6.3 可积函数的性质

1 线性性

线性性

f(x),g(x)R[a,b], 则 αf(x)+βg(x)R[a,b], 且

ab[αf(x)+βg(x)]dx=αabf(x)dx+βabg(x)dx.

2 对区间可加性

对区间可加性

  1. f(x)R[a,b], 则 [α,β][a,b]:f(x)R[α,β].
  2. f(x)R[a,c]f(x)R[c,b], 则 f(x)R[a,b], 且
abf(x)dx=acf(x)dx+cbf(x)dx.

另外我们规定:

aaf(x)dx=0,abf(x)dx+baf(x)dx=0.
命题

f(x)R[a,b], 则 x0[a,b], f(x)x0 处连续.

这告诉我们, Riemann 可积函数里的连续点存在于任意一个区间中, 是“几乎处处连续”的.

命题

f(x),g(x) 除了有限个点外取值相同, 且 f(x)R[a,b], 则 g(x)R[a,b], 且

abf(x)dx=abg(x)dx.

下面我们给出 Newton-Leibniz公式 的几个推论.

推论

f(x)R[a,b],F(x)C[a,b], 且在 (a,b) 上除有限个点外 F(x) 可导, 且 F(x)=f(x), 则

abf(x)dx=F(x)|ab.
推论

f(x)R[a,b],F(x)[a,b] 上只有间断点 x0 且是第一类间断点; F(x)(a,b) 上除有限个点外 F(x) 可导, 且 F(x)=f(x), 则

abf(x)dx=F(b)F(a)+F(x0)F(x0+).

3 绝对可积性与平方可积性

命题

f(x)R[a,b], 则 |f(x)|R[a,b], 且 |abf(x)dx|ab|f(x)|dx. 称 f(x) 绝对可积.

命题

f(x)R[a,b], 则 f2(x)R[a,b]. 称 f(x) 平方可积.

需要注意的是, 这两个命题的反向均不成立. 例如, 取

f(x)={1,xQ[0,1],1,xQc[0,1].

容易验证 f(x)R[a,b], 但由于 |f(x)|=f2(x)=1, 故 |f(x)|,f2(x)R[0,1].

命题

对有界函数, |f(x)|R[a,b]f2(x)R[a,b].

4 积分第一中值定理

定积分的严格正性

  1. f(x)R[a,b],f(x)0, 则 abf(x)dx0.
  2. f(x)R[a,b],f(x)0, 且在某连续点 x0f(x0)>0, 则 abf(x)dx>0.
  3. f(x)C[a,b],f(x)0, 且不恒为 0, 则 abf(x)dx>0.
  4. f(x)C[a,b],f(x)0, abf(x)dx=0, 则 f(x)0.
  5. f(x)R[a,b],f(x)0, abf(x)dx=0, 则 f(x) 在连续点处取值为 0.

乘积函数可积性

f,gR[a,b], 则 fgR[a,b].

积分第一中值定理

f(x)C[a,b], g(x)R[a,b] 且保号, 则 ξ[a,b]:

abf(x)g(x)dx=f(ξ)abg(x)dx.

特别地, 令 g(x)1, 则马上有

积分中值定理

f(x)C[a,b], 则 ξ[a,b]:

abf(x)dx=f(ξ)(ba).

另见 积分第二中值定理.