Таким образом, существование и величина двойного интеграла не зависят от значений, принимаемых подинтегральной функцией вдоль конечного числа кривых с площадью 0.
2°. Если область (Р), в которой задана функция
кривой
(с площадью 0) разложена на две области (Р) и
то из интегрируемости функции
во всей области (Р) следует ее интегрируемость в частичных областях
и обратно — из интегрируемости функции в обеих областях (Р) и
вытекает интегрируемость в области (Р). При этом
Разложим области
произвольным образом на части; тем самым и (Р) разложится на части:
Если значком t отметить части, содержащиеся в (Р), а значком
части, содержащиеся в
то
Пусть функция
интегрируема в (Р), так что при
стремится к нулю сумма слева; тогда каждая из сумм справа и подавно стремится к нулю, так что наша функция интегрируема также в
Обратно, если имеет место последнее обстоятельство, так что при
стремятся к нулю обе суммы справа, то и сумма слева также стремится к нулю. Однако нужно помнить, что она построена не для произвольного разбиения области (Р) на части: ведь мы исходили из разложения порознь областей (Р) и
Чтобы от произвольного разложения области (Р) перейти к разложению этого частного вида, достаточно присоединить к линиям деления кривую
Соответствующие им суммы будут разниться лишь слагаемыми, отвечающими тем элементарным областям, которые задевают кривую
Но, по лемме п° 590, их общая площадь стремится к нулю при
и обе суммы разнятся на бесконечно малую. Таким образом, условие (6) выполняется в полной общности, и функция
оказывается интегрируемой в (Р).
Наконец, доказываемая формула получается переходом к пределу при
из равенства
Аналогично, из рассмотрения интегральных сумм с помощью перехода к пределу получаются и следующие три свойства:
3°. Если умножить интегрируемую в (Р) функцию
на постоянную
то полученная функция также будет интегрируема, и при этом
4°. Если в области (Р) интегрируемы функции
то интегрируема и функция
причем
5°. Если для интегрируемых в (Р) функций
выполняется неравенство
то
Далее,
6°. В случае интегрируемости функции
интегрируема и функция
и имеет место неравенство
Интегрируемость функции
следует из простого замечания, что колебание
; этой функции в любой области
не превосходит соответствующего колебания
функции
. Действительно, тогда
и стремление к нулю второй суммы влечет за собой стремление к нулю первой.
Доказываемое же неравенство получается предельным переходом из неравенства
7°. Если интегрируемая в (Р) функция
удовлетворяет неравенству
то
Это получается предельным переходом из очевидного неравенства
Если разделить все части неравенств (7) на
и через
обозначить среднее отношение, то получим другую запись неравенства (7)
которая выражает так называемую теорему о среднем значении.
Предположим теперь, в частности, что функция
непрерывна в (Р), и возьмем в качестве
и М ее наименьшее и наибольшее значения в области (Р) — по теореме Вейерштрасса, 173, они существуют! Тогда по известной теореме Больцано—Коши, 171, непрерывная функция
принимающая значения
и М, должна пройти и через каждое промежуточное значение. Таким образом, во всяком случае в области (Р) должна найтись такая точка
что
и формула (8) принимает вид:
Это — особенно употребительная форма теоремы о среднем.
Так же легко переносится на рассматриваемый случай и обобщенная теорема о среднем значении
предоставляем это читателю.