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积分的定义及推导过程

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积分是微积分的一个重要概念,表示曲线下面的面积。其定义和推导过程如下:

1. 定义

设函数 $y=f(x)$ 在区间 $[a,b]$ 上连续,将该区间分成 $n$ 等分,每个小区间长度为 $\Delta x = \frac{b-a}{n}$,取 $x_i = a + i\Delta x$,则曲线下面的面积可以近似表示为:

$$S_n = \sum_{i=1}^n f(x_i)\Delta x$$

当 $n$ 趋近于无穷大时,$S_n$ 的极限值称为函数 $y=f(x)$ 在区间 $[a,b]$ 上的定积分,记作:

$$\int_a^b f(x)dx$$

2. 推导过程

为了更好地理解积分的定义,我们可以从微小的面积元素开始推导。

假设函数 $y=f(x)$ 在 $[a,b]$ 上连续,将其分成 $n$ 等分,每个小区间长度为 $\Delta x = \frac{b-a}{n}$,取 $x_i = a + i\Delta x$,则第 $i$ 个小区间上的面积可以表示为:

$$\Delta S_i = f(x_i)\Delta x$$

将所有小区间的面积相加,得到曲线下面的总面积:

$$S = \sum_{i=1}^n \Delta S_i = \sum_{i=1}^n f(x_i)\Delta x$$

当 $n$ 趋近于无穷大时,$\Delta x$ 趋近于 0,$\sum_{i=1}^n f(x_i)\Delta x$ 的极限值就是该曲线下面的面积。因此,我们可以得到积分的定义:

$$\int_a^b f(x)dx = \lim_{n\to\infty} \sum_{i=1}^n f(x_i)\Delta x$$

通过这个定义,我们可以求出函数在任意区间内的定积分。