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课本中的积分

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nttz 发表于 2024-8-1 10:20 |阅读模式
本帖最后由 nttz 于 2024-8-1 11:39 编辑 22.jpg 33.jpg 44.jpg
红色画的部分为何成立?n越大,划分越细,比如3等分和2等分的,明显的在整个(a,b)段,3等分的阶梯函数不总是在上方啊
22.jpg

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战巡 发表于 2024-8-1 16:23
它这个说法不严谨

你可以去看测度论关于积分内容,主要是以下几个东西

1、简单函数(Simple Function)

如果一个定义在定义域$X$上的实值函数只存在有限个函数值,称这样的函数为简单函数,有时也称为阶梯函数(Step Function)

因此,拥有$n$个函数值的简单函数也可以写成如下形式:
\[f(x)=\sum_{k=1}^na_k I(x\in E_k)\]
其中$\{a_1,a_2,...,a_n\}$为对应的$n$个函数值,$E_k\subseteq X$为互斥的集合,其中当$x\in E_k$时$f(x)=a_k$

比如$f(x)=1, x\in[-1,1]$,或者$f(x)=sign(x)$
注意,有限个简单函数的加、减、乘运算过后,仍然是简单函数


2、定理:
令$f$为定义域$X$上的非负可测函数,则必然存在非负的简单函数递增序列$\{f_n\}$,使得对任意$x\in X$,均有$f_n(x)\to f(x)$。

这就是和你那本书里不一样的地方,它说的是存在这样一个递增序列,而不是说随便怎么构造那个序列都递增

3、简单函数的积分
对简单函数$f(x)=\sum_{k=1}^na_kI(x\in E_k)$,定义其在全定义域上的积分值为
\[\int_Xfd\mu=\sum_{k=1}^na_k\mu(E_k)\]

4、单调收敛定理(Monotone Convergence Theorem):
令$\{f_n\}$为在定义域$X$上几乎处处非负且可测的函数,且$f_n(x)\le f_{n+1}(x)$,对任意$n\in \mathbb{N}^+$几乎处处成立。令$f$为在定义域$X$上几乎处处非负且可测的函数,并有$f_n(x)\to f(x)$几乎处处成立,则有
\[\lim_{n\to\infty}\int_Ef_n(x)d\mu=\int_Ef(x)d\mu\]
其中$E\subseteq X$

就是这样来定义任意非负函数$f$的积分

然后再去定义函数的负区间,以及负积分,最后推广到任意函数的积分

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hbghlyj 发表于 2024-10-3 22:07

关键的误解

nttz 发表于 2024-8-1 02:20
n越大,划分越细,比如3等分和2等分的,
明显的在整个(a,b)段,3等分的阶梯函数不总是在上方啊

关键是你对“划分越细”的理解是错误的
en.wikipedia.org/wiki/Partition_of_an_interval
根据更精细的划分的定义:在旧划分的基础上,插入中间点
Another partition Q of the given interval [a, b] is defined as a refinement of the partition P, if Q contains all the points of P and possibly some other points as well; the partition Q is said to be “finer” than P.

划分 Q 必须包含 P 的所有点;划分 Q 被称为比 P“更精细”。

你说得对,3等分的阶梯函数不总是在2等分的上方。但是
@nttz 你说的3等分不是2等分的更精细划分!!


根据书中的定义,证明是完全正确的。细分的阶梯函数比原阶梯函数更高 因为$f(x)$是递减连续函数。
例如4, 6...等分是2等分的更精细划分。
例如6, 9...等分是3等分的更精细划分。

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hbghlyj 发表于 2024-10-3 22:33
nttz 发表于 2024-8-1 02:20
例 3 设 $y=f(x)$ 是一个定义在 $[a, b]$ 上递减连续函数,试说明 $f(x)$ 从 $a$ 到 $b$ 的和存在.

教科书通常是正确的,你应该查找书中“划分越细”的定义并消除误解。事情不是那么简单,不能想当然。

如果仍然不理解这个解释,你可以在网上搜索“单调函数可积”,有很多,例如 math.utah.edu/~yael/3210_public/exams/Integral.pdf

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