Lição 83 — Teorema Fundamental do Cálculo
TFC Parte 1 e Parte 2. A ponte entre derivada e integral. Regra de Leibniz para limites variáveis. Newton e Leibniz, séc. XVII.
Used in: 3.º ano do EM (17 anos) · Equiv. Math II japonês cap. 6 · Equiv. Klasse 12 alemã
Rigorous notation, full derivation, hypotheses
陈述与证明
TFC — 第 1 部分:对积分求导
"TFC1 指出由上限可变的积分定义的函数的导数等于被积函数在上限处的值。" — OpenStax Calculus Vol. 1, §5.3
TFC1 的证明。 由导数的定义:
由积分中值定理,存在 在 和 之间,使得 。因此:
由于当 时 ,且 连续,所以 。因此 。
TFC — 第 2 部分:计算积分
TFC2 的证明。 由 TFC1, 满足 。因为 也成立,所以 在 上的导数为零,因此 (其中 为常数)。则:
莱布尼茨法则(变量极限)
已解决的例子
Exercise list
30 exercises · 7 with worked solution (25%)
- Ex. 83.1Application
通过 TFC2 计算 。
- Ex. 83.2Application
计算 。
- Ex. 83.3Application
计算 。
- Ex. 83.4Application
计算 。
- Ex. 83.5Application
计算 。
- Ex. 83.6Application
计算 。
- Ex. 83.7Application
若 ,通过 TFC1 计算 。
- Ex. 83.8Application
计算 。
- Ex. 83.9Application
计算 。
- Ex. 83.10Application
计算 。
- Ex. 83.11Application
计算 。
- Ex. 83.12Application
计算 。
- Ex. 83.13Application
计算 。
- Ex. 83.14UnderstandingAnswer key
若 ,由 TFC1 计算 是什么?
- Ex. 83.15Understanding
若 ,由 TFC2 计算 的正确表达式是什么?
- Ex. 83.16ApplicationAnswer key
计算 。
- Ex. 83.17Application
计算 。
- Ex. 83.18ModelingAnswer key
一个物体的速度为 m/s。计算从 到 s 的净位移和总走过的距离。
- Ex. 83.19ApplicationAnswer key
计算 。
- Ex. 83.20Application
计算 。
- Ex. 83.21Modeling
一家工厂的边际成本为 元/单位。计算生产前 100 单位的总成本。
- Ex. 83.22ChallengeAnswer key
定义 。显式计算 、验证 ,并求值 和 。
- Ex. 83.23ApplicationAnswer key
已知 和 ,计算 。
- Ex. 83.24Challenge
计算 和 轴在 上围成的面积。
- Ex. 83.25Application
计算 。
- Ex. 83.26Application
计算 ,不需要求反导数。
- Ex. 83.27ModelingAnswer key
一家工厂的电功率随 kW 变化( 为小时)。计算前 12 小时的能耗,并按每 kWh 0.85 元的价格计算成本。
- Ex. 83.28Challenge
计算 。
- Ex. 83.29Challenge
计算 在 上的平均值,并找到积分 TVM 保证的点 。
- Ex. 83.30Proof
从 TFC1 证明 TFC2:若 且 在 上连续,则 。
资源
- Active Calculus — Boelkins · §4.4 · CC-BY-NC-SA。物理动机、两部分 TFC 的发现活动。
- APEX Calculus — Hartman et al. · §5.4 · CC-BY-NC。TFC1 和 TFC2 的证明、莱布尼茨法则、多种练习。
- OpenStax Calculus Volume 1 · §5.3 · CC-BY-NC-SA。历史背景:牛顿/莱布尼茨、积分求导的示例。