Vajad kellegagi rääkida?
Küsi julgelt abi LasteAbi
Logi sisse

Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga (1)

1 Hindamata
Punktid
Tallinna Tehnikaülikool
Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga
Referaat
Koostas: Denis Rästas 155552IAPB Õpperühm: IAPB15
Juhendaja : Gert Tamberg
Tallinn 2016
1. MÄÄRATUD INTEGRAAL 3
1.1. Pindfunktsioon ja tema tuletis 3
1.2. Kõverjoonse trapetsi pindala 4
1.3. Määratud integraali mõiste 6
1.4. Määratud integraali omadused 7
Omadus 1. 7
Omadus 2. 8
Järeldus 1. 8
Omadus 3. 8
Järeldus 2. 9
Omadus 4. 9
Omadus 5. 10
Omadus 6. 10
Omadus 7. 11
1.5. Newton - Leibniz ’i valem 12
Näide 2. 13
2. TRAPETSVALEM 14
3. VEAHINNANGUD. TRAPETSIVALEMI NÄITED. 16
Näide 1. 16
Näide 2. 17
1. MÄÄRATUD INTEGRAAL 3
1.1. Pindfunktsioon ja tema tuletis 3
1.2. Kõverjoonse trapetsi pindala 4
1.3. Määratud integraali mõiste 5
1.4. Määratud integraali omadused 6
Omadus 1. 6
Omadus 2. 6
Järeldus 1. 6
Omadus 3. 7
Järeldus 2. 7
Omadus 4. 7
Omadus 5. 8
Omadus 6. 8
Omadus 7. 9
1.5. Newton-Leibniz’i valem 10
Näide 1 10
Näide 2. 10
2. TRAPETSVALEM 11
3. VEAHINNANGUD. TRAPETSIVALEMI NÄITED. 12
Näide 1. 12
Näide 2. 13

1. MÄÄRATUD INTEGRAAL

1.1. Pindfunktsioon ja tema tuletis

Kõverjooneliseks trapetsiks nimetatakse kujundit , mille kaks külge on teineteisega paralleelsed sirged (paralleelsed näiteks y teljega). Vaatame siin esialgu lihtsustust, kus ka kolmas külg on sirge (x telg, täpsemalt x telje lõik [a,b]), neljas külg on funktsiooni
graafik .
Trapetsiga on sarnasus: kahe vastaskülje paralleelsus.
Joonis 1.
Määrates eelneval joonisel x-teljele punkti x ning määrata talle vastavusse , saame vaadelda kõverjoonelist trapetsit . Selle pindala S on sõltuvuses x-st, seega saame, et pindala S on x funktsioon , mida nimetatakse pindfunktsiooniks.
Pindfunktsioon on fikseeritud alguse ja muutuva lõpuga kõverjoonelise trapetsi pindala funktsiooni
graafiku all.
Leiame pindfunktsiooni tuletise: .
Andes x-le muudu ∆x, vastab sellele pindfunktsiooni muut ∆S, mis on omakorda kõverjoonelise trapetsi pindala lõigul .
Nimetame funktsiooni y=f(x) vähimaks väärtuseks lõigul [x;x+∆x] m ning vastavalt suurima väärtuse samal lõigul M. Juhul, kui esineb võrdus y=f(x)= const . jääb pindala ∆S väärtus m ja Mväärtuste vahele, ehk siis m≤ ∆S/∆x ≤M. (T. Kraav)
Seega .
Kui , lähenevad nii m kui ka M funktsiooni väärtusele kohal x:
Järelikult on ka
ning tuletise definitsiooni meenutades . (1)
Leidsime, et pindfunktsiooni tuletis võrdub pindala piirava kõvera lõppordinaadiga.

1.2. Kõverjoonse trapetsi pindala

Joonisel 1 oleva kõverjoonse trapetsi abBA pindala
ehk pindala võrdub pindfunktsiooni väärtusega kohal .
Eelnevalt punktis (1), näitasime valemiga, et pindfunktsioon on üks funktsiooni
algfunktsioonidest.
Olgu
mingi algfunktsioon funktsioonile .
Pindfunktsioon võib temast erineda ülimalt konstantse liidetava poolest:
Pindfunktsiooni väärtus
korral on 0,
Leidsime C väärtuse, pannes kokku saame:
. (2)
Kõverjoonse trapetsi abBA pindala valem:
. (3)
Kõverjoonse trapetsi pindala võrdub funktsiooni
suvalise algfunktsiooni väärtuste vahega kohtadel
ja .
Näide: Leida kõverjoonse trapetsi pindala funktsiooni
graafiku ja x telje vahel lõigu
ulatuses.
Üks algfunktsioon funktsioonile
on .
Valemi (3) kohaselt on pindala

1.3. Määratud integraali mõiste

Arvutame kõverjoonse trapetsi abBA pindala teisel teel.
Jaotame lõigu
n-osalõiguks. Osalõikude pikkused tähistame .
Jaotuspunktides joonestame ordinaadid, mis jaotavad trapetsi n väiksemaks kõverjoonseks trapetsiks.
Valime igal osalõigul
vabalt ühe punkti .
Saame .
Kujundame igale osalõigule ristküliku, mille kõrguseks on graafiku ordinaat valitud punktis vastavalt .
Nende ristkülikute pindalad on .
Kõigi niisuguste ristkülikute pindalade summa annab arvutatava pindala ligikaudse väärtuse:
Mida suuremaks arvuks osadeks on jaotatud lõik
ehk mida suurem on n ning mida väiksemad on osalõigud , seda lähedasem on ligikaudne väärtus tegelikule pindalale.
Pindala täpse väärtuse saame piirväärtusena
kõigi osalõikude pikkuste lähenemisel nullile : :
. (4)
Kui valemi (4) paremal pool olev piirväärtus eksisteerib ning ei sõltu osalõikudeks jaotamise viisist ja punktide
valikust, siis nimetatakse teda määratud integraaliks funktsioonist f(x) rajades a-st b-ni ning tähistatakse .
Arvu a nimetatakse integraali alumiseks rajaks . Arvu b nimetatakse integraali ülemiseks rajaks.
Määratud integraali geomeetriliseks vasteks on kõverjoonse trapetsi pindala:
Kui kõverjoonne trapets asub allpool x telge, annab määratud integraal tema pindala märgiga “-”, sest kõik .

1.4. Määratud integraali omadused

Omadus 1.

Kahe funktsiooni summa määratud integraal on võrdne nende funktsioonide määratud integraalide summaga :
Tõestus
Määratud integraali definitsiooni järgi
Avaldades sulud summa märgi all saame
Kuna summa piirväärtus võrdub piirväärtuste summaga, saame
mille kohaselt on kahe funktsiooni summa määratud integraal on võrdne nende funktsioonide määratud integraalide summaga.

Omadus 2.

Konstantse teguri
saab tuua integraali märgi alt välja:

Järeldus 1.

Kahe funktsiooni vahe määratud integraal võrdub funktsioonide määratud integraalide vahega:
Tõestus
Tõestus on vastavuses kahe esimese omadusega. Avaldades , saame
mida soovisimegi tõestada.

Omadus 3.

Kui
lõigul , siis kehtib ka .
Tõestus
Kui
kogu lõigul , siis on igal osalõigul
seega kehtib ka
Korrutased viimast võttatust viimase -osalüigu pikkusega, saame
Liites kõik n mittenegatiivset suurust, saame mittenegatiivse suuruse
Kuna mittenegatiivse suuruse piirväärtus on piirprotsessis mittenegatiivne suurus, on omadus tõestatud.

Järeldus 2.

Lõigul
, siis kehtib
Tõestus
Eelduse kohaselt , seega omadus 3 järgi
Järelduse 1 alusel
mis võrdubki meie väitega .

Omadus 4.

Funktsiooni
määratud integraali absoluutväärtus on väiksem või võrdne selle funktsiooni absoluutväärtusega määratud integraalist
Tõestus
Määratud integraali definitsiooni alusel

Omadus 5.

Määratud integraali aditiivsuse omadus lõigul
Tõestus
Oletame, et
asub lõigul . Jaotame selle lõigu osalõikudeks valides esmaseks jaotuspunktiks
Seejärel jätkates lõigu
jaotamist tekivad lõikudel
ja
omakorda osalõigud. Integraalsumma kogu lõigu
ulatuses on
Kui lõigul
suurima osalõigu pikkus , siis mõlemal tekkinud lõigul suurimate osalõikude pikkused lähenevad nullile. Seega, kui mõlemale poole rakendada piirväärtust , saame esialgse väite.

Omadus 6.

Kui funktsiooni
vähim väärtus lõigul
on
ja sama funktsiooni suurim väärtus lõigul
on , siis kehtib
Tõestus
Funktsiooni
suurim väärtus lõigul
on . Seetõttu igal osalõigul vabalt valitud punktis
on , iga
korral, ehk siis .
Liites need omavahel saame
ehk
Rakendades mõlemale poole piirväärtust , saame esialgse väite.
Vasaku poole tõetus on analoogne .

Omadus 7.

Määratud integraali keskväärtuse omadus
Lõigul
pideval funktsioonil leidub selline punkt , et
Tõestus
Lõigul pidev funktsioon omab vähimad ja suurimat väärtust, seeda kehtib eelnev omadus. Jagades väite võrratust integreerimislõigu pikkusega , tuleb
Seega saame
kui mingi väärtuse vähima ja suurima väärtuse vahel. Kuna lõigul pideva funktsiooni väärtused esinevad ainult vähima ja suurima väärtuse vahel, siis see väärtus esineb seal samuti. Seetõttu leidub punkt , milles
Kui korrutame mõlemad võrduse pooled pikkusega , saame esialgse väite, ning see esinev väärtus kannab nimetust funktsiooni keskväärtus lõigul.

1.5. Newton-Leibniz’i valem

Saime kaks valemit kõverjoonse trapetsi pindala arvutamiseks:
, kus
ja .
Need valemid arvutavad sama pindala, seega , kus .
Valemit nimetatakse Newton-Leibniz’i valemiks .
Määratud integraali arvutamiseks on vaja leida integreeritavale funktsioonile üks algfunktsioon. Leida selle algfunktsiooni väärtuste vahe ülemisel ja alumisel rajal.
Valemi paremat poolt võib kirjutada ka kujul .
Näide 1.

Näide 2.


2. TRAPETSVALEM

Sarnaselt eelmisega jaotame integreerimislõigu -võrdse pikkusega
osaks. Iga
vastavusse arvutame funktsiooni
väärtused. Vahemikud jaotavad kõvertrapetsi n väiksemaks kõvertrapetsiks, mille asendamisel sirgega saame trapetsid.
Joonis 2.
Vastavalt trapetsi pindala valemile saame
Kasutades seda seost, saame
Ning lihtsustades, saame
Trapetsvalem on teist järku täpsusega, seega absoluutse vea hinnang on
või

3. VEAHINNANGUD. TRAPETSIVALEMI NÄITED.

Järgnevalt vaatame lähemalt trapetsvalemit illustreerivate näidete põhjal.
Valem oli eenevalt tuletatud:

Näide 1.

Võtame ühe lihtsa näite
Selleks, et hiljem võrrelda trapetsvalemi viga, leiame täpse väärtuse Newton-Leibniz’i valemiga.
Trapetsvalemi jaoks jaotame integraali
osalõiguks, saame
Jaotades kõvertrapetsi suurusteks intervallideks saame trapetsite piirkondadeks
Asendades
ja piirkonnad valemisse saame
Siinkohal on viga 0.75 selgelt nähtav, aga arvutame veahinnangu juurde Ivar Tammerdaigi esitatud valemiga:
Siinkohal arvutame:

Näide 2.

Võtame seekord näiteks
Selleks, et hiljem võrrelda trapetsvalemi viga, leiame täpse väärtuse Newton-Leibniz’i valemiga.
Trapetsvalemi jaoks jaotame integraali
osalõiguks, saame
Jaotades kõvertrapetsi suurusteks intervallideks saame trapetsite piirkondadeks
Asendades
ja piirkonnad valemisse saame
Siinseks veaks on 0.048763895.
Veahinnang :
Veahinnangu jaoks arvutame:
Näide 3.
Võtame ühe näite, millel pole algfunktsiooni nii mugav leida
Trapetsvalemi jaoks jaotame integraali
osalõiguks, saame
Jaotades kõvertrapetsi suurusteks intervallideks saame trapetsite piirkondadeks
Asendades
ja piirkonnad valemisse saame
Veahinnang:
Veahinnangu jaoks arvutame:
Vasakule Paremale
Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #1 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #2 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #3 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #4 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #5 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #6 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #7 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #8 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #9 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #10 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #11 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #12 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #13 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #14 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #15 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #16 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #17 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #18 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #19 Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga #20
Punktid 50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.
Leheküljed ~ 20 lehte Lehekülgede arv dokumendis
Aeg2016-01-20 Kuupäev, millal dokument üles laeti
Allalaadimisi 7 laadimist Kokku alla laetud
Kommentaarid 1 arvamus Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid
Autor spyrox Õppematerjali autor
Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsvalemiga

Sarnased õppematerjalid

Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsi valemiga
42
docx

Määratud integraali ligikaudne arvutamine trapetsi valemiga.

Tallinna Tehnikaülikool Referaat Määratud integraali ligikaudne arvugtamine trapetsi valemiga. Veahinnangud. Näited. Tatjana Kruglova 142442IAPB Sisukord Määratud integraal.................................................................................................................................3 Pindfunktsioon ning selle tuletis........................................................................................................3 Kõverjoonelise trapetsi pindala..........................................................................................................4 Määratud integraali mõiste..................................................

Matemaatiline analüüs 1
Määratud integraal
11
pdf

Määratud integraal

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 3 3 3 MÄÄRATUD INTEGRAALI MÕISTE Arvutame kõverjoonse trapetsi abBA pindala teisel teel. Jaotame lõigu [a, b ] n osalõiguks. Osalõikude pikkused tähistame x1 , x2 , , xn Jaotuspunktides joonestame ordinaadid, mis jaotavad trapetsi n väiksemaks kõverjoonseks trapetsiks. Valime igal osalõigul [ xi -1 , xi ] vabalt ühe punkti i Saame 1 , 2 , , n Kujundame igale osalõigule ristküliku, mille kõrguseks on graafiku ordinaat valitud punktis vastavalt f ( 1 ) , f ( 2 ) , , f ( n )

Matemaatika
Määratud integraal
11
doc

Määratud integraal

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 3 3 3 MÄÄRATUD INTEGRAALI MÕISTE Arvutame trapetsi abBA pindala teisel teel. Jaotame lõigu [a, b ] n osalõiguks. Osalõikude pikkused tähistame x1 , x2 , , xn Jaotuspunktides joonestame ordinaadid, mis jaotavad trapetsi n väiksemaks kõverjoonseks trapetsiks. Valime igal osalõigul [ xi -1 , xi ] vabalt ühe punkti i Saame 1 , 2 , , n Kujundame igale osalõigule ristküliku, mille kõrguseks on graafiku ordinaat valitud punktis vastavalt f ( 1 ) , f ( 2 ) , , f ( n )

Kõrgem matemaatika
Matemaatiline analüüs I 3-kollokviumi spikker
12
docx

Matemaatiline analüüs I 3. kollokviumi spikker

Küsimused: 1.Määratud integraali (Riemanni mõttes) definitsioon. Darbouc ülem- ja alamsummad. Riemanni summa ja Darboux’ summade seos-viimane pilt. ∫ f ( x ) dx st ∫ f ( x ) dx=F ( x ) +C . Määramata integraali tuletis on f (¿ ξi) ∆ xi SΠn n võrdne integreeritava funktsiooniga st ( ∫ f ( x ) dx )’= f(x). Tõestus: ( ∫ f ( x ) dx Riemanni summa lõigul [a,b] (f) =

Matemaatiline analüüs 1
Matemaailine analüüs I kollokvium III spikker
2
pdf

Matemaailine analüüs I kollokvium III spikker

(integreerimiskonstant), nimetatakse funktsiooni f (x) määramata integraaliks ja 0 tähistatakse () st () = () + . Määramata integraali tuletis on tingimuste f(x) = O(1), g(x) = O(1) (x [, ]) põhjal(( )- f( )) 0. võrdne integreeritava funktsiooniga st ( ())'= f(x)

Matemaatika analüüs i
Matemaatiline analüüs
36
pdf

Matemaatiline analüüs

∆x→0 ∆x→0 ∆x→0 Näeme, et esimene liidetav, so diferentsiaal dy on sama järku lõpmatult kahanev suurus kui ∆x ja teine liidetav β on kõrgemat järku lõpmatult kahanev suurus ∆x suhtes. Järelikult väikese ∆x korral hakkab diferentsiaal funktsiooni muudu avaldises domineerima. Seetõttu võime lugeda diferentsiaali dy funktsiooni muudu peaosaks. Jääkliikme β võib väikese ∆x korral funktsiooni muudu avaldises ära jätta. Kehtib ligikaudne valem ∆y ≈ dy kui ∆x ≈ 0. Loetleda diferentsiaali omadused. 1. d(u + v) = du + dv, 2. d(u − v) = du − dv, 3. d(uv) = vdu + udv, 4. d(Cu) = Cdu, C − konstant, 5. d(u/ v)= (vdu−udv)/ v2 kui v  0. 24. Funktsiooni lokaalsete ekstreemumite definitsioonid. Sõnastada ja tõestada Fermat’ lemma. Öeldakse, et funktsioonil f on punktis x1 lokaalne maksimum, kui 1. funktsioon f on määratud punkti x1 mingis ümbruses (x1 − Ɛ²,x1 +Ɛ ²); 2

Matemaatiline analüüs 1
Matemaatiline analüüs KT2 vastused
18
docx

Matemaatiline analüüs KT2 vastused

Esiteks, eelduse f(a) 0 põhjal saame : Teiseks kehtib valem : Näeme, et esimene liidetav, so diferentsiaal dy on sama järku lõpmatult kahanev suurus kui x ja teine liidetav on kõrgemat järku lõpmatult kahanev suurus x suhtes. Järelikult väikese x korral hakkab diferentsiaal funktsiooni muudu avaldises domineerima. Seetõttu võime lugeda diferentsiaali dy funktsiooni muudu peaosaks. jääkliikme võib väikese x korral funktsiooni muudu avaldises ära jätta. Kehtib ligikaudne valem y dy kui x 0 . Diferentsiaali omadused. 1. d(u + v) = du + dv, 2. d(u - v) = du - dv, 3. d(uv) = vdu + udv, 4. d(Cu) = Cdu , C - konstant, 5. d() = kui v 0. 24. Funktsiooni lokaalsete ekstreemumite definitsioonid. Sõnastada ja tõestada Fermat' lemma. Öeldakse, et funktsioonil f on punktis x1 lokaalne maksimum, kui 1. funktsioon f on määratud punkti x1 mingis ümbruses (x1 - , x1 + ); 2. iga x (x1 - , x1 + ) korral kehtib võrratus f(x) f(x1).

Matemaatiline analüüs i
Matemaatiline analüüs 1
3
docx

Matemaatiline analüüs 1

kasutades mõisteid: esineb esialgse murru lugeja tuletise ja nimetaja tuletise jagatis. x = x - a - argumendi muut kohal a Tuletamine. Arvutame lim(x0)?sinx/x?. Elementaarfunktsioon sinx/x ei ole x = 0 korral määratud (tekib määramatus y = f(x) - f(a) - funktsiooni muut kohal a . 0/0). Piirväärtuse arvutamisel kasutame l'Hospitali reeglit: Näitasime, et 27Olgu funktsioon y = f(x) diferentseeruv hulgas D. Siis on tema tuletis f hulgas D määratud funktsioon. Oletame, et f

Matemaatiline analüüs 1




Meedia

Kommentaarid (1)

morpeh43 profiilipilt
morpeh43: Väga hea!
11:45 12-05-2017



Sellel veebilehel kasutatakse küpsiseid. Kasutamist jätkates nõustute küpsiste ja veebilehe üldtingimustega Nõustun