Kasutaja:Margusmartsepp/kasutajaartiklid/Integraal
Funktsiooni integraal on matemaatilise analüüsi üks põhimõisteid, ning tegemist on terminiga, mis üldistab integraale. Funktsiooni integraali leidmise protsessi kutsutakse integreerimiseks.
Definitsioonid
Riemanni integraalid



Riemanni geomeetrilise definitsiooni järgi - täidetakse graafi alune ala (funktsiooni ja x-telje vaheline ala) lõpmata paljude lõpmata kitsa laiusega ristkülikutega, mille pindalade summa piirväärtus on integraali ligikaudseks väärtuseks.
Funktsioon on integreeruv, kui ta on pidev ja tõkestatud kinnisel vahemikul (e. integreerimislõigus ).
Kus kehtib alljärgnev:
- konkreetse ristküliku alus on
- konkreetse ristküliku kõrgus on
- ristkülikute kogus on
- ja
Integreerimislõiguga integraali kutsutakse määratud integraaliks, üldistatud ehk ilma lõiguta integraali aga määramata integraaliks.
Osad funktsioonid ei lähene ühele kindlale väärtusele ja nende puhul ei saa Riemanni järgi integraalsummat leida.
Määratud integraal
- Määratud integraal (Riemanni integraali 1. klass), tuntud ka kui kumulatiivne summa ja kõvera alune pindala.
-
- On integraal, mille funktsioon reaalarvu tüüpi muutuja korral on integreeruv kinnisel vahemikul , integreerides muutuja 'i järgi ja on võrdne funktsiooni algfunktsioon'iga rajal , mis on võrdne väärtuste vahega kohtadel ja . Määratud integraali ligikaudset väärtust saab arvutada vaid mitte päratutele integraalidele.[1]
Pikemalt artiklis Määratud integraal
Pikemalt artiklis Päratu integraal
Pikemalt artiklis Newton-Leibnizi valem
Määramata integraal
- Määramata integraal (Riemann'i integraali 2. klass), tuntud ka kui tuletise pöördfunktsioon.
Pikemalt artiklis Määramata integraal
Fundamentaalteoreemid
- Fundamentaalteoreem 1
- Fundamentaalteoreem 2
Riemanni kordsed integraalid
Kahekordne integraal
Kolmekordnekordne integraal
Esimest liiki joonintegraal
Teist liiki joonintegraal
Esimest liiki pindintegraal
Teist liiki pindintegraal
Green'i valem
- Pinna integraal
Pikemalt artiklis Pinna integraal
Lebesgue integraal
Lebesgue’i integraal
Omadused & tõestused
Järgnevate omaduste tõestus, on saadaval:
- Lamar University[ EN ]
- Tallinna Tehnikaülikool[ ET ] Määratud integraal
- Tallinna Tehnikaülikool[ ET ] Määramata integraal
Määramata integraal
Kuna kehtivad homogeensus ja aditiivsus, saame järeldada, et määramata integraal on lineaarsuse omadus. [3]
Tuletise reeglitest olenevalt on funktsiooni ja integreerimiskonstandi tuletis 0:
- Funktsiooni tuletise integraal on algfunktsioon ja suvaline konstant (integreerimiskonstant).
- Funktsiooni muutuja kordaja reaalarvu saab integraalist välja tuua.
- Summa ja vahe korral on võimalik funktsioonid üksteisest lahti harutada kaheks integraaliks.
Määratud integraal
Alljärgnev eeldab, et funktsioonid ja on ühtlaselt pidevad lõigul , ning antud lõigul on lokaalne maksimum ja lokaalne miinimum .
- Funktsiooni määratud integraal rajades -st -ni on võrdne algfunktsiooni väärtuse kohal b ja algfunktsiooni väärtuse kohal a vahega.
- Kui vahetada määratud integraali rajad, muutub märk integraali ees vastupidiseks.
- Kui funktsiooni lõigu pikkus on 0, ehk , siis integraali väärtus on 0.
- Funktsiooni muutuja kordaja reaalarvu saab integraali märgi alt välja tuua.
- Kahe funktsiooni summa või vahe määratud integraal on võrdne nende funktsioonide summa või vahe määratud integraalidega.
- Määratud integraali lõiku saab poolitada lõikudeks. See on tuntud, kui aditiivsuse omadus.
- Kui muutujat mille järgi integreeritakse ei leidu, on tegemist konstandiga, nimetagem seda . Määratud integraali puhul lihtsutub see:
- Funktsiooni määratud integraali absoluutväärtus on väiksem või võrdne selle funktsiooni absoluutväärtuse määratud integraalist.
Integreerimise meetodid
Üldistatud astme valem
Ositi integreerimine
Asendusvõte
...
Valemid ja joonised
Alljärgnevalt on eeldatud, et:
- on integreerimiskonstant
Määramata integraalid
Triviaalsed integraalid
Integaalide tabeli koostamisel on kasutatud elementaarfunktsioonide tuletiseid.
Trigonomeetrilised funktsioonid
Lisaks eelnimetatule:
Hüperboolsed funktsioonid
Mitte-elementaarsed integraalid
Paljudel juhtudel ei ole elementaarfunktsioonide kaudu lõplikult väljendatav. Triviaalseimad näited on integraal geomeetrilise nurga jagatis 'ga ja 1 jagatis naturaallogaritmiga ist. Antud juhtudel eksisteerib vastus komplekstasandil, ehk lisandub imaginaartelg.
integraalsiinus
integraalkoosinus
integraallogaritm
Geomeetrlise nurga integreerimine
Hüperpoolsete ja trigonomeetriliste funktsioonite integreerimisel kerkib palju sarnaseid probleeme. Sageli on otstarbekas enne hüperpoolsete funktsioonide integreerimist teisendada integreeritavat avaldist, kasutades mõnda järgnevatest valemitest[4].
Trigonomeetrilised valemid
- Järgnevate valemite tõestuse video, on saadaval: khanacadamy [ EN ]
Pikemalt artiklis Trigonomeetrilised_funktsioonid
Hüperboolsed valemid
Pikemalt artiklis Hüperboolsed_funktsioonid
- sinh(x)
Pikemalt artiklis Hüperboolne_siinus
- cosh(x)
Pikemalt artiklis Hüperboolne_koosiinus
- coth(x)
Pikemalt artiklis Hüperboolne_kootangens
- tanh(x)
Pikemalt artiklis Hüperboolne_tangens
Joonised
Mitte-elementaarsed integraalid
- Integraalkoosinus lõigul [-40;40]
- Integraalkoosinus lõigul [-4;4]
- Integraalsiinus lõigul [-40;40]
- Integraalsiinus lõigul [-4;4]
Geomeetrlise nurgad
Trigonomeetriliste funktsioonide standardkuju joonised
- Koosinus lõigul [-40;40]
- Koosinus lõigul [-4;4]
- Kootangens lõigul [-40;40]
- Kootangens lõigul [-4;4]
- Koosekanss lõigul [-40;40]
- Koosekanss lõigul [-4;4]
- Seekans lõigul [-40;40]
- Seekans lõigul [-4;4]
- Siinus lõigul [-40;40]
- Siinus lõigul [-4;4]
- Tangens lõigul [-40;40]
- Tangens lõigul [-4;4]
Arkusfunktsioonide standardkuju joonised
- Arkuskoosinus lõigul [-40;40]
- Arkuskoosinus lõigul [-4;4]
- Arkuskootangens lõigul [-40;40]
- Arkuskootangens lõigul [-4;4]
- Arkuskoosekanss lõigul [-40;40]
- Arkuskoosekanss lõigul [-4;4]
- Arkusseekans lõigul [-40;40]
- Arkusseekans lõigul [-4;4]
- Arkussiinus lõigul [-40;40]
- Arkussiinus lõigul [-4;4]
- Arkustangens lõigul [-40;40]
- Arkustangens lõigul [-4;4]
Hüperboolsete funktsioonide standardkuju joonised
- Hüperpoolne koosinus lõigul [-40;40]
- Hüperpoolne koosinus lõigul [-4;4]
- Hüperpoolne kootangens lõigul [-40;40]
- Hüperpoolne kootangens lõigul [-4;4]
- Hüperpoolne koosekanss lõigul [-40;40]
- Hüperpoolne koosekanss lõigul [-4;4]
- Hüperpoolne seekans lõigul [-40;40]
- Hüperpoolne seekans lõigul [-4;4]
- Hüperpoolne siinus lõigul [-40;40]
- Hüperpoolne siinus lõigul [-4;4]
- Hüperpoolne tangens lõigul [-40;40]
- Hüperpoolne tangens lõigul [-4;4]
Areafunktsioonide standardkuju joonised
- Hüperpoolne arkuskoosinus lõigul [-40;40]
- Hüperpoolne arkuskoosinus lõigul [-4;4]
- Hüperpoolne arkuskootangens lõigul [-40;40]
- Hüperpoolne arkuskootangens lõigul [-4;4]
- Hüperpoolne arkuskoosekanss lõigul [-40;40]
- Hüperpoolne arkuskoosekanss lõigul [-4;4]
- Hüperpoolne arkusseekans lõigul [-40;40]
- Hüperpoolne arkusseekans lõigul [-4;4]
- Hüperpoolne arkussiinus lõigul [-40;40]
- Hüperpoolne arkussiinus lõigul [-4;4]
- Hüperpoolne arkustangens lõigul [-40;40]
- Hüperpoolne arkustangens lõigul [-4;4]
Integraali rakendusi
Integraali abil saab leida näiteks:
- funktsiooni ja x-teljega piiratud ala neto pindala. Kui integraali võetakse x'i järgi, siis pindala mis on x-telje peal on positiivne ja x-telje all on negatiivne, st. täispindala saamiseks tuleb integraal alamlõikude summana arvutada, kus negatiivsetest pindaladest tuleb absoluutväärtus võtta.
- Füüsikas kiirendust integreerides aja järgi saab kiiruse
- Füüsikas hetkkiirust integreerides aja järgi saab siirde.
- lõigul
- ja lõigul
Materjalid
Vaata ka
Viited
- WolframAlpha [EN] Otsingumootor, mis lahendab Mathematica programmeerimiskoodi sh. integraale. Lisaks vastusele luuakse joonis ja nupuvajutusega on võimalik genereerida määramata integraalile lahenduskäik selgitustega - nõnda nagu inimene integraale lahendab.
- Wolfram Integrator [EN] Võimaldab võhikutel ühekordse määramata integraali vastus leida, integreerides x'i järgi.
- PatrickJMT [EN] Suur kogus kvaliteetsed video loengud teemade / ülessannete kaupa, sh. integraale, ülikooli matemaatika kursuste kontekstis.
- KHANACADEMY [EN] Massiivne kogus haridus materjale sisu, sh. integraale. Võimaldab ka veebis ülessannete lahendamist, nende automaatne hindamist ja abi. Võitnud Google: Project 10^100[5] ja on Bill Gates'i lemmik õpetaja[6].
Kirjandus
- Tammeraid, Ivar (2001), Matemaatiline analüüs I : Elektrooniline õppevahend (1st ed.), TTÜ Kirjastus, ISBN 9985-59-289-1
- Tammeraid, Ivar (2003), Matemaatiline analüüs II (1st ed.), TTÜ Kirjastus, ISBN 9985-59-366-9
- Strang, Gilbert (1999), Calculus: Online Textbook (1st ed.), Wellesly-Cambridge Press, ISBN 9780961408824
Allikad
- ↑ "Riemann integral: Määramatud integraal". 2011. Vaadatud 3. jaanuaril 2011.
- ↑ "Riemann integraal: Määramata integraal". 2011. Vaadatud 3. jaanuaril 2011.
- ↑ "Määramata integraali omadused". 2010. Vaadatud 28. detsembril 2010.
- ↑ Matemaatiline analüüs I - Ivar Tammeraid; lk 161.
- ↑ http://www.project10tothe100.com/index.html
- ↑ http://money.cnn.com/2010/08/23/technology/sal_khan_academy.fortune/index.htm