Анализируйте доказательство утверждения: «Любая непрерывная функция, дифференцируемая в точности раз, имеет интеграл, равный сумме её производных» — найдите логическую ошибку и переформулируйте корректное утверждение
Ошибка в формулировке и логике: - Фраза «дифференцируемая в точности раз» некорректна без указания числа раз; далее неясно, что значит «сумма её производных» (с каких порядков по какие, конечная или бесконечная сумма, по какой области суммирование и т. д.). - Нельзя без дополнительных условий приписывать функции, интегралу и сумме разных по порядку производных какое‑то тождество: суммы производных разных порядков — это вообще разные функции, их сумма может не сходиться. Контрпример (показывает явную несостоятельность утверждения в очевидном смысле): пусть f(x)=xf(x)=xf(x)=x на [0,1][0,1][0,1]. Тогда ∫01f(x) dx=12\int_0^1 f(x)\,dx=\tfrac12∫01f(x)dx=21, а производная f′(x)=1f'(x)=1f′(x)=1 и все высшие производные равны нулю, сумма «всех» производных (например, 1+0+0+…1+0+0+\dots1+0+0+…) даёт 1; 12≠1\tfrac12\neq121=1. Корректные утверждения, которые, видимо, имелись в виду: 1) (Основная теорема математического анализа) Если fff непрерывна на [a,b][a,b][a,b] и дифференцируема на (a,b)(a,b)(a,b) с интегрируемой производной, то ∫abf′(x) dx=f(b)−f(a).
\int_a^b f'(x)\,dx=f(b)-f(a). ∫abf′(x)dx=f(b)−f(a).
2) (Тейлор с интегральным остатком) Если fffnnn-раз непрерывно дифференцируема на [a,b][a,b][a,b], то для x∈[a,b]x\in[a,b]x∈[a,b]f(x)=f(a)+f′(a)(x−a)+⋯+f(n−1)(a)(n−1)!(x−a)n−1+∫ax(x−t) n−1(n−1)!f(n)(t) dt.
f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+\dots+\frac{f^{(n-1)}(a)}{(n-1)!}(x-a)^{n-1}+\int_a^x\frac{(x-t)^{\,n-1}}{(n-1)!}f^{(n)}(t)\,dt. f(x)=f(a)+f′(a)(x−a)+⋯+(n−1)!f(n−1)(a)(x−a)n−1+∫ax(n−1)!(x−t)n−1f(n)(t)dt.
Это выражение корректно связывает функцию и её производные через интеграл (а не «интеграл равен сумме производных»). Кратко: исходное утверждение некорректно и неформально; правильные связи между интегралами и производными даёт основная теорема и формула Тейлора с интегральным остатком.
- Фраза «дифференцируемая в точности раз» некорректна без указания числа раз; далее неясно, что значит «сумма её производных» (с каких порядков по какие, конечная или бесконечная сумма, по какой области суммирование и т. д.).
- Нельзя без дополнительных условий приписывать функции, интегралу и сумме разных по порядку производных какое‑то тождество: суммы производных разных порядков — это вообще разные функции, их сумма может не сходиться.
Контрпример (показывает явную несостоятельность утверждения в очевидном смысле): пусть f(x)=xf(x)=xf(x)=x на [0,1][0,1][0,1]. Тогда ∫01f(x) dx=12\int_0^1 f(x)\,dx=\tfrac12∫01 f(x)dx=21 , а производная f′(x)=1f'(x)=1f′(x)=1 и все высшие производные равны нулю, сумма «всех» производных (например, 1+0+0+…1+0+0+\dots1+0+0+…) даёт 1; 12≠1\tfrac12\neq121 =1.
Корректные утверждения, которые, видимо, имелись в виду:
1) (Основная теорема математического анализа) Если fff непрерывна на [a,b][a,b][a,b] и дифференцируема на (a,b)(a,b)(a,b) с интегрируемой производной, то
∫abf′(x) dx=f(b)−f(a). \int_a^b f'(x)\,dx=f(b)-f(a).
∫ab f′(x)dx=f(b)−f(a). 2) (Тейлор с интегральным остатком) Если fff nnn-раз непрерывно дифференцируема на [a,b][a,b][a,b], то для x∈[a,b]x\in[a,b]x∈[a,b] f(x)=f(a)+f′(a)(x−a)+⋯+f(n−1)(a)(n−1)!(x−a)n−1+∫ax(x−t) n−1(n−1)!f(n)(t) dt. f(x)=f(a)+f'(a)(x-a)+\dots+\frac{f^{(n-1)}(a)}{(n-1)!}(x-a)^{n-1}+\int_a^x\frac{(x-t)^{\,n-1}}{(n-1)!}f^{(n)}(t)\,dt.
f(x)=f(a)+f′(a)(x−a)+⋯+(n−1)!f(n−1)(a) (x−a)n−1+∫ax (n−1)!(x−t)n−1 f(n)(t)dt. Это выражение корректно связывает функцию и её производные через интеграл (а не «интеграл равен сумме производных»).
Кратко: исходное утверждение некорректно и неформально; правильные связи между интегралами и производными даёт основная теорема и формула Тейлора с интегральным остатком.