Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса


Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru Пусть функции Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru непрерывны в промежутке Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru и при Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru равномерно стремятся к предельной функции

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

также непрерывной, а Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru - функция с ограниченным изменением. Тогда

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Доказательство:

По заданному Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru найдется такое N, что при n
>
N
будет для всех x

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Тогда в силу (21), для n
>
N


Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

т.к. Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru - произвольное, то теорема доказана.
Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru Пусть функция Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru непрерывна в промежутке Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru , а функция Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru - все с ограниченным изменением в этом промежутке. Если полные изменения этих функций в их совокупности ограничены:

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru


и Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru при Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru стремятся к предельной функции

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru


то

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Доказательство:

Докажем, что Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru имеет ограниченное изменение. Разложим промежуток Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru произвольным образом на части точками

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Тогда для любого Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Перейдем к пределу при Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

откуда и

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Составим суммы Стилтьеса

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Если предположить, что промежуток Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru при этом разложен на столь мелкие части, что колебание функции Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru в каждой из них будет уже меньше произвольного наперед взятого числа Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru , то, в силу оценки (22), при всех Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

С другой стороны, если разбиение фиксировать, то, очевидно, Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru при Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru , так что найдется такое N
, что для n
>
N будет

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Тогда для тех же значений n
в силу (23) и (24) получаем:

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Т.к. Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru - любое, то теорема доказана.

Сведение криволинейного интеграла второго типа к интегралу Стилтьеса.


Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Пусть кривая Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru задана параметрическими уравнениями

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

в направлении от Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru к Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru , когда Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru . Тогда точкам Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru ( Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru ), взятым на кривой для образования интегральной суммы, будут отвечать возрастающие значения параметра Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru :

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

а выбранной на дуге Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru точке Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru – значение Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

( Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru ). Сама же интегральная сумма, например, для первого из интегралов, напишется в виде

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Эта интегральная сумма представляет собою стилтьесову сумму, так что криволинейный интеграл второго типа по самому определению отождествляется с частным случаем интеграла Стилтьеса:

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Аналогично и

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Отсюда следуют общие условия существования криволинейного интеграла (25); достаточно предположить функцию Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru непрерывной, а функцию Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru имеющей ограниченное изменение (п.3, Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru ).

В частности, если кривая AB спрямляема, а функции P
(
x
,
y
) и Q
(
x
,
y
) непрерывны, то существует интеграл

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Примеры.


№1 Вычислить по формуле Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru
а) Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru
б
)
(s) Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

= Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

в)(s) Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru = Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru
№2 Вычислить по формуле Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru
а)(S) Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

функция g(x) терпит скачок 1, при х=-1

скачок -2, при х=2

в остальных точках Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru , т.к. g(x)=const

(S) Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

б
) (
S) Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

функция g(x) терпит скачок 1, при х= Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

скачок -2, при х= Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

в остальных точках Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru , т.к. g(x)=const

(S) Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru
3 Вычислить по формуле Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru При Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

а) Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

функция g(x) терпит скачок 1, при х=-1

скачок 1, при х= Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru
б) Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

функция g(x) терпит скачок 1, при х=-1

скачок 1, при х= Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

+ Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru
в)

функция g(x) терпит скачок 1, при х=-1

скачок 1, при х= Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

+ Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

=

№4

а) Составить выражение Ф(х) и построить график его для следующего распределения масс: массы величины 1 в точках х= 1, 2 и 3 и непрерывно распределенные массы с плотностью 2 в промежутке [1;3]

Решение.

Ф(х)= Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Ф(а)=о => Ф(1)=0

В точке х=1 функция терпит скачок =1 => Ф(х)=2х-1

В точке х=2 функция терпит скачок =1 => Ф(х)=2х

В точке х=3 функция терпит скачок =1 => Ф(х)=2*3+1=7

Итого:

Ф(х)= Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

б) Составить выражение Ф(х) для следующего распределения масс: массы величины 2 в точках х= 2 и 4 и непрерывно распределенные массы с плотностью 2х в промежутке [0;5]

Решение.

Ф(х)= Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Ф(а)=о => Ф(1)=0

В точке х=2 функция терпит скачок =2 => Ф(х)= Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

В точке х=4 функция терпит скачок =2 => Ф(х)= Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

Итого:

Ф(х)= Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru

в) Выяснить распределение масс, если Ф(х) Предельный переход под знаком интеграла Стилтьеса - student2.ru
Решение.

При х=-1 и 0 функция испытывает скачок =1 => массы величины 1 в точках х=-1 и 0, в промежутке [-2,-1] непрерывно распределенные массы с плотностью 1, т.к. , в промежутке [0,2] непрерывно распределенные массы с плотностью 2х, т.к.

Список литературы


1. Г. М. Фихтенгольц. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Том 3.Москва 1960

2. http://www.phismat.ru/dif.php

Наши рекомендации