a = x 0 < x 1 < x 2 < < x n = b f(x) dx = I. lim f(x k ) x k=1

Samankaltaiset tiedostot
MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

MS-A010{2,3,4,5} (SCI, ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

Ville Turunen: Mat Matematiikan peruskurssi P1 3. välikokeen alueen teoriatiivistelmä 2007

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 9: Integroimismenetelmät

MS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 9: Integroimismenetelmät

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 7: Integraali ja analyysin peruslause

MS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 7: Integraali ja analyysin peruslause

Käydään läpi: ääriarvo tarkastelua, L Hospital, integraalia ja sarjoja.

II.1. Suppeneminen., kun x > 0. Tavallinen lasku

5 Riemann-integraali ANALYYSI B, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Ala- ja yläintegraali

1. Derivaatan Testi. Jos funktio f on jatkuva avoimella välillä ]a, b[ ja x 0 ]a, b[ on kriit. tai singul. piste niin. { f (x) > 0, x ]a, x 0 [

Matematiikan tukikurssi

Sisältö. Integraali 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 20

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1: tiivistelmä ja oheislukemista

Lisää määrätystä integraalista Integraalin arvioimisesta. Osoita: VASTAUS: Osoita: Osoita:

5 Epäoleellinen integraali

Analyysi 2. Harjoituksia lukuihin 1 3 / Kevät Anna sellainen välillä ] 2, 2[ jatkuva ja rajoitettu funktio f, että

6 Integraalilaskentaa

2.4 Pienimmän neliösumman menetelmä

2 Epäoleellinen integraali

Integraalilaskenta. Määrätty integraali

Riemannin integraalista

Riemannin integraali

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 9. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 9 () Numeeriset menetelmät / 29

x k 1 Riemannin summien käyttö integraalin approksimointiin ei ole erityisen tehokasta; jatkuvasti derivoituvalle funktiolle f virhe b

Viikon aiheet. Pinta-ala

3 Integraali ja derivaatta

10. MÄÄRÄTYN INTEGRAALIN KÄYTTÖ ERÄIDEN PINTA-ALOJEN LASKEMISESSA

4. Reaalifunktioiden määrätty integraali

11. MÄÄRÄTTY INTEGRAALI JA TILAVUUS

Numeerinen integrointi.

i 2 n 3 ( (n 1)a (i + 1) 3 = 1 +

Integroimistehtävät, 10. syyskuuta 2005, sivu 1 / 29. Perustehtäviä. Tehtävä 1. Osoita, että vakiofunktio f(x) c on Riemann-integroituva välillä

Analyysin perusteet kauppatieteilijöille P

Matematiikan tukikurssi. Hannu Kivimäki

2 Riemann-integraali. 2.1 Porrasfunktion integraali. Aloitetaan integraalin täsmällinen määrittely tutkimalla porrasfunktion integraalia.

Integraalilaskentaa. 1. Mihin integraalilaskentaa tarvitaan? MÄNTÄN LUKIO

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM) Laskuharjoitus 4 / vko 47, mallivastaukset

4 Pinta-alasovelluksia

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

lim + 3 = lim = lim (1p.) (3p.) b) Lausekkeen täytyy supistua (x-2):lla, joten osoittajan nollakohta on 2.

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

Määritelmä Olkoon C R m yksinkertainen kaari ja γ : [a, b] R m sen yksinkertainen parametriesitys, joka on paloittain C 1 -polku.

Syksyn 2015 Pitkän matematiikan YO-kokeen TI-Nspire CAS -ratkaisut

Matematiikan tukikurssi

Kertausta ja täydennystä

SARJAT JA DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT Funktiojonot 1

OSA 1: POLYNOMILASKENNAN KERTAUSTA, BINOMIN LASKUSÄÄNTÖJÄ JA YHTÄLÖNRATKAISUA

4 Taso- ja avaruuskäyrät

5 ( 1 3 )k, c) AB 3AC ja AB AC sekä vektoreiden AB ja

Matematiikan tukikurssi

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

Pertti Koivisto. Analyysi C

7 Funktiosarjoista. 7.1 Funktiosarjojen suppeneminen

Matematiikan tukikurssi

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ PISTEYTYSKOKOUS

Sisältö. Funktiojonot ja -sarjat 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 15

funktion voi tarkistaa derivoimalla. Sijoitusmenettely perustuu ketjusääntöön.

Matematiikan perusteet taloustieteilijöille P

MS-A010X Di erentiaali- ja integraalilaskenta Lukujoukot. 1.2 Jonot. 1.2 Perusongelmat. 1.3 Suppeneminen I. 1.2 Jonojen ominaisuuksia

Reaalinen lukualue. Millainen on luku, jossa on päättymätön ja jaksoton desimaalikehitelmä?

Luku 15. Integraali. Esimerkki Suoraan edellisen luvun derivointikaavojen perusteella on voimassa

Pintaintegraali. i j k cos(θ) sin(θ) 1. = r cos(θ)i r sin(θ)j + rk, r sin(θ) r cos(θ) 0 joten

TEHTÄVÄ 1. Olkoon (f n ) jono jatkuvia funktioita f n : [a, b] R, joka suppenee välillä [a, b] tasaisesti kohti funktiota f : [a, b] R.

VALTIOTIETEELLINEN TIEDEKUNTA TILASTOTIETEEN VALINTAKOE Ratkaisut ja arvostelu

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Yhteenveto, osa II

Sinilause ja kosinilause

Riemannin integraalista

Sarjat ja integraalit

Pinta-alan laskeminen

Matemaattiset menetelmät I. Seppo Hassi

Ristitulo ja skalaarikolmitulo

Riemann-integraalin ja mittaintegraalin vertailua

A-Osio. Valitse seuraavista kolmesta tehtävästä kaksi, joihin vastaat. A-osiossa ei saa käyttää laskinta.

Lebesguen integraali - Rieszin määritelmä

Matematiikan peruskurssi. Seppo Hassi

BM20A5820 Integraalilaskenta ja sovellukset

Differentiaali- ja integraalilaskenta 5 op

Jouni Sampo. 28. marraskuuta 2012

ANALYYSI I, kevät 2009

ANALYYSI I, kevät 2009

Numeerinen integrointi

Kertymäfunktio. Kertymäfunktio. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 2/2. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 1/2. Kertymäfunktio: Esitiedot

ANALYYSI I, kevät 2009

MS-A0107 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM)

BM20A5820 Integraalilaskenta ja sovellukset

Pertti Koivisto. Analyysi B

Analyysin perusteet kauppatieteilijöille P

4 DETERMINANTTI JA KÄÄNTEISMATRIISI

Tehtävä 1. Jatka loogisesti oheisia jonoja kahdella seuraavaksi tulevalla termillä. Perustele vastauksesi

Painopiste. josta edelleen. x i m i. (1) m L A TEX 1 ( ) x 1... x k µ x k+1... x n. m 1 g... m n g. Kuva 1. i=1. i=k+1. i=1

Analyysi B. Derivaatta ja integraali. Pertti Koivisto

JATKUVUUS. Funktio on jatkuva jos sen kuvaaja voidaan piirtää nostamatta kynää paperista.

1 Jonot. 2 Sarjat. 3 Jatkuvuus. 4 Derivaatta. 5 Taylor-polynomit ja -sarjat. 1.2 Jonot. jossa

2.2 Monotoniset jonot

Neliömatriisin A determinantti on luku, jota merkitään det(a) tai A. Se lasketaan seuraavasti: determinantti on

Transkriptio:

5 Integrli 5.1 Määritelmä j ominisuudet Olkoon f : [, b] R jtkuv. Muodostetn välin [, b] jko = x 0 < x 1 < x 2 < < x n = b j siihen liittyvä yläsumm S = n M k (x k x k 1 ), M k = mx{f(x) x k 1 x x k }, k=1 j lsumm s = n m k (x k x k 1 ), m k = min{f(x) x k 1 x x k }. k=1 Ain pätee: (i) s S, (ii) Kun jko tihenee, niin s ksv j S pienenee. Funktio f on integroituv välillä [, b], jos jokist ε > 0 vst sellinen jko, joss S s < ε. Funktion f integrli I R on tällöin se yksikäsitteinen luku, jolle s I S kikiss joiss; merkitään = I. Pätee: integrli on määritelty kikille jtkuville funktioille j se voidn lske rj-rvon n f(x k ) x lim n k=1 käyttämällä tsvälisiä jkopisteitä x k = + k x, joss x = (b )/n on skelpituus j 0 k n. Yleisemmin: Edellisessä summss rvon f(x k ) tilll voi oll mikä thns rvo f(z k ), kun x k 1 z k x k, eikä jon trvitse oll tsvälinen. Aino vtimus: Jkovälien mx-pituus 0, kun n. Määritelmä yleistyy myös ploittin jtkuville funktioille (j vieläkin yleisempään tilnteeseen) 1

Sopimus: = 0, = b Ominisuuksi: (i) (c 1 f(x) + c 2 g(x)) dx = c 1 + c 2 g(x) dx (linerisuus) (ii) b = c + b c kikill, b, c järjestyksestä riippumtt. (iii) f(x) g(x) Erityisesti ±f(x) f(x), joten g(x) dx f(x) dx Keskirvoperite: jos f on jtkuv, niin toisin snoen = f(c)(b ) jollkin c [, b], f(c) = 1 b = funktion f keskirvo välillä [, b] Anlyysin perusluse: Jos f : [, b] R on jtkuv, niin kikill x ], b[. d dx x f(t) dt = f(x) Seurus: Jos F (x) = f(x) kikill x, ts. F on funktion f integrlifunktio, niin = / b F (x) = F (x) x=b x= = F (b) F (). Integrlifunktio ei ole yksikäsitteinen, mutt eri integrlifunktiot poikkevt toisistn inostn vkioll; merkitään = F (x) + C, C R vkio, jos F (x) = f(x) 2

Kikill jtkuvill funktioill on integrlifunktio, mutt sitä ei in void esittää lkeisfunktioiden vull, vikk f olisi lkeisfunktio; esim. f(x) = e x2 Tvllisimmt integrlifunktiot: x r dx = 1 r + 1 xr+1 + C, r 1 x 1 dx = ln x + C e x dx = e x + C sin x dx = cos x + C cos x dx = sin x + C dx 1 + x 2 = rctn x + C 5.2 Geometrisi sovelluksi Jos f(x) 0, niin on funktion kuvjn j x-kselin rjoittmn tsolueen pint-l välillä [, b] Yleisemmin: jos 0 g(x) f(x), niin (f(x) g(x)) dx on kuvjien y = f(x) j y = g(x) väliin jäävän lueen pint-l Funktion kuvjn y = f(x) krenpituus välillä [, b] on l = 1 + f (x) 2 dx Kun funktion f kuvj y = f(x) pyörähtää x-kselin ympäri, niin sdun pyörähdyspinnn pint-l on A = 2π f(x) 1 + f (x) 2 dx Jos kpplett leiktn yz-tson suuntisell tsoll kohdss x j poikkileikkuksen pint-l on A(x), kun x [, b], niin kppleen tilvuus on V = A(x) dx. Kun funktion f kuvj y = f(x) pyörähtää x-kselin ympäri, se rj pyörähdyskppleen, jonk tilvuus on V = π 3 f(x) 2 dx

Yleisemmin: Jos 0 g(x) f(x) j kuvjien y = g(x) j y = f(x) välinen lue pyörähtää x-kselin ympäri, niin sdun kppleen tilvuus on V = π (f(x) 2 g(x) 2 ) dx Huom: Tulos ei ole sm kuin π (f(x) g(x))2 dx Kun käyrä y = f(x) pyörähtää y-kselin ympäri, niin vstv tilvuus on V = 2π 5.3 Epäoleellinen integrli x Kksi eri perustyyppiä: Tyyppi I: Integroimisvälinä [, [ ti ], b] ti koko R Tyyppi II: Funktio f : ], b[ R ei ole rjoitettu ti sillä ei ole toispuoleisi rj-rvoj päätepisteissä Tyyppi I: Esim. f : [, [ R jtkuv. Tällöin = lim R jos rj-rvo olemss j äärellinen. Jos f : R R jtkuv, niin = 0 R +, jos molemmt oiken puolen integrlit suppenevt Jos f(x) 0 kikill x R, niin pätee = lim R R R 0, Tämä kv ei päde yleisesti, vrt. esim. tpus f(x) = x. Tyyppi II: poistetn ongelmkoht j tutkitn rj-rvon; esim. f : ], b] R jtkuv, mutt sillä ei äärellistä rj-rvo, kun x +. Tällöin = lim ε 0+ +ε, jos rj-rvo on olemss j äärellinen. Tällöin snotn: epäoleellinen integrli suppenee; muuten se hjntuu. 4

Jos ongelmi molemmiss päätepisteissä ti välin sisällä, jetn [, b] niin moneen osn, että kusskin osss vin yksi ongelmkoht: vditn, että jokinen erikseen nt äärellisen tuloksen, jolloin koko integrli = osien summ 5.4 Osittisintegrointi Perusongelm: Derivointi on helppo, siihen on kvt, joill kikki funktiot voidn derivoid. Integrointi on usein vike: vikk kikill jtkuvill funktioill on integrlifunktio, on sen määrittäminen usein käytännössä hnkl ti jop mhdotont (lkeisfunktioiden vull). Osittisintegrointi: ti ilmn rjoj f (x)g(x) dx = / b f(x)g(x) f (x)g(x) dx = f(x)g(x) Perustelu: Tulon derivoimissääntö + termien siirtely. f(x)g (x) dx f(x)g (x) dx Toimii silloin, kun funktion f(x)g (x) integrointi on helpomp kuin lkuperäisen funktion f (x)g(x). 5.5 Sijoitusmenetelmä Sijoitusmenetelmä: f(g(x))g (x) dx = Käytännössä: Sijoitus u = g(x), jolloin g(b) g() f(u) du du dx = g (x) du = g (x) dx Rjojen muutos: x = u = g(), x = b u = g(b) Muunnos voidn kirjoitt myös käänteisfunktion vull: x = g 1 (u) dx = (g 1 ) (u) du = (1/g (x)) du, joten tulos on sm kuin ikisemmin. (Adms & Essex -kirjss nämä käsitellään erikseen kohdiss 5.6 j 6.3, mikä on tvlln turh) Perustelu: Seur yhdistetyn funktion derivoimissäännöstä (luennot). 5

5.6 Osmurtohjotelm Osmurtohjotelm: Rtionlifunktiot voidn integroid hjottmll ne yksinkertisempiin osiin. Tyypillinen esimerkki:, b R vkioit, x + b (x 1)(x 2) = A x 1 + B x 2, joss kertoimet A, B sdn selville kertomll puolittin lusekkeell (x 1)(x 2) j sijoittmll vuorotellen x = 1 ti x = 2. Toinen tp: verrtn x-termien kertoimi yhtälön eri puolill. Tämän vull voidn lske x + b dx = A ln x 1 + B ln x 2 + C (x 1)(x 2) 5.7 Numeerinen integrointi* Hnklien integrlien likirvoj voidn joskus lske Tylor-polynomien vull (kuten ikisemmin kurssill). Tämä edellyttää kuitenkin, että integroitv funktio on nnettu jonkin lusekkeen vull. Useiss sovelluksiss funktiost tunnetn vin sen rvot tietyissä pisteissä: y k = f(k x) (esim. mittusdt). Tällöin integrlill ei ole mitään yksiselitteistä oike rvo, mutt sitä voidn pproksimoid seurvill menetelmillä. Yksinkertisin tp on puolisuunniks- eli trpetsisääntö: ( 1 T n = h 2 f(x 0) + f(x 1 ) + f(x 2 ) + + f(x n 1 ) + 1 ) 2 f(x n), joss h = (b )/n on skelpituus, n N jkovälien lukumäärä j x k = + kh, 0 k n, ovt jkopisteet. Muit pproksimtioit ovt mm. keskipistesääntö M n = h(f(m 1 ) + f(m 2 ) + + f(m n )), m k = (x k 1 + x k )/2, j Simpsonin sääntö S n = h 3 (f(x 0)+4f(x 1 )+2f(x 2 )+4f(x 3 )+2f(x 4 )+ +4f(x n 1 )+f(x n )), joss funktiot interpoloidn 2. steen polynomill khdell peräkkäisellä jkovälillä; luvun n täytyy oll prillinen. 6