原函数存在定理

更新时间:2024-01-22 13:09

原函数存在定理为:若f(x)在[a,b]上连续,则必存在原函数。此条件为充分条件,而非必要条件。即若f(x)存在原函数,不能推出f(x)在[a,b]上连续。由于初等函数在有定义的区间上都是连续的,故初等在其定义区间上都有原函数。需要注意的是初等函数的导数是一定是初等函数,初等函数的原函数不一定是初等函数。

定理内容

设f(x)在[a,b]上连续,则变上限积分在[a,b]上可导,且其导数

定理证明

由导数定义,只需证明

设x∈(a,b),给x一个改变量△x,使

积分中值定理,有

其中ε介于x与x+△x之间,因△x正负未知,不确定x与x+△x的大小。

等式两端除以△x,令△x→0,取极限

当△x→0时,x+△x→x,从而ε→x,又f(x)在[a,b]上连续,

所以,

该定理表明,设f(x)在[a,b]上连续,则必存在原函数且原函数为f(x)的变上限积分。

推论

设f(x)在[a,b]上连续,φ(x),ω(x)在[α,β]上可导,a≤φ﹙x﹚≤b,a≤ω(x)≤b,x∈[a,b].

证它是由与的复合而成的函数,由复合函数微分法和原函数存在定理,且φ(x)在[α,β]上可导

又ω(x)在[α,β]上可导,a≤ω(x)≤b

与间断点的关系

设F'(x)=f(x),f(x)在x=x0处不连续,则x0必为第二类间断点(对于考研数学,只能是第二类振荡间断点),而非第一类间断点或第二类无穷间断点。

当f(x)存在第二类振荡间断点时,不能确定是否存在原函数,这种情况下结论与f(x)的表达式有关。

原函数存在的三个结论:

如果f(x)连续,则一定存在原函数;

如果f(x)不连续,有第一类可去、跳跃间断点或第二类无穷间断点,那么包含此间断点的区间内,一定不存在原函数;

如果f(x)不连续,有第二类振荡间断点,那么包含此间断点的区间内,原函数可能存在,也可能不存在。

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