Riemann可積分
$ \exist A\in\R\forall\varepsilon>0\exist\delta>0\forall x:[0,N]\cap\Z\to[a,b]\forall x^*:]0,N]\cap\Z\to[a,b]:
$ \begin{dcases}a= x_0\land\forall i\in\N_{\le N}: x_{i-1}< x_i\land x_N=b\\\forall i\in\N_{\le N}: x_{i-1}\le x_i^*\le x_i\\\max_{0<i\le N}\varDelta x_i<\delta\end{dcases}\implies\left|\sum_{0<i\le N}f( x^*_i)\varDelta x_i-A\right|<\varepsilon
このとき$ A を$ f の$ [a,b] におけるRiemann定積分(定積分)とよび、$ \int_a^bf(x)\mathrm dxと表す もう少し整理する
任意の実有界閉区間$ Iと$ \forall f:I\to \Rにて、$ Iの区間の分割全体の集合を$ \mathcal P(I)、 定数函数$ f:I\ni x\mapsto c\in\R proof:
$ \forall x_\bullet\in\mathcal P(I)\forall t_\bullet:x_\bullet\text{の代表点列}にて
$ S(f,x_\bullet,t_\bullet)=\sum_{0<i\le N}f( t_i)\varDelta x_i
$ =c\sum_{0<i\le N}\varDelta x_i
$ =c(x_N-x_0)
$ =c(\max I-\min I)
$ \implies\forall\varepsilon>0\exist I\in\mathcal P(I)\exist\forall t_\bullet:x_\bullet\text{の代表点列}:|S(f,x_\bullet,t_\bullet)-c(\max I-\min I)|=0<\varepsilon
$ \underline{\implies\int_Ic\mathrm dx=c(\max I-\min I)\quad}_\blacksquare
$ \forall X\in\mathcal P(I)の単函数$ f:I\to\R proof:
$ \iff\forall\varepsilon>0\exist\delta>0\forall x,y\in I:|x-y|<\delta\implies|f(x)-f(y)|<\varepsilon
非有界でない要素を含む函数(要広義積分)や、病的な函数は非可積分になる proof:
proof
$ \top
$ \implies\forall I\subseteq[0,1]:\begin{dcases}I\cap\Bbb{Q}\neq0\\ I\cap(\R\setminus\Bbb{Q})\neq0\end{dcases}
$ \iff[0,1] に有理数と無理数は緻密に存在する $ \implies\forall x\in\mathcal P([0,1])\forall i\in\N_{\le N}:\begin{dcases}\sup f^\to([x_i,x_{i-1}])=1\\\inf f^\to([x_i,x_{i-1}])=0\end{dcases}
$ \implies\begin{dcases}\overline{\int_0^1}f(x)\mathrm dx=\inf_{x\in\mathcal P([0,1])}\sum_{0<i\le N}\sup f^\to([x_i,x_{i-1}])\varDelta x_i=\inf_{x\in\mathcal P([0,1])}(1-0)=1\\\underline{\int_0^1}f(x)\mathrm dx=\sup_{x\in\mathcal P([0,1])}\sum_{0<i\le N}\inf f^\to([x_i,x_{i-1}])\varDelta x_i=\sup_{x\in\mathcal P([0,1])}\cdot0=0\end{dcases}
$ \implies\overline{\int_0^1}f(x)\mathrm dx\neq\underline{\int_0^1}f(x)\mathrm dx
性質
$ \int_I F'(x)\mathrm dx=F(\max I)-F(\min I)
References