1. Določeni integral poljubne funkcije, ki je na celem integracijskem intervalu pozitivna, je enak ploščini krivočrtnega lika, ki ga graf funkcije na tem intervalu določa skupaj z abscisno osjo.
Ponovimo osnove o določenem integralu
1. Določeni integral poljubne funkcije, ki je na celem integracijskem intervalu pozitivna, je enak ploščini krivočrtnega lika, ki ga graf funkcije na tem intervalu določa skupaj z abscisno osjo.
Ponovimo osnove o določenem integralu
2. Določeni integral poljubne funkcije, ki je na celem integracijskem intervalu pozitivna, je pozitivno realno število.
Ponovimo osnove o določenem integralu
3. Določeni integral funkcije, ki je na celotnem integracijskem intervalu negativna, je enak nič.
Ponovimo osnove o določenem integralu
Ponovimo osnove o določenem integralu
Spomni se na lastnost določenega integrala
kjer je poljubna točka iz intervala in zvezna funkcija na tem intervalu.
Pomagaj si tudi s . vprašanjem.
Nimas prav. Zakaj misliš, da zgornja enakost ne velja? Interval smo s točko razbili na dva dela in upoštevali naslednjo lastnost določenega integrala:
Nimaš prav.
kjer je ploščina osenčenega trikotnika.
Seveda je tako. Določeni integral funkcije, ki je na celotnem integracijskem intervalu pozitivna, je namreč enak ploščini krivočrtnega lika, ta pa je pozitivno realno število.
Tako je. Določeni integral funkcije, ki je na celem integracijskem intervalu negativna, je enak nasprotni vrednosti ploščine krivočrtnega lika, ki ga graf funkcije na tem intervalu določa skupaj z abscisno osjo, torej je negativno število.
Ali bi znal utemeljiti, da je
za poljubno liho funkcijo ?
Seveda. Podobno kot pri zadnjem primeru lahko integracijski interval s točko razbijemo na dva podintervala in upoštevamo
kjer je ploščina krivočrtnega lika, ki ga določa graf funkcije na intervalu .
Povzetek ponovitve
POVEZAVA DOLOČENEGA INTEGRALA S PLOŠČINO KRIVOČRTNIH LIKOV
Če je zvezna nenegativna funkcija na intervalu , je vrednost določenega integrala
enaka ploščini krivočrtnega lika, ki ga graf funkcije na intervalu določa skupaj z abscisno osjo. Če pa je funkcija na intervalu negativna, je vrednost določenega integrala enaka nasprotni vrednosti ploščine krivočrtnega lika.
Poveži, saj znaš
Ponovili smo osnovna dejstva o določenem integralu, ki ti bodo pomagala pri reševanju naslednje naloge. Določene integrale moraš povezati z ustreznimi ploščinami likov na slikah. Modro piko povlečeš proti pripadajoči rdeči piki in obe piki čimbolj natančno prekriješ. Bodi pozoren na povratno informacijo, ki se izpiše le, če nalogo pravilno rešiš do konca.
Povezal si že, sedaj izračunaj še vrednosti določenih integralov
Dopolni manjkajoče besedilo v okvirčkih! Besedilo se nanaša na predhodno nalogo, in sicer po vrsti na prvo, drugo, tretjo in četrto sliko.
1. Vrednost določenega integrala
je enaka nasprotni vrednosti ploščine lika, ki mu pravimo in je osenčen z barvo. S pomočjo njegove ploščine lahko torej izračunamo vrednost določenega integrala, ki je enaka (odgovor zapiši s številko).
2. Vrednost določenega integrala
je enaka vsoti ploščin dveh likov - , osenčenih z barvo. Vrednost določenega integrala je zato enaka (odgovor zapiši s številko).
3. Vrednosti določenih integralov
sta enaki ploščinam krivočrtnih likov, po vrsti obarvanih z in barvo.
Postopek:
kjer smo uporabili formulo za ploščino trapeza
kjer sta in ploščini pravokotnih trikotnikov.
1. Vrednost določenega integrala
je enaka nasprotni vrednosti ploščine lika, ki mu pravimo trapez in je osenčen z rdečo barvo. S pomočjo njegove ploščine lahko torej izračunamo vrednost določenega integrala, ki je enaka -4 (odgovor zapiši s številko).
2. Vrednost določenega integrala
je enaka vsoti ploščin dveh likov - trikotnikov, osenčenih z modro barvo. Vrednost določenega integrala je zato enaka 5 (odgovor zapiši s številko).
3. Vrednosti določenih integralov
sta enaki ploščinam krivočrtnih likov, po vrsti obarvanih z zeleno in rumeno barvo.
Nekje si naredil napako.
Poskusi ponovno.
Določeni integrali funkcij, ki določajo krivočrtne like
Do sedaj smo znali določiti vrednosti nekaterih določenih integralov, in sicer s pomočjo povezave med določenim integralom in ploščino likov - trikotnikov in trapezov.
Veliko večji izziv pa predstavlja določitev (izračun) vrednosti določenih integralov funkcij, katerih grafi na integracijskem intervalu skupaj z abscisno osjo določajo KRIVOČRTNE LIKE. Ploščin takih likov namreč običajno ne znamo izračunati. Taka primera sta tudi integrala
To nezavidljivo situacijo nam bo pomagala rešiti zveza med določenim in nedoločenim integralom. Formulo sta skoraj istočasno izpeljala matematika Newton in Leibnitz, zato jo danes imenujemo po obeh.
|
|
Newton - Leibnitzova formula ali osnovni izrek integralskega računa
Naj bo zvezna funkcija na intervalu . Določeni integral
je enak razliki vrednosti nedoločenega integrala na zgornji in spodnji meji, kar na kratko zapišemo:
če je
Newton - Leibnitzova formula ali osnovni izrek integralskega računa
Tako lahko izračunamo vrednost določenega integrala
Brž ko torej poznamo nedoločeni integral funkcije , lahko s pomočjo Newton-Leibnitzove formule izračunamo določeni integral funkcije na poljubnem integracijskem intervalu. Seveda zgoraj zapisana formula, ki povezuje določeni in nedoločeni integral, ni samoumevna in prav je, da si vsaj tisti bolj matematično angažirani pogledamo dokaz, da res velja.
Spomnimo se, da smo nedoločeni integral funkcije definirali kot družino funkcij oblike , kjer je poljubna konstanta in za velja
Tudi pri računanju določenega integrala po Newton-Lebnitzovi formuli bi za nedoločeni integral lahko vzeli poljubno funkcijo iz te družine. Funkciji bi torej lahko prišteli poljubno konstanto , ki bi se pri odštevanju vrednosti nedoločenega integrala na zgornji in spodnji meji izničila:
Pri računanju določenega integrala s pomočjo Newton-Leibnitzove formule lahko torej brez izgube na splošnosti za konstanto izberemo vrednost .
Isaac Newton in Gottfried Wilhelm Leibnitz sta skoraj istočasno in neodvisno drug od drugega odkrila in utemeljila osnove integralskega računa. Sicer je bila Newtonova pisava integralov precej bolj nerodna od Leibnitzove, ki je veliko časa vložil prav v iskanje primernih oznak.
Za dokaz Newton-Leibnitzove formule definirajmo naslednjo funkcijo:
kjer je poljubna točka definicijskega območja funkcije . Opazimo, da lahko zapišemo naslednja integrala s pomočjo funkcije :
Ker je
in ker velja
lahko integral funkcije na intervalu zapišemo
Tako je potrebno dokazati le še, da za funkcijo velja
Oglejmo si razliko , kjer je . Razlika predstavlja ravno površino lika pod krivuljo funkcije na intervalu . Z in označimo minimalno in maksimalno vrednost zvezne funkcije na intervalu . Tedaj velja:
Če zgornji neenačbi delimo z , dobimo
Ker je zvezna funkcija, se vrednosti in približujeta k vrednosti , kakor hitro se približuje vrednosti , zato je
kar sta Newton in Leibnitz tudi želela dokazati.
Primeri računanja s pomočjo Newton-Leibnitzove formule
1. primer:
Izračunajmo vrednost določenega integrala
V Newton-Leibnitzovi formuli potrebujemo najprej nedoločeni integral funkcije :
Nedoločeni integral in integracijski meji vstavimo v formulo:
Z vrednostjo zgornjega določenega integrala smo izračunali tudi ploščino krivočrtnega lika (pri uvodni nalogi osenčen z zeleno barvo), ki ga graf pozitivne funkcije na integracijskem intervalu določa skupaj z abscisno osjo.
Primeri računanja s pomočjo Newton-Leibnitzove formule
2. primer:
Izračunajmo vrednost določenega integrala
Za Newton-Leibnitzovo formulo potrebujemo spet najprej nedoločeni integral funkcije:
Nedoločeni integral in integracijski meji vstavimo v formulo:
Z vrednostjo zgornjega določenega integrala smo izračunali tudi ploščino krivočrtnega lika (pri uvodni nalogi osenčen z rumeno barvo), ki ga graf pozitivne funkcije
na integracijskem intervalu določa skupaj z abscisno osjo.
Pokaži svoje znanje
V spodnje okvirčke zapiši natančni vrednosti prvih dveh določenih integralov in na tri decimalke zaokroženo vrednost tretjega določenega integrala. Pri zapisu uporabi decimalno vejico.
Nekje si naredil napako.
Poskusi ponovno.
Še dve lastnosti določenega integrala
Pri računanju določenega integrala s pomočjo nedoločenega integrala smo povsem neobremenjeno uporabljali dve preprosti lastnosti nedoločenega integrala, ki se "preneseta" tudi na določeni integral:
Naj bosta , zvezni funkciji na intervalu in poljubno realno število (konstanta).
Določeni integral vsote je vsota določenih integralov:
Konstantni faktor pod integralskim znakom lahko prenesemo pred integralski znak:
Utemeljitvi obeh lastnosti sta zelo enostavni in si ju lahko pogledaš pod spodnjim gumbom.
Utemeljitvi obeh lastnosti sta zelo enostavni in si ju lahko pogledaš pod spodnjim gumbom.
Določeni integral
smo izračunali kot
saj je
Naj bo nedoločeni integral funkcije in nedoločeni integral funkcije . Potem je nedoločeni integral za funkcijo , pa nedoločeni integral za funkcijo . Uporabimo še Newton-Leibnitzovo formulo, s čimer zaključimo utemeljitvi za obe lastnosti določenega integrala:
Primer
Zdaj izračunajmo določeni integral
še enkrat tako, da uporabimo novi lastnosti določenega integrala:
Rezultat je seveda v obeh primerih enak. Seveda pri računanju določenega integrala izberemo tisto pot, ki nam je lažja oziroma krajša.
Še nekaj nalog za utrditev znanja
1. Kateremu določenemu integralu je enaka vsota določenih integralov
2. Vrednost določenega integrala
3. Če vemo, da je odvod funkcije enak funkciji , potem je
Če vemo, da je odvod funkcije enak funkciji , potem je
Tvoj rezultat je / 3.
Dodatne naloge
1. naloga Izračunaj natančne vrednosti določenih integralov:
(Vpiši na 3 decimalna mesta zaokrožen rezultat.)
a)
| b)
| c)
| ||||||
d)
| e)
|
Dodatne naloge
2. naloga Pokaži, da velja
in s pomočjo zgornje enakosti izračunaj spodnji integral.
Poskusi ponovno.
a)
b)
c)
d)
e)
1. naloga: /5
Dodatne naloge
3. naloga Izračunaj ploščino krivočrtnega lika, ki ga graf funkcije oklepa z abscisno osjo na intervalu .
a) na intervalu
b) na intervalu
4. naloga Izračunaj čim bolj na kratko:
Rešitev:
5. naloga Izračunaj ploščino lika, ki ga omejujeta graf funkcije in abscisna os.
(Rezultat zaokroži na 2 decimalki natančno.)
3. naloga
a) Funkcija je na intervalu negativna.
b) Funkcija je na intervalu pozitivna.
4. naloga
5. naloga
Rezultat: /4