Q. 77

Question

Prove the Fundamental Theorem of Calculus in your own words. Use the proof in this section as a guide.

Step-by-Step Solution

Verified
Answer

Ans:  If f is continuous on [a, b] and F is any antiderivative of f  , then ab f (x)dx=F(b)F(a).

1Step 1. Given Information:

 The Fundamental Theorem of Calculus .

2Step 2. Proving Inverse Fundamental Theorem of Calculus :

Before we get to the proofs, let’s first state the Fundamental Theorem of Calculus and the Inverse Fundamental Theorem of Calculus. When we do prove them, we’ll prove FTC-1before we prove FTC.


If F 0 is continuous on [a, b], thenab F'(x)dx=F(b)F(a)In other words, if F is an antiderivative of f, thenab f (x)dx=F(b)F(a)A common notation for F(b)-f(a) is F(x)baThere are stronger statements of these theorems that dont havethe continuity assumptions stated here, but these are the ones wellprove. 

3Step 3. Proving the Fundamental Theorem of Calculus :

If f is a continuous function on the closed interval [a, b], and F is its accumulation function defined byF(x) =axf(t) dtfor x in [a, b], then F is differentiable on [a, b] and its derivative is f,that is, F'(x) = f(x) for x  [a, b].ddxaxf(t) dt=f(x)Proof of the FTC1 . First of all, since f is continuous,its integrable, that is to say,F(x) =axf(t) dtWe need to show that F'(x) = f(x). By the definition of derivatives,F'(x) = limh0 F(x + h)  F(x) h=limh01hax+hf(t)dt-axf(t)dt=limh01hxx+hf(t)dt

4Step 4. Proving F   ' ( x )   =   f ( x )

Well now go on to prove the FTC from the FTC1G(x) =axF'(t) dtThen by ftc1 , G0 (x) = F 0 (x). Therefore, G and F differ by a constant C,that is, G(x)  F(x) = C for all x  [a, b]but,G(a) =aaF'(t) dt =0and G(a)  F(a) = C, so C = F(a). Hence, G(x)  F(x) = F(a) for all x  [a, b]. In particular, G(b)  F(b) = F(a), so G(b) = F(b)  F(a), that is,abF'(t) dt=F(b)-F(a).