kõverjoonega piiratud pinnatüki suurust integreerimise teel. 1) Esmalt tuleta meelde olulisemad integreerimisvalemid ja reeglid. 2) Summa (vahe) integraal võrdub liidetvate integraalide summaga(vahega) 3) Konstantse teguri võib tuua integraali märgi alt integraali ette. Newton-Leibnizi valem 4) Newton-Leibnizi valem määratud integraali arvutamiseks. 5) Määratud integraali arvutamiseks • leitakse integreeritava funktsiooni algfunktsioon; • leitakse algfunktsiooni väärtused ülemise ja alumise raja kohal; • lahutatakse algfunktsiooni väärtusest ülemise raja kohal algfunktsiooni väärtus alumise raja kohal. 6) 7) Näiteülesanded • Kasutatud allikad: www.google.ee
juhul, kui tema tuletis on täpselt sama kujuga, kui see teine funktsioon. Selline sõnastusviis on matemaatikas üsna tavaline ja ka kõige optimaalsem, seetõttu ka niisugused definitsioonid. Hulk X on hulk, kuhu kuuluvad mõlemate funktsioonide / nii F(x) kui ka f(x) / reaalselt leitavad argumendid (x id), mille puhul on ka funktsioon ise leitav ehk hulk X tähistab funktsiooni määramispiirkonda. Funktsiooni tuletis saabki kehtida ainult algfunktsiooni määramispiirkonnas! See on oluline detail, mida tuleb alati märkida. Algfunktsiooni võib defineerida ka teistmoodi, kuigi mõte on täpselt sama: Funktsiooni F(x) nimetatakse funktsiooni f(x) ALGFUNKTSIOONIKS lõigul [a;b] , kui selle S lõigu kõikides punktides kehtib võrdus F'(x) = f(x). Lõigu [a;b] sisse jäävad need argumendi väärtused, mille puhul on mõlemad, nii funktsioon kui ka tema algfunktsioon, määratavad. NÄITEID:
mitmeid erinevaid väärtusi. Määratud integraal omab aga mingit konkreetset y väärtust mingil konkreetsel lõigul, see on mingil lõigul esinevate algfunktsioonide kõikide väärtuste summa, mingi konkreetne suurus, piiritletud suurus!! Kui vaadelda integraali tähistust, siis tuleks sellesse suhtuda nii, et määratud integraal on funktsiooni f(x) kahe algfunktsiooni vahe, kusjuures üks algfunktsioon asub ülemisel rajal, teine alumisel. VAATAME JOONIST, mõtiskleme... · Meil kulgeb funktsioon f(x) lõigul [a, b] · Võtame sellest funktsioonist määratud integraali, ehk leiame tema algfunktsioonide kimbu mingil b a KONKREETSEL LÕIGUL: f(x)dx
Pindfunktsioon võib temast erineda ülimalt konstantse liidetava poolest P( x ) = F ( x ) + C Pindfunktsiooni väärtus x = a korral on 0, x=a S axXA = 0 P( a ) = 0 P( a ) = F ( a ) + C F ( a ) + C = 0 C = -F ( a ) Leidsime C väärtuse P( x ) = F ( x ) - F ( a ) (2) Kõverjoonse trapetsi abBA pindala valem S abBA = P( b ) = F ( b ) - F ( a ) (3) Kõverjoonse trapetsi pindala võrdub funktsiooni y = f ( x ) suvalise algfunktsiooni väärtuste vahega kohtadel x = b ja x = a Näide: Leida kõverjoonse trapetsi pindala funktsiooni y = x 2 graafiku ja x telje vahel lõigu [-1, 1] ulatuses. 1 Üks algfunktsioon funktsioonile y = x 2 on F ( x ) = x 3 3 Valemi (3) kohaselt on pindala 1 3 1 2 S = F (1) - F ( - 1) = 1 - ( - 1) = 3
Pindfunktsioon võib temast erineda ülimalt konstantse liidetava poolest S ( x ) = F ( x ) +C Pindfunktsiooni väärtus x = a korral on 0, x =a S axXA = 0 S ( a) = 0 S ( a) = F ( a) + C F ( a) + C = 0 C = -F ( a ) Leidsime C väärtuse, pannes kokku saame S ( x ) = F ( x ) - F ( a ) (2) Kõverjoonse trapetsi abBA pindala valem S abBA = F ( b ) - F ( a ) (3) Kõverjoonse trapetsi pindala võrdub funktsiooni y = f ( x ) suvalise algfunktsiooni väärtuste vahega kohtadel x = b ja x = a Näide: Leida kõverjoonse trapetsi pindala funktsiooni y = x 2 graafiku ja x telje vahel lõigu [-1, 1] ulatuses. 1 Üks algfunktsioon funktsioonile y = x 2 on F ( x ) = x 3 3 Valemi (3) kohaselt on pindala 1 3 1 2 S = F (1) - F ( - 1) = 1 - ( - 1) = 3
24. Nõgusa ja kumera joone definitsioonid. Nõgususe ja kumeruse seos teist järku tuletise märgiga (sõnastada vastav teoreem ilma tõestuseta). Joone käänupunkti definitsioon. 25. Joone asümptoodi definitsioon. Vertikaalasümptoot. Millistel tingimustel on sirge x = a joone y = f (x) vertikaalasümptoot? Kaldasümptoot ja horisontaalasümptoot. Esitada valemid kaldasümptoodi võrrandi kordajate jaoks piirprotsessis x (tuletada pole vaja). 26. Algfunktsiooni definitsioon. Sõnastada teoreem algfunktsioonide üldavaldise kohta (tõestust ei küsi). Funktsiooni määramata integraal ja selle geomeetriline sisu. 27. Integraalide tabel. Määramata integraali omadused (ilma tõestusteta). 28. Kirjeldada asendusvõtet määramata integraali avaldamisel. Esitada ositi integreerimise valem määramata integraali jaoks (tuletada pole vaja). Ositi integreerimise valem määramata integraali jaoks: 29
sirgest läheneb nullile. Vertikaalasümptood y-teljega paralleelne sirge. Võrrand Tingimused, mille korral on joone vertikaalasümtood: 1. 2. 3. 4. Kaldasümptood - Sirge, mis on paralleelne y-teljega. Võrrand , kus k on asümptoodi tõus. Horisontaalasümtood Kaldasümtooodi erijuht, kus Võrrand Kui on joone asümtood protsessis siis k ja b avalduvad valemitega 1. 2. 11. Algfunktsiooni definitsioon. Sõnastada teoreem algfunktsioonide üldavaldise kohta (tõestust ei küsi). Funktsiooni määramata integraal ja selle geomeetriline sisu. Algfunktsioon funktsioon F on funktsiooni f algfunktsioon hulgas D, kui iga korral kehtib võrdus Algfunktsiooni üldavaldis Kui F on funktsiooni f algfunksioon hulgas D, siis on kõik funktsiooni f algfunktsioonid hulgas D avalduvad kujul F+C, kus
INTEGRAALARVUTUS MÄÄRAMATA INTEGRAAL Def Funktsiooni f(x) algfunktsiooniks nimetatakse niisugust funktsiooni y = F(x), mille tuletis võrdub funktsiooniga f(x): F ( x ) = f ( x ) . Näide: Funktsiooni y = 2 x algfunktsioon on y = x 2 , sest ( x 2 ) = 2 x . Antud funktsioonil on mitu algfunktsiooni, sest kui F ( x ) = f ( x ) , siis [ F ( x ) + C ] = F ( x ) = f ( x ) , kus C on suvaline konstant. Funktsioonil on lõpmata palju algfunktsioone, mis erinevad üksteisest konstantse liidetava poolest. Funktsiooni y = f ( x ) algfunktsiooniks on kõik funktsioonid y = F ( x ) + C . Teoreem: Antud funktsiooni mistahes kaks algfunktsiooni võivad teineteisest erineda ülimalt konstantse liidetava poolest:
(2) Kõverjoonse trapetsi abBA pindala valem: S abBA F b F a . (3) y f x Kõverjoonse trapetsi pindala võrdub funktsiooni suvalise algfunktsiooni väärtuste xb xa vahega kohtadel ja . y x2 Näide: Leida kõverjoonse trapetsi pindala funktsiooni graafiku ja x telje vahel lõigu 1, 1 ulatuses. 1 3 F x x
INTEGRAALARVUTUS MÄÄRAMATA INTEGRAAL Def Funktsiooni f(x) algfunktsiooniks nimetatakse niisugust funktsiooni y = F(x), mille tuletis võrdub funktsiooniga f(x): F ( x ) = f ( x ) . Näide: Funktsiooni y = 2 x algfunktsioon on y = x 2 , sest ( x 2 ) = 2 x . Antud funktsioonil on mitu algfunktsiooni, sest kui F ( x ) = f ( x ) , siis [ F ( x ) + C ] = F ( x ) = f ( x ) , kus C on suvaline konstant. Funktsioonil on lõpmata palju algfunktsioone, mis erinevad üksteisest konstantse liidetava poolest. Funktsiooni y = f ( x ) algfunktsiooniks on kõik funktsioonid y = F ( x ) + C . Teoreem: Antud funktsiooni mistahes kaks algfunktsiooni võivad teineteisest erineda ülimalt konstantse liidetava poolest:
Arvukatest integreerimise meetoditest võib asjahuviline saada ülevaate ka raamatust [3]. Harjutusülesanded: [1], 8.1-8.14. 4. Määratud integraalid 4.1 Määratud integraali mõiste Olgu funktsioon y = f (x) pidev lõigul [a, b] ja olgu selle algfunktsioon F , st leidub määramata integraal f (x)dx = F (x) + C. Algfunktsiooni muut F (b) - F (a) on arv, mis sõltub antud funktsiooni y = f (x) korral vaid lõigu otspunktidest a ja b. Definitsioon 4.1 Arvu F (b) - F (a) nimetatakse funktsiooni y = f (x) määratud integraaliks rajades a-st b-ni ja tähistatakse b f (x)dx = F (b) - F (a). a
kui punkte on lõpmata palju, aga me saame nad nummerdada(loenduv hulk) , st D={ xk є R|kєN} (xk sisaldava vahemiku pikkus < ε/2 astmes k. Leidub ka muidu hulki, mille Lebesgue mõõt on null. Seega vastavalt Lebesgue’i teoreemile on integreeruv tõkestatud funktsioon, millel on lõplik või loenguv hulk esimest liiki katkevuspunkte. Tõestame järgnevas mõned erijuhud: Lause : Lõigul integreeruv funktsioon on tõkestatud sellel lõigul. 4. Algfunktsiooni definitsioon. Määramata integraali definitsioon. Määramata integraal kui tuletise ja diferentsiaali pöördoperaator. 5. Muutujavahetus 6. Ositi integreerimine. 7. Osamurdudeks jagamine. 8. Määratud integraal ülemise raja funktsioonina. Newton-Leibnizi valem. 9. Integraali keskväärtusteoreemid. 10.Taylori valemi jääkliikme intergraalkuju 11.Defineerida päratud integraalid katkevatest funktsioonidest. Defineerida lõpmatute rajadega päratud integraalid 12
2.1. Määramata integraal. Def1. F(x) nim f(x) algfunktsiooniks hulgal X, kui iga x korral hulgast X F'(x)=f(x). xX. N. f(x)=xex+ex F(x)=xex F'(x)=ex+xex * Kui f(x) (xX) on 2 algfunktsiooni F1(x) ja F2(x), siis st, f(x) algfunktsioonid erinevad üksteisest vaid konstandi võrra. . F1(x)-F2(x)=C F1(x)=F2(x)+C (xX) Def2. f(x) kõikide algfunktsioonide hulka cX nim. F-ni f(x) määramata integraaliks ja tähistatakse ning kui F(x) on üks f(x)-i algfunktsioon, sel hulgal F(x), siis . Kui f(x) ja F(x) on integreeruvad punktis f(x) siis L1. Määratud integrali lineaarsuse omadused: 2.2 Määramata integraalide tabel 1.. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11
Liitfunktsioon. Lihtfunktsiooniks nimetatakse funktsiooni, mis sõltub argumendist vahetult Liitfunktsiooniks nimetatakse funktsiooni piirkonnas X kujul F ( x ) = f [ ( x ) ] Pöördfunktsioon. y = ( x) Funktsiooni y = f(x) pöördfunktsiooniks nimetatakse funktsiooni , mis rahuldab seost ( g ( x) ) = x Pöördfunktsiooni graafik on sümmeetriline algfunktsiooni graafikuga esimese ja kolmanda veerandi nurgapoolitaja suhtes Teineteise pöördfunktsioonideks on: eksponent- ja logaritmfunktsioon tirgonomeetrilised ja arkusfunktsioonid Piirväärtus Lõpmata väike suurus, selle omadused. Muutuvat suurust, mille piirväärtus on null, nimetatakse lõpmata väikeseks lim an = 0, ehk an 0 lim f ( x) = 0, ehk f ( x) 0 n xa Lõpmata väikeste suuruste omadused:
lim f (x) = - lim f (x)= xa- xa- lim f(x) = - lim f(x) = xa+ x a+ Kaldasümptoot ja horisontaalasümptoot. Kaldasümptoodid. Need on sirged, mis ei ole paralleelsed y-teljega. Asümptoodi võrrand on y=kx + b, kus k on asümptoodi tõus. Kaldasümptoodi erijuht on horisontaalasümptoot, mis on paralleelne x-teljega. Tõus k on sellisel juhul võrdne nulliga, st asümptoodi võrrand on y = b. 29. ALGFUNKTSIOONI DEFINITSIOON. Sõnastada teoreem algfunktsioonide uldavaldise kohta (tõestust ei kusi). FUNKTSIOONI MÄÄRAMATA INTEGRAAL ja selle geomeetriline sisu. Funktsiooni F nimetatakse funktsiooni f algfunktsiooniks hulgas D, kui iga x kuulub D korral kehtib võrdus F (x) = f(x). Teoreem Kui F on funktsiooni f algfunktsioon hulgas D, siis kõik funktsiooni f algfunktsioonid hulgas D avalduvad kujul F + C, kus C on suvaline konstant.
integraal. 22).(Tuletada ositi integreerimise valem määratud integraali jaoks). Kui funktsioonide () ja () tuletised on integreeruvad lõigul [, ], siis = 1. Algfunktsiooni definitsioon. M¨a¨aramata integraali definitsioon. M¨a¨aramata integraal kui tuletise ja diferentsiaali p¨o¨ordoperaator. 2. N¨aidata, et m¨a¨aramata integraal on lineaarne operaator. -
Millistel tingimustel on sirge x = a joone y = f (x) vertikaalasümptoot? Sirge x=a on joone y= f(x) vertikaalasümptoodiks siis ja ainult siis, kui kehtib vähemalt üks järgmistest piirväärtustest: Kaldasümptoot ja horisontaalasümptoot. Kaldasümptoot on sirge, mis ei ole paralleelne y-teljega. Kaldasümptoodi erijuht on horisontaalasümptoot, mis on paralleelne x-teljega. Esitada valemid kaldasümptoodi võrrandi kordajate jaoks piirprotsessis x (tuletada pole vaja). 26. Algfunktsiooni definitsioon. Funktsiooni F nimetatakse funktsiooni f algfunktsiooniks hulgas D, kui iga x D korral kehtib võrdus F´(x) = f(x) Sõnastada teoreem algfunktsioonide üldavaldise kohta (tõestust ei küsi). Kui F on funktsiooni f algfunktsioon hulgas D, siis kõik funktsiooni f algfunktsioonid hulgas D avalduvad kujul F + C, kus C on suvaline konstant. Funktsiooni määramata integraal ja selle geomeetriline sisu.
siis punkti M kaugus läheneb nullile. Tähistame punkti M ristprojektsiooni sirgel tähega P. Kuna punkti M kaugus sirgest võrdub lõigu MP pikkusega , saame Ühtlasi näeme jooniselt, et , kus on asümptoodi tõusunurk. Kuna jääb muutumatuks protsessis , siis põhjal Edasi paneme tähele et, võrdub funktsioonide ja väärtuste vahega, st Seega Selles avaldises , kui . Seega ehk 33. Algfunktsiooni definitsioon. Sõnastada ja tõestada teoreem algfunktsioonide üldavaldise kohta. Funktsiooni määramata integraal ja selle geomeetriline sisu. a. Algfunktsiooni definitsioon Funktsiooni F nimetatakse funktsiooni f algfunktsiooniks hulgas D, kui iga korral kehtib võrdus . b. Sõnastada ja tõestada teoreem algfunktsioonide üldavaldise kohta Teoreem: Kui F on funktsiooni f algfunktsioon hulgas D, siis kõik funktsiooni f
2) Kui f’’(x) > 0 kõikide x korral piirkonnast X, siis funktsiooni graafik (ehk joon) on nõgus selles piirkonnas. Kõvera käänupunktiks nimetatakse punkti, millest ühel pool on joon rangelt kumer ja teisel pool rangelt nõgus. Joone käänupunktideks saavad olla vaid funktsiooni f 0 (x) kriitilised punktid, st punktid, kus f’’(x) = 0; f’’(x) ei eksisteeri, f’’(x) on lõpmatu. 30. Algfunktsioon ja määramata integraal (definitsioonid). Näiteid. Teoreemid algfunktsiooni kohta (lk 20). Funktsiooni F(x) nimetatakse funktsiooni f(x) algfunktsiooniks piirkonnas X, kui F’(x) = f(x) piirkonnas X. Näide: Olgu f(x) = 3x 2 . Siis tema algfunktsiooniks on F(x) = x3 + C, kus C on suvaline konstant. Avaldist F(x)+C, kus F(x) on funktsiooni f(x) mingi algfunktsioon ja C suvaline konstant, nimetatakse funktsiooni f(x) määramata integraaliks ja tähistatakse ∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 = 𝐹(𝑥) + 𝐶, 𝑘𝑢𝑠 𝐹 ′ (𝑥) = 𝑓(𝑥)
limxa+f(x) = - või limxa+f(x) = . Kaldasümptoodid. Need on sirged, mis ei ole paralleelsed y-teljega. Asümptoodi võrrand on y = kx + b, kus k on asümptoodi tõus. Kaldasümptoodi erijuht on horisontaalasümptoot, mis on paralleelne x-teljega. Tõus k on sellisel juhul võrdne nulliga, st asümptoodi võrrand on y = b. Valemid kaldasümptoodi võrrandi kordajate jaoks piirprotsessis x Kui y = kx+b on joone y = f(x) asümptoot protsessis x , siis k ja b avalduvad valemitega Algfunktsiooni mõiste. Funktsiooni F nimetatakse funktsiooni f algfunktsiooniks hulgas D, kui iga x D korral kehtib võrdus F (x) = f(x). TEOREEM- algfunktsioonide üldavaldise kohta Kui F on funktsiooni f algfunktsioon hulgas D, siis kõik funktsiooni f algfunktsioonid hulgas D avalduvad kujul F + C, kus C on suvaline konstant. Määramata integraali mõiste. Funktsiooni f algfunktsioonide üldavaldist F(x)+C, kus C on konstant, nimetatakse funktsiooni f määramata integraaliks ja tähistataksef(x)dx
Analüüs 1 teooriatöö põhiküsimused. 1. Definneerida funktsiooni f(x) algfunktsiooni ja tuua näiteid. Mis on algfunktsioonide üldavaldis? Põhjenda seda. Defineerida sümboli f ( x ) dx. Definitsioon 16. Funktsiooni F nimetatakse funktsiooni f algfunktsiooniks vahemikus (a,b), kui F ( x) = f ( x) iga x (a,b) korral. x4 Näide. Funktsiooni y= x 3 algfunktsiooniks on funktsioon y = , üldiselt iga 4
x=a → S axXA=0 S ( a )=0 S ( a )=F ( a ) +C F ( a )+C=0→ C=−F (a) Tänu sellele mõttekäigule leidsime C väärtuse, pannes kokku (2) valemiga leiame, et 4 S ( x ) =F ( x )−F ( a ) . Selle kohaselt kõverjoonse trapetsi abBA pindala (2) võrdub S abBA =F ( b )−F (a) Järelduseks võib teha, et kõverjoonse trapetsi pindala võrdub funktsiooni y=f ( x) vabalt valitud algfunktsiooni väärtuste vahega kohtadel x=a ja x=b . Määratud integraali mõiste Vastavalt joonisele 1, jaotame funktsioon y=f ( x ) lõigu [a ; b] vabalt valitud viisil n - osalõiguks punktidega x 1 , x 2 , x 3 , … x n−1 , seejuures a=x 0< x 1 <…< x k−1 < x k < x k+1 <…< x n =b . Selliselt tekkinud osalõigud on [ x k−1 ; x k ], kus k =1,2, 3,... , n ning nende osalõikude hulka
ja v~ottes viimases v~orduses x = b, tekib v~ordus b F (b) - F (a) = f (t)dt. (5.5) a Seega on m¨a¨aramata integraalist tuttav algfunktsioon sobiv vahend m¨a¨aratud integraali arvutamiseks ja saadud reegel on s~onastatav j¨argmiselt. Funkt- siooni f (x) m¨aa¨ratud integraal rajades a-st b-ni on v~ordne algfunktsiooni v¨a¨artuse kohal b ja algfunktsiooni v¨a¨artuse kohal a vahega. Arvutuste h~olbus- tamiseks kasutatakse kirjaviisi b F (b) - F (a) = F (x) . a Asendades v~orduses (5.5) integreerimismuutuja t muutujaga x, saame m¨a¨aratud integraali arvutamiseks valemi b b
maksimumidest (kui maksimume on mitu), ja nimelt suurim nendest. Kuid võib ka juhtuda, et suurim väärtus saavutatakse lõigu ühes otspunktis. Niisiis saavutab funktsioon lõigul [ a, b] suurima väärtuse kas selle lõigu ühes otspunktis või lõigu niisuguses seesmises punktis, mis on maksimumpunktiks. Sedasama võib öelda funktsiooni vähima väärtuse kohta: see saavutatakse kas antud lõigu ühes otspunktis või niisuguses seesmises punktis, mis on miinimumpunktiks. 10. Algfunktsiooni definitsioon. Määramata integraali definitsioon ja järeldused sellest. Integraalide tabel. Määramata integraali kaks omadust. Funktsiooni F ( x ) nimetatakse funktsiooni f ( x ) algfunktsiooniks lõigul [ a, b] , kui selle lõigu kõikides punktides kehtib võrdus F ( x ) = f ( x ) . Avaldist kujul F ( x ) + C , kus F ( x ) on funktsiooni f ( x ) mingi algfunktsioon ja C on suvaline konstant (integreerimiskonstant), nimetatakse funktsiooni f ( x ) määramata integraaliks ja
käänupunktiks. Käänukoht on käänupunkti x väärtus. 29. Graafiku asümptoot- kui funktsiooni y = f(x) argumendi kaugenemisel lõpmatusse või lähenemisel mingile piirväärtusele selle funktsiooni graafikuks oleva joone kaugus mingist sirgest läheneb nullile, siis seda sirget nimetatakse funktsiooni graafiku asümptoodiks. 30. Funktsiooni algfunktsioon- funktsiooni F(x) nimetatakse funktsiooni f(x) algfunktsiooniks piirkonnas A, kui F `(x) = f(x) iga x A korral. Funktsiooni algfunktsiooni leidmist nimetatakse integreerimiseks. 31. Määramata integraal- avaldist F(x) + c , kus F(x) on funktsiooni f(x) mingi algfunktsioon ja c R on suvaline konstant, nimetatakse funktsiooni f(x) määramata integraaliks. 32. Ratsionaalfunktsioon- ratsionaalfunktsiooniks nimetatakse funktsiooni kujul: y = Fn(x) / Gm(x) kus Fn(x) ja Gm(x) on n ja m järku polünoomid. 33. Polünoom- hulkliige. Lõpliku summa näol esinev matemaatiline avaldis 34
on joon rangelt kumer, ja teiselt poolt rangelt nõgus. Leidmine: 1) kui teine tuletis on väiksem nullist piirkonnas X, siis joon on kumer selles piirkonnas 2)kui teine tulestis on suurem nullist piikronnas X, siis joon on nõgus selles piirkonnas 3)käänupunkt on kohas, kus kumerus läheb üle nõgususeks või vastupidi 24. Algfunktsioon ja määramata integraal (definitsioonid). Näiteid. Teoreemid algfunktsiooni kohta. Definitsioon: funktsioon F(x) nimetatakse funktsiooni f(x) algfunktsiooniks piirkonnas X, kui F’(x)=f(x) piirkonnas X Teoreem: Kui F(x) on funktsiooni f(x) algfunktsioon, s.t F’(x)=f(x), siis seda on ka iga funktsioon F(x)+C, kus C on konstant Definitsioon: Avaldsit F(x)+C, kus F(x) on funktsiooni f(x) mingi algfunktsioon ja C suvaline konstant, nimetatakse funktsiooni f(x) määramata integraaliks
Asümptoodi võrrand on - , kus - on asümptoodi tõus. Kaldasümptoodi erijuht on horisontaalasümptoot, mis on paralleelne -teljega. Tõus - on sellisel juhul võrdne nulliga, st asümptoodi võrrand on . Kui - on joone asümptoot protsessis , siis - ja avalduvad valemitega - lim / lim 0 - 1 '. '. 26) Algfunktsiooni definitsioon. Sõnastada teoreem algfunktsioonide üldavaldise kohta (tõestust ei küsi). Funktsiooni määramata integraal ja selle geomeetriline sisu. Funktsiooni 2 nimetatakse funktsiooni algfunktsiooniks hulgas 3, kui iga 3 korral kehtib võrdus 2 . Kui 2 on funktsiooni algfunktsioon hulgas 3, siis kõik funktsiooni algfunktsioonid hulgas 3 avalduvad kujul 2 4, kus 4 on suvaline konstant.
Kõik ülejäänud funktsioonid on mittealgebralised ehk transtsendentsed. Liitfunktsioon Liitfunktsiooniks nimetatkse funktsiooni piirkonnas X kujul F(x)=f[p(x)]. Liitfunktsioon koosneb mitmest funktsioonist. Pöördfunktsioon Olgu y=f(x) mingi funktsioon, kus x on argument ja y funktsioon.Kui lahendada see võrrand x suhtes, samme x=p(y). Nende graafikud on samad. Tuleb vahetada argumendi ja funktsiooni tähistused saame funktsiooni y=p(x) Pöördfunktsiooni graafik on sümmeetriline algfunktsiooni graafikuga esimese ja kolmanda veeerandi nurgapoolitaja suhtes.(y=x2 y= -+ x ) Piirväärtus Lõpmata väike suurus, selle omadused. Muutuvat suurust, mille piirväärtus on null, nimetakse lõpmata väikseks. Omadused: Lõpliku arvu lõpmata väikeste suuruste summa on lõpmata väike suurus Tõkestatud muutuva suuruse ja lõpmata väikese suuruse korrutis on lõpmata väike suurus Lõpliku arvu lõpmata väikeste suuruste korrutis on lõpmata väike suurus. Arv e Arv e=2,71828..
korral. Siis funktsiooni f Newton-Leibnizi integraal defineeritakse võrdusega b f ( x )dx =F (b) - F ( a ). (1) a Arve a ja b nimetatakse integraali rajadeks ( vastavalt alumine ja ülemine raja). Kui funktsioon f on pidev, lõigus [a,b], siis funktsioonil f eksisteerib algfunktsioon (§6, p.1), seega ka Newton-Leibnizi integraal (1), mis ei sõltu algfunktsiooni valikust. Määratud integraali omadused. Eeldame kõigi järgnevates omadustes vaadeldavate integraalide olemasolu. Algfunktsiooni ja Newton Leibnizi integraali definitsioonist järelduvad lihtsalt Newton Leibnizi integraali järgmised omadused. Omadus 1. (aditiivsus) Kui a c b, siis b c b f ( x)dx = f ( x )dx + f ( x )dx. a a c Omadus 2
Kaldasümptoodid on sirged, mis ei ole paralleelsed y-teljega. Asümptoodi võrrand on y = kx + b, kus k on asümptoodi tõus. Kaldasümptoodi erijuht on horisontaalasümptoot, mis on paralleelne x-teljega. Tõus k on sellisel juhul võrdne nulliga, st asümptoodi võrrand on y = b. f (x ) k= xlim →∞ x lim [f ( x )−kx ] b= x→∞ 26. Algfunktsiooni definitsioon. Sõnastada teoreem algfunktsioonide üldavaldise kohta (tõestust ei küsi). Funktsiooni määramata integraal ja selle geomeetriline sisu. Funktsiooni F nimetatakse funktsiooni f algfunktsiooniks hulgas D, kui iga x ∈ D korral kehtib võrdus F’(x) = f(x). Kui F on funktsiooni f algfunktsioon hulgas D, siis kõik funktsiooni f algfunktsioonid hulgas D avalduvad kujul F + C, kus C on suvaline konstant.
24. Teoreem 1 (integraalarvutuse 2) Kaldasümptoodid y=kx+b põhiteoreem) Ühe ja sama Vastavalt asümptoodi definitsioonile funktsiooni kaks algfunktsiooni võivad erineda ainult konstandi poolest.
kuid korrutis ise l¨aheneb nullile. J¨arelikult peab teine tegur l¨ahenema nullile, st lim x (f(x)/ x)- k (b/ x)= 0. Selles avaldises b /x 0, kui x . Seega lim x(f(x)/ x- k)= 0 ehk lim x f(x)/ x- k = 0 ehk k = lim x f(x)/ x b = lim x [f(x) - kx]. Kokkuv~ottes oleme t~oestanud j¨argmise teoreemi: Teoreem 4.8. Kui y = kx+b on joone y = f(x) asu¨mptoot protsessis x , siis k ja b avalduvad valemitega (4.5) ja (4.6). 33. Algfunktsiooni definitsioon . Funktsiooni F nimetatakse funktsiooni f algfunktsiooniks hulgas D, kui iga x D korral kehtib v~ordus F'(x) = f(x). Sõnastada ja tõestada teoreem algfunktsioonide üldavaldise kohta. Kui F on funktsiooni f algfunktsioon hulgas D, siis k~oik funk- tsiooni f algfunktsioonid hulgas D avalduvad kujul F + C, kus C on suvaline konstant. T~oestus. Olgu F funktsiooni f algfunktsioon hulgas D. K~oigepealt kontrollime kas
0 , kui x . Seega [ f (x) x ] -k =0 ehk lim ¿ x f (x) x -k =0 ehk lim ¿ x f ( x) k =lim b= lim [f ( x )-kx ] x x x 33. Algfunktsiooni definitsioon. Sõnastada ja tõestada teoreem algfunktsioonide üldavaldise kohta. Funktsiooni määramata integraal ja selle geomeetriline sisu. Algfunktsiooni definitsioon Funktsiooni F nimetatakse funktsiooni f algfunktsiooniks hulgas D, kui iga xD korral kehtib võrdus F ' (x)=f (x ) . Sõnastada ja tõestada teoreem algfunktsioonide üldavaldise kohta Teoreem: Kui F on funktsiooni f algfunktsioon hulgas D, siis kõik funktsiooni f algfunktsioonid
1. Algfunktsiooni definitsioon. Määramata integraali definitsioon. Määramata integraal kui tuletise ja diferentsiaali pöördoperaator. Funktsiooni f algfunktsiooniks nimetatakse funktsiooni F, mis rahuldab tingimust F'(x) = (x)= f(x). Definitsioon (määramata integraal) Avaldist kujul F(x) + C; kus F(x) on funktsiooni f (x) mingi algfunktsioon ja C on suvaline konstant (integreerimiskonstant), nimetatakse funktsiooni f (x) määramata integraaliks ja tähistatakse st . Määramata integraali tuletis on võrdne integreeritava funktsiooniga st ( )'= f(x). Tõestus: ( )'= (F(x)+C)'=F'(x)= f(x). d( )= ( )'dx = f(x)dx = F'(x)dx= dF(x). Operaatorit L:V->W nimetame lineaarseks kui on täidetud tingimused: a)L(f+g)= L(f) + L(g) kui f, g V (aditiivsus) b) L(cf) = cL(f) kui f V ja c R (homogeensus). Määramata integraal on lineaarne operaato...
a.vi.6. Seega: a.vi.7. Tuues x sulgude ette saame: a.vi.8. Selles valemis oleva korrutise esimene tegur (x) läheneb lõpmatusele, kuid korrutis ise läheneb nullile. Järelikult peab teine tegur lähenema nullile: a.vi.9. Selles avaldises , kui . Seega: a.vi.10. Võrdusest saame veel: 11. Algfunktsiooni definitsioon. Sõnastada ja tõestada teoreem algfunktsioonide üldavaldiste kohta. Funktsiooni määramata integraal ja selle geomeetriline sisu. a. Algfunktsiooni definitsioon - funktsioon F on funktsiooni f algfunktsioon hulgas D, kui iga korral kehtib võrdus b. Algfunktsioonide üldavaldised - Kui F on funktsiooni f algfunksioon hulgas D, siis on kõik funktsiooni f algfunktsioonid hulgas D avalduvad kujul F+C, kus c. Tõestus: c
püst- ehk vertikaalasümptoodiks. Asümptooti võrrandiga y = mx + b nimetatakse kaldasümptoodiks. Mis on antud funktsiooni y = f(x) Funktsiooni F(x) nimetatakse funktsiooni f(x) algfunktsioon? algfunktsiooniks piirkonnas A, kui F´(x) = f(x) iga x ∈ A korral. Funktsiooni algfunktsiooni leidmist nimetatakse funktsiooni integreerimiseks. Mis on antud funktsiooni y = f(x) Avaldist F(x) + c, kus F(x) on funktsiooni f(x) määramata integraal? mingi algfunktsioon ja c ∈ R on suvaline konstant, nimetatakse funktsiooni f(x) määramata integraaliks ja tähistatakse kujul ∫f(x)dx.
kuid korrutis ise läheneb nullile. Järelikult peab teine tegur lähenema nullile, st lim x→∞ (f(x)/ x)− k –(b/ x)= 0. Selles avaldises b /x → 0, kui x → ∞. Seega lim x→∞(f(x)/ x− k)= 0 ehk lim x→∞ f(x)/ x− k = 0 ehk k = lim x→∞ f(x)/ x b = lim x→∞ [f(x) − kx]. Kokkuvõttes oleme tõestanud järgmise teoreemi: Teoreem 4.8. Kui y = kx+b on joone y = f(x) asümptoot protsessis x → ∞, siis k ja b avalduvad valemitega (4.5) ja (4.6). 33. Algfunktsiooni definitsioon . Funktsiooni F nimetatakse funktsiooni f algfunktsiooniks hulgas D, kui iga x ∈ D korral kehtib võrdus F’(x) = f(x). Sõnastada ja tõestada teoreem algfunktsioonide üldavaldise kohta. Kui F on funktsiooni f algfunktsioon hulgas D, siis kõik funktsiooni f algfunktsioonid hulgas D avalduvad kujul F + C, kus C on suvaline konstant. Tõestus. Olgu F funktsiooni f algfunktsioon hulgas D. Kõigepealt kontrollime kas funktsioonid
x x esimene tegur x läheneb lõpmatusele, kuid korrutis ise läheneb nullile. Järelikult peab teine tegur lähenema nullile, st lim [f(x)- k - b]= 0 . x x x Selles avaldises b 0, kui x . Seega x lim [f(x)- k]= 0 ehk lim f(x)- k = 0 ehk k = lim f(x) (4.5) x x x x x x Võrdusest (4.4) saame veel b = lim[f(x) - kx] x (Vaadake lk 99) 33. Algfunktsiooni mõiste. Funktsiooni F nimetatakse funktsiooni f algfunktsiooniks hulgas D, kui iga x kuulub D korral kehtib võrdus F (x) = f(x). Sõnastada ja tostada teoreem algfunktsioonide üldavaldise kohta. Teoreem 5.1. Kui F on funktsiooni f algfunktsioon hulgas D, siis kõik funktsiooni f algfunktsioonid hulgas D avalduvad kujul F + C, kus C on suvaline konstant. Tõestus. Olgu F funktsiooni f algfunktsioon hulgas D. Kõigepealt kontrollime kas funktsioonid kujul F+C, kus
b = lim[f(x) - kx] Kuna m ja M on konstandid, siis omaduse 2 põhjal ba mdx = m ba dx ja ba M dx = M ba dx. x (Vaadake lk 99) Seega m badx ba f(x)dx M badx. 33. Algfunktsiooni mõiste. Funktsiooni F nimetatakse funktsiooni f algfunktsiooniks hulgas D, kui iga x kuulub D Jagades suurusega ba dx saame m ba f(x)dxba dx M. korral kehtib võrdus F (x) = f(x). Näeme, et arv ba f(x)dx ba dx paikneb funktsiooni f(x) suurima ja vähima väärtuse Sõnastada ja tostada teoreem algfunktsioonide üldavaldise kohta
kaugus mingist sirgest läheneb nullile,siis seda sirget nimetatakse selle funktsiooni grafiku asümptoodiks. 77.Kuidas leitakse funktsiooni asümptoote? 78.Ühe muutuja funktsiooni algfunktsioon. Kui ühemuutuja funktsioon on y=2x Ja meile on vaja leida algfunktsion, leidmiseks me kasutame integrali siis võtame integralir ühe muutuja funktsioonist 79.Algfunktsioonide hulga üldkuju. Kui F(x) ja G(x) on kaks erinevat funktsiooni f(x) algfunktsiooni, siis nad erinevad teineteisest mitte rohkem kui konstandi võrra. 80.Määramata integraali mõiste Kui F(x) on funktsiooni f(x) algfunktsioon, siis avaldist F(x) + C, kus C on suvaline konstant, nimetatakse funktsiooni f(x) määramata integraaliks ja tähistatakse f(x)dx. 81.Määramata integraali omadused [f(x)+g(x)]dx =f(x)dx + g(x)dx, st kahe funktsiooni summa määramata
Viimane on tegelikult w'=0. -Lagrange kordaja , seega on see Lagrange kordajate meetod. 2. Avaldame avaldisest g(x;y)=0 ühe muutuja (see pole aga kahjuks alati võimalik) ja asendame ta z = f(x, y) avaldisse, nii on tagatud , et g(x;y)=0 ja lisaks saime z avaldisest ühe muutuja kõrvaldada ning saame ülesande lahendada. Integraal Algfunktsiooni ja määramata integraali mõiste- Funktsiooni f(x) algfunktsiooniks nimetatakse niisugust funktsiooni y = F(x), mille tuletis võrdub funktsiooniga f(x): F ( x ) = f ( x ) . Funktsioonil on lõpmata palju algfunktsioone, mis erinevad üksteisest konstantse liidetava poolest. Funktsiooni y = f(x) määramata integraaliks nimetatakse avaldist y = f ( x) dx = F(x) + C, kus F(x) on funktsiooni f(x) algfunktsioon ja C konstant, mida nimetatakse integreerimiskonstandiks.
konstantne funktsioon. Seega G - F = C, kus C on mingi konstant. Viimasest võrdusest saame seose G = F +C, mis näitab, et G ikkagi avaldub kujul F + C. Jõudsime vastuolule Määramata integraal. Funktsiooni y = f(x) algfunktsioonide üldavaldist F(x) + C, kus C on konstant, nimetatakse funktsiooni y = f(x) määramata integraaliks ja tähistatakse . 19. Muutujate vahetuse meetod (muutujate vahetuse selgitus). Oletame, et on vaja leida integraal , kusjuures f(x) algfunktsiooni ei ole lihtne vahetult leida. Sellisel juhul püütakse teha integraalialuses avaldises muutuja vahetust. Oletame, et x = (t) on diferentseeruv funktsioon, millel leidub pöördfunktsioon, siis: dx = '(t)dt ning kehtib võrdus . Valemit nimetatakse määramata integraali muutujate vahetuse valemiks. Muutujat t nimetatakse uueks integreerimismuutujaks. 20. Ositi integreerimine (ositi integreerimise valemi selgitus). Teoreem
b Tähistame g(t): = f( φ−1 (t)¿ . Olgu G funktsiooni g algfunktsiooniks. ∫ c dx=c (b−a) . Lause:Lõigul pidev funktsioon on integreeruv sellel lõigul. a Lause:Lõigul monotoonne ja tõkestatud funktsioon on integreeruv sellel lõigul. 4.Algfunktsiooni definitsioon. Määramata integraali definitsioon. Määramata integraal kui tuletise ja diferentsiaali pöördoperaator. Funktsiooni f algfunktsiooniks nimetatakse funktsiooni F, dF mis rahuldab tingimust F'(x) = dx (x)= f(x). Definitsioon (määramata integraal) Avaldist kujul F(x) + C; kus F(x) on funktsiooni f (x) mingi algfunktsioon ja C on suvaline konstant
kordinaat piiramatult. 1. 2. 3. 4. Kaldasümptood - Sirge, mis on paralleelne y-teljega. Võrrand , kus k on asümptoodi tõus. Horisontaalasümtood Kaldasümtooodi erijuht, kus Võrrand Kui on joone asümtood protsessis siis k ja b avalduvad valemitega 1. 2. 33. Algfunktsioon funktsioon F on funktsiooni f algfunktsioon hulgas D, kui iga korral kehtib võrdus Teoreem Algfunktsiooni üldavaldis Kui F on funktsiooni f algfunksioon hulgas D, siis on kõik funktsiooni f algfunktsioonid hulgas D avalduvad kujul F+C, kus Tõestus Kuna iga korral, siis , mis näitab, et suvaline funktsioon on tõesti algfunktsioon hulgas D. Kui f-il leidub algfunktsioon G, mis ei avaldu kujul . Kuna G ja F on ühe ja sama funktsiooni f algfunktsioonid siis saame iga korral. Nulltuletist omab ainult konstantne funktsioon, seega , kus C on konstant. Sealt järeldub
Definitsioon Funktsiooni f algfunktsiooniks nimetatakse funktsiooni F , mis rahuldab tingimust dF F (x) (x) = f (x). dx ¨ G. Tamberg (TTU) YMM3731 Matemaatilne analu¨ us ¨ I 1 / 34 Ma¨ aramata ¨ integraal Algfunktsioon Algfunktsiooni uhesus ¨ Lause Algfunktsioon on ma¨ aratud ¨ ¨ konstandi tapsusega. ~ Toestus. Olgu meil funktsiooni f algfunktsioon F . Vaatame funktsiooni F1 (x) := F (x) + C (C R) tuletist F1 (x) = (F (x) + C) = F (x) + 0 = F (x). Kuna F1 (x) = F (x) = f (x), siis ka F1 on f algfunktsioon. ¨ G
[ f ( x)dx] = f ( x) dx 3. Lineaarsus (1.4) [f ( x) + g ( x)]dx = f ( x)dx + g ( x)dx Võttes tuletised saame, vp f ( x) + g ( x) ja pp f ( x) + g ( x) Tuletise võrdusest järeldub, et avaldised ei saa erineda rohkem kui konstandi poolest. © 2001 - Ivari Horm ([email protected]), Toomas Sarv 39 Integraalarvutuse põhiteoreem (tõestusega). Teoreem 1 (integraalarvutuse põhiteoreem) Ühe ja sama funktsiooni kaks algfunktsiooni võivad erineda ainult konstandi poolest. Tõestus: Olgu funktsiooni f (x) kaks algfunktsiooni F (x) ja G (x) Vaatleme funktsiooni h( x) = F ( x) - G ( x) Me näeme, et h' ( x) = F ' ( x) - G ' ( x) = f ( x) - f ( x) = 0 Kasutades Lagrange'i valemit saame, h( x) - h( x 0 ) = h' ( x)( x - x 0 ) = 0 Siit järeldubki, et h( x) = h( x 0 ) = C1 F ( x) - G ( x) = C1 m.o.t.t.
[ f ( x)dx] = f ( x) dx 3. Lineaarsus (1.4) [f ( x) + g ( x)]dx = f ( x)dx + g ( x)dx Võttes tuletised saame, vp f ( x) + g ( x) ja pp f ( x) + g ( x) Tuletise võrdusest järeldub, et avaldised ei saa erineda rohkem kui konstandi poolest. © 2001 - Ivari Horm ([email protected]), Toomas Sarv 39 Integraalarvutuse põhiteoreem (tõestusega). Teoreem 1 (integraalarvutuse põhiteoreem) Ühe ja sama funktsiooni kaks algfunktsiooni võivad erineda ainult konstandi poolest. Tõestus: Olgu funktsiooni f (x) kaks algfunktsiooni F (x) ja G (x) Vaatleme funktsiooni h( x) = F ( x) - G ( x) Me näeme, et h' ( x) = F ' ( x) - G ' ( x) = f ( x) - f ( x) = 0 Kasutades Lagrange'i valemit saame, h( x) - h( x 0 ) = h' ( x)( x - x 0 ) = 0 Siit järeldubki, et h( x) = h( x 0 ) = C1 F ( x) - G ( x) = C1 m.o.t.t.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Kontrolltöö teemad 1. Määramata integraali seos kiirenduse, kiiruse ja teepikkusega. 2. Põhiliste elementaarfunktsioonide algfunktsioonid (kuni trigonomeetriliste funktsioonideni). 3. Muutuja vahetuse võte määramata integraali leidmisel. 4. Ositi integreerimise reegel ja selle kasutamine. 5. Ratsionaalsete funktsioonide integreerimine lihtsamal juhul. Eksamiteemad 1. Algfunktsiooni mõiste. 2. Määramata integraali mõiste. 3. Määramata integraali seos kiirenduse, kiiruse ja teepikkusega. 4. Põhiliste elementaarfunktsioonide algfunktsioonid (kuni trigonomeetriliste funktsioonideni). 5. Muutuja vahetuse võte määramata integraali leidmisel. 6. Ositi integreerimise reegel ja selle kasutamine. 7. Ratsionaalsete funktsioonide integreerimine. PEATÜKK 7
lim f ( i )xi , 0 i =1 siis seda piirväärtust nimetatakse funktsiooni f määratud ( Riemanni ) integraaliks lõigus [a,b]. b Newtoni-Leibnizi valem: f ( x) dx =F (b) - F (a ). a Newtoni-Leibnizi integraal on üldiselt määratud TÕESTUS: Olgu F ja G funktsiooni f kaks erinevat algfunktsiooni lõigus L. Leidub reaalarv C nii, et G ( x ) = F ( x) + C x L Seega suvalise a ja b korral lõigust L kehtib: b G ( x) a = G (b) - G ( a ) = [ F (b) + C ] - [ F ( a ) + C ] = F (b) - F ( a ) = F ( x) a = f ( x ) dx b b
ja argumendi muudu suhte piirväärtus argumendi muudu lähenemisel nullile. Ühe reaalarvulise parameetriga ning reaalarvuliste väärtustega funktsiooni korral on selle funktsiooni tuletiseks mingil kohal selle funktsiooni graafiku puutuja tõus sellel kohal. Füüsikas on nihke tuletiseks aja järgi hetkkiirus, kiiruse tuletiseks omakorda kiirendus. Integraal määramata integraaliks nimetatakse funktsiooni algfunktsiooni leidmist ehk tuletise pöördfunktsiooni. Määratud integraal on arvuliselt võrdne xy-tasandil funktsiooni f(x) graafiku, x-telje ning vertikaalsete sirgetega x=a ja x=b piiratud pindalaga, kui f(x) reaalarvuline muutuja x on pidev ja funktsioon on tõkestatud lõigus [a, b] Newtoni-Leibnizi valem: Olgu funktsioon f(x) lõigus [a, b] integreeruv ja leidugu tal selles lõigus algfunktsioon F(x)
annaabi.ee 
