积分公式

积分公式

积分是微分的逆运算,即知道了函数的 导函数,反求 原函数。在应用上,积分作用不仅如此,它被大量应用于求和,通俗的说是求 曲边三角形的面积,这巧妙的求解方法是积分特殊的性质决定的。
中文名
积分公式
外文名
integral formula
类    属
数学
类    别
公式

公式种类

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是函数f(x)的一个原函数,我们把函数f(x)的所有原函数F(x)+C(C为任意常数)叫做函数f(x)的不定积分,记作,即∫f(x)dx=F(x)+C.其中∫叫做积分号,f(x)叫做被积函数,x叫做积分变量,f(x)dx叫做被积式,C叫做积分常数,求已知函数不定积分的过程叫做对这个函数进行积分。 [1]  
注:∫f(x)dx+c1=∫f(x)dx+c2, 不能推出c1=c2
积分是微积分学与数学分析里的一个核心概念。通常分为定积分和 不定积分两种。 [2]    直观地说,对于一个给定的实函数 f(x),在区间[a,b]上的定积分记为:
若f(x)在[a,b]上恒为正,可以将定积分理解为在Oxy坐标平面上,由曲线(x,f(x))、直线x=a、x=b以及x轴围成的面积值(一种确定的实数值)。
积分的种类还有如下几类: [3]  

公式汇总

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不定积分

不定积分的积分公式主要有如下几类:含ax+b的积分、含√(a+bx)的积分、含有x^2±α^2的积分、含有ax^2+b(a>0)的积分、含有√(a²+x^2) (a>0)的积分、含有√(a^2-x^2) (a>0)的积分、含有√(|a|x^2+bx+c) (a≠0)的积分、含有三角函数的积分、含有反三角函数的积分、含有指数函数的积分、含有对数函数的积分、含有双曲函数的积分。 [2]  
含a+bx的积分
含有a+bx的积分公式主要有以下几类: [4]  
含√(a+bx)的积分
含有√(a+bx)的积分公式主要包含有以下几类: [5]  
含有x^2±α^2的积分
 
含有ax^2+b(a>0)的积分
含有√(a^2+x^2) (a>0)的积分
被积函数中含有√(a^2+x^2) (a>0)的积分有 [2]   
含有√(a^2-x^2) (a>0)的积分
被积函数中含有√(a^2-x^2) (a>0)的积分有: [4]  
对于a 2>x 2有:
含有√(|a|x^2+bx+c) (a≠0)的积分
被积函数中含有√(|a|x^2+bx+c) (a≠0)的积分有 [2]    [4]    [5]  
 

  
含有三角函数的积分
被积函数中含有三角函数的积分公式有: [5]  
含有反三角函数的积分
被积函数当中含有反三角函数的积分公式有 [2]   
含有指数函数的积分
被积函数当中包含有指数函数的积分公式 [4]   
含有对数函数的积分
被积函数当中包含有对数函数的积分公式 [5]   
含有双曲函数的积分
被积函数当中包含有双曲函数的积分公式有 [2]   

定积分

定积分公式有以下几种 [1]    [4]  

积分性质

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通常意义上的积分都满足一些基本的性质。以下积分区域
   
的在黎曼积分意义上表示一个区间,在勒贝格积分意义下表示一个可测集合。积分的性质有:线性性、保号性、极大值极小值、绝对连续性、绝对值积分等。 [1]  

线性性

积分是线性的。如果一个函数 可积,那么它乘以一个常数后仍然可积。如果函数 fg可积,那么它们的和与差也可积。

保号性

如果一个函数f在某个区间上黎曼可积,并且在此区间上大于等于零。那么它在这个区间上的积分也大于等于零。如果f勒贝格可积并且几乎总是大于等于零,那么它的勒贝格积分也大于等于零。作为推论,如果两个
   
上的可积函数f和g相比,f(几乎)总是小于等于g,那么f的(勒贝格)积分也小于等于g的(勒贝格)积分。 [6]    [3]  
如果黎曼可积的非负函数f在
   
上的积分等于0,那么除了有限个点以外,f = 0。如果勒贝格可积的非负函数f在
   
上的积分等于0,那么f几乎处处为0。如果
   
中元素A的测度 μ (A)等于0,那么任何可积函数在A上的积分等于0。 [6]    [3]  
函数的积分表示了函数在某个区域上的整体性质,改变函数某点的取值不会改变它的积分值。对于黎曼可积的函数,改变有限个点的取值,其积分不变。对于勒贝格可积的函数,某个测度为0的集合上的函数值改变,不会影响它的积分值。如果两个函数几乎处处相同,那么它们的积分相同。如果对
   
中任意元素A,可积函数f在A上的积分总等于(大于等于)可积函数g在A上的积分,那么f几乎处处等于(大于等于)g。 [3]  

软件运用

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用户可以在Microsoft Word中创建积分公式,以Word2010软件为例介绍操作方法:
第1步,打开Word2010文档窗口,切换到“插入”功能区。在“符号”分组中单击“公式”按钮(非“公式”下拉三角按钮)。
第2步,在Word2010文档中创建一个空白公式框架,在“公式工具/设计”功能区中,单击“结构”分组中的“积分”按钮。在打开的积分结构列表中选择合适的积分形式。
第3步,在空白公式框架中将插入积分结构,单击积分结构占位符框并输入具体数值或公式符号即可。 [7]  
### 辛普森积分公式简介 辛普森积分公式是一种数值积分方法,其核心思想是将积分区间划分为多个子区间,并在每个子区间内用二次多项式拟合被积函数 \( f(x) \),从而近似计算定积分的值[^2]。这种方法相较于简单的矩形法和梯形法具有更高的精度。 具体的辛普森积分公式为: \[ \int_a^b f(x)\, dx \approx \frac{h}{3} \left[f(a) + 4f(a+h) + 2f(a+2h) + 4f(a+3h) + \dots + 4f(b-h) + f(b)\right] \] 其中,\( h = \frac{b-a}{n} \) 是区间的步长,且 \( n \) 必须为偶数以满足公式的条件。 --- ### MATLAB 中实现辛普森积分公式 以下是基于 MATLAB 的辛普森积分公式实现代码示例: ```matlab function I = simpsons_rule(f, a, b, n) % SIMPSONS_RULE 使用辛普森法则计算定积分 % 输入参数: % f - 被积函数句柄 % a - 积分下限 % b - 积分上限 % n - 子区间的数量(必须为偶数) if mod(n, 2) ~= 0 error('n must be an even number'); end h = (b - a) / n; % 计算步长 x = linspace(a, b, n+1); % 创建节点向量 y = arrayfun(f, x); % 计算各节点处的函数值 I = h/3 * sum(y(1:2:end-1)) + ... 4*h/3 * sum(y(2:2:end-1)) + ... 2*h/3 * sum(y(3:2:end-2)) + ... h/3*y(end); end ``` #### 参数说明 - `f`:表示被积函数的匿名函数或函数句柄。 - `a` 和 `b`:分别代表积分区间的上下界。 - `n`:划分的子区间数目,需为偶数。 #### 示例调用 假设我们想计算函数 \( f(x) = e^{-x^2} \) 在区间 [0, 1] 上的积分,可以这样操作: ```matlab f = @(x) exp(-x.^2); % 定义被积函数 a = 0; b = 1; n = 100; % 设置子区间数目为100 result = simpsons_rule(f, a, b, n); disp(['The integral result is ', num2str(result)]); ``` --- ### C语言中的辛普森积分公式实现 如果希望使用C语言实现同样的功能,则可以通过如下方式完成: ```c #include <stdio.h> #include <math.h> double func(double x) { return exp(-pow(x, 2)); // 定义被积函数 } double simpsons_rule(double (*f)(double), double a, double b, int n) { if (n % 2 != 0) { printf("Error: n must be an even number.\n"); return 0; } double h = (b - a) / n; double sum_odd = 0, sum_even = 0; for (int i = 1; i <= n - 1; i++) { double xi = a + i * h; if (i % 2 == 0) { sum_even += f(xi); } else { sum_odd += f(xi); } } return h / 3.0 * (f(a) + 4 * sum_odd + 2 * sum_even + f(b)); } int main() { double a = 0, b = 1; int n = 100; double result = simpsons_rule(func, a, b, n); printf("Integral result: %.8lf\n", result); return 0; } ``` 此代码实现了与MATLAB版本相同的功能,适用于不同的编程环境需求。 --- ### 数值稳定性与注意事项 尽管辛普森积分公式通常能提供较高的精度,但在实际应用中仍需注意以下几点: 1. **奇数分割问题**:由于辛普森公式要求子区间数目 \( n \) 为偶数,在设计算法时应严格验证输入数据的有效性[^2]。 2. **高阶振荡函数**:对于高度振荡的函数,可能需要较大的 \( n \) 才能达到满意的精度[^3]。 3. **误差控制**:可通过逐步增加 \( n \) 并观察结果变化的方式评估收敛情况[^4]。 ---
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