黎曼可积的充分必要条件 (3)

推论 1

闭区间上的连续函数必定可积。

证明:

f(x)在闭区间 [a,b]连续, 则有界且一致连续。
因此, ε>0,δ>0,x,x′′[a,b],|xx′′|<δ,|f(x)f(x′′)|<εba,
且对于任意一种 [a,b]上的划分 P,
iN,1in,f(x)[xi1,xi]连续,
因此 ζi,ηi[xi1,xi],使得 f(ζi)=Mi,f(ηi)=mi,
只要 λ=max{Δxi:iN,1in}<δ,
便有:
ni=1wiΔxi
=ni=1(Mimi)Δxi
=ni=1(f(ζi)f(ηi))Δxi
<ni=1εbaΔxi
=εbani=1Δxi
=εba(ba)=ε
因此 f(x)可积。

推论 2

闭区间上的单调函数必定可积。

证明:

不妨设函数 f(x)在闭区间 [a,b]单调不减, 则
ε>0,δ=εf(b)f(a)+1>0,
对于任意一种 [a,b]上的划分 P,
iN,1in,f(x)[xi1,xi]单调不减,
因此 Mi=f(xi),mi=f(xi1),
只要 λ=max{Δxi:iN,1in}<δ,
便有:
ni=1wiΔxi
=ni=1(Mimi)Δxi
=ni=1(f(xi)f(xi1))Δxi
ni=1(f(xi)f(xi1))εf(b)f(a)+1
=εf(b)f(a)+1ni=1(f(xi)f(xi1))
=εf(b)f(a)+1(ni=1f(xi)ni=1f(xi1))
=εf(b)f(a)+1(f(b)f(a))
<ε,
因此 f(x)可积。

推论 3

闭区间上在只有一个端点不连续的有界函数必定可积。

证明:

不妨设 f(x):[a,b]R有界且只在点 b不连续。
f(x):[a,b]R有界 M,mR,x[a,b],mf(x)M,
M>m。否则由于 Mm,M=m,
于是 x[a,b],f(x)=M,从而 f(x)在点 b连续,与 f(x)在点 b不连续矛盾。

ε>0,c=max{a+b2,bε2(Mm)},
于是 a<a+b2c,
a+b2<b,bε2(Mm)<b,c<b,
c(a,b)f(x)[a,c]连续。因此 f(x)[a,c]可积。
于是 P:a=x0<<xn=c,nR,n1,使得 ni=1wiΔxi<ε2,
因此 P=P{b}:a=x0<<xn=c<xn+1=b,
使得 n+1i=1wiΔxi=ni=1wiΔxi+wn+1Δxn+1<ε2+(Mm)Δxn+1
由于 bε2(Mm)cΔxn+1=bcε2(Mm),
因此 n+1i=1wiΔxi<ε2+(Mm)Δxn+1ε2+(Mm)ε2(Mm)=ε2+ε2=ε,
因此 f(x)可积。


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