1 REGOLE DI INTEGRAZIONE

Transcript

1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA - Fcolà di Frmci e Medicin - Corso di Lure in CTF REGOLE DI INTEGRAZIONE. REGOLA DI INTEGRAZIONE PER PARTI f(x)g (x)dx = f(x)g(x) g(x)f (x)dx f(x)dg(x) = f(x)g(x) g(x)df(x) dove nell second espressione bbimo uso l simbologi del differenzile: df(x) = f (x)dx dg(x) = g (x)dx. L regol di inegrzione per pri discende dll regol di derivzione del prodoo di due funzioni e dll linerià dell inegrle indefinio: (fg) (x) = f (x)g(x) + g (x)f(x) g (x)f(x) = (fg) (x) f (x)g(x) d cui, inegrndo g (x)f(x)dx = (fg) (x)dx f (x)g(x)dx Per rrivre ll regol di inegrzione per pri bs or osservre che f(x)g(x) è un primiiv di (fg) (x), d cui g (x)f(x)dx = f(x)g(x) f (x)g(x)dx. ESEMPIO ln(x)dx = x ln(x) x + C L precedene uguglinz si può fcilmene verificre semplicemene derivndo le funzioni x ln(x) x+c e conrollndo che l deriv è esmene ln(x). Tuvi queso non spieg come si può rrivre rovre ques formul. In queso compio ci iu l regol di inegrzione per pri. Infi prendendo f(x) = ln(x) e g(x) = x si oiene ln(x)dx = x ln(x) x d ln(x)dx = x ln(x) dx = x ln(x) dx = x ln(x) x + C x x dx OSSERVAZIONE, in effei vremmo dovuo scrivere che le relzione vle per x (, + ) infi per x non h senso clcolre ln(x).

2 Inolre possimo clcolre, d esempio, il seguene inegrle definio e ln(x)dx = x ln(x) x e = e ln(e) e ( ln() ) = e e ( ) = ESEMPIO ln( + x )dx = x ln( + x ) x + rcn(x) + C L precedene uguglinz si può fcilmene verificre semplicemene derivndo le funzioni x ln( + x ) x + rcn(x) + C e conrollndo che l deriv è esmene ln( + x ). Tuvi queso non spieg come si può rrivre rovre ques formul. In queso compio ci iu l regol di inegrzione per pri. Infi prendendo f(x) = ln( + x ) e g(x) = x si oiene ln( + x )dx = x ln( + x ) x d dx ln( + x )dx = x ln( + x ) x + x xdx = x ln( + x x ) + x dx per proseguire v osservo che d cui x + x = x + x + + x + x = x + + x + x = + x ln( + x x )dx = x ln(x) + x dx [ ( = x ln( + x ) ) + x [ = x ln( + x ) dx ] dx + x dx = x ln( + x ) [x rcn(x) + C] = x ln( + x ) x + rcn(x) + C ] Inolre possimo clcolre, d esempio, il seguene inegrle definio ln( + x )dx = x ln( + x ) x + rcn(x) = ln( + ) + rcn() [ ln( + ) + rcn() ] = ln + π 4 = ln + π

3 ESEMPIO 3 xe x dx = (x + ) e x + C L precedene uguglinz si può fcilmene verificre semplicemene derivndo le funzioni (x+) e x + C e conrollndo che l deriv è esmene xe x. Tuvi queso non spieg come si può rrivre rovre ques formul. In queso compio ci iu l regol di inegrzione per pri. Infi prendendo f(x) = x e g(x) = e x di modo che f (x) = e g (x) = e x si oiene xe x dx = x( e x ) ( e x )dx = xe x + e x dx = xe x + ( e x ) + C = (x + ) e x + C Inolre possimo clcolre, d esempio, il seguene inegrle definio xe x dx = (x + ) e x ) = ( + ) e [ ( + ) e ] = e +. È ineressne nore che, nell inervllo [, ], l funzione xe x è sempre mggiore o ugule e minore o ugule e quindi ci speimo che l inegrle xe x dx veng un numero compreso r ed. A riprov osservimo che il numero che ci è venuo di clcoli è /e che effeivmene è un numero compreso r e. Ovvimene queso fo d solo NON GARANTISCE che il cono effeuo si giuso, MA, IMPORTANTE, se ci fosse venuo un numero mggiore di OPPURE un numero minore di vremmo pouo ffermre che vevmo fo un qulche errore. IMPORTANTE: se durne un esme vi dovesse cpire un siuzione simile, cerce di rovre dove s l errore, m se non lo rove, vi prego di scrivere un frse simile ll seguene: in queso momeno non cpisco dove è l errore, m ci deve essere un errore perché il risulo non è plusibile.. REGOLA DI INTEGRAZIONE PER SOSTITUZIONE Si F un primiiv di f, ossi F () = f(), e si g(x) un funzione derivbile, con deriv g (x) coninu, llor F (g(x)) è un primiiv di f(g(x))g (x), OSSIA se f(x), dx = F (x) + C llor f(g(x))g (x) dx = F (g(x)) + C

4 IMPORTANTE ricordndo che g (x)dx = dg(x) è il DIFFERENZIALE DI g(x) SI USA SCRIVERE f(g(x))g (x) dx = f(g(x)) dg(x) = F (g(x)) + C SCHEMA DI DIMOSTRAZIONE: BASTA VERIFICARE CHE F (g(x)) si un primiiv di f(g(x))g (x), ossi bs verificre che l deriv di F (g(x)) + C si ugule f(g(x)) g (x) e ciò segue immedimene dll formul di derivzione dell funzione compos: (d/dx)f (g(x)) + C = F (g(x)) g (x) + = f(g(x))g (x). ESEMPIO DI APPLICAZIONE sin(x)(cos(x)) dx = ( cos(x)) cos (x) dx = cos (x) d cos(x) Poiché d = 3 /3 + C con l formul di inegrzione per sosiuzione possimo ffermre che sin(x) cos (x) dx = ( cos(x)) cos (x) dx = cos (x) d cos(x) = cos 3 (x)/3 + C e quindi, d esempio, π sin(x) cos (x) dx = cos 3 (x)/3 π = cos 3 (π)/3 ( cos 3 ()/3) = ( ) 3 /3 + 3 /3 = /3 OSSERVAZIONE IMPORTANTE: Se vese dimenico il segno nell primiiv, vi srebbe venuo /3. M un inegrle negivo srebbe so un risulo impossibile, in quno l funzione f(x) = sin(x) cos (x) [, ] per x nell inervllo di inegrzione [, π] e, quindi, ANCHE PRIMA DI ESEGUIRE I CALCOLI, SAPPIAMO CHE l inegrle deve essere un numero in [, π]. IMPORTANTE: se durne un esme vi dovesse cpire un siuzione simile, cerce di rovre dove s l errore, m se non lo rove, vi prego di scrivere un frse simile ll seguene: in queso momeno non cpisco dove è l errore, m ci deve essere un errore perché il risul- o non è plusibile. Esercizi dl Foglio 7 dell Esercizirio in pricolre: D. 4 L re compres r l funzione y = sin(x) e l cord pssne per i suoi puni di sciss e π/ vle:

5 4A π/4 4B π/ 4C 4D π/4 4E / Prim di uo v osservo che l formulzione più corre, m sicurmene più lung, dell esercizio srebbe l seguene L re compres r il grfico dell funzione f(x) = sin(x) e l cord pssne per i suoi puni di sciss e π/ vle: In ogni cso per inizire clcolimo gli esremi dell cord ossi i puni P = (, f() ) = (, sin() ) = (, ) P = ( π/, f(π/) ) = ( π/, sin(π/) ) = (, ), e subio dopo l equzione dell cord pssne per quesi due puni: y y y y = x x x x ossi y = x π/ ossi y = x Figure : Osservre che il grfico dell funzione f(x) = sin(x) è sempre l di soo dell cord in quno per x [, π/] si h sin(x) x e quindi sin(x) x. Per clcolre l re richies bs quindi clcolre π/ π/ [ ( x) ( sin(x))] [ dx = π x) + sin(x))] dx π [ ] π/ = π x / cos(x) = π (π/) ( ) = π/4

6 Infi v osservo che il grfico dell funzione f(x) = sin(x), per x [, π/] è sempre l di soo dell cord in quno l funzione f(x) = sin(x) è convess nell inervllo [, π/], come si deduce immedimene dl fo che ( come si vede subio d f (x) = sin(x) per x [, π/] d dx f(x) = d dx ( sin(x)) = ( cos(x)) = cos(x) e quindi d dx f(x) = d ) dx ( cos(x)) = ( sin(x)) = sin(x) e quindi è chiro che per clcolre l re bs clcolre l differenz r l re dell regione r l cord e l sse x: e l re dell regione r y = sin(x) e l sse x, come illusro nell seguene figur: ATTENZIONE: in genere qundo si prl di re di un regione si inende l re fisic: MA È IMPORTANTE RICORDARE CHE b rppresen l re lgebric, ossi, AD ESEMPIO, [ f() g() ] d Nell figur precedene, l re lgebric corrisponde ll re fisic dell pre color in blu meno l re fisic color in rosso. Se si volesse oenere invece l re fisic dell regione delimi di grfici delle funzioni f e g e dlle ree x = ed x = b si dovrebbe clcolre invece b x f() g() d = [f() g()] d + b x [g() f()] d

7 dove x è il puno (unico nel cso dell figur) in cui f(x) = g(x) ALTRI ESERCIZI SVOLTI (sempre dl Foglio 7) D. Il vlore medio che l funzione x + ssume nell inervllo (, ) è circ A, B, C,4 D,8 E,5 Si r di clcolre il vlore medio di f(x) = x b b f() d = + d = = + d( ) = [( + ) ] (/)+ = (/) + +, ossi + d + d( + ) = ( ) / + d( + ) = 3/ 3/ 3/ 3/ = ( 3/ ) =, = (circ), 3 D. Un primiiv di y = x 3 + 4x pssne per il puno di coordine (; ) è A y = x x3 B y = 4 x4 + 3 x3 5 C y = x 3 + 4x 5 D y = x4 + x 3 E nessun primiiv può pssre per (, ) ATTENZIONE srebbe più correo, m più lungo, scrivere Un primiiv di f(x) = x 3 + 4x il cui grfico pss per il puno di coordine (; ) è Si r di rovre, r ue le primiive F (x) di f(x) = x 3 + 4x, quell per cui F () =. Sppimo che ue le primiive di f(x) = x 3 + 4x sono del ipo e quindi cerchimo C in modo che e quindi l soluzione è x x3 3 + C C = C = + 4 x ALTERNATIVAMENTE SOLUZIONE PIU SEMPLICE x 4 ( + 4 ) = = 5 6 si r di individure quli r le funzioni de sono primiive di f(x) = x 3 + 4x conrollre se F () =. e per quese