Capitolo 5. Integrali. 5.1 Integrali di funzioni a gradinata

Documenti analoghi
Tutorato di analisi 1

Integrale di Riemann

Corso di Analisi Matematica Calcolo integrale per funzioni di una variabile

1 Integrale delle funzioni a scala

Integrali definiti (nel senso di Riemann)

Integrali su intervalli illimitati Criteri di convergenza 1 Integrali di funzioni non limitate Criteri di convergenza 2 Altri integrali impropri

Teorema fondamentale del calcolo integrale

Capitolo 6. Integrali di funzioni di una variabile

ANALISI 1 1 DICIOTTESIMA - DICIANNOVESIMA LEZIONE Integrale secondo Riemann

5.4 Il teorema fondamentale del calcolo integrale

Integrali impropri di funzioni di una variabile

Integrazione definita

(somma inferiore n esima), (somma superiore n esima).

Integrali impropri in R

INTEGRALI INDEFINITI

Calcolo integrale in due e più variabili

Calcolare l area di una regione piana

Integrali in senso generalizzato

Appunti di calcolo integrale

Integrale definito (p.204)

Integrali in senso generalizzato

Integrazione per parti. II

ANALISI 1 1 VENTIDUESIMA LEZIONE Integrali impropri

Integrale definito (p.204)

Lezione 4: Introduzione al calcolo integrale

Il problema delle aree. Metodo di esaustione.

CALCOLARE L AREA DI UNA REGIONE PIANA

Introduzione al calcolo integrale

1 Il problema del calcolo dell area di una regione piana limitata

1 b a. f(x) dx. Osservazione 1.2. Se indichiamo con µ il valore medio di f su [a, b], abbiamo che. f(x) dx = µ(b a) =

INTEGRALI INDEFINITI

Matematica I, Funzione integrale

Analisi Matematica 1 Venticinquesima lezione[1cm]integrale di Riemann 5 marzo (cont.) / 20

Integrale e Primitiva

Integrali. Il concetto di integrale nasce per risolvere due classi di problemi:

Integrale: Somma totale di parti infinitesimali

13 - Integrali Impropri

Integrali. Il concetto di integrale nasce per risolvere due classi di problemi:

Integrale Improprio. f(x) dx =: Osserviamo che questa definizione ha senso dal momento che per ogni y è ben definito l integrale b

f(x) f(x 0 ) lim (x) := f(x) f(x 0)

Corso di Analisi Matematica. Calcolo integrale

L integrale di Riemann

FUNZIONI CONTINUE A TRATTI E LORO INTEGRALI

Area del Trapezoide. f(x) A f(a) f(b) f(x)

S D f = M k (f)(x k x k 1 ). k=1. Dalla definizione discende immediatamente che SD f S D f per ogni

Appunti sull integrale di Riemann. Roberto Monti. 11 Gennaio Versione riveduta

Differenziale. Consideriamo la variazione finita, x della variabile indipendente a cui corrisponde una variazione finita della funzione f x, f x y

Integrali. all integrale definito all integrale indefinito. Integrali: riepilogo

AM210: Esercizi 2. + e x sin x dx 6. x log 3 x 9. dx

Il metodo di esaustione

INTEGRALI IMPROPRI. c Paola Gervasio - Analisi Matematica 1 - A.A. 16/17 Integrali impropri cap10.pdf 1

Capitolo 2. Il problema del calcolo delle aree

Definizione (primitiva, integrale indefinito). Data una funzione f diremo che una funzione F è una primitiva di f se

CORSO DI CALCOLO E BIOSTATISTICA. A.A APPUNTI SUGLI INTEGRALI

DISPENSE DI ANALISI MATEMATICA. Indice

Alcune note introduttive alle serie di Fourier.

Integrali de niti. Il problema del calcolo di aree ci porterà alla de nizione di integrale de nito.

Analisi Matematica per Bio-Informatici Esercitazione 13 a.a

" Osservazione. 6.1 Integrale indefinito. R Definizione (Primitiva) E Esempio 6.1 CAPITOLO 6

Corso di Laurea in Ingegneria Civile ed Ambientale Prima prova scritta di Analisi Matematica 1 del 10/01/2011 A

Integrali. Alessandro Fallica Liceo Ginnasio Statale G. Verga Adrano. 3 aprile 2014

INTEGRALI IMPROPRI. f(x) dx. e la funzione f(x) si dice integrabile in senso improprio su (a, b]. Se tale limite esiste ma

Successioni di Funzioni e Serie di Potenze

ANALISI MATEMATICA 2 Anno accademico

INTEGRALE INDEFINITO. Saper calcolare l integrale indefinito di una funzione utilizzando i diversi metodi

Università degli Studi di Palermo Facoltà di Economia. Dipartimento di Scienze Economiche, Aziendali e Statistiche. Appunti del corso di Matematica

Calcolo Integrale. Avviso. Integrazione analitica. Proprietà dell integrale

INTEGRALI IMPROPRI. c Paola Gervasio - Analisi Matematica 1 - A.A. 17/18 Integrali impropri cap10.pdf 1

Calcolo integrale. Capitolo Primitive ed integrale inde nito

Capitolo IV Cenni di calcolo integrale

Integrali impropri. Riccarda Rossi. Analisi I. Università di Brescia. Riccarda Rossi (Università di Brescia) Integrali impropri Analisi I 1 / 48

Integrazione numerica. I(f) := Non sempre si riesce a trovare la forma esplicita della primitiva.

COMPLEMENTI SUGLI INTEGRALI DEFINITI. A. Figà Talamanca

Successioni di Funzioni e Serie di Potenze 1

Integrali impropri. Vogliamo definire e calcolare f (x)dx quando. I y. f (x)

Elenco dei teoremi dimostrati a lezione

Successioni di Funzioni e Serie di Potenze

Verica di Matematica su Integrale Denito, Integrazione Numerica e calcolo di aree [1]

Erasmo Modica. : K K K

Complementi di Matematica e Calcolo Numerico A.A Laboratorio 7 - Integrazione numerica

PROGRAMMA di MATEMATICA. I Modulo - Introduzione alla Matematica (E.Bernardi)

In questo capitolo svilupperemo la teoria dell integrazione secondo Riemann per funzioni di una variabile reale.

FUNZIONI IPERBOLICHE

Esercizi su spazi ed operatori lineari

Metodi Matematici per l Economia anno 2016/2017 Partizione G-O

Complementi di Matematica e Calcolo Numerico A.A Laboratorio 10 - Integrazione numerica

ANALISI REALE E COMPLESSA a.a

Foglio N.3. PRIMITIVE. Pn (x) Q m (x) dx

Chapter 1. Integrali doppi

Analisi 2. Roberto Monti. Appunti del Corso - Versione del 20 Aprile 2011

26/03/2012. Integrale Definito. Calcolo delle Aree. Appunti di analisi matematica: Il concetto d integrale nasce per risolvere due classi di problemi:

PNI SESSIONE SUPPLETIVA QUESITO 1

5 2d x x >12. con a, b, c e d parametri reali. Il grafico di f (x) passa per l origine del sistema di riferimento

Osservazioni varie su primitive e integrali

ANALISI MATEMATICA. Ottavio Caligaris - Pietro Oliva

ANALISI MATEMATICA. Ottavio Caligaris - Pietro Oliva

Ortogonalità di funzioni

Integrali dipendenti da un parametro e derivazione sotto il segno di integrale.

Appunti ad uso degli studenti del Corso di Matematica per CTF

Transcript:

Cpitolo 5 Integrli 5.1 Integrli di funzioni grdint Un concetto molto semplice m di fondmentle importnz per l trttzione dell integrle di Riemnn è quello di divisione di un intervllo [, b]. In sostnz si strtt di suddividere l intervllo di prtenz in tnti sotto intervlli contigui. Definizione 5.1. Si [, b] R un intervllo, con 1 <<b<+1. Un divisione D di [, b] è un insieme ordinto di numeri reli {x 0,x 1,...,x n } tle che 1. x 0 =, x n = b; 2. 8i =1,...,n si h x i 1 <x i. L insieme di tutte le divisioni di un intervllo [, b] è indicto con D(, b). Nel seguito si supporrà sempre [, b] R un intervllo con 1 <<b<+1, eperbrevitàsi indicherà D(, b) cond. Un funzione grdint è semplicemente un funzione che è costnte nei sottointervlli ]x i 1,x i [individutidundivisioned dell insieme di definizione [, b]. Agli estremi di ogni sottointervllo, ovvero nei punti dell divisione, l funzione può ssumere qulsisi vlore rele, nche distinto di vlori ssunti dll funzione nei due sottointervlli dicenti. In prticolre è possibile dre l seguente definizione. Definizione 5.2. Si f :[, b]! R. f si dice grdint se esiste un divisione D = {x 0 =, x 1...,x n 1,x n = b} di [, b] e n +1 vlori reli non necessrimente distinti l 1,...,l n tle che f(x) = li x 2 ]x i 1,x i [ 2 R i =0, 1,...,n (5.1) 30

Dt un funzione grdint, un divisione D 0 = {x 0 0 =, x 0 1...,x 0 n per f se f è ncor costnte in ogni intervllo ]x 0 i 1,x 0 i[. 1,x 0 n0 = b} si dice mmissibile Un volt introdotte le funzioni grdint è molto nturle introdurre il concetto di integrle per un funzione grdint. Se supponimo che l funzione f si un funzione non negtiv, ovvero f(x) 0perognix2 [, b], llor come srà fcile verificre l integrle dell f nell intervllo [, b] non srà ltro che l re del plurirettngolo individuto dll funzione f edll ssedellex. Definizione 5.3. Si f :[, b]! R grdint. Si definisce integrle di Riemnn di f in [, b] l quntità nx f(x)dx = (x i x i 1 )l i, (5.2) dove D = {x 0 =, x 1,...,x n = b} è un divisione mmissibile per f in [, b]. i=1 Un prim osservzione d fre è che, come si può controllre fcilmente, il vlore dell integrle dell funzione grdint f non dipende dll prticolre scelt dell divisione mmissibile. Se l funzione f ssume vlori si positivi che negtivi, il suo integrle non corrisponde ll re del plurirettngolo individuto dll funzione stess e dll sse delle x, inquntoirettngolichesonoposti l di sotto dell sse delle x hnno re negtiv, inquntotleèilvloredell ltezz. L integrle delle funzioni grdint è un opertore linere, ovverosoddisflcondizione(2)dell prossim proposizione. Inoltre è possibile dre un stim del suo vlore, grzie ll disuguglinz (1). Proposizione 5.4. Sino f,g :[, b]! R grdint e, [ f(x)+ f(x)dx pple g(x)]dx = 5.2 Integrli di funzioni qulsisi 2 R llor f(x) dx (5.3) f(x)dx + g(x)dx (5.4) Un volt introdotto il concetto di integrle per un funzione grdint il primo psso è estendere questo concetto funzioni più generli. In prticolre è necessri l introduzione di funzioni grdint che pprossimno per eccesso e per difetto l funzione f di cui si vuole clcolre l integrle. Definizione 5.5. Si f :[, b]! R limitt. Si D = {x 0 =, x 1...,x n 1,x n = b} un divisione di [, b]. Si definisce funzione grdint inferiore ssocit D di f l funzione infx2[xi 1,x s D (x) = i ] f(x) x 2 [x i 1,x i [ (5.5) f(b) x = b 31

Si definisce funzione grdint superiore ssocit D di f l funzione supx2[xi t D (x) = 1,x i ] f(x) x 2 [x i 1,x i [ f(b) x = b (5.6) Osservzione 5.6. Si h che per ogni D 2D s D (x) pple f(x) pple t D (x) 8x 2 [, b]. Or è possibile introdurre il concetto di integrle inferiore e integrle superiore, con i quli srà possibile dre l definizione di integrbilità secondo Riemnn. Definizione 5.7. Si f :[, b]! R limitt. Si definisce integrle superiore dell f in [, b] il vlore f(x)dx = inf D2D Si definisce integrle inferiore dell f in [, b] il vlore f(x)dx =sup D2D t D (x)dx. (5.7) s D (x)dx. (5.8) Osservzione 5.8. Si osservi che dt un funzione f limitt l integrle inferiore e quello superiore esistono sempre in qunto sono definiti come estremi superiori ed inferiori di sottoinsiemi di R. Definizione 5.9. Si f :[, b]! R limitt. f si dice integrbile secondo Riemnn se 1 < f(x)dx = f(x)dx. < +1 In questo cso f si dice Riemnn integrbile (R-integrbile) e l integrle di Riemnn dell f in [, b] è il vlore comune e si indic con f(x)dx. A conclusione di quest sezione vengono richimte le principli proprietà dell integrle di Riemnn. Proposizione 5.10. Sino f,g :[, b]! R R-integrbili e, f(x)dx pple 2 R llor f(x) dx (5.9) [ f(x)+ g(x)]dx = 32 f(x)dx + g(x)dx (5.10)

Osservzione 5.11. È possibile definire dt un funzione f :[, b]! R limitt l su prte positiv f + e l su prte negtiv f nel seguente modo: f + (x) :=mx{f(x), 0} f (x) := mx{ f(x), 0}. Chirmente se un funzione f è non negtiv llor coincide con l su prte positiv, mentre se è non positiv coincide con l su prte negtiv. Inoltre in generle f(x) =f + (x) f (x). Se l funzione f è R-integrbile, llor lo sono pure l su prte positiv f + e l su prte negtiv f. Dll proprietà (2) dell Proposizione 5.10 si ottiene che f(x)dx = [f + (x) f (x)]dx = f + (x)dx f (x)dx. 5.3 Clssi di funzioni integrbili secondo Riemnn 5.4 Integrli indefiniti Tutte le definizioni delle sezioni precedenti e le formule proposte non permettono esplicitmente il clcolo dell integrle di Riemnn di un funzione R-integrbile, meno che l funzione in esme non si grdint o comunque prticolrmente semplice. Per poter dunque clcolre in mnier gevole il vlore dell integrle di Riemnn è opportuno introdurre il concetto di bf primitiv di un funzione dt. Definizione 5.12. Si f :[, b]! R. L funzione F :[, b]! R si dice primitiv di f se si h F 0 (x) =f(x) 8x 2 [, b]. Dunque dicimo che f mmette primitiv se è l derivt di un qulche funzione F. Quest funzione primitiv essendo derivbile in ogni punto dell intervllo [, b] deveesserenchecontinu in questo intervllo. Esempio 5.13. Esempi di primitive di funzioni semplici. Proposizione 5.14. Si f :[, b]! R e F :[, b]! R un su primitiv. Allor per ogni c 2 R nche l funzione G c :[, b]! R definit d G(x) =F (x)+c è un primitiv di f. Vicevers se H :[, b]! R è un ltr primitiv di f, llor esiste c 2 R tle che F (x) H(x) =c. Osservzione 5.15. Per l second prte dell precedente proposizione è indispensbile che l funzione f si definit in un intervllo connesso. 33

Dll proposizione precedente, dt f :[, b]! R rimne individuto l insieme delle sue primitive che può essere scritto come {H(x) =F (x)+c F primitiv di f, c 2 R}. Èorpossibiledreldefinizionediintegrle indefinito di un funzione f. Definizione 5.16. Si f :[, b]! R si definisce integrle indefinito di f l insieme delle sue primitive Z f(x)dx = {F :[, b]! R : F 0 (x) =f(x) 8x 2 [, b]}. Un prticolre esempio di primitiv di un funzione f :[, b]! R continuè l funzione integrle. Definizione 5.17. Si f :[, b]! R continu. Si definisce funzione integrle dell f l funzione F (x) := Z x f(t)dt. Osservzione 5.18. Nonostnte si definit trmite un integrle di Riemnn, e quindi un numero, l funzione integrle è e ettivmente un funzione, in qunto il secondo estremo di integrzione dipende dll vribile x. 5.5 Teorem fondmentle del clcolo integrle In quest sezione verrà descritto il legme tr integrli di Riemnn e integrli indefiniti. Per prim cos enuncimo il Teorem Fondmentle del Clcolo Integrle. Teorem 5.19. Si f :[, b]! R continu. Allor l funzione integrle F (x) := è un primitiv dell funzione f nell intervllo [, b]. Z x f(t)dt Questo teorem ci fornisce uno strumento esplicito per il clcolo degli integrli di Riemnn. Tutto questo è descritto trmite l Formul Fondmentle del Clcolo Integrle. Corollrio 5.20. Si f :[, b]! R continu e G :[, b]! R un su primitiv. Allor f(x)dx = G(b) G(). 34

5.6 Clcolo degli integrli indefiniti Dl Teorem fondmentle del Clcolo Integrle (cfr. Teorem 5.19) e dll Formul Fondmentle del Clcolo Integrle (cfr. Teorem 5.20) si evince che per clcolre il vlore di un integrle definito bst clcolre un prticolre primitiv dell funzione integrnd. 5.6.1 Integrli immediti Sotto quest voce ritrovimo tutti gli integrli indefiniti che è possibile svolgere in mnier immedit, ovvero ricordndo esclusivmente che l integrle indefinito è definito come l insieme di tutte le funzioni che hnno per derivt l funzione integrnd. R f(x) f(x)dx 0 c k kx + c x, 6= 1 xn+1 + c n+1 1 log x + c x sin x cos x + c cos x sin x + c 1 rctn x 1+x 2 p 1 1 x 2 rcsin x + c 5.6.2 Integrli per sostituzione p 1 1 x 2 rccos x + c Proposizione 5.21 (Formul integrle per sostituzione). Si h(x) =f(y), con y = g(x). Allor Z Z h(x)dx = f(y) @g 1 (y) dy. @y 5.6.3 Integrli per prti Proposizione 5.22 (Formul integrle per prti). Sino f,g due funzioni reli derivbili. Allor Z Z f(x)g 0 (x)dx = f(x)g(x) f 0 (x)g(x)dx. 5.7 Esercizi 35