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積分 |
積分是微積分學與數學分析里的一個核心概念。通常分為定積分和不定積分兩種。直觀地說,對於一個給定的正實值函數,在一個實數區間上的定積分可以理解為在坐標平面上,由曲線、直線以及軸圍成的曲邊梯形的面積值(一種確定的實數值)。積分的一個嚴格的數學定義由波恩哈德·黎曼給出(參見條目「黎曼積分」)。黎曼的定義運用了極限的概念,把曲邊梯形設想為一系列矩形組合的極限。從十九世紀起,更高級的積分定義逐漸出現,有了對各種積分域上的各種類型的函數的積分。比如說,路徑積分是多元函數的積分,積分的區間不再是一條線段(區間[a,b]),而是一條平面上或空間中的曲線段;在面積積分中,曲線被三維空間中的一個曲面代替。對微分形式的積分是微分幾何中的基本概念。
簡介
積分發展的動力源自實際應用中的需求。實際操作中,有時候可以用粗略的方式進行估算一些未知量,但隨着科技的發展,很多時候需要知道精確的數值。要求簡單幾何形體的面積或體積,可以套用已知的公式。比如一個長方體狀的游泳池的容積可以用長×寬×高求出。但如果游泳池是卵形、拋物型或更加不規則的形狀,就需要用積分來求出容積。物理學中,常常需要知道一個物理量(比如位移)對另一個物理量(比如力)的累積效果,這時也需要用到積分。勒貝格積分的出現源於概率論等理論中對更為不規則的函數的處理需要。黎曼積分無法處理這些函數的積分問題。因此,需要更為廣義上的積分概念,使得更多的函數能夠定義積分。同時,對於黎曼可積的函數,新積分的定義不應當與之衝突。勒貝格積分就是這樣的一種積分。 黎曼積分對初等函數和分段連續的函數定義了積分的概念,勒貝格積分則將積分的定義推廣到測度空間裡。
評價
如果一個函數f在某個區間上黎曼可積,並且在此區間上大於等於零。那麼它在這個區間上的積分也大於等於零。如果f勒貝格可積並且幾乎總是大於等於零,那麼它的勒貝格積分也大於等於零。作為推論,如果兩個 上的可積函數f和g相比,f(幾乎)總是小於等於g,那麼f的(勒貝格)積分也小於等於g的(勒貝格)積分。如果黎曼可積的非負函數f在 上的積分等於0,那麼除了有限個點以外, 。如果勒貝格可積的非負函數f在 上的積分等於0,那麼f幾乎處處為0。如果 中元素A的測度 等於0,那麼任何可積函數在A上的積分等於0。函數的積分表示了函數在某個區域上的整體性質,改變函數某點的取值不會改變它的積分值。對於黎曼可積的函數,改變有限個點的取值,其積分不變。對于勒貝格可積的函數,某個測度為0的集合上的函數值改變,不會影響它的積分值。如果兩個函數幾乎處處相同,那麼它們的積分相同。如果對中任意元素A,可積函數f在A上的積分總等於(大於等於)可積函數g在A上的積分,那麼f幾乎處處等於(大於等於)g。[1]