Integrální počet - III. část (určitý vlastní integrál)

Podobné dokumenty
Integrální počet - II. část (určitý integrál a jeho aplikace)

Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

LDF MENDELU. Simona Fišnarová (MENDELU) Určitý integrál ZVMT lesnictví 1 / 26

10 Určitý integrál Riemannův integrál. Definice. Konečnou posloupnost {x j } n j=0 nazýváme dělením intervalu [a,b], jestliže platí

R n výběr reprezentantů. Řekneme, že funkce f je Riemannovsky integrovatelná na

Integrální počet - IV. část (aplikace na určitý vlastní integrál, nevlastní integrál)

26. listopadu a 10.prosince 2016

7. Integrální počet Primitivní funkce, Neurčitý integrál

Integrál a jeho aplikace Tomáš Matoušek

6. Určitý integrál a jeho výpočet, aplikace

VIII. Primitivní funkce a Riemannův integrál

+ c. n x ( ) ( ) f x dx ln f x c ) a. x x. dx = cotgx + c. A x. A x A arctgx + A x A c

VIII. Primitivní funkce a Riemannův integrál

Přehled základních vzorců pro Matematiku 2 1

4. přednáška 22. října Úplné metrické prostory. Metrický prostor (M, d) je úplný, když každá cauchyovská posloupnost bodů v M konverguje.

Riemannův určitý integrál.

Diferenciální počet. Spojitost funkce

2. Funkční řady Studijní text. V předcházející kapitole jsme uvažovali řady, jejichž členy byla reálná čísla. Nyní se budeme zabývat studiem

Limity, derivace a integrály Tomáš Bárta, Radek Erban

5.5 Elementární funkce

je jedna z orientací určena jeho parametrizací. Je to ta, pro kterou je počátečním bodem bod ϕ(a). Im k.b.(c ) ( C ) (C ) Obr Obr. 3.5.

Matematika 1A. PetrSalačaJiříHozman Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická Technická univerzita v Liberci

Text m ºe být postupn upravován a dopl ován. Datum poslední úpravy najdete u odkazu na staºení souboru. Veronika Sobotíková

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK. Název školy: Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20. Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.

OBECNÝ URČITÝ INTEGRÁL

integrovat. Obecně lze ale říct, že pokud existuje určitý integrál funkce podle různých definic, má pro všechny takové definice stejnou hodnotu.

Obecně: K dané funkci f hledáme funkci ϕ z dané množiny funkcí M, pro kterou v daných bodech x 0 < x 1 <... < x n. (δ ij... Kroneckerovo delta) (4)

Ur itý integrál. Úvod. Denice ur itého integrálu

ZÁKLADY. y 1 + y 2 dx a. kde y je hledanou funkcí proměnné x.

V předchozích kapitolách byla popsána inverzní operace k derivování. Zatím nebylo jasné, k čemu tento nástroj slouží.

2. Pokud nedojde k nejasnostem, budeme horní a dolní součty značit pouze

17 Křivky v rovině a prostoru

Masarykova univerzita

Jak již bylo uvedeno v předcházející kapitole, můžeme při výpočtu určitých integrálů ze složitějších funkcí postupovat v zásadě dvěma způsoby:

NEWTONŮV INTEGRÁL. V předchozích kapitolách byla popsána inverzní operace k derivování. Zatím nebylo jasné, k čemu tento nástroj slouží.

II. INTEGRÁL V R n. Obr. 9.1 Obr. 9.2 Integrál v R 2. z = f(x, y)

Obsah na dnes Derivácia funkcie

18. x x 5 dx subst. t = 2 + x x 1 + e2x x subst. t = e x ln 2 x. x ln 2 x dx 34.

Integrální počet - II. část (další integrační postupy pro některé typy funkcí)

Matematika II: Pracovní listy Integrální počet funkce jedné reálné proměnné

Při výpočtu obsahu takto omezených rovinných oblastí mohou nastat následující základní případy : , osou x a přímkami. spojitá na intervalu

2.3 Aplikace v geometrii a fyzice Posloupnosti a řady funkcí Posloupnosti funkcí... 17

Definice. Nechť k 0 celé, a < b R. Definujeme. x < 1. ϕ(x) 0 v R. Lemma [Slabá formulace diferenciální rovnice.] x 2 1

Kapitola 7: Integrál.

LINEÁRNÍ DIFERENCIÁLNÍ ROVNICE 2.ŘÁDU

Řešené příklady k MAI III.

FAKULTA STAVEBNÍ MATEMATIKA I MODUL 8 STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

12.1 Primitivní funkce

II. 5. Aplikace integrálního počtu

Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

Derivace a monotónnost funkce

Diferenciální počet - II. část (Taylorův polynom, L Hospitalovo pravidlo, extrémy

Petr Hasil. Prvákoviny c Petr Hasil (MUNI) Úvod do infinitezimálního počtu Prvákoviny / 57

MATEMATIKA I. prof. RNDr. Gejza Dohnal, CSc. IV. Základy integrálního počtu

6. a 7. března Úloha 1.1. Vypočtěte obsah obrazce ohraničeného parabolou y = 1 x 2 a osou x.

Matematika II: Testy

PRIMITIVNÍ FUNKCE. Primitivní funkce primitivní funkce. geometrický popis integrály 1 integrály 2 spojité funkce konstrukce prim.

Funkce jedné proměnné

x + F F x F (x, f(x)).

DERIVACE A INTEGRÁLY VE FYZICE

Kapitola 7: Neurčitý integrál. 1/14

f dx S(f, E) M(b a), kde D a E jsou

Až dosud jsme se zabývali většinou reálnými posloupnostmi, tedy zobrazeními s definičním

Integrální počet - I. část (neurčitý integrál a základní integrační metody)

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Integrální počet a jeho využití v ekonomii UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA

Limita posloupnosti, limita funkce, spojitost. May 26, 2018

PRIMITIVNÍ FUNKCE DEFINICE A MOTIVACE

Posloupnosti a řady. 28. listopadu 2015

URČITÝ INTEGRÁL FUNKCE

Numerické metody a statistika

Kapitola 8: Dvojný integrál 1/26

Seznámíte se s další aplikací určitého integrálu výpočtem objemu rotačního tělesa.

INTEGRACE KOMPLEXNÍ FUNKCE KŘIVKOVÝ INTEGRÁL

Přednáška 9: Limita a spojitost

I Diferenciální a integrální počet funkcí jedné proměnné 3

Základy matematiky pro FEK

Michal Fusek. 10. přednáška z AMA1. Ústav matematiky FEKT VUT, Michal Fusek 1 / 62

Matematické metody v kartografii

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2014/2015

Úvod. Integrování je inverzní proces k derivování Máme zderivovanou funkci a integrací získáme původní funkci kterou jsme derivovali

Kapitola 1. Taylorův polynom

Matematika III. Miroslava Dubcová, Daniel Turzík, Drahoslava Janovská. Ústav matematiky

1 Posloupnosti a řady.

Fakulta aplikovaných věd

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Zavedení a vlastnosti reálných čísel PŘIROZENÁ, CELÁ A RACIONÁLNÍ ČÍSLA

množina, na které je zavedena určitá struktura. Zejména, součet každých dvou prvků X = [x 1,..., x n ] R n,

Integrály definované za těchto předpokladů nazýváme vlastní integrály.

1. Těleso komplexních čísel Definice. Množinou komplexních čísel rozumíme množinu R 2.

Matematika II: Listy k přednáškám

Numerické řešení nelineárních rovnic

(5) Primitivní funkce

2. INTEGRÁLNÍ POČET FUNKCE JEDNÉ PROMĚNNÉ

I Diferenciální a integrální počet funkcí jedné proměnné 5

Kapitola 2: Spojitost a limita funkce 1/20

Zimní semestr akademického roku 2015/ ledna 2016

6.1. Limita funkce. Množina Z má dva hromadné body: ±. Tedy Z ={+, }.

Obsah rovinného obrazce

Učební text k přednášce Matematická analýza II (MAI055)

Je založen na pojmu derivace funkce a její užití. Z předchozího studia je třeba si zopakovat a orientovat se v pojmech: funkce, D(f), g 2 : y =

Transkript:

Integrální počet - III. část (určitý vlstní integrál) Michl Fusek Ústv mtemtiky FEKT VUT, fusekmi@feec.vutbr.cz 8. přednášk z AMA1 Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 1 / 18

Obsh 1 Určitý vlstní (Riemnnův) integrál 2 Vlstnosti Riemnnov integrálu 3 Výpočet Riemnnov integrálu Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 2 / 18

Dělení intervlu Určitý vlstní (Riemnnův) integrál Necht, b je uzvřený intervl x 0, x 1,..., x n 1, x n reálná čísl splňující = x 0 < x 1 < < x n 1 < x n = b. Potom množinu uzvřených intervlů D = { x 0, x 1, x 1, x 2,..., x n 1, x n } nzýváme dělením D intervlu, b čísl x 0, x 1,..., x n nzýváme dělicími body intervlu, b. Normou ν(d) dělení D rozumíme mximální vzdálenost sousedních dělicích bodů, tedy ν(d) = mx{x 1 x 0, x 2 x 1,..., x n x n 1 }. Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 3 / 18

Integrální součet Určitý vlstní (Riemnnův) integrál Necht f je ohrničená funkce definovná n uzvřeném intervlu, b. Necht D = { x 0, x 1, x 1, x 2,..., x n 1, x n } je dělení intervlu, b. Dále necht R = {ξ 1, ξ 2,..., ξ n } je tzv. výběr reprezentntů z dělení D, tj. čísl z intervlu, b splňující Potom součet x i 1 ξ i x i, i = 1,..., n. S(f, D, R) = n f (ξ i )(x i x i 1 ) nzýváme integrálním součtem funkce f příslušným dělení D výběru reprezentntů R z dělení D. i=1 Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 4 / 18

Určitý vlstní (Riemnnův) integrál Geometricky je integrální součet S(f, D, R) kldné funkce f roven součtu obshů obdélníků, jejichž zákldny mjí délku x i x i 1 jejichž výšk je rovn f (ξ i ). Je-li funkční hodnot v reprezentntu záporná (obdélníček je pod osou x), pk příspěvek tohoto obdélníčku do integrálního součtu je záporný. Integrální součet je dán rozdílem obshů obdélníků nd osou x pod osou x. Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 5 / 18

Určitý vlstní (Riemnnův) integrál Určitý (Riemnnův) integrál Necht f je ohrničená funkce definovná n uzvřeném intervlu, b. Řekneme, že f je Riemnnovsky integrovtelná n, b, jestliže existuje číslo I R tkové, že ke kždému ε > 0 existuje δ > 0 tk, že pro kždé dělení D intervlu, b s libovolným výběrem reprezentntů R, jehož norm ν(d) < δ, pltí S(f, D, R) I < ε. Číslo I nzýváme určitý integrál nebo též Riemnnův integrál funkce f n intervlu, b znčíme jej f (x) dx. Číslo nzýváme dolní mez číslo b horní mez Riemnnov integrálu. Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 6 / 18

Určitý vlstní (Riemnnův) integrál Konstrukce Riemnnov integrálu pro spojitou funkci Necht f je spojitá funkce definovná n uzvřeném intervlu, b. Necht {D 1, D 2,..., D n } je posloupnost dělení intervlu, b tková, že kždé nové dělení D k+1 vznikne z dělení D k přidáním nových dělicích bodů do středu kždého podintervlu x i 1, x i u dělení D k. Dále necht {R 1, R 2,..., R n } je libovolná posloupnost reprezentntů z těchto dělení. Potom lim ν(d n) = 0 n f (x) dx = lim n S(f, D n, R n ). Intervl rozdělíme n podintervly. Z kždého podintervlu vybereme reprezentnt určíme integrální součet. Dělení zjemníme tk, že přidáme středy původních podintervlů, čímž získáme dělení s menší normou. Opět vybereme reprezentnty určíme integrální součet. Postup opkujeme, dokud se integrální součty neustálí (Riemnnův integrál funkce f n intervlu, b ). Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 7 / 18

Vlstnosti Riemnnov integrálu Vlstnosti Riemnnov integrálu Necht < b. Potom b f (x) dx = f (x) dx, f (x) dx = 0. Necht f je funkce integrovtelná n intervlu, b necht c (, b). Potom je f integrovtelná n intervlech, c c, b pltí f (x) dx = c f (x) dx + f (x) dx. c Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 8 / 18

Vlstnosti Riemnnov integrálu Vlstnosti Riemnnov integrálu Necht f g jsou funkce integrovtelné n intervlu, b necht c R. Pk pltí [ f (x) ± g(x) ] dx = f (x) dx ± g(x) dx, c f (x) dx = c f (x) dx. Necht f g jsou funkce integrovtelné n intervlu, b tkové, že pro x (, b) je f (x) g(x). Pk pltí f (x) dx g(x) dx. Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 9 / 18

Vlstnosti Riemnnov integrálu Vlstnosti Riemnnov integrálu Necht f je funkce integrovtelné n intervlu, b. Dále necht S je sudá funkce L lichá funkce, obě integrovtelné n intervlu,. Potom pltí 0 dx = 0 dx = b f (x) 0 n, b b f (x) dx f (x) dx S(x) dx = 2 0 S(x) dx L(x) dx = 0 f (x) dx 0 Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 10 / 18

Vlstnosti Riemnnov integrálu Postčující podmínky integrovtelnosti Funkce f je Riemnnovsky integrovtelná n intervlu, b, pokud splňuje lespoň jednu z následujících podmínek: Funkce f je n, b spojitá. Funkce f je n, b monotonní. Funkce f je n, b ohrničená má n, b konečný počet bodů nespojitosti 1. druhu. Příkldem funkce, která není Riemnnovsky integrovtelná, je npř. funkce { 1 pro x Q, f (x) = 0 pro x I, která není Riemnnovsky integrovtelná n žádném intervlu. Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 11 / 18

Výpočet Riemnnov integrálu Funkce horní meze (pro spojitou funkci) Mějme funkci Φ(x) = x f (t) dt, která kždému x přiřzuje obsh šedé plochy. Aproximujme přírůstek této funkce: Φ(x + h) Φ(x). = f (x) h f (x). = Φ(x + h) Φ(x) h Odtud limitním přechodem pro h 0 dostneme Φ(x + h) Φ(x) f (x) = lim = Φ (x), h 0 h tedy funkce horní meze Φ je primitivní funkcí k funkci f. Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 12 / 18

Výpočet Riemnnov integrálu Funkce horní (dolní) meze Bud f :, b R integrovtelná funkce. Funkcí horní meze nzýváme funkci Φ :, b R definovnou předpisem Φ(x) = x f (t) dt. Obdobně funkcí dolní meze nzýváme funkci Ψ :, b R definovnou předpisem Ψ(x) = x f (t) dt. Je-li funkce f :, b R v okolí bodu x spojitá, má funkce horní meze Φ :, b R v bodě x derivci pltí Φ (x) = f (x), tj. Φ je primitivní funkce k f. Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 13 / 18

Výpočet Riemnnov integrálu 1) Je-li f spojitá n, b, pk funkce horní meze Φ je její primitivní funkcí. 2) Je-li F libovolná primitivní funkce k funkci f n, b, jistě pltí Φ(x) = F(x) + c. 3) Položíme-li x =, určíme konstntu c: 4) Tedy Φ() = f (t) dt = 0 = F() + c c = F() Φ(x) = F(x) F() 5) Položíme-li x = b, dostáváme Φ(b) = F(b) F(), tj. f (x) dx = F (b) F(). Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 14 / 18

Výpočet Riemnnov integrálu Newtonov Leibnitzov formule Jedn z nejdůležitějších vět mtemtické nlýzy dávjící do souvislosti derivci neurčitý určitý integrál. Necht f je Riemnnovsky integrovtelná funkce n intervlu, b. Dále necht F je primitivní funkce k funkci f n intervlu, b, tj. pro všechn x, b pltí F (x) = f (x). Potom f (x) dx = [ F(x) ] b = F(b) F(). Příkld 5 2 x 2 dx = 133 3 Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 15 / 18

Výpočet Riemnnov integrálu Metod per prtes pro určitý integrál Necht funkce u, v jejich derivce jsou spojité n intervlu, b. Potom pltí u(x)v (x) dx = [ u(x)v(x) ] b u (x)v(x) dx. Příkld 3 1 x ln x dx = 9 2 ln 3 2 [u = ln x, v = x] Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 16 / 18

Výpočet Riemnnov integrálu Substituční metod pro určitý integrál Necht funkce f, ϕ ϕ jsou spojité n příslušných intervlech necht funkce ϕ je ryze monotonní. Potom pltí f (ϕ(x))ϕ (x) dx = f (x) dx = ϕ 1 (b) ϕ 1 () ϕ(b) ϕ() f (t) dt f (ϕ(t))ϕ (t) dt. Příkld () 5 1 2x 1 dx = 26 3 [2x 1 = t] (b) 1 0 x 2 (5 2x 3 ) 4 dx = 1441 15 [ 5 2x 3 = t ] Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 17 / 18

Příkld Výpočet Riemnnov integrálu Ověřte podmínky existence vypočítejte integrály: () π 4 0 tg2 x dx (b) 4 0 (c) π 3 π 4 (d) 1 2 (e) π 2 π 3 (f) π 0 x 1+ x dx [ x = t 2 ] [ ] x dx u = x, v = 1 sin 2 x sin 2 x 0 rcsin x dx [ u = rcsin x, v = 1, pk 1 x 2 = t ] [ 1 sin x dx sin x sin 3 x dx cos x = t, ] 1 dx = 1 x 2 A 2 2A ln x A x+a + c [sin x = t, pozor n bs. hod.] Řešení: () 1 π 4 (b) ln 9 (c) π 36 (9 4 3) + 1 2 ln 3 2 (d) π 12 1 + 3 2 (e) 1 2 ln 3 (f) 4 3 Michl Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 18 / 18