Fl l integral ta hu li fil każ ta funzjoni ta varjabbli waħda jassoċja mal funzjoni l taħt il funzjoni sal axissa Ħjiel
L Integral

Fl-, l-integral ta' hu li fil-każ ta' funzjoni ta' varjabbli waħda jassoċja mal-funzjoni l- taħt il-funzjoni sal-axissa.
Ħjiel storiku
L-idea bażika tal-kunċett tal-integral kienet digà dehret fix-xogħol ta' Arkimedi ta' Siracusa, li għex bejn il- u il- Q.K, l-ewwel parzjalment, fil-metodu li uża biex jikkalkula l- ta' jew ta' segment ta' magħruf bħala l- u wara iżjed preċiżament fil-kalkulazzjoni tal-arja tas-superfiċi magħluqa mill-ewwel dawra tal-ispiral (li Arkimedi stima minn fuq sa isfel bl-użu ta' każ partikulari ta' dawk li sirna nsejħulhom "sommom ta' Riemann").
Fis-seklu XVII, bosta matematiċi sabu metodi oħra inġenjużi biex jikkalkulaw l-arja taħt il-grafiku ta' funzjonijiet sempliċi, pereżempju:
- ( ),
- (, ).
- ( ),
Imma dan kien qabel li Newton u skoprew indipendentement it- li tefgħet id-direzzjoni tal-problema fuq it-tfittix ta' primittiva jew antiderivata tal-funzjoni.
Il-kalkulu kiseb sisien iżjed sodi b'iżvilupp tal- u x-xogħol ta' Cauchy fl-ewwel nofs tas-seklu 19. L-integral kien formalizzat rigorużament għall-ewwel darba, bl-użu tal-limiti minn f'dak li ngħidulu l-integral ta' Cauchy-Riemann. Għalkemm il-funzjonijiet kollha li huma kontinwi f'biċċiet u limitati fuq intervall limitat huma integrabbli fis-sens ta' Riemann, wara bdew jiġu ikkonsidrati funzjonijiet iżjed ġenerali li għalihom id-definizzjoni ta' Riemann ma tapplikax, u Lebesgue ifformala definizzjoni differenti tal-integral ibbażata fuq it-. Oħrajn ipproponew definizzjonijiet oħra li jestendu l-approċċ ta' Riemann u Lebesgue.
Introduzzjoni ewristika
Il-problema oriġinali tal-kalkulu integrali hu dik tad-definizzjoni u l-kalkulazzjoni tal-arja (bis-sinjal) tal-figura li għandha bħala truf, intervall fuq l-assi tal-axissi, limitat u magħluq (l-intervall tal-integrazzjoni), il-funzjoni mogħtija (il-funzjoni integrata) definita fuq u limitata, u s-segmenti vertikali mit-truf tal-intervall għall-grafiku tal-funzjoni . In-numru reali li jagħti dik l-arja nsejħulu l-integral tal-funzjoni fuq l-intervall .
Jekk il-grafiku tal-funzjoni hu magħmul minn segmenti, il-problema nistgħu nirriżolvuh faċilment, sakemm il-figura tista' tinqasam f'rettangli jew trapeżi li nafu niddefinixxu u nikkalkulaw l-arji tagħhom: is-somma alġebrija ta' dawk l-arji hi – għad-definizzjoni – l-integral imfittex.
Fil-każ ġenerali, l-idea bażika tikkonsisti f'li naqsmu l-figura fi strixxi vertikali dojoq, li jistgħu jitqiesu bħala rettangli, nikkalkulaw l-arja ta' kull rettanglu ċkejken u ngħoddu flimkien ir-riżultati miksuba, u hekk ikollna approssimazzjoni għan-numru li qegħdin infittxu. Billi nibqgħu nissuddividu fi strixxi dejjem idjaq u idjaq, nistgħu niksbu approssimazioni dejjem aħjar għall-integral imfittex: jekk jiġri hekk, ngħidu li l-funzjoni hi integrabbli fuq l-intervall . Fil-każ tal-kuntrarju, ngħidu li l-funzjoni m'hijiex integrabbli fuq l-intervall .
F'termini iżjed formali, naqsmu l-intervall f' sottointervalli tat-tip fejn u . Għal kull sottointervall nagħżlu punt , li l-immaġni tiegħu hi , u nħażżu r-rettanglu ċkejken li għandu bażi l-intervall u għoli ; l-arja tal-figura magħmula mir-rettangli ċkejkna kollha mibnija hekk tagħtina s-somma (msejħa ta' Cauchy-Riemann)
Jekk meta nċekknu l-wisa' tal-intervalli , il-valuri miksuba jinġemgħu fi dejjem iċken ta' numru , il-funzjoni hi integrabbli fuq l-intervall , u hu l-integral tagħha.
L-analisi sħieħa tiddependi mill-fatt li kemm il-mod ta' taqsim f'intervalli, u kemm l-għażla tal-punti ġewwa dawk l-intervalli iridu jispiċċaw irrilevanti, inkella jiġri li l-arja taħt il-kurva fuq l-intervall ikollha valur li jvarja mal-għażla ta' taqsim f'intervalli u kif il-punti jintgħażlu fl-intervalli.
Il-quddiem nagħtu kundizzjonijiet suffiċjenti biex jiġri dan.
Integral ta' Riemann
Ejjew naqsmu l-intervall kompatt permezz ta' f' sottointervalli :
Ħalli jkunu
Niddefinixxu s-somma integrali inferjuri (relattiva għall-partizzjoni ):
Jekk nammettu li tieħu valuri pożittivi fl-intervall, hija s-somma tar-rettangli inskritti fir-reġjun tal-pjan , taħt il-grafiku ta' .
Niddefinixxu s-somma integrali superjuri (relattiva għall-partizzjoni ):
Analogament, hi s-somma tal-arji tar-rettangli ċirkoskritti fir-regjun .
Jidher ċar li jekk imbagħad għal kull partizzjoni ta' :
Dawn iż-żewġ lemmata wieħed jista' jipprovahom faċilment:
Jekk u huma partizzjonijiet ta' u hija rfinament ta' :
Għal kull żewġ partizzjonijiet ta' :
Ħalli jkunu
ngħidulu l-integral inferjuri u l-integral superjuri. Mill-lemma preċidenti nistgħu niddeduċu li dawn jissodisfaw
Definizzjoni
Jekk ngħidu li l-funzjoni hi integrabbli skont Riemann fuq l-intervall magħluq limitat u l-valur kommuni ngħidulu l-integral ta' fuq u nuruh bis-simbolu:
In-numri , ngħidulhom it-truf tal-integrazzjoni u l-integrand ( l-ewwel tarf, it-tieni tarf). Il-varjabbli ta' integrazzjoni hi jiġifieri tfisser l-istess bħal . Id- insibuha bħala d-differenzjali tal-varjabbli tal-integrazzjoni.
Jekk il-funzjoni integrabbli hi posittiva l-integral hu daqs l-arja tar-reġjun:
Jekk il-funzjoni tibdel is-sinjal fuq l-integral jirrappreżenta is-somma tal-arji bis-sinjal differenti, posittiv jekk l-arja tkun fuq l-assi tal-axissa, negattiv jekk tkun taħt.
Ħalli tkun il-partizzjoni li taqsam l-intervall f'sottointervalli ugwali ta' tul . Jekk il-limiti ta' u ta' meta tersaq lejn l-infinit huma l-istess, imbagħad ikollna
u allura, la , ikollna wkoll
Eżempju 1.
Ħalli u l-intervall ikun . Imbagħad
u
Mela
fejn użajna l-formula .
Bl-istess mod
Allura
Eżempju 2.
B'kuntrast mal-eżempju ta' qabel, ejjew nikkunsidraw il-funzjoni definita hekk
Għal kull partizzjoni tal-intervall , f'kull sottointervall hemm numri razzjonali u irrazzjonali u mela u . Għalhekk
Mela u . La dawn mhux imdaqs nistgħu nikkonkludu li l-funzjoni mhux integrabbli.
La mhux kull funzjoni hi integrabbli, hemm bżonn li niddeċiedu meta l-integral ta' funzjoni jeżisti jew le. Il-quddiem nagħtu żewġ klassijiet wiesa' ta' funzjonijiet li huma integrabbli. It-teorema li ġejja hi utli ħafna għal din id-deċizzjoni.
Halli tkun funzjoni limitata fuq . Imbagħad hi integrabbli jekkk (jekk u biss jekk), għal kull , teżisti partizzjoni ta' li għaliha
Prova : Nissoponu li hi integrabbli u hekk . Għall kull mogħtija, teżisti partizzjoni ta' li tissodisfa
(Din issegwi mid-definizzjoni tas-supremum). Bl-istess mod teżisti partizzjoni ta' li tissodisfa
Ħalli . Imbagħad minn Lemma 1, għandna
Min naħa l-oħra, nissoponu li għall kull mogħtija, teżisti partizzjoni ta' li tissodisfa . Allura
La hi arbitrarja, bilfors li u allura u hi integrabbli.
Proprjetajiet tal-integral skont Riemann
Integrabbiltà
Jekk il-funzjoni hi monotona, allura hi integrabbli.
Prova: Nissoponu li l-funzjoni tiżdied fuq . Il-każ fejn tonqos hu simili. Jekk ningħataw , nistgħu nagħzlu li tissodisfa
Ħalli tkun partizzjoni tal-intervall f'sottointervalli ta' wisa' inqas minn . Mill-monontonija għandna li u . Mela
Allura mit-Teorema 1 nistgħu nikkonkludu li l-funzjoni hi integrabbli.
Jekk il-funzjoni hi kontinwa, allura hi integrabbli.
Prova: La l-funzjoni hi kontinwa allura hi kontinwa uniformement. Jekk ningħataw , teżisti li għaliha
kull meta . Jekk hi partizzjoni tal-intervall f'sottointervalli ta' wisa' inqas minn , imbagħad ikollna
u mela
Allura mit-Teorema 1 nistgħu nikkonkludu li l-funzjoni hi integrabbli.
Linjarità
Prova: Jekk jidher ċar li u . Mela la
għandna
B'mod simili jekk għandna u u allura
Mela issa biżżejjed li nipprovaw li
Niftakru li
u għalhekk għal kull partizzjoni ta'
Mit-Teorema 1 nafu li għall kull mogħtija, jeżistu partizzjonijiet u ta' li jissodisfaw
Ħalli . Imbagħad minn Lemma 1, għandna
Jekk nikkumbinaw id-diżugwaljanzi niksbu
u allura l-funzjoni hi integrabbli.
Nin-naħa l-oħra, la
u
nikkonkludu li
Additività
Prova:
Mit-Teorema 1 nafu li għall kull mogħtija, jeżistu partizzjonijiet ta' u ta' li jissodisfaw
Ħalli . Din partizzjoni ta' u għandna
Mela hi integrabbli fuq .
Nin-naħa l-oħra, la
u
nikkonkludu li
kif nixiequ.
Monotonija
Prova : Jekk għal kull , għal kull partizzjoni ta' ikollna
Minn dawn id-diżugwaljanzi nikkonkludu l-monotonija tal-integral.
Valur assolut
Prova: Ħalli tkun partizzjoni ta' f' sottointervalli
u
Mid-diżugwaljanza
għal kull , nikkonkludu li
u allura
Mela la hi integrabbli, hi integrabbli wkoll.
Id-diżugwaljanza bejn l-integrali, niksbuha mir-relazzjoni valida għal kull .
Teorema tal-medja
Jekk tkun imbagħad teżisti li għaliha
Prova: La hi kontinwa f', bit- għandha u f':
Mela
Mill-proprijetà tal-monotonija tal-integral jirriżulta li
u allura
Issa mill-proprijetajiet tal- nafu li f' trid tieħu il-valuri kollha f'. Allura, in partikulari teżisti li tissodisfa .
Kalkulu differenzjali u kalkulu integrali
F'din is-sezzjoni nagħtu ż-żewġ teoremi fundamentali tal-kalkulu integrali li jistabillixxu il-konnessjoni intima li teżisti bejn il- u l-kalkulu integrali. Dawn it-teoremi huma s-sissien tal-analisi integrali fis-sens li huma l-ħolqa li tgħaqqad il-kalkulu differenzjali mal-kalkulu integrali.
Teorema fundamentali tal-kalkulu integrali I
Jekk tkun , imbagħad il-funzjoni integrali definita bħala
tkun f' u jkollha derivata għal kull .
Prova: Nieħdu . Imbagħad għal kull mogħtija, teżisti li għaliha
jekk Jidher ċar li
u li
Allura għandna
u għalhekk
Mela tikkonverġi lejn meta tersaq lejn 0, u allura
Nota: Fil-kalkulu differenzjali hemm dan il-kunċett tal-primittiva:
Funzjoni derivabbli f'intervall ngħidulha l-primittiva ta' f' jekk:
għal kull .
Mela dan it-teorema jiggarantixxi l-eżistenza ta' primittiva.
Teorema fundamentali tal-kalkulu integrali II
Jekk tkun , u d-derivata tkun , imbagħad
Prova: Ħalli tkun partizzjoni ta' f' sottointervalli
u
Billi napplikaw it-teorema tal-valur medju għall kull intervall , niksbu punti
Awtur: www.NiNa.Az
Data tal-pubblikazzjoni:
wikipedija, wiki, ktieb, kotba, librerija, artiklu, aqra, niżżel, b'xejn, download b'xejn, mp3, vidjo, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, stampa, mużika, kanzunetta, film, ktieb, logħba, logħob, mobbli, telefon, android, ios, apple, mowbajl, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, kompjuter, Informazzjoni dwar L Integral, X'inhi L Integral? Xi tfisser L Integral?
Fl l integral ta hu li fil kaz ta funzjoni ta varjabbli waħda jassoċja mal funzjoni l taħt il funzjoni sal axissa Ħjiel storikuL idea bazika tal kunċett tal integral kienet diga dehret fix xogħol ta Arkimedi ta Siracusa li għex bejn il u il Q K l ewwel parzjalment fil metodu li uza biex jikkalkula l ta jew ta segment ta magħruf bħala l u wara izjed preċizament fil kalkulazzjoni tal arja tas superfiċi magħluqa mill ewwel dawra tal ispiral li Arkimedi stima minn fuq sa isfel bl uzu ta kaz partikulari ta dawk li sirna nsejħulhom sommom ta Riemann Fis seklu XVII bosta matematiċi sabu metodi oħra inġenjuzi biex jikkalkulaw l arja taħt il grafiku ta funzjonijiet sempliċi perezempju x a a gt 1 displaystyle x alpha alpha gt 1 1 x displaystyle displaystyle 1 x dd dd dd Imma dan kien qabel li Newton u skoprew indipendentement it li tefgħet id direzzjoni tal problema fuq it tfittix ta primittiva jew antiderivata tal funzjoni Il kalkulu kiseb sisien izjed sodi b izvilupp tal u x xogħol ta Cauchy fl ewwel nofs tas seklu 19 L integral kien formalizzat rigoruzament għall ewwel darba bl uzu tal limiti minn f dak li ngħidulu l integral ta Cauchy Riemann Għalkemm il funzjonijiet kollha li huma kontinwi f biċċiet u limitati fuq intervall limitat huma integrabbli fis sens ta Riemann wara bdew jiġu ikkonsidrati funzjonijiet izjed ġenerali li għalihom id definizzjoni ta Riemann ma tapplikax u Lebesgue ifformala definizzjoni differenti tal integral ibbazata fuq it Oħrajn ipproponew definizzjonijiet oħra li jestendu l approċċ ta Riemann u Lebesgue Introduzzjoni ewristikaIl problema oriġinali tal kalkulu integrali hu dik tad definizzjoni u l kalkulazzjoni tal arja bis sinjal tal figura li għandha bħala truf intervall I displaystyle I fuq l assi tal axissi limitat u magħluq l intervall tal integrazzjoni il funzjoni mogħtija f displaystyle f il funzjoni integrata definita fuq I displaystyle I u limitata u s segmenti vertikali mit truf tal intervall I displaystyle I għall grafiku tal funzjoni f displaystyle f In numru reali li jagħti dik l arja nsejħulu l integral tal funzjoni f displaystyle f fuq l intervall I displaystyle I Jekk il grafiku tal funzjoni f displaystyle f hu magħmul minn segmenti il problema nistgħu nirrizolvuh faċilment sakemm il figura tista tinqasam f rettangli jew trapezi li nafu niddefinixxu u nikkalkulaw l arji tagħhom is somma alġebrija ta dawk l arji hi għad definizzjoni l integral imfittex Fil kaz ġenerali l idea bazika tikkonsisti f li naqsmu l figura fi strixxi vertikali dojoq li jistgħu jitqiesu bħala rettangli nikkalkulaw l arja ta kull rettanglu ċkejken u ngħoddu flimkien ir rizultati miksuba u hekk ikollna approssimazzjoni għan numru li qegħdin infittxu Billi nibqgħu nissuddividu fi strixxi dejjem idjaq u idjaq nistgħu niksbu approssimazioni dejjem aħjar għall integral imfittex jekk jiġri hekk ngħidu li l funzjoni f displaystyle f hi integrabbli fuq l intervall I displaystyle I Fil kaz tal kuntrarju ngħidu li l funzjoni f displaystyle f m hijiex integrabbli fuq l intervall I displaystyle I F termini izjed formali naqsmu l intervall a b displaystyle a b f n displaystyle n sottointervalli tat tip x s 1 x s displaystyle x s 1 x s fejn s 1 2 n displaystyle s 1 2 n u x 0 a x n b displaystyle x 0 a x n b Għal kull sottointervall nagħzlu punt t s displaystyle t s li l immaġni tiegħu hi f t s displaystyle f t s u nħazzu r rettanglu ċkejken li għandu bazi l intervall x s 1 x s displaystyle x s 1 x s u għoli f t s displaystyle f t s l arja tal figura magħmula mir rettangli ċkejkna kollha mibnija hekk tagħtina s somma msejħa ta Cauchy Riemann s 1 n f t s d x s s 1 n f t s x s x s 1 displaystyle sum s 1 n f t s delta x s sum s 1 n f t s x s x s 1 Jekk meta nċekknu l wisa tal intervalli d x s x s x s 1 displaystyle delta x s x s x s 1 il valuri miksuba jinġemgħu fi dejjem iċken ta numru i displaystyle i il funzjoni f displaystyle f hi integrabbli fuq l intervall a b displaystyle a b u i displaystyle i hu l integral tagħha L analisi sħieħa tiddependi mill fatt li kemm il mod ta taqsim f intervalli u kemm l għazla tal punti ġewwa dawk l intervalli iridu jispiċċaw irrilevanti inkella jiġri li l arja taħt il kurva fuq l intervall ikollha valur li jvarja mal għazla ta taqsim f intervalli u kif il punti jintgħazlu fl intervalli Il quddiem nagħtu kundizzjonijiet suffiċjenti biex jiġri dan Integral ta RiemannRappresentazzjoni grafika tal integral ta Riemann Ejjew naqsmu l intervall kompatt a b displaystyle a b permezz ta P displaystyle displaystyle P f n displaystyle displaystyle n sottointervalli P a x 0 lt x 1 lt x 2 lt lt x n 1 lt x n b displaystyle P a x 0 lt x 1 lt x 2 lt ldots lt x n 1 lt x n b Ħalli jkunu m k inf f x x x k 1 x k displaystyle m k inf f x x in x k 1 x k M k sup f x x x k 1 x k displaystyle M k sup f x x in x k 1 x k Niddefinixxu s somma integrali inferjuri relattiva għall partizzjoni P displaystyle displaystyle P s f P k 1 n m k x k x k 1 displaystyle s f P sum k 1 n m k x k x k 1 Jekk nammettu li f displaystyle displaystyle f tieħu valuri pozittivi fl intervall s f P displaystyle displaystyle s f P hija s somma tar rettangli inskritti fir reġjun tal pjan R displaystyle mathbb R taħt il grafiku ta f displaystyle displaystyle f Niddefinixxu s somma integrali superjuri relattiva għall partizzjoni P displaystyle displaystyle P S f P k 1 n M k x k x k 1 displaystyle S f P sum k 1 n M k x k x k 1 Analogament S f P displaystyle displaystyle S f P hi s somma tal arji tar rettangli ċirkoskritti fir regjun R displaystyle mathbb R Jidher ċar li jekk m f x M x a b displaystyle m leq f x leq M forall x in a b imbagħad għal kull partizzjoni P displaystyle displaystyle P ta a b displaystyle displaystyle a b m b a s f P S f P M b a displaystyle m b a leq s f P leq S f P leq M b a Dawn iz zewġ lemmata wieħed jista jipprovahom faċilment Lemma 1 Jekk P displaystyle displaystyle P u Q displaystyle displaystyle Q huma partizzjonijiet ta a b displaystyle displaystyle a b u Q displaystyle displaystyle Q hija rfinament ta P displaystyle displaystyle P s f P s f Q S f Q S f P displaystyle s f P leq s f Q leq S f Q leq S f P Lemma 2 Għal kull zewġ partizzjonijiet P Q displaystyle displaystyle P Q ta a b displaystyle displaystyle a b s f P S f Q displaystyle s f P leq S f Q Ħalli jkunu s f sup s f P P displaystyle s f displaystyle sup s f P P partizzjoni ta a b displaystyle displaystyle a b S f inf S f P P displaystyle S f displaystyle inf S f P P partizzjoni ta a b displaystyle displaystyle a b s f displaystyle displaystyle s f ngħidulu l integral inferjuri u S f displaystyle displaystyle S f l integral superjuri Mill lemma preċidenti nistgħu niddeduċu li dawn jissodisfaw s f S f displaystyle s f leq S f Definizzjoni Definizzjoni Integral skont Riemann Jekk s f S f displaystyle displaystyle s f S f ngħidu li l funzjoni f displaystyle displaystyle f hi integrabbli skont Riemann fuq l intervall magħluq limitat a b displaystyle a b u l valur kommuni ngħidulu l integral ta f displaystyle displaystyle f fuq a b displaystyle a b u nuruh bis simbolu a b f x d x displaystyle int a b f x rm d x In numri a displaystyle displaystyle a b displaystyle displaystyle b ngħidulhom it truf tal integrazzjoni u f displaystyle displaystyle f l integrand a displaystyle displaystyle a l ewwel tarf b displaystyle displaystyle b it tieni tarf Il varjabbli ta integrazzjoni hi jiġifieri f x d x displaystyle int f x rm d x tfisser l istess bħal f t d t displaystyle int f t rm d t Id d x displaystyle displaystyle rm d x insibuha bħala d differenzjali tal varjabbli tal integrazzjoni Jekk il funzjoni integrabbli f displaystyle displaystyle f hi posittiva l integral hu daqs l arja tar reġjun x y 0 y f x x a b displaystyle x y 0 leq y leq f x x in a b Jekk il funzjoni f displaystyle displaystyle f tibdel is sinjal fuq a b displaystyle displaystyle a b l integral jirrapprezenta is somma tal arji bis sinjal differenti posittiv jekk l arja tkun fuq l assi tal axissa negattiv jekk tkun taħt Ħalli tkun il partizzjoni li taqsam l intervall a b displaystyle displaystyle a b f sottointervalli ugwali ta tul b a n displaystyle displaystyle b a n Jekk il limiti ta s f P n displaystyle displaystyle s f P n u ta S f P n displaystyle displaystyle S f P n meta n displaystyle displaystyle n tersaq lejn l infinit huma l istess imbagħad ikollna s f lim n s f P n lim n S f P n S f displaystyle s f geq lim n to infty s f P n lim n to infty S f P n geq S f u allura la s f S f displaystyle displaystyle s f leq S f ikollna wkoll s f S f displaystyle displaystyle s f S f Ezempju 1 Ħalli f x x 2 displaystyle displaystyle f x x 2 u l intervall ikun 0 1 displaystyle displaystyle 0 1 Imbagħad M k sup x 2 x k 1 n k n k n 2 displaystyle displaystyle M k sup x 2 x in k 1 n k n k n 2 u m k inf x 2 x k 1 n k n k 1 n 2 displaystyle displaystyle m k inf x 2 x in k 1 n k n k 1 n 2 Mela S f P n 1 n k 1 n k n 2 1 n 3 k 1 n k 2 1 3 n 1 n 2 n 1 2 n displaystyle displaystyle S f P n frac 1 n sum k 1 n left frac k n right 2 frac 1 n 3 sum k 1 n k 2 frac 1 3 left frac n 1 n right left frac 2n 1 2n right fejn uzajna l formula 1 2 2 2 n 2 n n 1 2 n 1 6 displaystyle displaystyle 1 2 2 2 ldots n 2 n n 1 2n 1 6 Bl istess mod s f P n 1 n k 1 n k 1 n 2 1 n 3 k 1 n 1 k 2 1 3 n 1 n 2 n 1 2 n displaystyle displaystyle s f P n frac 1 n sum k 1 n left frac k 1 n right 2 frac 1 n 3 sum k 1 n 1 k 2 frac 1 3 left frac n 1 n right left frac 2n 1 2n right Allura 0 1 x 2 d x lim n s f P n lim n S f P n 1 3 displaystyle int 0 1 x 2 rm d x lim n to infty s f P n lim n to infty S f P n frac 1 3 Ezempju 2 B kuntrast mal ezempju ta qabel ejjew nikkunsidraw il funzjoni g 0 1 R displaystyle displaystyle g 0 1 mapsto mathbb R definita hekk g x 1 j e k k x h i j a r a z z j o n a l i 0 j e k k x h i j a r r a z z j o n a l i displaystyle g x begin cases 1 mathrm jekk x mathrm hija razzjonali 0 mathrm jekk x mathrm hija rrazzjonali end cases Għal kull partizzjoni tal intervall 0 1 displaystyle displaystyle 0 1 f kull sottointervall x k 1 x k displaystyle displaystyle x k 1 x k hemm numri razzjonali u irrazzjonali u mela M k 1 displaystyle displaystyle M k 1 u m k 0 displaystyle displaystyle m k 0 Għalhekk s g P k 1 n m k x k x k 1 0 displaystyle s g P sum k 1 n m k x k x k 1 0 s g P k 1 n m k x k x k 1 k 1 n x k x k 1 1 displaystyle s g P sum k 1 n m k x k x k 1 sum k 1 n x k x k 1 1 Mela s g 0 displaystyle displaystyle s g 0 u S g 1 displaystyle displaystyle S g 1 La dawn mhux imdaqs nistgħu nikkonkludu li l funzjoni g displaystyle displaystyle g mhux integrabbli La mhux kull funzjoni hi integrabbli hemm bzonn li niddeċiedu meta l integral ta funzjoni jezisti jew le Il quddiem nagħtu zewġ klassijiet wiesa ta funzjonijiet li huma integrabbli It teorema li ġejja hi utli ħafna għal din id deċizzjoni Teorema 1 Kundizzjoni meħtieġa u bizzejjed għall integrabbilta Halli f displaystyle displaystyle f tkun funzjoni limitata fuq a b displaystyle displaystyle a b Imbagħad f displaystyle displaystyle f hi integrabbli jekkk jekk u biss jekk għal kull ϵ gt 0 displaystyle displaystyle epsilon gt 0 tezisti partizzjoni P displaystyle displaystyle P ta a b displaystyle displaystyle a b li għaliha S f P s f p lt ϵ displaystyle displaystyle S f P s f p lt epsilon Prova Nissoponu li f displaystyle displaystyle f hi integrabbli u hekk S f s f displaystyle displaystyle S f s f Għall kull ϵ gt 0 displaystyle displaystyle epsilon gt 0 mogħtija tezisti partizzjoni P 1 displaystyle displaystyle P 1 ta a b displaystyle displaystyle a b li tissodisfa s f P 1 gt s f ϵ 2 displaystyle displaystyle s f P 1 gt s f frac epsilon 2 Din issegwi mid definizzjoni tas supremum Bl istess mod tezisti partizzjoni P 2 displaystyle displaystyle P 2 ta a b displaystyle displaystyle a b li tissodisfa S f P 2 lt S f ϵ 2 displaystyle displaystyle S f P 2 lt S f frac epsilon 2 Ħalli P P 1 P 2 displaystyle displaystyle P P 1 cup P 2 Imbagħad minn Lemma 1 għandna S f P s f P S f P 2 s f P 1 lt S f ϵ 2 s f ϵ 2 S f s f ϵ ϵ displaystyle displaystyle S f P s f P leq S f P 2 s f P 1 lt left S f frac epsilon 2 right left s f frac epsilon 2 right S f s f epsilon epsilon Min naħa l oħra nissoponu li għall kull ϵ gt 0 displaystyle displaystyle epsilon gt 0 mogħtija tezisti partizzjoni P displaystyle displaystyle P ta a b displaystyle displaystyle a b li tissodisfa S f P lt s f P ϵ displaystyle displaystyle S f P lt s f P epsilon Allura S f S f P lt s f P ϵ s f ϵ displaystyle displaystyle S f leq S f P lt s f P epsilon leq s f epsilon La ϵ displaystyle displaystyle epsilon hi arbitrarja bilfors li S f s f displaystyle displaystyle S f leq s f u allura S f s f displaystyle displaystyle S f s f u f displaystyle displaystyle f hi integrabbli Proprjetajiet tal integral skont Riemann Integrabbilta Proprijeta 1 Il monotonija hi bizzejjed għall integrabbilta Jekk il funzjoni f a b R displaystyle f a b to mathbb R hi monotona allura hi integrabbli Prova Nissoponu li l funzjoni f displaystyle f tizdied fuq a b displaystyle a b Il kaz fejn tonqos hu simili Jekk ningħataw ϵ gt 0 displaystyle epsilon gt 0 nistgħu nagħzlu d gt 0 displaystyle delta gt 0 li tissodisfa d lt ϵ f b f a displaystyle delta lt frac epsilon f b f a Ħalli P displaystyle P tkun partizzjoni tal intervall a b displaystyle a b f sottointervalli x k 1 x k displaystyle x k 1 x k ta wisa inqas minn d displaystyle delta Mill monontonija għandna li M k f x k displaystyle M k f x k u m k f x k 1 displaystyle m k f x k 1 Mela 0 lt S f P s f P k 1 n f x k f x k 1 x k x k 1 lt ϵ f b f a k 1 n f x k f x k 1 ϵ displaystyle 0 lt S f P s f P sum k 1 n f x k f x k 1 x k x k 1 lt frac epsilon f b f a sum k 1 n f x k f x k 1 epsilon Allura mit Teorema 1 nistgħu nikkonkludu li l funzjoni hi integrabbli Proprijeta 2 Il kontinwita hi suffiċjenti għall integrabbilta Jekk il funzjoni f a b R displaystyle f a b to mathbb R hi kontinwa allura hi integrabbli Prova La l funzjoni f a b R displaystyle f a b to mathbb R hi kontinwa allura hi kontinwa uniformement Jekk ningħataw ϵ gt 0 displaystyle epsilon gt 0 tezisti d gt 0 displaystyle delta gt 0 li għaliha f x f y lt ϵ b a displaystyle f x f y lt frac epsilon b a kull meta x y lt d displaystyle x y lt delta Jekk P displaystyle P hi partizzjoni tal intervall a b displaystyle a b f sottointervalli x k 1 x k displaystyle x k 1 x k ta wisa inqas minn d displaystyle delta imbagħad ikollna 0 lt M k m k lt ϵ b a displaystyle 0 lt M k m k lt frac epsilon b a u mela 0 lt S f P s f P k 1 n M k m k x k x k 1 lt ϵ b a k 1 n x k x k 1 ϵ displaystyle 0 lt S f P s f P sum k 1 n M k m k x k x k 1 lt frac epsilon b a sum k 1 n x k x k 1 epsilon Allura mit Teorema 1 nistgħu nikkonkludu li l funzjoni hi integrabbli Linjarita Proprijeta 3 Il proprijeta tal linjarita Ħalli f displaystyle f u g displaystyle g jkunu zewġ funzjonijiet kontinwi definiti f intervall a b displaystyle a b u ħalli jkunu a b R displaystyle alpha beta in mathbb R Imbagħad a b a f x b g x d x a a b f x d x b a b g x d x displaystyle int a b alpha f x beta g x dx alpha int a b f x dx beta int a b g x rm d x Prova Jekk a 0 displaystyle displaystyle alpha geq 0 jidher ċar li S a f a S f displaystyle displaystyle S alpha f alpha S f u s a f a s f displaystyle displaystyle s alpha f alpha s f Mela la S f s f a b f x d x displaystyle displaystyle S f s f int a b f x rm d x għandna a b a f x d x S a f s a f a a b f x d x displaystyle displaystyle int a b alpha f x rm d x S alpha f s alpha f alpha int a b f x rm d x B mod simili jekk a lt 0 displaystyle displaystyle alpha lt 0 għandna S a f a s f displaystyle displaystyle S alpha f alpha s f u s a f a S f displaystyle displaystyle s alpha f alpha S f u allura a b a f x d x a a b f x d x displaystyle displaystyle int a b alpha f x rm d x alpha int a b f x rm d x Mela issa bizzejjed li nipprovaw li a b f x g x d x a b f x d x a b g x d x displaystyle int a b f x g x rm d x int a b f x rm d x int a b g x rm d x Niftakru li sup x D f x g x sup x D f x sup x D g x u inf x D f x g x inf x D f x inf x D g x displaystyle sup x in D f x g x leq sup x in D f x sup x in D g x rm u inf x in D f x g x geq inf x in D f x inf x in D g x u għalhekk għal kull partizzjoni P displaystyle displaystyle P ta a b displaystyle displaystyle a b S f g P S f P S g P u s f g P s f P s g P displaystyle S f g P leq S f P S g P rm u s f g P geq s f P s g P Mit Teorema 1 nafu li għall kull ϵ gt 0 displaystyle displaystyle epsilon gt 0 mogħtija jezistu partizzjonijiet P 1 displaystyle displaystyle P 1 u P 2 displaystyle displaystyle P 2 ta a b displaystyle displaystyle a b li jissodisfaw S f P 1 lt s f P 1 ϵ 2 u S g P 2 lt s g P 2 ϵ 2 displaystyle displaystyle S f P 1 lt s f P 1 frac epsilon 2 rm u S g P 2 lt s g P 2 frac epsilon 2 Ħalli P P 1 P 2 displaystyle displaystyle P P 1 cup P 2 Imbagħad minn Lemma 1 għandna S f P lt s f P ϵ 2 u S g P lt s g P ϵ 2 displaystyle displaystyle S f P lt s f P frac epsilon 2 rm u S g P lt s g P frac epsilon 2 Jekk nikkumbinaw id dizugwaljanzi niksbu S f g P lt S f P S g P lt s f P s g P ϵ lt s f g P ϵ displaystyle displaystyle S f g P lt S f P S g P lt s f P s g P epsilon lt s f g P epsilon u allura l funzjoni f g displaystyle displaystyle f g hi integrabbli Nin naħa l oħra la a b f x g x d x S f g S f g P lt s f P s g P ϵ s f s g ϵ a b f x d x a b g x d x ϵ displaystyle begin aligned int a b f x g x rm d x amp S f g leq S f g P amp lt s f P s g P epsilon amp leq s f s g epsilon int a b f x rm d x int a b g x rm d x epsilon end aligned u a b f x g x d x s f g s f g P gt S f P S g P ϵ S f S g ϵ a b f x d x a b g x d x ϵ displaystyle begin aligned int a b f x g x rm d x amp s f g geq s f g P amp gt S f P S g P epsilon amp geq S f S g epsilon int a b f x rm d x int a b g x rm d x epsilon end aligned nikkonkludu li a b f x g x d x a b f x d x a b g x d x displaystyle int a b f x g x rm d x int a b f x rm d x int a b g x rm d x Additivita Proprijeta 4 Il proprijeta tal additivita Jekk f displaystyle f tkun integrabbli fuq l intervalli a c displaystyle displaystyle a c u c b displaystyle displaystyle c b imbagħad tkun integrabbli fuq l intervall a b displaystyle displaystyle a b u a b f x d x a c f x d x c b f x d x displaystyle int a b f x rm d x int a c f x rm d x int c b f x rm d x Prova Mit Teorema 1 nafu li għall kull ϵ gt 0 displaystyle displaystyle epsilon gt 0 mogħtija jezistu partizzjonijiet P 1 displaystyle displaystyle P 1 ta a c displaystyle displaystyle a c u P 2 displaystyle displaystyle P 2 ta c b displaystyle displaystyle c b li jissodisfaw S f P 1 s f P 1 lt ϵ 2 u S f P 2 s f P 2 lt ϵ 2 displaystyle displaystyle S f P 1 s f P 1 lt frac epsilon 2 rm u S f P 2 s f P 2 lt frac epsilon 2 Ħalli P P 1 P 2 displaystyle displaystyle P P 1 cup P 2 Din partizzjoni ta a b displaystyle displaystyle a b u għandna S f P s f P S f P 1 S f P 2 s f P 1 s f P 2 S f P 1 s f P 1 S f P 2 s f P 2 lt ϵ 2 ϵ 2 ϵ displaystyle displaystyle S f P s f P S f P 1 S f P 2 s f P 1 s f P 2 S f P 1 s f P 1 S f P 2 s f P 2 lt frac epsilon 2 frac epsilon 2 epsilon Mela f displaystyle displaystyle f hi integrabbli fuq a b displaystyle displaystyle a b Nin naħa l oħra la a b f x d x S f P S f P 1 S f P 2 lt s f P 1 s f P 2 ϵ a c f x d x c b f x d x ϵ displaystyle begin aligned int a b f x rm d x amp leq S f P S f P 1 S f P 2 amp lt s f P 1 s f P 2 epsilon amp leq int a c f x rm d x int c b f x rm d x epsilon end aligned u a b f x d x s f P s f P 1 s f P 2 gt S f P 1 S f P 2 ϵ a c f x d x c b f x d x ϵ displaystyle begin aligned int a b f x rm d x amp geq s f P s f P 1 s f P 2 amp gt S f P 1 S f P 2 epsilon amp geq int a c f x rm d x int c b f x rm d x epsilon end aligned nikkonkludu li a b f x d x a c f x d x c b f x d x displaystyle int a b f x rm d x int a c f x rm d x int c b f x rm d x kif nixiequ Monotonija Proprijeta 5 Il propijeta tal monotonija Jekk f displaystyle displaystyle f u g displaystyle displaystyle g ikunu zewġ funzjonijiet integrabbli fuq l intervall a b displaystyle a b u f x g x displaystyle f x leq g x għal kull x a b displaystyle x in a b imbagħad a b f x d x a b g x d x displaystyle int a b f x rm d x leq int a b g x rm d x Prova Jekk f x g x displaystyle f x leq g x għal kull x a b displaystyle x in a b għal kull partizzjoni P displaystyle displaystyle P ta a b displaystyle displaystyle a b ikollna S f P S g P u s f P s g P displaystyle S f P leq S g P rm u s f P leq s g P Minn dawn id dizugwaljanzi nikkonkludu l monotonija tal integral Valur assolut Teorema Teorema tal valur assolut Jekk f displaystyle f tkun integrabbli fl intervall a b displaystyle a b imbagħad f displaystyle f hi wkoll integrabbli u a b f x d x a b f x d x displaystyle left int a b f x rm d x right leq int a b left f x right rm d x Prova Ħalli P displaystyle displaystyle P tkun partizzjoni ta a b displaystyle displaystyle a b f n displaystyle displaystyle n sottointervalli P a x 0 lt x 1 lt x 2 lt lt x n 1 lt x n b displaystyle P a x 0 lt x 1 lt x 2 lt ldots lt x n 1 lt x n b u m k inf f x x x k 1 x k M k sup f x x x k 1 x k displaystyle tilde m k inf f x x in x k 1 x k tilde M k sup f x x in x k 1 x k Mid dizugwaljanza f x f y f x f y M k m k displaystyle f x f y leq f x f y leq M k m k għal kull x y x k 1 x k displaystyle displaystyle x y in x k 1 x k nikkonkludu li M k m k M k m k displaystyle tilde M k tilde m k leq M k m k u allura S f P s f P S f P s f P displaystyle S f P s f P leq S f P s f P Mela la f displaystyle displaystyle f hi integrabbli f displaystyle displaystyle f hi integrabbli wkoll Id dizugwaljanza bejn l integrali niksbuha mir relazzjoni f x f x displaystyle pm f x leq f x valida għal kull x a b displaystyle x in a b Teorema tal medja Teorema Teorema integrali tal medja Jekk f a b R displaystyle f a b to mathbb R tkun imbagħad tezisti c a b displaystyle c in a b li għaliha 1 b a a b f x d x f c displaystyle 1 over b a int a b f x rm d x f c Prova La f displaystyle f hi kontinwa f a b displaystyle a b bit għandha M displaystyle M u m displaystyle m f a b displaystyle a b sup x a b f x M u inf x a b f x m displaystyle sup x in a b f x M mbox u inf x in a b f x m Mela m f x M displaystyle m leq f x leq M Mill proprijeta tal monotonija tal integral jirrizulta li m b a a b m d x a b f x d x a b M d x M b a displaystyle m b a int a b m rm d x leq int a b f x rm d x leq int a b M rm d x M b a u allura m 1 b a a b f x d x M displaystyle m leq 1 over b a int a b f x rm d x leq M Issa mill proprijetajiet tal nafu li f displaystyle f f a b displaystyle a b trid tieħu il valuri kollha f m M displaystyle m M Allura in partikulari tezisti c a b displaystyle c in a b li tissodisfa f c 1 b a a b f x d x displaystyle f c 1 over b a int a b f x rm d x Kalkulu differenzjali u kalkulu integrali F din is sezzjoni nagħtu z zewġ teoremi fundamentali tal kalkulu integrali li jistabillixxu il konnessjoni intima li tezisti bejn il u l kalkulu integrali Dawn it teoremi huma s sissien tal analisi integrali fis sens li huma l ħolqa li tgħaqqad il kalkulu differenzjali mal kalkulu integrali Teorema fundamentali tal kalkulu integrali I Teorema Teorema fundamentali tal kalkulu integrali I Jekk f a b R displaystyle f a b to mathbb R tkun imbagħad il funzjoni integrali F a b R displaystyle F a b to mathbb R definita bħala F x a x f t d t displaystyle F x int a x f t rm d t tkun f a b displaystyle displaystyle a b u jkollha derivata F c f c displaystyle F prime c f c għal kull c a b displaystyle c in a b Prova Nieħdu c a b displaystyle c in a b Imbagħad għal kull ϵ gt 0 displaystyle displaystyle epsilon gt 0 mogħtija tezisti d gt 0 displaystyle displaystyle delta gt 0 li għaliha f t f c lt ϵ displaystyle displaystyle f t f c lt epsilon jekk t c d displaystyle t c leq delta Jidher ċar li f c 1 d c c d f c d t displaystyle f c frac 1 delta int c c delta f c rm d t u li F c d F c d 1 d c c d f t d t displaystyle frac F c delta F c delta frac 1 delta int c c delta f t rm d t Allura għandna F c d F c d f c 1 d c c d f t f c d t displaystyle frac F c delta F c delta f c frac 1 delta int c c delta f t f c rm d t u għalhekk F c d F c d f c 1 d c c d f t f c d t displaystyle left frac F c delta F c delta f c right leq frac 1 delta int c c delta f t f c rm d t Mela F c d F c d displaystyle frac F c delta F c delta tikkonverġi lejn f c displaystyle displaystyle f c meta d displaystyle displaystyle delta tersaq lejn 0 u allura F c lim d 0 F c d F c d f c displaystyle F c lim delta to 0 frac F c delta F c delta f c Nota Fil kalkulu differenzjali hemm dan il kunċett tal primittiva Funzjoni F displaystyle F derivabbli f intervall a b displaystyle a b ngħidulha l primittiva ta f displaystyle f f a b displaystyle a b jekk F x f x displaystyle F x f x għal kull x a b displaystyle x in a b Mela dan it teorema jiggarantixxi l ezistenza ta primittiva Teorema fundamentali tal kalkulu integrali II Teorema Teorema fundamentali tal kalkulu integrali II Jekk f a b R displaystyle f a b to mathbb R tkun u d derivata f displaystyle f tkun imbagħad a b f t d t f b f a displaystyle int a b f t rm d t f b f a Prova Ħalli P displaystyle displaystyle P tkun partizzjoni ta a b displaystyle displaystyle a b f n displaystyle displaystyle n sottointervalli P a x 0 lt x 1 lt x 2 lt lt x n 1 lt x n b displaystyle P a x 0 lt x 1 lt x 2 lt ldots lt x n 1 lt x n b u m k inf f x x x k 1 x k M k sup f x x x k 1 x k displaystyle tilde m k inf f x x in x k 1 x k tilde M k sup f x x in x k 1 x k Billi napplikaw it teorema tal valur medju għall kull intervall x k 1 x k displaystyle displaystyle x k 1 x k niksbu punti t k x k 1 x k displaystyle displaystyle t k in x k 1 x k