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積分法せきぶんほうintegral calculusの基本きほん

1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、定積分ていせきぶんdefinite integralを局所的きょくしょてきな寄与きよの累積るいせきとして定義ていぎする方法ほうほうと、不定積分ふていせきぶんindefinite integralを原始関数げんしかんすうantiderivativeの集合しゅうごうとして記述きじゅつする方法ほうほうを説明せつめいする。さらに、微分積分学びぶんせきぶんがくの基本定理きほんていりfundamental theorem of calculusが両者りょうしゃを接続せつぞくすることを紹介しょうかいする。

2学習がくしゅうの順序じゅんじょ

  1. リーマン和わRiemann sumで定積分ていせきぶんdefinite integralを定義ていぎする。
  2. 定積分ていせきぶんが符号付ふごうつき面積めんせきsigned areaを表あらわすことを確認かくにんし、常つねに非負ひふである幾何学的面積きかがくてきめんせきと区別くべつする。
  3. 区間くかん I 上じょうで、1 つの原始関数げんしかんすうantiderivativeと、それに任意定数にんいていすうを加くわえて得えられる不定積分ふていせきぶんindefinite integralを区別くべつする。
  4. 微分積分学びぶんせきぶんがくの基本定理きほんていりfundamental theorem of calculusで累積るいせきと微分びぶんを接続せつぞくする。
  5. 置換積分ちかんせきぶんsubstitutionと部分積分ぶぶんせきぶんintegration by partsで計算けいさんする。

32 つの積分せきぶんの役割やくわり

概念がいねん入力にゅうりょく出力しゅつりょく主要しゅような解釈かいしゃく
定積分ていせきぶん ∫abf(x)dx関数かんすう f と区間くかん [a,b]1 つの数すう区間くかんにわたる符号付ふごうつきの累積量るいせきりょう
不定積分ふていせきぶん ∫f(x)dx区間くかん I 上じょうの関数かんすう fF′=f を満みたす関数族かんすうぞく {F+C∣C∈R}微分びぶんすると f になる関数かんすうの総体そうたい

定積分ていせきぶんと不定積分ふていせきぶんは同一どういつの記号きごうを共有きょうゆうするが、定義ていぎも出力しゅつりょくも異ことなる。微分積分学びぶんせきぶんがくの基本定理きほんていりは、適切てきせつな仮定かていの下もとで、原始関数げんしかんすうを用もちいて定積分ていせきぶんを計算けいさんできることを保証ほしょうする。

4関連かんれんリンク

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5演習えんしゅうリンク

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Foundations of Integral Calculus

1Introduction

This lecture explains how a definite integral is defined as an accumulation of local contributions and how an indefinite integral describes the family of antiderivatives. It also introduces the fundamental theorem of calculus as the connection between these two concepts.

2Learning Sequence

  1. Define the definite integral through Riemann sums.
  2. Interpret a definite integral as signed area and distinguish it from geometric area, which is always nonnegative.
  3. On an interval I, distinguish one antiderivative from the indefinite integral obtained by adding an arbitrary constant to it.
  4. Use the fundamental theorem of calculus to connect accumulation with differentiation.
  5. Compute integrals through substitution and integration by parts.

3Roles of the Two Types of Integral

ConceptInputOutputPrincipal interpretation
Definite integral ∫abf(x)dxA function f and an interval [a,b]A single numberSigned accumulation over an interval
Indefinite integral ∫f(x)dxA function f on an interval IThe family {F+C∣C∈R} satisfying F′=fAll functions whose derivative is f

Definite and indefinite integrals use the same integral symbol, but they have different definitions and different kinds of output. Under suitable hypotheses, the fundamental theorem of calculus guarantees that a definite integral can be evaluated through an antiderivative.

4Related Material

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5Exercises

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