牛顿-莱布尼茨公式

牛顿-莱布尼兹公式(Newton-Leibniz formula),通常也被称为微积分基本定理,揭示了定积分与被积函数的原函数或者不定积分之间的联系。
牛顿-莱布尼茨公式的内容是一个连续函数在区间 [ a,b ] 上的定积分等于它的任意一个原函数在区间[ a,b ]上的增量。牛顿在1666年写的《流数简论》中利用运动学描述了这一公式,1677年,莱布尼茨在一篇手稿中正式提出了这一公式。因为二者最早发现了这一公式,于是命名为牛顿-莱布尼茨公式。

牛顿-莱布尼茨公式给定积分提供了一个有效而简便的计算方法,大大简化了定积分的计算过程。

牛顿-莱布尼茨公式

定义

如果函数
牛顿-莱布尼茨公式
在区间
牛顿-莱布尼茨公式
上连续,并且存在原函数
牛顿-莱布尼茨公式
牛顿-莱布尼茨公式

弱化条件
如果函数
牛顿-莱布尼茨公式
区间
牛顿-莱布尼茨公式
上有定义,并且满足以下条件:
(1)在区间
牛顿-莱布尼茨公式
上可积;
(2)在区间
牛顿-莱布尼茨公式
上存在原函数
牛顿-莱布尼茨公式
牛顿-莱布尼茨公式

公式推导
推导一
定义一个变上限积分函数
牛顿-莱布尼茨公式
,让函数
牛顿-莱布尼茨公式
获得增量
牛顿-莱布尼茨公式
,则对应的函数增量
牛顿-莱布尼茨公式
根据积分中值定理可得,
牛顿-莱布尼茨公式
,(ξ在x与x+Δx之间)
牛顿-莱布尼茨公式
所以
牛顿-莱布尼茨公式
牛顿-莱布尼茨公式
因为
牛顿-莱布尼茨公式
,所以
牛顿-莱布尼茨公式
,即
牛顿-莱布尼茨公式
所以
牛顿-莱布尼茨公式

  
牛顿-莱布尼茨公式
证毕。
推导二
因为函数
牛顿-莱布尼茨公式
在区间
牛顿-莱布尼茨公式
上可积,任取区间
牛顿-莱布尼茨公式
的分割
牛顿-莱布尼茨公式
在区间
牛顿-莱布尼茨公式
牛顿-莱布尼茨公式
上任取一点
牛顿-莱布尼茨公式
,则有
牛顿-莱布尼茨公式
其次,对于分割
牛顿-莱布尼茨公式
,有
牛顿-莱布尼茨公式
在区间
牛顿-莱布尼茨公式
牛顿-莱布尼茨公式
上对函数
牛顿-莱布尼茨公式
应用拉格朗日中值定理得
牛顿-莱布尼茨公式
其中
牛顿-莱布尼茨公式
因此有
牛顿-莱布尼茨公式
牛顿-莱布尼茨公式
证毕。
定理推广

二重积分形式
设函数
牛顿-莱布尼茨公式
在矩形区域
牛顿-莱布尼茨公式
上连续,如果存在一个二元函数
牛顿-莱布尼茨公式
,使得
牛顿-莱布尼茨公式
则二重积分
牛顿-莱布尼茨公式
曲线积分形式
D为单连通区域,
牛顿-莱布尼茨公式与格林公式和高斯公式的联系
牛顿-莱布尼茨公式
牛顿-莱布尼茨公式
在区域D上有连续的一阶偏导数,
若存在一个二元函数
牛顿-莱布尼茨公式
,使得
牛顿-莱布尼茨公式
在区域D中任意取两个点
牛顿-莱布尼茨公式
,则对连接
牛顿-莱布尼茨公式
的任意一条光滑曲线L
都有
牛顿-莱布尼茨公式