Формула Ньютона-Лейбница
Пусть есть непрерывная функция $ f(x) $ на отрезке $ [a,b] $, а первообразная её $ F(x) $. Тогда имеет место равенство, которое есть формула Ньютона-Лейбница:
$$ \int _a^b f(x) dx = F(x)\bigg |_a^b = F(b) - F(a) $$
В этой формуле $ a $ и $ b $ называются пределами интегрирования. Нижний - $ a $, верхний - $ b $. Функция $ f(x) $ - это подынтегральное выражение. А её первообразная обозначается $ F(x) $, то есть такая функция, что $ F'(x) = f(x) $. А сам интеграл называется определенным, так как есть пределы интегрирования.
Формула Ньютона-Лейбница используется только для определенного интеграла и заключает его связь с неопределенным интегралом.
Сначала находим первообразную $ F(x) $ любыми известными методами решения неопределенных интегралов, а затем находим её разность в точках $ a $ и $ b $.
Стоит обратить внимание на порядок вычитания: из $ F(b) $ вычитается $ F(a) $. Иначе нужно поменять знак полученного ответа на противоположный.
| Пример 1 |
| Вычислить интеграл по формуле Ньютона-Лейбница: $$ \int_1^2 x^3 dx $$ |
| Решение |
|
Первым делом проверяем, что подынтегральная функция $ f(x)=x^3 $ является непрерывной на отрезке $ x\in [a;b] $. Если всё нормально, то приступаем ко второму шагу, а именно нахождение первообразной $ F(x) $. Для этого достаточно убрать пределы интегрирования и решить его любым методом. В нашем случае нужно применить метод непосредственного интегрирования. По таблице интегрирования находим, что $ \int x^p dx = \frac{x^{p+1}}{p+1} $. $$ F(x) = \int x^3 dx = \frac{x^{3+1}}{3+1} dx = \frac{x^4}{4} + C $$ Положим $ C = 0 $ и получаем одну из первообразных: $ F(x) = \frac{x^4}{4} $. Теперь зная $ F(x) $ можно использовать формулу Ньютона-Лейбница для вычисления окончательного результата. Подставляем $ a $ и $ b $ в $ F(x) $ поочередно, а затем ищем разность: $$ F(a) = F(1) = \frac{1}{4} $$ $$ F(b) = F(2) = \frac{16}{4} = 4 $$ $$ F(b) - F(a) = F(2) - F(1) = 4 - \frac{1}{4} = \frac{15}{4} $$ В результате мы получили, что: $$ \int_1^2 x^3 dx = F(2) - F(1) = 4 - \frac{1}{4} = \frac{15}{4} $$ Если не получается решить свою задачу, то присылайте её к нам. Мы предоставим подробное решение онлайн. Вы сможете ознакомиться с ходом вычисления и почерпнуть информацию. Это поможет своевременно получить зачёт у преподавателя! |
| Ответ |
| $$ \int_1^2 x^3 dx = \frac{15}{4} $$ |
| Пример 2 |
|
Используя формулу Ньютона-Лейбница, вычислите определенный интеграл $$ \int_0^\pi x\sin x dx $$ |
| Решение |
|
Для нахождения этого определенного интеграла воспользуемся методом интегрирования по частям: $$ \int_0^\pi x\sin x dx = \begin{vmatrix} u = x & du = dx \\ dv = \sin x dx & v = -\cos x \end{vmatrix} = $$ $$ = -x\cos x \bigg |_0^\pi - \int_0^\pi (-\cos x)dx = - (\pi\cdot \cos \pi - 0\cdot \cos 0) + \int_0^\pi \cos x dx = $$ $$ = -(\pi \cdot (-1) - 0\cdot 1) + \int_0^\pi \cos x dx = \pi + \int_0^\pi \cos x dx = $$ Обратите внимание на то, что при вычислении $ uv $ мы использовали формулу Ньютона-Лейбница. Теперь дорешиваем второй интеграл опять же с учетом этой же формулы и записываем ответ: $$ = \pi +\sin x \bigg |_0^\pi=\pi + (\sin \pi - \sin 0)=\pi + (0 - 0)=\pi $$ |
| Ответ |
| $$ \int_0^\pi x\sin x dx = \pi $$ |
Нужно подробное решение своей задачи?
ЗАКАЗАТЬ РЕШЕНИЕ