"⇒": Sei S:=a∫bf(x)dx (S=sf=Sf) Sei ε>0. Es existieren ZerlegungenZ1,Z2 von [a,b] mit sf(Z1)>sf−2ε=S−2ε und Sf(Z2)<Sf+2ε=S+2ε. Für Z:=Z1∪Z2 gilt dann nach Satz 16MD: sf(Z)≥sf(Z1)>S−2ε (⟹−sf(Z)<=−S+2ε) und Sf(Z)≤Sf(Z2)<S+2ε . ⇒Sf(Z)−sf(Z)<ε. "⇐": Sei ε>0. Nach Voraussetzung existiert eine ZerlegungZ von [a,b] mit Sf(Z)−sf(Z)<ε. ⇒Sf≤Sf(Z)<sf(Z)+ε<sf+ε≤Sf+ε. Dies gilt für alle ε>0. Für ε→0 folgt: Sf=sf, also f ist integrierbar. □
Satz 5316A (Eigenschaften des bestimmten Integrals)
Sei a<=c<=b. Dann ist f genau dann auf [a,b]integrierbar, wenn f auf [a,c] und auf [b,c]integrierbar ist. In diesem Fall gilt a∫bf(x)dx=a∫cf(x)dx+c∫bf(x)dx
Seien α,β∈R, so ist αf+βgintegrierbar und es gilt a∫b(αf+βg)(x)dx=αa∫bf(x)dx+βa∫bg(x)dx.
Sind f,griemannintegrierbar und ist f(x)≤g(x) für alle x∈[a,b], so gilt: a∫bf(x)dx≤a∫bg(x)dx
(i) Klar, da die Summe der Intervalllängen bei einer beliebigen Zerlegung stets 0 ist.
(ii) "⟹": Ist f auf [a,b]integrierbar, so gilt es nach Satz 16ME für ϵ>0 eine ZerlegungZ mit Sf(Z)−sf(Z)<ϵ. Wir können annehmen, dass c∈Z. Andernfalls betrachten wir Z1:=Z∪{c}. Z1 ist Verfeinerung von Z und nach Satz 16MD gilt sf(Z)<=sf(Z1)<=Sf(Z1)<=Sf(Z) und damit ebenfalls Sf(Z1)−sf(Z1)<ϵ. Seien nun Za={z∈Z:z<=c} und Zb={z∈Z:z>=c}. Es ist sf(Z)=sf(Za)+sf(Zb) und Sf(Z)=Sf(Za)+Sf(Zb)⟹Sf(Z)−sf(Z)=>=0Sf(Za)−sf(Za)+>=0Sf(Zb)−sf(Zb)<ϵ⟹Sf(Za)−sf(Za)<ϵ und Sf(Zb)−sf(Zb)<ϵ. ⟹f ist nach Satz 16ME auf [a,c] und [c,b]integrierbar und für ϵ→0 ergibt sich a∫bf(x)dx=a∫cf(x)dx+c∫bf(x)dx.
"⇐": Sei ε>0. Da f auf [a,c]integrierbar, existiert nach Satz 16ME eine ZerlegungZ1 von [a,c] mit sf(Z1)>a∫cf(x)dx−ε. Analog existiert eine ZerlegungZ2 von [c,b] mit sf(Z2)>c∫bf(x)dx−ε Wir setzen Z:=Z1∪Z2. Z ist eine Zerlegung von [a,b], und
sf(Z)=sf(Z1)+sf(Z2)>=:Sa∫cfdx+c∫bfdx−2ε
⇒S−2ε<sf(Z)≤sf Für ε→0 ergibt sich: S≤sf Analog beweist man S≥Sf und wegen sf≤Sf folgt Sf=sf=S. (iii): Einfach: fintegrierbar⇒−fintegrierbar. Obersummen und Untersummen vertauschen ihre Rolle. ⇒a∫b(−f)(x)dx=−a∫bf(x)dx.
Es ist auch leicht zu zeigen: α∈R und friemannintegrierbar⇒αfintegrierbar und a∫b(αf)(x)dx=αa∫bf(x)dx. Dazu bedenke man, dass in den Formeln für die Ober- und Untersummenα ausgeklammert werden kann.
Seien nun f,gintegrierbar. und Z1,Z2 beliebige Zerlegungen von [a,b]. Dann ist Z:=Z1∪Z2 eine gemeinsame Verfeinerung und es gilt
Wegen sf+g(Z)≤sf+g gilt daher sf+g≥sf(Z1)+sg(Z2) für beliebige ZerlegungenZ1,Z2 von [a,b]. ⇒sf+g≥sf+sg(Z2)⇒sf+g≥sf+sg=a∫bf(x)dx+a∫bg(x)dx Genauso schließt man Sf+g≤a∫bf(x)dx+a∫bg(x)dx und da sf+g≤Sf+g folgt sf+g=Sf+g=a∫bf(x)dx+a∫bg(x)dx (iv): Sei Z={x0,…,xn} eine Zerlegung von [a,b], Ij:=[xj−1,xj], mj:=inff(Ij), Mj:=supf(Ij) und mˉj:=infg(Ij), Mˉj:=supg(Ij). Da f(x)≤g(x)∀x∈[a,b], gilt stets mj≤mˉj und Mj≤Mˉj. ⇒sf(Z)≤sg(Z)≤sg=a∫bg(x)dx. ⇒a∫bf(x)dx=sf<=sf(Z)≤a∫bg(x)dx. □
Nach unserer bisherigen Erfahrung sind wir zum Vertrauen berechtigt, dass die Natur die Realisierung des mathematisch denkbar Einfachsten ist.
Albert Einstein
Copyright- und Lizenzinformationen: Diese Seite ist urheberrechtlich geschützt und darf
ohne Genehmigung des Autors nicht weiterverwendet werden.