=-\underset{b}{\overset{a}{\int}}f(x)dx$$
Пример
Вычислить определённый интеграл [latex]\underset{4}{\overset{-2}{\int}}(8+2x-x^{2})dx[/latex].
Преобразуем интеграл и затем применим свойство линейности интеграла.
$\underset{4}{\overset{-2}{\int}}(8+2x-x^{2})dx=\underset{-2}{\overset{4}{\int}}(8+2x-x^{2})dx=8\underset{-2}{\overset{4}{\int}}dx+2\underset{-2}{\overset{4}{\int}}xdx-\underset{-2}{\overset{4}{\int}}x^{2}dx=$$=8x|_{-2}^{4}+2\cdot \frac{1}{2}(x^{2})|_{-2}^{4}-\frac{1}{3}(x^{3})|_{-2}^{4}=48+12-24=36$.
Свойство 1
Если функция [latex]f(x)[/latex] интегрируема на отрезке [latex]\left [ a,b \right ][/latex], то она интегрируема на произвольном отрезке [latex]\left [ \alpha,\beta \right ] \subset \left [ a,b \right ][/latex].
Рассмотрим произвольное разбиение [latex]\tau _{\left [ \alpha ,\beta \right ]}=\left \{ x_{k} \right \}_{k=0}^{n}[/latex] отрезка [latex]\left [ \alpha,\beta \right ][/latex]. Добавив к нему [latex]\left [ a,\alpha \right ][/latex] и [latex]\left [ \beta,b \right ][/latex], мы получим разбиение [latex]\tau _{\left [ a ,b \right ]}[/latex] отрезка [latex]\left [ a,b \right ][/latex]. По условию интегрируемости [latex]f(x)[/latex] получим :
$$0\leq \sum_{x_{k}\in \tau_{\left [ \alpha ,\beta \right ]}}^{n}\omega _{k}\Delta x_{k}\leq \sum_{x_{k}\in \tau \left [ a ,b \right ]}\omega _{k}\Delta x_{k}\rightarrow 0$$,
когда диаметр разбиения [latex] \tau_{\left [ \alpha ,\beta \right ]}[/latex] стремится к нулю. Этот факт и доказывает наше свойство.
Пример
Ранее мы уже показали, что функция $f(x)=8+2x-x^{2}$ интегрируема на отрезке [latex]\left [ -2, 4 \right ][/latex]. Согласно первому свойству она также интегрируема на промежутке [latex]\left [ 0,2 \right ][/latex].
$\underset{0}{\overset{2}{\int}}(8+2x-x^{2})dx=8\underset{0}{\overset{2}{\int}}dx+2\underset{0}{\overset{2}{\int}}xdx-\underset{0}{\overset{2}{\int}}x^{2}dx=$$=8x|_{0}^{2}+2\cdot \frac{1}{2}(x^{2})|_{0}^{2}-\frac{1}{3}(x^{3})|_{0}^{2}=\frac{52}{3}$
Свойство 2 (аддитивность интеграла)
Если функция [latex]f(x)[/latex] интегрируема на отрезках [latex]\left [ a,c \right ][/latex] и [latex]\left [ c,b \right ][/latex], то она также интегрируема на отрезке [latex]\left [ a,b \right ][/latex] и имеет место равенство
$$\underset{a}{\overset{b}{\int}}f(x)dx=\underset{a}{\overset{c}{\int}}f(x)dx+\underset{c}{\overset{b}{\int}}f(x)dx$$.
Пусть функция интегрируема в промежутке [latex]\left [ a,b \right ][/latex]. Интегрируемость функции в промежутках [latex]\left [ a,c \right ][/latex] и [latex]\left [ c,b \right ][/latex], следует из Свойства 1. Рассмотрим разбиение промежутка [latex]\left [ a,b \right ][/latex] на части [latex]\tau _{\left [ \alpha ,\beta \right ]}=\left \{ x_{k} \right \}_{k=0}^{n}[/latex], причем точку [latex]c[/latex] будем считать одной из точек деления. Составив интегральную сумму, будем иметь
$$\sum_{a}^{b}f(\xi )\Delta x=\sum_{a}^{c}f(\xi )\Delta x + \sum_{c}^{b}f(\xi )\Delta x$$
Каждая из этих сумм имеет предел, который равен соответствующему интегралу для любых точек
$$\xi _{k}\in \left [ x_{k},x_{k-1} \right ],(k=1,2,\dots,n)$$,
когда диаметр разбиения стремится к нулю. Т.е.
$$\underset{a}{\overset{b}{\int}}f(x)dx=\underset{a}{\overset{c}{\int}}f(x)dx+\underset{c}{\overset{b}{\int}}f(x)dx$$
Пример
Снова возьмём функцию $f(x)=8+2x-x^{2}$ и рассмотрим значения интеграла на промежутках [latex]\left [ -2, 1 \right ][/latex] и [latex]\left [ 1, 4 \right ][/latex].
$\underset{-2}{\overset{1}{\int}}(8+2x-x^{2})dx=8\underset{-2}{\overset{1}{\int}}dx+2\underset{-2}{\overset{1}{\int}}xdx-\underset{-2}{\overset{1}{\int}}x^{2}dx=$$=8x|_{-2}^{1}+2\cdot \frac{1}{2}(x^{2})|_{-2}^{1}-\frac{1}{3}(x^{3})|_{-2}^{1}=18$
$\underset{1}{\overset{4}{\int}}(8+2x-x^{2})dx=8\underset{1}{\overset{4}{\int}}dx+2\underset{1}{\overset{4}{\int}}xdx-\underset{1}{\overset{4}{\int}}x^{2}dx=$$=8x|_{1}^{4}+2\cdot \frac{1}{2}(x^{2})|_{1}^{4}-\frac{1}{3}(x^{3})|_{1}^{4}=18$
Т.е. $$\underset{a}{\overset{b}{\int}}f(x)dx=\underset{a}{\overset{c}{\int}}f(x)dx+\underset{c}{\overset{b}{\int}}f(x)dx$$.
Литература
- Вартанян Г.М. Конспект лекций по математическому анализу, Часть 1(3)
- Г. М. Фихтенгольц. Курс дифференциального и интегрального исчисления, т.II. — М.: Наука, 1970.- 800 с. стр. 302
Начало тестаСвойства определенного интеграла, связанные с отрезками интегрирования