定积分的计算规则和公式如下:
确定积分区间和上下限
首先,需要明确积分的区间,即积分的下限 $a$ 和上限 $b$。
找到被积函数的原函数
原函数 $F(x)$ 是满足 $F'(x) = f(x)$ 的函数,其中 $f(x)$ 是被积函数。
应用牛顿-莱布尼兹公式
定积分的计算公式为:
$$
\int_{a}^{b} f(x) \, dx = F(b) - F(a)
$$
其中 $F(x)$ 是 $f(x)$ 的一个原函数。
特殊函数的积分公式
对于一些特殊函数,可以直接使用积分基本公式,例如:
$\int 0 \, dx = c$
$\int x^n \, dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} + c$ (其中 $n \neq -1$)
$\int \frac{1}{x} \, dx = \ln|x| + c$
$\int a^x \, dx = \frac{a^x}{\ln(a)} + c$
$\int e^x \, dx = e^x + c$
$\int \sin x \, dx = -\cos x + c$
数值积分方法
当被积函数复杂或无法直接找到原函数时,可以使用数值积分方法,如梯形法、辛普森法等。
示例
计算 $\int_{0}^{1} (x^2 + 2x) \, dx$:
确定积分区间和上下限
区间为 $[0, 1]$,下限 $a = 0$,上限 $b = 1$。
找到被积函数的原函数
$f(x) = x^2 + 2x$,其原函数 $F(x) = \frac{x^3}{3} + x^2$。
应用牛顿-莱布尼兹公式
$$
\int_{0}^{1} (x^2 + 2x) \, dx = F(1) - F(0) = \left( \frac{1^3}{3} + 1^2 \right) - \left( \frac{0^3}{3} + 0^2 \right) = \frac{1}{3} + 1 = \frac{4}{3}
$$
通过以上步骤,我们得到了定积分 $\int_{0}^{1} (x^2 + 2x) \, dx$ 的结果为 $\frac{4}{3}$。