利用周期性

利用函数的周期性可以简化定积分的计算。

周期函数的积分

证明:利用积分的区间可加性和周期函数的性质。

应用例子

例子 1:计算 02πsinxdx\int_0^{2\pi} \sin x dx

  • sinx\sin x 是周期为 2π2\pi 的函数
  • 02πsinxdx=0\int_0^{2\pi} \sin x dx = 0(因为 sinx\sin x[0,2π][0, 2\pi] 上的正负面积相等)

例子 2:计算 04πcos2xdx\int_0^{4\pi} \cos^2 x dx

  • cos2x\cos^2 x 是周期为 π\pi 的函数
  • 04πcos2xdx=40πcos2xdx=4π2=2π\int_0^{4\pi} \cos^2 x dx = 4\int_0^{\pi} \cos^2 x dx = 4 \cdot \frac{\pi}{2} = 2\pi

练习题

练习 1

利用周期性计算 06πsinxdx\int_0^{6\pi} \sin x dx

参考答案

解题思路:利用周期函数的积分性质。

详细步骤

  1. sinx\sin x 是周期为 2π2\pi 的函数
  2. 06πsinxdx=302πsinxdx=30=0\int_0^{6\pi} \sin x dx = 3\int_0^{2\pi} \sin x dx = 3 \cdot 0 = 0

答案00


总结

本文出现的符号

符号类型读音/说明在本文中的含义
aa+T\int_a^{a+T}数学符号integral from a to a plus T长度为周期 TT 的区间上的定积分
TT数学符号capital T函数的周期
f(x)f(x)数学符号f of x被积函数
aa数学符号a积分区间的起点
π\pi希腊字母Pi(派)圆周率
sinx,cosx\sin x, \cos x数学符号sine/cosine of x正弦函数、余弦函数

中英对照

中文术语英文术语音标说明
周期函数periodic function/ˌpɪəriˈɒdɪk ˈfʌŋkʃən/满足 f(x+T)=f(x)f(x+T) = f(x) 的函数
周期period/ˈpɪəriəd/函数重复自身所需的最小长度
区间可加性additivity over intervals/ˌædɪˈtɪvəti ˈəʊvə ˈɪntəvəlz/大区间积分可拆分
正负面积signed area/saɪnd ˈeəriə/曲线下方有正负之分的面积