设函数 $f(x)$ 在区间 $[a,b]$ 上可积,对任意的 $x in [a,b]$,做变上限积分
$$Phi (x) = int_{a}^{x}f(t)dt$$
这个积分称为函数 $f(x)$ 的积分上限函数。
当 $f(x) > 0$ 时,$Phi (x)$ 在几何上表示为右侧邻边可以变动的曲边梯形的面积。
性质1:函数 $Phi (x)$ 在区间 $[a,b]$ 上连续
直观上看,当 $f(x) > 0$ 时,函数 $Phi (x)$ 代表的是图形在区间 $[a,x]$ 上的面积,很明显,面积随 $x$ 的变化是连续的。
使用 $lim_{Delta x ightarrow 0}Delta y = 0$ 来证明。
$$Delta y = Phi(x + Delta x) - Phi(x) = int_{x_{0}}^{x + Delta x}f(t)dt - int_{x_{0}}^{x}f(t)dt = int_{x}^{x + Delta x}f(t)dt$$
因为 $f(x)$ 在 $[a,b]$ 上可积,所以 $f(x)$ 在 $[a,b]$ 上有界,设 $|f(x)| leq M$,于是
$$|Delta y | = |int_{x}^{x + Delta x}f(t)dt ;| leq int_{x}^{x + Delta x}|f(t)|dt leq Mcdot Delta x$$
由夹逼准则可得
$$lim_{Delta x ightarrow 0}Delta y = 0$$
性质2:若函数 $f(x)$ 在区间 $[a,b]$ 上连续,则 $Phi (x)$ 在区间 $[a,b]$ 上可导,且 $Phi^{'}(x) = f(x)$。
由 1 可知:
$$Delta y = int_{x}^{x + Delta x}f(t)dt$$
再由定积分中值定理,得
$$Delta y = int_{x}^{x + Delta x}f(t)dt = f(xi)cdot Delta x$$
所以有
$$lim_{Delta x ightarrow 0}frac{Delta y}{Delta x} = lim_{Delta x ightarrow 0}frac{f(xi)cdot Delta x}{Delta x} = lim_{Delta x ightarrow 0}f(xi) = f(x)$$
故:变上限积分函数是 $f(x)$ 的一个原函数。
可以看出,当 $f(x) > 0$ 时,它的原函数 $Phi(x)$ 在某一点的函数值就是 $f(x)$ 在该点左侧图形的面积。
$f(x)$ 的任意一个原函数 $F(x)$ 满足,每一个原函数之间都相差一个常数 $C$。
$$F(x) = Phi(x) + C$$