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高数,光滑曲线弧是可求长的,怎么证明

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解决时间 2021-03-18 12:23
高数,光滑曲线弧是可求长的,怎么证明
最佳答案
证明:
分析,光滑曲线可求长等价于连续函数必可积
令:y=f(x)在[a,b](b>a)上连续,将闭区间[a,b]分割成n个微小区间,即:
x0=a≤x1≤x2≤.....≤xn=b,考查每个区间[x(i-1),x(i)]上f(x)的取值

∵f(x)在[x(i-1),x(i)]连续
∴根据最值定理必然存在:m(i),M(i),使得:
m(i)≤f(x)≤M(i),x∈[x(i-1),x(i)]
再令:Δx(i)=x(i)-x(i-1),于是:
m(i)·Δx(i) ≤f(x)Δx(i) ≤ M(i)·Δx(i),
根据介值定理,至少∃ξ(i)∈[x(i-1),x(i)],使得在微小区间段中:
m(i)·Δx(i) ≤f(ξ(i))Δx(i) ≤ M(i)·Δx(i)
再令:M(min)=Σ(i:1→n) m(i)·Δx(i),M(max)=Σ(i:1→n) M(i)·Δx(i)
显然:M(max)-M(min) ≥0
另一个方面:
M(max)-M(min) 
=Σ(i:1→n) [M(i)-m(i)]·Δx(i)
根据康托定理,连续函数y=f(x)在[a,b]上必然是一致连续的,因此,根据介值定理,下述成立:
∀ε>0,且令:ε=max{M(i)-m(i)},则:
∃ζ>0,使得:|x(i)-x(i-1)|<ζ时,M(i)-m(i)<ε
因此:

Δx=max{Δx(i)}
lim(Δx→0) [M(max)-M(min)]=0
即:当Δx→0时,M(max)和M(min)有相同的收敛值
又∵
M(min)≤Σ(i:1→n) f[ξ(i)]Δx(i)≤M(max)
上式取Δx→0,即n→∞的极限,则:
lim(n→∞) M(min) ≤lim(n→∞)Σ(i:1→n) f[ξ(i)]Δx(i)≤lim(n→∞)M(max)
根据夹逼准则:lim(n→∞)Σ(i:1→n) f[ξ(i)]Δx(i)极限存在,于是:

∫(a,b) f(x)dx=lim(n→∞)Σ(i:1→n) f[ξ(i)]Δx(i)存在
∴函数y=f(x)在[a,b]上可积
证毕!
全部回答
你好! 原函数存在定理:连续函数一定有原函数 仅代表个人观点,不喜勿喷,谢谢。
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