Integrate

Integrate[f,x]

给出不定积分 .

Integrate[f,{x,xmin,xmax}]

给出定积分 .

Integrate[f,{x,xmin,xmax},{y,ymin,ymax},]

给出多重积分 .

Integrate[f,{x,y,}reg]

在几何区域 reg 上求积分.

更多信息和选项

  • Integrate[f,x] 可被输入为 fx.
  • 能以 int\[Integral]这样的方式输入.
  • 不是普通的 d;它以 dd\[DifferentialD]的方式输入.
  • Integrate[f,{x,y,}reg] 可被输入为 {x,y,}regf.
  • Integrate[f,{x,xmin,xmax}] 能把 xmin 作为 的下标,把 xmax 作为 的上标输入.
  • 多重积分使用标准迭代记号的变体. 给出的第一个变量相应于最外层的积分,并且在最后进行计算. »
  • Integrate 能计算有理函数的积分. 它也能计算涉及指数、对数、三角函数和反三角函数的积分,只要结果能以相同的函数集表示.
  • Integrate 能给出以许多特殊函数表示的结果.
  • Integrate 对它不能显式计算的积分会做一些简化.
  • 可以通过把 N 应用到定积分得到数值结果. »
  • 可以给涉及 Integrate 的模式赋值给出新类型积分的结果.
  • 积分变量可以是一个结构,比如 x[i] 或其它头部不是数学函数的任意表达式.
  • 对于不定积分,Integrate 会试图找出对参数几乎所有的值都正确的结果.
  • 对于定积分,可以给出下列选项:
  • Assumptions $Assumptions关于参数的假设
    GenerateConditions Automatic是否产生涉及参数条件的答案
    GeneratedParameters None如何命名产生的参数
    PrincipalValue False是否求柯西主值
  • Integrate 实际上能计算标准积分表中列出的所有不定积分和大多数定积分.
  • StandardForm 中,Integrate[f,x] 输出为 fx.

范例

打开所有单元关闭所有单元

基本范例  (4)

不定积分:

计算定积分:

可视化该积分的面积:

int 输入 并且用 dd 输入

输入下限,然后用 输入上限:

范围  (77)

基本用途  (13)

计算不定积分:

通过微分验证答案:

使用 intt 输入模板 并用 在字段间移动:

包括不定积分中的积分常数:

计算有限区间上的定积分:

无限区间:

双无穷区间:

使用 dintt 输入模板e 并用 在期间移动:

对具有符号参数的函数求积分:

只对某些参数值收敛的积分:

指定其他使用的假设:

多变量积分:

多重积分,最后是 x 积分:

StandardForm 中,微分 yx 之前:

可视化积分域上的函数:

在标准区域上求积分:

字符 可按 el\[Element]输入:

使用 在下标中输入区域规范

使用 rintt 输入模板 并用 在其间移动:

形式积分:

向量值和数组值函数的积分:

如果符号积分失效,自动调用 NIntegrate

不定积分  (10)

一些基本积分:

产生带有积分常数的答案:

三角函数的积分:

通过微分验证之前的答案:

创建一个格式良好的积分表格:

有理函数总可以被积分成解析式:

某些时候它们涉及 Root 对象的和:

一般初等函数的积分:

Integrate 在适用的情况下返回复平面有效的反导数:

在积分表格中找到的常用反导数是 log(TemplateBox[{{sec, (, x, )}}, RealAbs])

这是 实数的有效反导数:

在实轴上,两个积分有同样的实数部分:

但是当 为负,在任何区间虚部差

相似的积分可导致不同类型的函数:

许多积分可以用特殊函数,例如: Erf 完成:

Log 的生成,例如: PolyLogLogIntegral

超几何函数,例如:Hypergeometric2F1

创建一个特殊函数积分的良好格式表格:

积分变量不必是单个符号:

定积分  (13)

积分多项式:

积分符号多项式:

在符号范围上积分:

有理函数:

代数函数:

三角函数:

指数和对数函数:

双曲三角函数:

积分带有垂直渐近线的函数:

这可以看作是在更小区间的积分结果的极限:

计算两个垂直渐近函数的积分:

这个可以看作是在更小区间积分结果的多变量极限:

无穷区间上的积分可看作是有限域上积分的极限:

前面的是当从 的积分, 的极限:

实数上的积分:

它是有限积分的双变量极限:

当有参数时,会报告确保收敛的条件:

初等函数的积分会产生特殊函数的答案:

创建特殊函数正实数上定积分的格式化表格:

沿复轴积分:

沿复平面分段线性轮廓:

沿着复平面的圆形轮廓:

绘制积分的函数和路径:

分段和广义函数积分  (12)

计算 Piecewise 函数的不定积分:

在这种情况下,积分的导数等于原始函数:

积分不连续的 Piecewise 函数:

除了在不连续点,g 的导数等于 f

可视化函数和它的反导数:

积分分段定义的函数:

积分无穷情况的分段函数:

到处定义导数,maxInt 的导数等于原始函数:

然而,maxInt 自己是不连续的:

计算 Piecewise 函数的定积分:

计算带有变端点的积分:

可视化函数和它的积分:

计算分段函数,例如:Floor 的分段函数的定积分:

PrimePi

分段函数的组合:

计算有变上限的定积分:

有无限多个情况的函数:

使用 Assumptions 积分有限多的情况:

积分是积分域上限的连续函数:

广义函数的积分:

广义函数的不定积分返回广义函数:

嵌套积分:

在实数子集上积分广义函数:

积分插值函数:

测试 g 是在 x==3.5 上的正确反导数:

可视化反导数:

嵌套积分  (11)

计算函数的第二个反导数:

计算第三个反导数:

积分关于两个不同变量的函数:

混合偏导给出原始函数:

为单个积分产生积分常量:

产生关于同样变量的嵌套积分常量:

这是被积数的最常见的第二个反导数:

产生关于两个变量嵌套积分的两个积分函数:

这是被积数最常见的混合反导数:

长方形上的积分:

相等性:

反序积分:

组合不定和定积分:

计算矩形区域上有理双积分:

以下给出阴影区域的体积:

计算长方形区域上的三角双积分:

正体积(黑灰)和负的(浅蓝)是一样多的:

计算两曲线间多项式双积分:

可视化积分域和对应于积分的体积:

计算矩形棱镜上的三重积分:

可视化积分区域:

积分五维正方体的多变量函数:

在四维单位球上积分

查找 CoordinateChartData 中超球面坐标的坐标范围:

查找体积因子:

积分:

区域上的积分  (11)

单位圆盘上常数的积分:

以排版格式输入积分:

等效地,使用 Boole 在长方形区域上积分并限制在圆盘:

单位圆盘上的积分:

使用 Boole 的同样积分表达:

同样的积分简化为依赖之前变量的带有边界的迭代积分:

绘制积分区域上的被积函数:

使用区域符号表示普通的定积分:

比较列表符号:

用符号端点,产生的假设使得区域不退化:

在单位圆周上求积分:

使用极坐标表示作为一维积分的同样积分:

在半径为 的球面上求积分:

在有限点集上进行积分:

给出的区域可以是不等式的逻辑组合:

定义区域为 ImplicitRegion 并直接在区域上积分:

这些积分是相等的:

可视化积分域:

由不等式定义的三维区域上的积分:

使用 RegionPlot3D 可视化三维区域:

立体锥上的积分:

可视化积分域:

对有参数的函数积分,得到分段结果:

有无穷多个分量的区域:

积分的符号特点  (7)

尽可能的计算涉及未知函数的积分:

关于端点的微分,产生微积分的基本理论:

广义化:

可以计算符号积分关于参数的微分:

关于参数的微分出现在被积函数和端点:

使用 IntegrateInactive 格式:

微分:

阐明不定积分恒等:

从非活动表单验证恒等:

阐明积分符号下微分的基本交换技巧:

计算积分的 LaplaceTransform

选项  (11)

Assumptions  (3)

默认情况下,会在保证的收敛的参数上产生条件:

Assumptions,在给定假设下得出有效结果:

手动指定 Assumptions 验证在自动生成条件之外的值:

该积分对于纯虚数 也收敛:

指定假设条件来计算一个分段的不定积分:

GenerateConditions  (2)

默认情况下,单变量定积分在确保收敛的参数上产生条件:

产生没有条件的结果:

使用 GenerateConditions->False 加速积分:

GeneratedParameters  (4)

默认情况下,返回特殊的反导数:

指定 GeneratedParameters 的值获取一般反导数:

每个不定积分产生一个参数:

如果输入的表达式已经包含生成的参数,则会使用下一个可用的下标:

对于多个变量的嵌套积分,反导数包含任意函数:

这是被积函数最常见的反导数:

GeneratedParameters 的值被应用于每个生成参数的索引:

值可以是纯函数:

None 值禁用产生参数:

PrincipalValue  (2)

普通的黎曼定积分是发散的:

柯西主值积分是有限的:

该值是删除关于奇点对称区域的极限:

普通 Riemann 定积分是发散的:

正则化在 处的发散:

应用  (67)

积分几何  (5)

常函数 的积分 是高度为 ,宽度为 长方形的符号面积:

可视化两个长方形:

分段常函数的积分 是由图定义的长方形符号面积的和:

可视化长方形:

一般函数的积分 是图和水平轴间的符号面积:

通过考虑由图定义的矩形,这个与分段常数情况相关:

对于在区间 [0,2]n5 的长方形如下:

这些矩形的面积定义黎曼和,它逼近曲线下的面积:

使用 DiscreteLimit 获取精确答案,当 给出与 Integrate 一样的答案:

可视化该函数的进程以及其他三个:

微积分的基本定理将函数与从固定下限到可变上限的积分联系起来:

考虑该格式从 的定积分:

微积分的基本定理表述

这可以从导数的极限定义中看出:

注意 是一个面积,其包含高度为 和宽度为 的长方形加上一个小的校正,当 消失,如下表格所示,其中,

因此,极限可以几何上等价于 ,如下面的可视化所示:

积分带有 Interpolation 的数据的离散集合:

曲线间的面积  (7)

计算 曲线下的面积:

求从 的曲线 下的面积:

求包括在 -轴间的总面积:

总面积由绝对值给定:

等价地计算为顶部和底部间差的两个积分的和:

计算 之间的面积:

求由 包围的面积:

因为 会在兴趣区间中 之上,并且面积相等:

可视化兴趣区域和两个函数:

计算由 包围的面积:

通过积分整个区间差异的绝对值求面积:

可视化两个函数及其间的面积:

使用绘图将积分拆分为两个等效积分,没有绝对值:

为了计算由 包围的面积,首先求交叉点:

在包含点的区域上可视化三条曲线:

从图中,很清楚 是在线 之上,其他两条曲线之下:

面积可用两个积分,每个顶部函数 的一个来求:

这个可以使用 Min 简化为单个积分:

比较由 Area 返回的答案:

旋转区域  (7)

计算 关于 轴旋转包含的体积:

可视化固体:

使用圆柱壳求当 关于 轴旋转包围的面积,其中,

可视化固体,在 添加帽子:

求关于 轴旋转介于 之间区域形成的区域体积:

求曲线的相交点:

的两个值之间, 之上:

可视化体积:

积分高度为 ,周长为 的圆柱壳,求体积:

确定沿 轴旋转,其中 之上, 之下的区域体积:

求曲线的交叉,在 范围添加约束:

介于两点之间, 值的相关范围:

可视化体积:

积分面积为 的垫圈求体积:

计算当 关于 轴旋转的曲面面积,其中

应用每条无限小宽度的公式:

宽度乘以每个圆周长 ,并积分:

求当 关于 轴旋转的面积,其中,-

每条的无限小宽度由以下给出:

宽度乘以周长 并积分产生的结果:

确定当 关于线 旋转的表面积,其中,

每条的无限小宽度由以下给出:

因为问题中的曲线 ,每条有半径 和宽度

求值的数值近似:

使用基于线 的修改的圆柱坐标可视化曲面:

弧长、曲面积和体积  (8)

计算图 的弧长,从

把公式应用到无限小的弧长:

积分求弧长:

比较由 ArcLength 返回的答案:

计算图 的弧长,从

把公式应用到无限小的弧长:

积分求弧长:

与由 ArcLength 返回的答案比较:

参数定义圆的长度:

相关的参数范围是

无穷小弧长是常数:

积分找到总弧长:

比较由 ArcLength 返回的答案:

3D 参数定义椭圆的长度:

可视化椭圆:

无限小弧长是非常数:

积分球总弧长:

比较由 ArcLength 返回的答案:

求在长方形 上的 的曲面积:

把公式应用到图的无限小曲面积:

积分求弧长:

比较由 Area 返回的答案:

求曲面 的面积,其中,

该曲面是一个环面:

把公式应用到参数曲面的无限小曲面:

积分求总的曲面积:

比较由 Area 返回的答案:

求以下参数区域的体积,其中,

该区域是固体环面:

计算雅可比行列式:

积分以求体积:

比较由 Volume 返回的答案:

求以下参数区域的体积,其中,

该区域是椭圆体:

计算雅可比行列式:

积分求体积:

比较由 Volume 返回的答案:

线积分  (6)

计算在半长轴为 原点为中心的椭圆上的 的线积分

参数化椭圆:

使用 ds=TemplateBox[{{{c, ^, {(, ', )}}, (, t, )}}, Norm]dt 进行积分:

比较椭圆上的直积分:

在以下参数曲线上计算 的闭合线积分

曲线形成一个无限图,从红色到紫色,如下图所示:

定义向量场

使用定义 执行计算:

要计算顶点为 的三角形上的 x4dx+x yy,先定义相关向量场:

使用分段线性参数化对三角形进行参数化:

参数化是逆时针定向的:

根据定义 计算线积分:

通过力 作为粒子接受以下来自 , , 的路径计算功:

将力场定义为从点到矢量的函数:

功是线积分

求以下向量场的势能函数:

这是可能的,因为向量场是保守的:

定义一系列直线曲线,这些曲线在时间 从原点到时间

的线积分从原点到点

使用 Grad 验证 的势能:

使用格林定理查找由以下曲线包围的区域的面积:

以下向量场有 的二维 Curl

以格式 应用格林定理计算面积:

曲面和体积分  (7)

使用格林定理计算中心在原点,半径为 3 的圆上的

可视化线积分的向量场和圆:

可使用 Curl 计算向量场的循环:

在圆内部积分:

使用区域符号进行积分:

计算 单位球上的积分:

参数化球体:

确定无穷小曲面积:

进行积分

比较区域积分:

验证上单位半球的 的斯托克定理:

使用标准球面坐标参数化曲面:

可视化曲面和矢量场:

表面的边界是 -平面上的单位圆:

计算向量场的旋度:

计算半球上的定向表面区域元素:

斯托克定理, 表明 在边界的线积分等于通过曲面旋度的通量积分:

使用散度定理计算 的通量,通过上由 ,下由 ,侧面由 绑定的曲面:

散度定理,,将通量与散度的体积分联系起来:

使用高斯定理来查找由以下参数曲面包围的体积:

表面上的定向区域元素由以下给出:

以下向量场的发散度等于

应用格式为 的高斯定理计算体积:

给出质量密度 ,求区域质量:

参数的范围是 ,产生填充圆环:

输入质量密度函数:

计算雅可比行列式:

积分球总质量:

导出在 维单位球上 的积分公式:

验证公式:

平均值和质心  (6)

计算介于 之间 的平均值:

可视化函数和其平均值:

求基于原点和边 的平行四边形上的 的均值:

,均值由以下积分比例给出:

使用区域符表示积分:

可视化函数和它的均值:

要计算曲线 (从 )下区域的质心,首先求面积:

质心等于坐标的平均值:

比较由 RegionCentroid 给定的答案:

确定曲线 (从 )间区域的质心:

比较由 RegionCentroid 返回的答案:

可视化区域和它的质心:

使用积分是曲线下的面积这个事实,导出曲线 (从 )下区域的质心的一般公式:

质心是 在区域从 ,和从 的均值:

质心类似于 的均值:

求原点为中心,半径为 ,且 的半球的质心:

首先计算区域的体积:

质量中心是位置向量的平均值:

可视化质量中心:

概率、期望和标准差  (7)

计算当 遵循标准正态分布, 的概率:

比较由 Probability 返回的值:

计算均值为 的指数分布, 的概率:

计算 的概率:

相应的概率陈述:

计算值在正态分布中的均值的两个标准差内的概率:

Probability 返回的答案进行比较:

该值约为

这可以解释为在下图中,曲线下整个区域的大约 位于 之间:

计算当 遵循柯西分布的 sqrt(TemplateBox[{x}, Abs]) 期望:

Expectation 返回的答案相比:

正态分布的均值和方差:

与内置函数 MeanVariance 比较:

显示均值为 μ 的指数分布的标准差也为 μ

与由 MeanStandardDeviation 返回的答案比较:

根据概率密度函数 (PDF) 计算累积分布函数 (CDF):

CDF 给出 PDF 曲线下的面积,从

积分变换  (7)

计算傅里叶变换:

比较 FourierTransform

求拉普拉斯变换:

比较 LaplaceTransform

定义 Hartley 变换:

既然函数是偶函数,Hartley 变换等价于 FourierCosTransform

求在 [0,1] 函数的傅里叶系数:

定义变换的部分和:

可视化部分和,由于 的周期性,它表现出吉布斯现象:

计算梅林变换:

比较 MellinTransform

求 Hankel 变换:

比较 HankelTransform

以封闭形式计算二次分数傅里叶变换:

可视化 α 的不同值的变换的实部和虚部:

实分析和复分析  (4)

定义单变量函数标准 L^p(TemplateBox[{}, Reals]) 范数:

也定义该函数的格式:

计算三个不同函数作为 函数的范数:

范数总是最终是 的递增函数,但它可能最初在减少:

傅里叶变换是 同构(函数的范数和其变换相等):

但是,它不是任何其他值的 同构,例如,对于

定义加权内积,在 上定义函数的权重

上勒让德多项式 TemplateBox[{n, x}, LegendreP] 的正交性,其中加权函数为 1

上切比雪夫多项式 的正交性,其中加权函数

上赫米特多项式 的正交性,其中加权函数为

使用 Integrate 定义函数上的内积:

使用 Orthogonalize 构建正交基:

这个内积产生 Gegenbauer 多项式:

计算作为封闭 的轮廓的积分的 的残差:

比较由 Residue 返回的答案:

特殊函数的积分表示  (3)

Integrate 表示 HermiteH

可视化前五个赫米特多项式:

用对数积分表示 Gamma

可视化函数:

Integrate 表示 Zeta

属性和关系  (14)

积分是线性运算子:

不定积分是微分的反函数:

定积分可以用 DiscreteLimitSum 定义:

N 计算数值积分:

这有效的调用 NIntegrate

负整数次数的 Derivative 的积分:

ArcLength 是 1 在一维区域上的积分:

Area 是 1 在二维区域上的积分:

Volume 是 1 在三维区域上的积分:

区域 RegionMeasure 由积分 给出:

RegionCentroid 等价于 Integrate[p,p]/m,其中 m=RegionMeasure[]

求解简单的微分方程:

DSolveValue 返回带有积分常数的解:

DSolve 返回解的替代规则:

Integrate 计算封闭形式的积分:

AsymptoticIntegrate 给出级数近似精确解:

FourierTransform 用积分定义:

LaplaceTransform 用积分定义:

可能存在的问题  (12)

不定积分  (6)

许多由标准数学函数组成的简单被积函数不能计算:

连续函数的不定积分可以是不连续的:

使用带有变量上极限的定积分可以平滑不连续性:

积分的导数可能和原函数有不同的形式:

Simplify 和相关的结果经常显示相等性:

相同被积函数的不同形式可能给出积分常数不同的积分:

在不定积分中类似 的参数被假定是普通类型:

使用带有变量上极限的定积分产生条件:

当部分和不能直接积分时,整个和将保留不积分的形式:

比较:

定积分  (6)

用不定积分的替换积分上下限可能不能给出定积分的正确结果:

在表达式中,不定积分的不连续的出现会导致异常:

指定整数假设,可能不会给出简单的结果:

使用 Simplify 和相关函数获取期待的结果:

一个定积分可能只有在无穷区间上有解析式:

区域上的积分不检验被积函数是否绝对可积:

答案可能取决于区域如何分解以进行积分:

在零维区域上的积分使用计数计量:

为了使用环境空间的度量,在所有空间上进行积分,并加上条件

GenerateConditions 设为 False 可能会产生意外的答案:

在这种情况下,丢失了积分发散的条件:

互动范例  (1)

考虑加布里埃尔的角,对于 ,沿 轴旋转 的内部:

计算任意端点 的体积:

计算任意端点 的曲面积:

当体积的 的极限是有限的,但是曲面积是无限的:

可视化作为 函数沿着体积和曲面积的角:

巧妙范例  (2)

前六个 Borwein 型积分都是

从第七个开始,它们与 的差异很小,例如第八个:

Srinivasa Ramanujan 笔记本中的对数积分:

Wolfram Research (1988),Integrate,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/Integrate.html (更新于 2019 年).

文本

Wolfram Research (1988),Integrate,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/Integrate.html (更新于 2019 年).

CMS

Wolfram 语言. 1988. "Integrate." Wolfram 语言与系统参考资料中心. Wolfram Research. 最新版本 2019. https://reference.wolfram.com/language/ref/Integrate.html.

APA

Wolfram 语言. (1988). Integrate. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/Integrate.html 年

BibTeX

@misc{reference.wolfram_2024_integrate, author="Wolfram Research", title="{Integrate}", year="2019", howpublished="\url{https://reference.wolfram.com/language/ref/Integrate.html}", note=[Accessed: 25-April-2024 ]}

BibLaTeX

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