定积分存在的充分必要条件
高等数学(上册)重要知识点
一章 函数与极限1. 集合与函数 1.1 集合的概念具有某种特定性质的事物的的全体。
全体非负整数（自然数）构成的集合{0,1,2,3......}记为N 。
全体正整数构成的集合{1,2,3....}记为 。
全体整数构成的集合{....-1,0,1,2....}(记为Z). 全体实数构成的集合R. 1.2基本初等函数和初等函数 反对幂指三是基本初等函数.将基本初等函数经过有限次的四则运算和有限次的复合运算所得到的 且能用一个式子表示的函数称为初等函数. 1.3极坐标与直角坐标系的关系θρθρsin cos {==y x )0(tan {22≠=+=x x y yx θρ1.4几种特殊性质的函数 (1)有界函数F(x)在x 上有界的充分必要条件为:存在常数M>0,使得| f(x) | ≦ M,对任意x 属于X.这时称风f(x)在x 上有一个界. (2)奇偶函数F (x)=f(-x),称为偶函数. F (-x)=-f(x),称为奇函数. (3)周期函数f(x+L)=f(x)恒成立,称f(x)为周期函数.L 为f(x)的最小正周期.2.极限2.1数列极限的定义设有数列{a n },若存在常数a ，对任意给定的ε>0,总存在正整数N ，当n>N 时，恒有| a n -a |<ε成立，则数列{a n }以a 为极限。
记作:aann =∞→lim , 或 a a n→(∞→a ).此时称数列}{a n 收敛于常数a ，或简称数列收敛.反之数列}{a n 没有极限，或称它为发散.2.2数列极限的性质(1)（极限的唯一性）如果数列}{a n 收敛，那么它的极限必唯一.(2)（有界性）收敛数列必定有界.(3)（保号性）设有数列}{a n ，}{b n 分别收敛于a,b,并且b>a,那么存在正整数 N ，当n>N 时，恒有b n >a n . (4) 设有数列}{a n ，}{b n 分别收敛于a,b,并且存在正整数Ｎ，当ｎ＞Ｎ时，恒有b n ≥an，那么a b ≥（5）数列}收敛于a 的充分必要条件是它的任何一个子集数列都收敛于a. 2.3函数极限（1）设函数f(x)在的某去心邻域有定义.若存在常数Ａ，使对任给的ε>0，总存在δ＞０，当０＜｜ｘ－x 0｜＜δ时，恒有 ｜ｆ（ｘ）－Ａ｜＜ε恒成立，则称当x x →0时，ｆ（ｘ）以Ａ 为极限．记作：)(limx f x x →＝Ａ或A x f →)(，当x x 0→．（２）函数极限的性质１.（唯一性）如果存在，那么极限是唯一的。
定积分的概念和性质、,定理
b
a f ( x )dx a
b
b
18/29
例2
解
比较
0
x
2
e dx 和 0 xdx 的大小.
x
2 1
2
不计算的积分的值，比较 LX：
x dx与 xdx的大小。
2 1
2
e x,
x [2, 0],
2 e
0
x
dx
0
0
i 1
0
i 1
a
证毕
16/29
性质3（关于积分区间的可加性）
对a c b ，有
a f ( x )dx a f ( x )dx c
b
c
b
f ( x )dx .
（证明略） 补充：不论 a , b, c 的相对位置如何, 上式总成立.
17/29
性质4
a 1 dx a
a x x x x
0 1 2
n 1
x b
n
把[a , b]分成小区间，记 x i x i x i 1 ，( i 1,2,) ，
任取 i [ xi 1 , xi ] ，
作乘积
并求和
f ( i )x i
n i 1
( i 1,2,)
S f ( i )xi ，
（2）定义中区间的分法和 i 的取法是任意的.
b
b
b
（3）定积分与被积函数在积分区间上有限个点处的定 义无关.
11/29
存在定理
1、可积的充分条件 若 f 在[a , b] 上连续或分段连续，
则 f 在[a , b] 上可积。
定积分存在的条件
10
循序渐进
§7.2 定积分存在的条件
Mi Mi1 x'j xi1
Mi Mi2
xi
x
' j
M
m
x
' j
xi 1
xi
x
' j
M m xi xi1 M m p 1
M
m
p
1
2
p
1
M
m
2
另一方面，由定理1有
*
'
S L S L
2
于是将上面的两个不等式相加，得
'
S
L，S '
L
,及
0 S'－L
2
2
固定了p及 xi' 以后, 可取 (分法固定)
2020年4月8日星期三
海阔凭鱼跃,天高任鸟飞
7
循序渐进
§7.2 定积分存在的条件
min x1'
x0' ,
x2'
x1' , L
,
x'p
x
' p1
,
2 p 1 M m
（分法T 对应的小区间中最小的小区间长度）
证明: 设对于a，b有两个独立的分法，
对应的达布和分别记为 s1，s1及s2，s2， 我们来证明 s1 s2. 把两种分法的分点合并在一起，也是一种分法，
对应的达布和分别记为S3 , 及S3，于是由定理1知
S1 S3, S3 S2 . 而S3 S3 , 所以S1 S2.
(证毕)
2020年4月8日星期三
海阔凭鱼跃,天高任鸟飞
5
循序渐进
§7.2 定积分存在的条件
可积准则
从而积分和具有复杂性，因此讨论积分和的极限是 极其困难的.为此，我们需要简化积分和，用分法T的 “最大”与“最小”的两个积分和去逼近一般的积分 和,即用极限的两边夹定理考察积分和有极限.首先给 出对掌握积分和变化非常有用的大和与小和的概念， 并讨论其性质。于是，讨论复杂的积分和的极限问题， 就归结为讨论比较简单的小和与大和的极限问题.
显然，对于[a,b]的同一分法T的小和与大和，总有不等式
s(T ) S(T )
因为，分法T确定后，相应区间上的上下确界也确定,且
m M
k
k
s(T ) S(T ) n
m x
k
k
k 1
n
M x
k
k
k 1
达布简介
达布（1842～1917） Darboux，Jean-Gaston 法国数学家。
小和、大和，积分和，区别
n
n
n
s(T ) mkxk S(T )
M k xk
(T , )
i 1
f ( )x
i
i
k 1
k 1
与积分和相比，达布和只与分割 T 有关，而与点
i 的取法无关.
这是因为当分法 T 给定后， 函数 f(x)在每个小区间的下确界和上确界是唯一 的，从而小和与大和也就随分法 T 确定. 这是小和，大和与积分和的主要区别.
n
n
n
a b c 且lim a limc l
n
n
n
n
n
n
n
则limb l
n
n
定理7 (函数的两边夹定理)P107
若x
0
U
(a), 有f
(x)
g(x)
5-2 微积分基本公式
解
sin x f ( x) = , x
π π x ∈[ , ] 4 2
x cos x − sin x cos x ( x − tan x ) f ′( x ) = = < 0, 2 2 x x
π π f ( x ) 在[ , ]上单调下降 上单调下降, 4 2
π π 故 x = 为最大值点，x = 为最小值点, 4 2
充分条件
上连续时， 若函数 f ( x ) 在[a , b]上连续时， f ( x ) 在[a , b]上可积. 上可积. 则
且只有有限个间断点， 且只有有限个间断点， 上有界， 若函数 f ( x ) 在[a , b ]上有界，
上可积. 则 f ( x ) 在[a , b ]上可积.
1
3．定积分的性质 ．
x
d x 数是 Φ ′( x ) = ∫a f ( t )dt = f ( x ) dx y x + ∆x 证 Φ ( x + ∆x ) = ∫ f ( t )dt a
∆Φ = Φ( x + ∆x ) − Φ( x )
=∫
x + ∆x a x
(a ≤ x ≤ b)
Φ(x)
f ( t )dt − ∫ f ( t )dt
∫a f ( x )dx =
b
y
f (ξ )
在区间[a , b]上至少存在一 个点ξ ，使得以区间[a , b]为
底边， 底边， 以曲线 y = f ( x ) 为曲边的曲边梯形的面积 等于同一底边而高为 f (ξ )
的一个矩形的面积。 的一个矩形的面积。
13
o
a ξ
b x
可导， 例 3 设 f ( x ) 可导，且 lim f ( x ) = 1，
高考数学(理)考前必记的60个知识点含公式推理推论总结及提醒
高考理科数学考前必记的60个知识点集合(1)集合之间关系的判断方法①A真含于B⇔A⊆B且A≠B，类比于a<b⇔a≤b且a≠b.②A⊆B⇔A真含于B或A＝B，类比于a≤b⇔a<b或a＝b.③A＝B⇔A⊆B且A⊇B，类比于a＝b⇔a≤b且a≥b.(2)集合间关系的两个重要结论①A⊆B包含A＝B和A B两种情况，两者必居其一，若存在x∈B且x∉A，说明A≠B ，只能是A B.②集合相等的两层含义：若A⊆B且B⊆A，则A＝B；若A＝B，则A⊆B且B⊆A.[提醒]1任何一个集合是它本身的子集，即A⊆A.2对于集合A，B，C，如果A⊆B且B⊆C，则有A⊆C.3含有n个元素的集合有2n个子集，有2n－1个真子集，有2n－2个非空真子集．4集合中元素的三大特性：确定性、互异性、无序性．常见关键词及其否定形式关键词等于大于小于是一定是都是至少有一个至多有一个存在否定词不等于不大于不小于不是不一定是不都是一个也没有至少有两个不存在命题(1)四种命题间的相互关系(2)四种命题的真假性原命题逆命题否命题逆否命题真真真真真假假真假真真假假假假假[提醒]1两个命题互为逆否命题，它们有相同的真假性．2两个命题为互逆命题或互否命题，它们的真假性没有关系．3在判断一些命题的真假时，如果不容易直接判断，则可以判断其逆否命题的真假．(3)含有一个量词的命题的否定全称命题的否定是特称命题，特称命题的否定是全称命题，如下所述：命题命题的否定∀x∈M，p(x)∃x0∈M，非p(x0)∃x0∈M，p(x0)∀x∈M非p(x) 充分、必要条件(1)充分条件与必要条件的相关概念①如果p⇒q，那么p是q的充分条件，同时q是p的必要条件．②如果p⇒q，但q⇒/ p，那么p是q的充分不必要条件．③如果p⇒q，且q⇒p，那么p是q的充要条件．④如果q⇒p，且p⇒/ q，那么p是q的必要不充分条件．⑤如果p⇒/ q，且q⇒/ p，那么p是q的既不充分也不必要条件．(2)充分、必要条件与集合的对应关系从逻辑观点看从集合观点看p是q的充分条件(p⇒q)A⊆Bp是q的必要条件(q⇒p)A⊇Bp是q的充分不必要条件(p⇒q，q⇒/ p)A真含于Bp是q的必要不充分条件(q⇒p，p⇒/ q)A真包含Bp是q的充要条件(p⇔q)A＝B函数的定义域及相关的6个结论(1)如果f(x)是整式函数，那么函数的定义域是R.(2)如果f(x)是分式函数，那么函数的定义域是使分母不等于0的实数的集合．(3)如果f(x)是偶次根式函数，那么函数的定义域是使被开方数大于或等于0的实数的集合．(4)如果f(x)是对数函数，那么函数的定义域是使真数大于0的实数的集合．(5)如果f(x)是由几个代数式构成的，那么函数的定义域是使各式子都有意义的实数的集合．(6)如果f(x)是从实际问题中得出的函数，则要结合实际情况考虑函数的定义域．函数的值域求函数值域常用的7种方法(1)配方法：二次函数及能通过换元法转化为二次函数的函数类型．(2)判别式法：分子、分母中含有二次项的函数类型，此函数经过变形后可以化为x2A(y)＋xB(y)＋C(y)＝0的形式，再利用判别式加以判断．(3)换元法：无理函数、三角函数(用三角代换)等，如求函数y＝2x－3＋13－4x的值域．(4)数形结合法：函数和其几何意义相联系的函数类型，如求函数y＝3－sin x2－cos x的值域．(5)不等式法：利用几个重要不等式及推论求最值，如a2＋b2≥2ab，a＋b≥2ab(a，b为正实数)．(6)有界性法：一般用于三角函数类型，即利用sin x∈[－1，1]，cos x∈[－1，1]等．(7)分离常数法：适用于解析式为分式形式的函数，如求y＝x＋1x－1的值域．指数函数与对数函数(1)指数函数与对数函数的对比区分表解析式y＝a x(a>0且a≠1)y＝log a x(a>0且a≠1)定义域R(0，＋∞)值域(0，＋∞)R图象关系指数函数对数函数奇偶性非奇非偶非奇非偶单调性0<a<1时，在R上是减函数；0<a<1时，在(0，＋∞)上是减函数；a>1时，在R上是增函数a>1时，在(0，＋∞)上是增函数[提醒]直线x＝1与所给指数函数图象的交点的纵坐标即底数，直线y＝1与所给对数函数图象的交点的横坐标即底数．(2)比较幂值大小的方法①若指数相同，底数不同，则考虑幂函数．②若指数不同，底数相同，则考虑指数函数．③若指数与底数都不同，则考虑借助中间量，这个中间量的底数与所比较的一个数的底数相同，指数与另一个数的指数相同，那么这个数就介于所比较的两数之间，进而比较大小．(3)常见抽象函数的性质与对应的特殊函数模型的对照表抽象函数的性质特殊函数模型①f(x＋y)＝f(x)＋f(y)(x∈R，y∈R)；②f(x－y)＝f(x)－f(y)(x∈R，y∈R)正比例函数f(x)＝kx(k≠0)①f (x )f (y )＝f (x ＋y )(x ，y ∈R )； ②f （x ）f （y ）＝f (x －y )(x ，y ∈R ，f (y )≠0) 指数函数f (x ) ＝a x (a >0，a ≠1)①f (xy )＝f (x )＋f (y )(x >0，y >0)；②f (xy)＝f (x )－f (y )(x >0，y >0)对数函数f (x )＝log a x (a >0，a ≠1)①f (xy )＝f (x )f (y )(x ，y ∈R )； ②f (x y )＝f （x ）f （y ）(x ，y ∈R ，y ≠0)幂函数f (x )＝x n函数零点的判断方法(1)利用零点存在定理判断法：如果函数y ＝f (x )在区间[a ，b ]上的图象是连续不断的一条曲线，并且有f (a )·f (b )<0，那么，函数y ＝f (x )在区间(a ，b )内有零点，即存在c ∈(a ，b )，使得f (c )＝0.这个c 也就是方程f (x )＝0的根．口诀：函数零点方程根，数形本是同根生，函数零点端点判，图象连续不能忘．(2)代数法：求方程f (x )＝0的实数根．(3)几何法：对于不能用求根公式的方程，可以将它与函数y ＝f (x )的图象联系起来，并利用函数的性质找出零点． 导数(1)基本初等函数的导数公式①(sin x )′＝cos x ，(cos x )′＝－sin x .②(ln x )′＝1x (x >0)，(log a x )′＝1x ln a(x >0，a >0，且a ≠1)．③(e x )′＝e x ，(a x )′＝a x ln a (a >0，且a ≠1)． (2)导数的四则运算法则 ①(u ±v )′＝u ′±v ′⇒[f 1(x )＋f 2(x )＋…＋f n (x )]′ ＝f ′1(x )＋f ′2(x )＋…＋f ′n (x )．②(u v )′＝v u ′＋v ′u ⇒(c v )′＝c ′v ＋c v ′＝c v ′(c 为常数)． ③⎝⎛⎭⎫u v ′＝v u ′－v ′u v 2(v ≠0)．[提醒] 1若两个函数可导，则它们的和、差、积、商必可导；若两个函数均不可导，则它们的和、差、积、商不一定不可导．2利用公式求导时，一定要注意公式的适用范围及符号，如(x n )′＝nx n －1中n ∈Q *，(cos x )′＝－sin x . 3注意公式不要用混，如(a x )′＝a x ln a ，而不是(a x )′＝xa x －1.4导数的加法与减法法则，可由两个可导函数推广到任意有限个可导函数的情形，即[u (x )±v (x )±…±w (x )]′＝u ′(x )±v ′(x )±…±w ′(x )．5一般情况下，[f (x )g (x )]′≠f ′(x )g ′(x )，[f (x )·g (x )]′≠f ′(x )＋g ′(x )，⎣⎢⎡⎦⎥⎤f （x ）g （x ）′≠f ′（x ）g ′（x ），⎣⎢⎡⎦⎥⎤f （x ）g （x ）′≠f ′(x )－g ′(x )．6。
定积分是高等数学中占有重要地位的
1
b a
g(x)dx
b
f (x)g(x)dx = f (ε)
a
但若
1
b a
g(x)dx
b
f (x)g(x)dx = Mf
a
则
b
(Mf − f (x))g(x)dx = 0
a
由 (Mf − f (x))g(x) 0 导出 (Mf − f (x))g(x) = 0
从而由
b a
g(x)dx
=
0，存在
ε
∈
(a,
−
h
x0 a
f (t)dt
−
f (x0)|
=|
x0 +h x0
f
(t)dt
−
h
x0 x0
+h
f
(x0
)dt
|
1 h
x0 +h
|f (t) − f (x0)|dt
x0
因为 f(x) 在 x0 连续，从而对 ε > 0，存在 δ > 0，当 |t − x0| δ 时， |f (t) − f (x0)| < ε，从而当 0 < h < δ 时，
1 h
x0 +h
|f (t) − f (x0)|dt < ε
x0
从而
lim
h→+0
x0 +h a
f
(t)dt
−
h
x0 a
f (t)dt
=
f (x0)
同样方法：
lim
h→−0
x0 −h a
f
(t)dt
−
h
x0 a
f (t)dt
=
张宇高数笔记
：第一章节 极限与连续数列收敛（有极限），则：①任何子列都收敛，反之就不是收敛数列。
②它的极限存在且唯一。
③它是有界的。
（收敛一定有界，但有界不一定收敛，可能振荡） ④它有保号性。
数列极限存在的解题手段： ，①夹逼法。
②定积分定义法。
③对于给定递推式的数列求极限：（1）用单调有界证明极限存在，然后让等式两边极限相等解出A 。
（2）先斩后奏解出A ，然后用压缩映象原理列出|x x −x |<k |x x −1−x |，其中0<k <1 ④对于未给出递推式的数列求极限：根据题设条件得出x x +1和x x 的递推关系，然后用③的方法。
⑤充分运用题目中给出的函数关系式： .（1）x x +1=x (x x )，x (ξ)=x ；则x x +1−x x =x (x x )−x (x x −1)，|x x +1−x |=|x (x x )−x (x )|（2）任何|x ′(x )|≤k 的函数，都可由拉氏定理得|x (x 1)−x (x 2)|≤x |x 1−x 2|（3）若知x (x )的单调性，可把x x +1和x x 的大小判断转化为对x (x x +1)和x (x x )的判断。
（4）若给出x x +1=x (x x )，x ′(x )和x 0的初值，则用拉氏定理:|x x +1−x 0|=|x (x x )−x (x 0)|=|x′(x )(x x −x 0)|≤A |(x x −x 0)|压缩映象 ⑥对于累加型数列x x =∑x (x ,x )x x =1求极限，常用无穷项相加放缩的方式夹逼出来。
函数极限存在（设为A ），则： ①左右极限都为A 。
（证明题证极限存在的思路） |②唯一性、有界性、保号性。
③∀ε>0,∃δ>0,当0<|x −x 0|<δ时，有|f (x )−A |<ε 此定义在广义上，ε可以为任何形式，但必须满足“可以任意小”。
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作一分法,
a x0' x1'
x' p1
x'p
b
使得对应于这一分法的上和S'满足S' L，S' L , 及
2
0 S'－L
2
固定了p及 xi' 以后, 可取
Yunnan University
§2. 定积分存在的条件
min x1' x0' , x2' x1' ,
,
x'p
x
' p1
,
2 p 1 M m
其中M及m分别为f x在a,b的上、下确界.
于是，为了得到所需的结论，只要证明，对任意的分法
a x0 x1 xn1 xn b
只要 时，就成立
SL SL
即可.
Yunnan University
而S3 S3 , 所以S1 S2.
记
l supS , L inf S
则l L .
定理4 对任何有界函数f x ,必有 达布定理
lim S L, lim S l
0
0
其中规定为对任意的分法,
max i
xi
.
Yunnan University
§2. 定积分存在的条件
证明 我们就上和的情形加以证明.
§2. 定积分存在的条件
一、定积分存在的充分必要条件
设f x 在a,b有界，在a,b插入分点
a x0 x1 xn1 xn b
把a,b分成n个小区间xi1, xi i 1, 2, ,n
记
Mi sup f x x xi1, xi mi inf f x x xi1, xi
Yunnan University
§2. 定积分存在的条件
证 设原有分点为a x0 x1 xn1 xn b,
不失一般性，不妨假定只在 xi1, xi 中插入一个新分点x ' : xi1 x ' xi .
记
Mi1 sup f x x xi1, x ' , Mi2 sup f x x x ', xi
及 x'j , xi 的上确界，那么对于含有x'j的这种部分区间
xi1, xi 作和，得
*
0 SS
Mi xi xi1
Mi1
x
' j
xi 1
Mi2
xi
x
' j
Yunnan University
§2. 定积分存在的条件
Mi Mi1 x'j xi1
显然Mi1 Mi , Mi2 Mi ， 所以
Yunnan University
§2. 定积分存在的条件
Mi1 Mi , Mi2 M2 , 因此 S' S.
同理可证S ' S 。
Yunnan University
§2. 定积分存在的条件
定理2 对于一切分法，上和的集合 S 有下界
m b a ,下和的集合S有上界M b a .这里分别
xi xi xi1
Yunnan University
§2. 定积分存在的条件
作和式
n
S Mixi i 1
n
S mixi i 1
分别称为对于这一分法的达布上和及达布下和，统称
达布和。
定理1 如果在原有的分点中加入新的分点，则上和不增， 下和不减。也就是说，若加入新分点后对应的上和及下和 分别记为S'及S ',则S ' S， S ' S.
用M及m记f x 在a,b的上确界及下确界.
证 沿用以上记号，显然有mi M , Mi m。于是有
n
n
S Mixi mxi m b a
i 1
i 1
同理可证S M b a .
Yunnan University
§2. 定积分存在的条件
定理3 任一个下和S总不超过任一个上和S，即使是 对应于不同分法的上和及下和.
证 对于a, b设有两个独立的分法，对应的达布和分别记为
S1，S1及S 2，S 2 , 下证S1 S 2 .
把两种分法的分点合并在一起，也是一种分法， 对应的达布和分别记为S3 , 及S 3，于是由定理1 可知
S1 S3, S3 S2 .
Yunnan University
§2. 定积分存在的条件
定理5 定积分存在的第一充分必要条件 函数f x在
a, b可积的充分必要条件是L l, 即
n
lim f
0 i1
i
xi I .
证明：先证必要性。设f x在a,b可积,则按定义，可设
Yunnan University
§2. 定积分存在的条件
n
lim f
0 i1
i
xi I .
此处xi xi xi1,亦即对任意的 0，存在 0，
及
xn1 , xn
内，因此，含有x
'的部分区间
j
xi1 , xi
最多
只有p 1个。
另一方面，若 xi1, xi 中不含有x'j的点，则在S
Yunnan University
§2. 定积分存在的条件
中及S*中都含有项Mi xi xi1 ，从而在差S S*中 只剩下 xi1 , xi 中含有x'j点的那些项的差. 设 xi1, xi 中含有点x'j , 而Mi1，Mi2分别为f x 在 xi1 , x'j
§2. 定积分存在的条件
事实上，合并以上两个分法的分点，作为新分法的
分点，这样得到一个新的分法，设其对应的上和为S* ,
那么,由于任一长度xi
xi1都小于任一长度x'j
x'j
，
1
所以在每一部分区间 xi1, xi 内至多只有 x'j 中的一个点.
又因x0' , x'p分别与x0 , xn重合，因而它们不在 x0 , x1
0
Mi
f
i
2b
a
于是
n
n
S f i xi Mi f i xi
使对任意的分法a x0 x1 xn b及 xi1 , xi
上任意的点，只要 max i1,2, ,n
xi
，就有
n f
i 1
i
xi I 2
设Mi为f x在xi1, xi 上的上确界。按上确界定义，
可得i xi1, xi ，使
Yunnan University
§2. 定积分存在的条件
Mi Mi2 xi x'j
M
m
x
' j
xi 1
xi
x
' j
M m xi xi1 M m p 1
M
m
p
1
2
p
1
M
m
2
另一方面，由定理1有
*
'
S L S L
2
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§2. 定积分存在的条件
于是将上面的两个不等式相加，得
0 SL
定理证毕。