Алгебра · 11 класс3 четвертьТема 7ГОСО РК 2026Базовый

Определенный интеграл и формула Ньютона — Лейбница

Интегральные суммы Римана, геометрический смысл определенного интеграла, свойства интеграла и формула Ньютона — Лейбница.

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы3 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ3 четвертьдескрипторы ГОСО

Пусть функция y = f(x) непрерывна и неотрицательна на отрезке [a; b]. Фигуру, ограниченную сверху графиком y = f(x), снизу осью Ox, а по бокам вертикальными отрезками x = a и x = b, называют криволинейной трапецией. Чтобы найти её площадь, отрезок [a; b] разбивают на n частей точками x₀ < x₁ < ... < xₙ, строят ступенчатую фигуру из прямоугольников со сторонами Δxᵢ и f(ξᵢ) и составляют интегральную сумму Римана: Sₙ = ∑ f(ξᵢ) Δxᵢ. Предел этой суммы при стремлении максимального шага разбиения к нулю называют определенным интегралом от функции f(x) по отрезку [a; b].

∫ₐᵇ f(x) dx

Определенный интеграл

Число, равное пределу интегральных сумм при n → ∞.
Предел Римана

Бесконечное дробление

Сумма площадей элементарных бесконечно узких полосок f(x)dx.

Число, а не функция

В отличие от неопределенного интеграла (семейства функций F(x) + C), определенный интеграл ∫ₐᵇ f(x) dx — это конкретное ЧИСЛО.

Шаг 1
Разбиение отрезка [a; b]
Делят отрезок на частичные элементарные отрезки Δx.
Шаг 2
Составление ступенчатой суммы
Формируют сумму произведений высоты на ширину прямоугольника.
Шаг 3
Предельный переход
Получают точное значение площади под кривой.
Определение интеграла Римана
∫abf(x) dx=lim⁡max⁡Δxi→0∑i=1nf(ξi)Δxi\int_a^b f(x) \, dx = \lim_{\max \Delta x_i \to 0} \sum_{i=1}^n f(\xi_i) \Delta x_i

Теорема Ньютона — Лейбница связывает операцию вычисления площадей (интегрирование Римана) с понятием первообразной: если функция f(x) непрерывна на отрезке [a; b], а F(x) — любая её первообразная на этом отрезке, то определенный интеграл равен разности значений первообразной на концах отрезка: ∫ₐᵇ f(x) dx = F(b) - F(a). Разность F(b) - F(a) кратко записывают символом двойной подстановки: F(x)|ₐᵇ.

∫ₐᵇ f dx = F(b) - F(a)

Формула Ньютона — Лейбница

Величайшая формула матанализа: связывает площадь и первообразную.
F(x)|ₐᵇ

Символ двойной подстановки

Стандартное математическое обозначение разности F(b) - F(a).

Константа C взаимно уничтожается

При вычислении определенного интеграла константу C не пишут, так как (F(b) + C) - (F(a) + C) = F(b) - F(a).

Шаг 1
Нахождение первообразной F(x)
Ищут первообразную подынтегральной функции f(x).
Шаг 2
Запись пределов интегрирования
Оформляют запись [F(x)] с нижним a и верхним b пределами.
Шаг 3
Вычисление F(b) - F(a)
Подставляют верхний предел, затем нижний и вычитают.
Формула Ньютона — Лейбница
∫abf(x) dx=F(x)∣ab=F(b)−F(a)\int_a^b f(x) \, dx = \left. F(x) \right|_a^b = F(b) - F(a)

Определенный интеграл обладает фундаментальными свойствами: 1) Совпадение пределов: ∫ₐᵃ f(x) dx = 0; 2) Перестановка пределов меняет знак: ∫ₐᵇ f(x) dx = -∫_bᵃ f(x) dx; 3) Аддитивность по отрезку: для любой точки c ∈ [a; b] выполняется ∫ₐᵇ f(x) dx = ∫ₐᶜ f(x) dx + ∫_cᵇ f(x) dx; 4) Линейность: ∫ₐᵇ [α f(x) + β g(x)] dx = α ∫ₐᵇ f(x) dx + β ∫ₐᵇ g(x) dx; 5) Сохранение неравенств: если f(x) ≤ g(x) на [a; b], то ∫ₐᵇ f dx ≤ ∫ₐᵇ g dx.

Аддитивность

Сложение отрезков

Интеграл по всему отрезку равен сумме интегралов по его частям.
Перестановка пределов

Смена знака интеграла

Интегрирование справа налево меняет знак интеграла на противоположный.

Определенный интеграл от четной и нечетной функций

Если отрезок симметричен [-a; a]: для нечетной функции ∫_{-a}ᵃ f(x)dx = 0; для четной функции ∫_{-a}ᵃ f(x)dx = 2 ∫₀ᵃ f(x)dx.

Шаг 1
Анализ симметрии интервала
Проверяют четность f(x) при симметричных пределах [-a; a].
Шаг 2
Разбиение интервала при изломах
Для кусочных функций или модулей разбивают в точке излома.
Шаг 3
Почленное суммирование
Складывают результаты интегрирования.
Свойства определенного интеграла
∫abf(x)dx=∫acf(x)dx+∫cbf(x)dx;∫abf(x)dx=−∫baf(x)dx\int_a^b f(x) dx = \int_a^c f(x) dx + \int_c^b f(x) dx;\quad \int_a^b f(x) dx = -\int_b^a f(x) dx

Геометрически определенный интеграл ∫ₐᵇ f(x) dx равен алгебраической (ориентированной) сумме площадей фигур, заключенных между графиком y = f(x) и осью Ox. Участки графика, лежащие выше оси абсцисс (f(x) ≥ 0), дают вклад в интеграл с положительным знаком (+S₁), а участки графика, лежащие ниже оси абсцисс (f(x) ≤ 0), дают вклад с отрицательным знаком (-S₂). Итоговое значение интеграла равно S₁ - S₂.

f(x) ≥ 0 => S > 0

Положительная площадь

Криволинейная трапеция над осью абсцисс.
f(x) ≤ 0 => -S

Отрицательный вклад

Область под осью абсцисс дает интегралу знак минус.

Интеграл синуса по полному периоду

Интеграл ∫₀²ᵖ sin x dx = 0, так как положительный холм [0; π] в точности компенсируется отрицательной впадиной [π; 2π].

Шаг 1
Поиск нулей функции f(x) = 0
Определяют точки пересечения графика с осью Ox на [a; b].
Шаг 2
Определение знаков участков
Выявляют зоны выше и ниже оси абсцисс.
Шаг 3
Интегрирование по частям
Интегрируют каждый участок с соответствующим знаком.
Ориентированная сумма площадей
∫abf(x) dx=Sнад Ox−Sпод Ox\int_a^b f(x) \, dx = S_{\text{над Ox}} - S_{\text{под Ox}}

Определенный интеграл лежит в основе вычисления физических величин, меняющихся во времени или пространстве: 1) Путь, пройденный точкой при неравномерном движении: s = ∫_{t₁}^{t₂} v(t) dt; 2) Работа переменной силы F(x): A = ∫ₐᵇ F(x) dx (например, работа растяжения пружины A = ∫₀ˣ kx dx = kx²/2); 3) Электрический заряд, прошедший через проводник при переменном токе: q = ∫_{t₁}^{t₂} I(t) dt; 4) Масса неоднородного стержня линейной плотности ρ(x): m = ∫₀ᴸ ρ(x) dx.

s = ∫ v(t) dt

Путь по скорости

Интегрирование мгновенной скорости по времени дает пройденный путь.
A = ∫ F(x) dx

Работа переменной силы

Площадь под графиком зависимости силы от координаты.

Связь с графиком v(t)

Пройденный телом путь всегда численно равен площади под графиком скорости v(t) в осях скорости и времени.

Шаг 1
Запись подынтегральной функции
Фиксируют функцию скорости v(t) или силы F(x).
Шаг 2
Определение временного интервала [t₁; t₂]
Устанавливают пределы интегрирования.
Шаг 3
Вычисление по Ньютону — Лейбницу
Находят первообразную и вычисляют разность.
Физические интегральные соотношения
s=∫t1t2v(t) dt;A=∫x1x2F(x) dx;q=∫t1t2I(t) dts = \int_{t_1}^{t_2} v(t) \, dt;\quad A = \int_{x_1}^{x_2} F(x) \, dx;\quad q = \int_{t_1}^{t_2} I(t) \, dt
Ваш прогресс по теме25%
Шпаргалка формул11 класс
Свойства показательной функции aˣ:
ax⋅ay=ax+y;(ax)y=ax⋅y;a0=1aˣ \cdot aʸ = a^{x+y};\quad (aˣ)ʸ = a^{x \cdot y};\quad a^0 = 1
Основное логарифмическое тождество:
alogab=ba^{logₐ b} = b
Логарифм произведения и частного:
loga(xy)=logax+logay;loga(x/y)=logax−logaylogₐ (xy) = logₐ x + logₐ y;\quad logₐ (x/y) = logₐ x - logₐ y
Вынесение степеней из логарифма:
logaq(xp)=(p/q)⋅logaxlog_{a^q} (xᵖ) = (p / q) \cdot logₐ x
Следующая тема

Вычисление площадей фигур и объемов тел вращения

Перейти к теме →