条件与结论
设 在 上 Riemann 可积(ANL-DEF-026)。定义变限积分函数
结论 1:连续性
在 上连续(ANL-DEF-012),实际上是 Lipschitz 连续。
结论 2:可微性(微积分基本定理 Part 1)
若 在 处连续,则 在 处可导(ANL-DEF-014),且
特别地:若 在 上处处连续,则 在 上处处可导, 对所有 成立——即 是 的一个原函数(ANL-DEF-028)。 这就是”连续 ⇒ 必有原函数”的存在性证明。
几何/直觉理解
变限积分: 是”从 到 曲线下方面积”的函数。 当 增大一点 ,新增的面积近似为 (小矩形)。 故 关于 的瞬时变化率正是 ——这是”积分与求导互逆”的几何直觉。
更精确:, 由 ANL-THM-030 积分中值定理( 在小区间上连续),存在 介于 与 之间使 。 当 ,,由 在 连续 。 故 。
证明
证明(结论 1:Lipschitz 连续)
证明: 可积 ⇒ 有界, 使 对所有 。
对任意 (不妨 ),由 ANL-THM-029 区间可加性:
由 ANL-THM-029 三角不等式与单调性:
故 在 上以常数 Lipschitz 连续,从而连续。
证明(结论 2:在连续点处可导)
证明: 设 在 处连续。证 。
任给 。由 在 连续, 使 。
对 (不妨 ,反向类似),考察
把 写为 (常数积分),合并:
对 (在 邻域内),。由 ANL-THM-029 单调性 + 三角不等式:
故
由 任意, 存在且 。
常见错误
- ✗ 误以为” 可积 ⇒ 可导”。 反例: 在 可积,(取 ),但 在 处不可导。 正确:可积仅给出 连续;可导需要 在该点连续。
- ✗ 把” 在 可导 ⇒ 在 连续”当作真命题。 事实: 存在不蕴含 在 连续—— 反例: 在 处可去间断( 但极限存在), ,但 可能仍存在。
- ✗ 求 (变限是 )的导数时漏链式法则。 正确:(ANL-THM-018 链式法则)。
- ✗ 把 拆分时方向错误。 正确:(两端都要算 + 注意符号)。
推论与应用
- 推论 1(连续函数必有原函数): ⇒ 是 的原函数(ANL-DEF-028)
- 推论 2(Newton-Leibniz 公式):ANL-THM-032 由本定理与”原函数差为常数”导出
- 应用:积分上限函数的求导(含链式法则的复合形式)
链接
- 前置:ANL-DEF-026、ANL-DEF-014、ANL-DEF-012、ANL-DEF-028、ANL-THM-027、ANL-THM-029、ANL-THM-030
- 关键应用:ANL-THM-032 Newton-Leibniz 公式(本定理 + 原函数差为常数)
- 几何对偶:积分中值定理 ANL-THM-030 给出 增量的精确表达