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黎曼积分


黎曼积分是在定积分中通常在微积分教材中遇到的,并被物理学家和工程师使用。存在其他类型的积分(例如,勒贝格积分),但不太可能在高等数学教材范围之外遇到。实际上,根据 Jeffreys 和 Jeffreys(1988,第 29 页)的说法,“似乎在物理学中,这些方法[即黎曼积分的推广]适用而黎曼[积分的定义]不适用的情况非常罕见,以至于不值得付出额外的努力。”

黎曼积分基于若尔当测度,并通过取黎曼和的极限来定义,

int_a^bf(x)dx=lim_(maxDeltax_k->0)sum_(k=1)^(n)f(x_k^*)Deltax_k
(1)
intintf(x,y)dA=lim_(maxDeltaA_k->0)sum_(k=1)^(n)f(x_k^*,y_k^*)DeltaA_k
(2)
intintintf(x,y,z)dV=lim_(maxDeltaV_k->0)sum_(k=1)^(n)f(x_k^*,y_k^*,z_k^*)DeltaV_k,
(3)

其中 a<=x<=bx_k^*y_k^*z_k^* 分别是区间 Deltax_kDeltay_kDeltaz_k 中的任意点。值 maxDeltax_k 称为区间 [a,b] 划分为子区间 Deltax_k网格大小

作为黎曼积分定义的应用示例,求曲线 y=x^r 从 0 到 a 下方的面积。将 (0,a) 分成 n 段,因此 Deltax_k=a/n=h,然后

f(x_1)=f(0)=0
(4)
f(x_2)=f(Deltax_k)=h^r
(5)
f(x_3)=f(2Deltax_k)=(2h)^r.
(6)

通过归纳法

 f(x_k)=f([k-1]Deltax_k)=[(k-1)h]^r=h^r(k-1)^r,
(7)

所以

 f(x_k)Deltax_k=h^(r+1)(k-1)^r
(8)
 sum_(k=1)^nf(x_k)Deltax_k=h^(r+1)sum_(k=1)^n(k-1)^r.
(9)

例如,取 r=2

 sum_(k=1)^nf(x_k)Deltax_k=h^3sum_(k=1)^n(k-1)^2 
=h^3(sum_(k=1)^nk^2-2sum_(k=1)^nk+sum_(k=1)^n1) 
=h^3[(n(n+1)(2n+1))/6-2(n(n+1))/2+n],
(10)

所以

I=lim_(n->infty)sum_(k=1)^(n)f(x_k^*)Deltax_k=lim_(n->infty)sum_(k=1)^(n)f(x_k)Deltax_k
(11)
=lim_(n->infty)h^3[(n(n+1)(2n+1))/6-2(n(n+1))/2+n]
(12)
=a^3lim_(n->infty)[(n(n+1)(2n+1))/(6n^3)-(n(n+1))/(n^3)+n/(n^3)]
(13)
=1/3a^3.
(14)

黎曼积分只能针对正常积分进行计算。


另请参阅

围道积分, 定积分, 反常积分, 积分, 若尔当测度, 正常积分, 黎曼和

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参考文献

Ferreirós, J. "The Riemann Integral." §5.1.2 in Labyrinth of Thought: A History of Set Theory and Its Role in Modern Mathematics. Basel, Switzerland: Birkhäuser, pp. 150-153, 1999.Jeffreys, H. and Jeffreys, B. S. "Integration: Riemann, Stieltjes." §1.10 in Methods of Mathematical Physics, 3rd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 26-36, 1988.Kestelman, H. "Riemann Integration." Ch. 2 in Modern Theories of Integration, 2nd rev. ed. New York: Dover, pp. 33-66, 1960.

在 Wolfram|Alpha 中被引用

黎曼积分

请引用为

Weisstein, Eric W. “黎曼积分。” 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/RiemannIntegral.html

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