X
تبلیغات
دانلود کتاب و جزوه ریاضی
دانلود کتاب و جزوه ریاضی
جزوات ریاضی 
قالب وبلاگ
لینک دوستان

انتگرال نامعین

اگر پاد مشتق باشد ، آنگاه به ازای هر مقدار ثابت یک پاد مشتق است.زیرا اگر آنگاه:


 

نکته

اگر جوابی برای باشد ، فرمول همه جوابها را به دست می‌دهد.


انتگرال نامعین

مجموعه همه پاد مشتق‌های یک تابع چون را انتگرال نامعین نسبت به می‌نامند و با نشان می‌دهند.
هرگاه فرمول همه پادمشتق‌های را به دست دهد، آنرا چنین مشخص می‌کنیم :


تابع را انتگرال ده انتگرال و را ثابت انتگرال‌گیری می‌نامیم. همچنین نشان می‌دهد که متغیر انتگرال‌گیری است.


خواص انتگرال

  1. انتگرال مشتق یک تابع مشتق‌پذیر برابر است با به علاوه یک ثابت دلخواه.
  2. یک ثابت را می‌توان از زیر نماد انتگرال‌گیری بیرون آورد.(توجه شود که عباراتی را که توابعی از متغیر انتگرال‌گیری اند ، نمی‌توان از زیر نماد انتگرال‌گیری بیرون آورد.)
  3. انتگرال مجموع دو تابع برابر مجموع انتگرال‌های آنهاست.این مطلب را میتوان به مجموع هر تعداد متناهی از توابع تعمیم داد.

فرمول های انتگرال گیری


 


 

,


 

,


 

,


 

,


 


 


 


 


در این دستور‌ها یا متغیر مستقل است و یا تابعی مشتق‌پذیر از متغیر مستقل دیگری است.
اگر آنگاه


انتخاب مقدار ثابت انتگرال‌گیری

در حل یک معادله دیفرانسیل مانند معمولا به دنبال جواب خاصی هستیم که شرایط عددی از پیش تعیین شده را برآورده سازد.بدین منظور نخست جواب عمومی را تعیین می‌کنیم که همه جوابهای ممکن را به دست می‌دهد . سپس مقداری از را تعیین می‌کنیم که جواب خاص مطلوب را به دست دهد.
اگر نقطه‌ای چون از دامنه را در نظر بگیریم و مقدار دلخواه را برگزینیم ، می‌توان با قرار دادن و در معادله و حل آن نسبت به جوابی را یافت که از نقطه بگذرد.به این ترتیب داریم یا .
خم خمی است که از می‌گذرد.


انتگرال‌گیری به کمک تغییر متغیر

در حل انتگرال‌ها با روش تغییر متغیر ، به جای تابع پیوسته و مشتق پذیر را قرار می دهیم، یعنی :


بعد از حل ، بر اساس تابع معکوس ، به جای نسبت به قرار می‌دهیم . یعنی:
از فرمول فوق به صورت زیر هم می‌توان استفاده کرد:


 


انتگرال‌گیری به روش جزء به جزء

دستور موسوم به انتگرال‌گیری به روش جزء به جزء است که در آن توابعی مشتق‌پذیر از هستند. اگر انتگرال به صورت حاصلضرب یک تابع لگاریتمی یا یک تابع معکوس مثلثاتی ، در یک چند جمله ای باشد، در این صورت معمولا را تابع لگاریتمی یا تابع معکوس مثلثاتی انتخاب می‌کنند ولی اگر انتگرال حاصلضرب یک تابع لگاریتمی یا یک تابع نمایی در یک تابع جبری باشد ، معمولا تابع جبری را فرض می‌کنند.


دید کلی

برای آنکه بتوانیم مساحت شکل مسطح را حساب کنیم واحدی برای مساحت در نظر می‌گیریم که عبارت است از مساحت مربعی که طول اضلاع آن مساوی واحد می‌باشد. اگر مثلا اینچ را واحد طول گرفته باشیم واحد مساحت نظیر آن عبارت است از اینچ مربع یعنی مساحت مربعی که طول اضلاع آن یک اینچ می‌باشد. بر مبنای این تعریف به آسانی می‌توان مساحت هر مربع مستطیل را حساب کرد.


مفهوم انتگرال معین

اولین مفهوم اساسی حساب دیفرانسیل و انتگرال عبارت از مفهوم انتگرال می‌باشد. در این مبحث انتگرال را به عنوان اندازه مساحت سطحی که در زیر منحنی مفروض قرار گرفته است و به صورت حدی در نظر خواهیم گرفت اگر یک تابع مثبت و اتصالی y= داده شده باشد در این صورت مساحتی را در نظر می‌گیریم که در زیر این منحنی واقع است و از طرف پایین ، قطعه خطی واقع بر محور x ها محدود می‌شود که ما بین دو نقطه به طولهای a ، b و b>a واقع است و از طرفین به دو خط عمود بر محور xها که از این دو نقطه رسم شوند محدود است. هدف ما آن است که مساحت این سطح را که A نامیده می‌شود حساب کنیم.


انتگرال معین

نخست به تعریف مساحت ناحیه محصور بین نمودار یک تابع پیوسته نامنفی مانند و بازه ای از محور مانند می پردازیم.
برای این منظور تا آنجا که می توانیم (طبق شکل 1) بخش هرچه بیشتری از این ناحیه را با مستطیل های محاطی قائم پر می کنیم. مجموع مساحت های مستطیل ها تقریبی است از مساحت ناحیه.هرچه تعداد مستطیل ها بیشتر باشد، تقریب بهتری به دست می آید. بنا به تعریف، مساحت این ناحیه، حد مجموع مساحت های مستطیل هاست وقتی که مستطیل ها کوچک و کوچک تر شوند و تعداد آنها به سوی بی نهایت میل کند.

img/daneshnameh_up/8/8e/ANTEGRAL_MOAYAN1.JPG


حال اگر به جای مستطیل های محاطی، مستطیل های محیطی (مطابق شکل 2) و یا هر نوع دیگری از مستطیل ها که قاعده پایین آن ها بر محور ها منطبق و قاعده بالای آن ها خم را قطع کنند به کار ببریم، دقیقا" همان حد به دست می آید.
این نکته نیز شایان ذکر است که حد مجموع مساحت های این مستطیل ها نه تنها برای توابع پیوسته نا منفی – که بحثمان را با آن ها آغاز کردیم – بلکه برای هر تابع پیوسته ای وجود دارد.

img/daneshnameh_up/c/ca/ANTEGRAL_MOAYAN2.JPG


 


مجموع انتگرال بالا – مجموع انتگرال پایین

تابع را در نظر می گیریم که در فاصله تعریف شده است. عبارت


را مجموع انتگرال این تابع گویند که در آن :


 


مجموع را مجموع (انتگرال) بالا و را مجموع (انتگرال) پایین نامند که در آن :


 


 


تابع انتگرال پذیر

حد مجموع انتگرال وقتی را انتگرال معین تابع در فاصله گویند.
اگر این حد موجود باشد، تابع را در فاصله انتگرال پذیر گویند.
(نکته : هر تابع پیوسته انتگرال پذیر است.)


محاسبه انتگرال معین با استفاده از دستور نیوتن-لایپنیتز

دستور زیر معروف به دستور نیوتن-لایپنیتز است :


که در آن یک تابع اولیه تابع می باشد یعنی :


 

مزایای فرمول نیوتن- لایبنیتز

فرمول نیوتن- لابینیتز هنگامیکه یک تابع اولی تابع انتگرال (تابع زیر علامت انتگرال) معلوم باشد یک روش مناسب و عملی برای محاسبه انتگرالهای معین به دست می‌دهند. در حقیقت انتگرال معین فقط زمانی اهمیت کنونی خود را در ریاضیات کسب کرد که این فرمول توسط نیوتن- لایبنیتز کشف شد. اگر چه پیشینیان (ارشمیدس) از یک عمل مشابه‌ای برای محاسبه انتگرال معین به عنوان حد مجموع انتگرال آگاه بودند، کاربردهای این روش منحصر بود به حالتهای بسیار ساده‌ای که حد مجموع انتگرال می‌توانست مستقیما محاسبه شود. فرمول نیوتن- لایبنیتز دامنه کاربردهای انتگرال معین را تا حد زیاد گسترش داد، زیرا ریاضیات یک روش عمومی برای حل مسائل گوناگون خاصی بدست آورد، و بنابراین توانست بطور قابل ملاحظه‌ای حدود کاربردهای انتگرال معین را در صنعت ، مکانیک ، نجوم و غیره توسعه دهد.


تخمین یک انتگرال معین

1. اگر در فاصله داشته باشیم آنگاه :


و بویژه :


2. اگر کوچکترین و بزرگترین مقدار تابع در فاصله باشد، آنگاه :


3.قضیه مقدار میانگین : اگر تابع در فاصله پیوسته باشد، آنگاه :


4. تعمیم قضیه مقدار میانگین : اگر توابع و در فاصله پیوسته باشند و همچنین علامت در این فاصله ثابت بماند، آنگاه :


5.به ازای هر از نقاط پیوستگی تابع داریم :


 


 


تغییر متغیر در انتگرال معین

اگر تابع در شرایط زیر صدق کند :
الف. در فاصله ، تابعی پیوسته و یک مقداری بوده و در این فاصله نیز پیوسته باشد.
ب. اگر در فاصله تغییر نماید، مقادیر تابع از فاصله خارج نشود.
ج. و
آنگاه دستور تغییر متغییر در انتگرال معین برای هر تابع پیوسته در فاصله بصورت زیر اعمال می شود :


 

محاسبه مساحت سطوح در مختصات قائم

  • اگر تابع در بازه بسته ، بزرگتر یا مساوی صفر باشد، در این صورت مساحت زیر منحنی تابع برابر است با انتگرال تابع


 

  • اگر تابع در همان بازه کوچکتر یا مساوی صفر باشد آنگاه مساحت زیر منحنی برابر است با قرینه انتگرال تابع


انتگرال در تمام فاصله تفاضل مساحت بالا و پایین محور ox را به دست می دهد. برای پیداکردن مجموع مساحت های سطوح به معنی معمولی، باید مجموع قدر مطلق های انتگرال فواصل جزئی فوق الذکر را به دست آوریم.

محاسبه سطح یک قطاع منحنی الخط در مختصات قطبی

فرض می کنیم معادله یک خم در مختصات قطبی است، که در آن یک تابع پیوسته است هنگامیکه α≤θ≤β می باسد. برای به دست آوردن مساخت قطاع محدود شده به وسیله خم و شعاعهای حامل θ=α و θ=β به صورت زیر عمل می کنیم:

محاسبه طول کمان یک خم

طول کمان یک خم در مختصات قائم (کارتزین)

فرض می کنیم معادله یک خم در مختصات قائم باشد. برای محاسبه طول کمان این گونه عمل می کنیم:

با به کاربردن این فرمول اخیر اغلب می توان مشتق کمان را نسبت به طول به دست آورد.

طول کمان یک خم در مختصات قطبی

فرض می کنیم معادله یک خم در مختصات قطبی باشد، که در آن ρ شعاع حامل و θ زاویه قطبی است. رابطه های بین مختصات قائم ومختصات قطبی چنین اند.

X=f(θ)cosθ , Y=f(θ)sinθ

این معادلات را می توان معادلات پارامتری خم اختیار کرد و با به کاربردن فرمول زیر می توان طول کمان خم را به دست آورد:

محاسبه حجم یک جسم دوار

  • فرض کنید f روی بازه از a تا b پیوسته و نامنفی باشد، اگر ناحیه زیر منحنی در این بازه بسته حول محور x دوران کند، حجم جسم دوار برابر است با:


اگر تابع f حول محور y دوران کند حجم جسم دوار برابر است با: انتگرال نسبت به محور y.

محاسبه سطح یک جسم دوار

رویه دوار حاصل از دوران خم حول محور x ها را در نظر می گیریم. مساحت این رویه را به صورت زیر محاسبه می کنیم:

محاسبه کار

اگر نیروی ثابت F (کیلوگرم) در تغییر مکانی برابر S (متر) عمل کند، کار انجام شده (بر حسب کیلوگرم متر) برابر است با حاصلضرب نیرو در تغییر مکان، یعنی

W=F.S


اما وقتی نیرو ثابت نباشد، مثلا در مواقعی که یک فنررا می کشیم یا فشار می دهیم، نمی توانیم کار انجام شده را مستقیما از رابطه فوق به دست آوریم. ولی اگر نیرو تابع پیوسته ای از S باشد، از رابطه مذکور می توان برای یافتن مقدار تقریبی کار انجام شده در یک تغییر مکان کوتاه، مثلا ∆S استفاده کرد و می توان به روش انتگرال گیری دستور اخیر را برای یافتن مقدار کل کار انجام شده تعمیم داد.

فرض می کنیم جسمی روی خط مستقیمی تحت اثر نیروی متغیر و پیوسته حرکت می کند و از نقطه x=a به نقطه x=b می رود. می خواهیم مقدار کار انجام شده توسط نیروی را در این تغییر مکان حساب کنیم.

کار لازم برای تخلیه یک مخزن

کار لازم برای تخلیه کردن مایعی به حجم V و وزن مخصوص w از درون یک مخزن و رساندن آن به ارتفاع h از سطح اولیه مایع از رابطه زیر به دست می آید:

قانون هوک

اگر فنری به طول x بیش از طول طبیعی خود کشیده شود، با نیرویی مساوی kx، به عقب کشیده می شود، که در آن k ثابتی است که به جنس و طول فنر بستگی دارد. قانون هوک، زمانی که فنر به اندازه x فشرده شود نیز برقرار است.

  • قضیه: اگر F برآیند همه نیروهای وارد بر متحرکی به جرم m باشد و امتداد F ثابت بماند، آنگاه، مقدار کار انجام شده توسط نیروی F بر آن متحرک، اعم از اینکه نیروی F ثابت باشد یا متغیر، برابر با تغییر انرژی جنبشی آن متحرک است. برای اثبات این قضیه وسایل لازم عبارتند از رابطه کار، تعریف انرژی جنبشی، قانون دوم نیوتن در رابطه
V=ds/dt



یعنی، مقدار کار انجام شده توسط F برابر با انرژی جنبشی در b منهای انرژی جنبشی در a است.

محاسبه مساحت ناحیه بین دو منحنی

فرض می کنیم دو تابع f و g در بازه a , b پیوسته باشند و برای هر x در این بازه داشته باشیم f(x) ≥ g(x)، برای محاسبه مساحت محصور بین دو منحنی به این صورت عمل می کنیم:

محاسبه مساحت پیموده شده توسط یک متحرک

متحرکی با سرعت V=f(t) در فاصله a , b علاوه بر پیوسته بودن مثبت نیز باشد. یعنی جسم تنها در یک جهت حرکت کند و هرگز به عقب برنگردد. اگر S موضع متحرک در لحظه t باشد، پس مسافت پیموده شده توسط متحرک به این صورت به دست می آید:

(S|ab=F(b)-F(a



هرگاه سرعت در بازه باز (a , b) تغییر علامت بدهد، انتگرال فقط مقدار حاصلجمع جبری تغییر S را به دست خواهد داد. در این حالت فواصلی را که به جلو و عقب پیموده می شوند می توان حذف کرد. اگر بخواهیم مقدار واقعی کل مسافت پیموده شده را بیابیم باید انتگرال قدرمطلق سرعت را پیدا کنیم. برای محاسبه این انتگرال باید آن را در روی قسمتهایی که V مثبت و یا منفی است. به طور جداگانه حساب و سپس قدرمطلق نتیجه های حاصل را با هم جمع کنیم.

محاسبه مقدار میانگین یک تابع

از مفهوم مقدار میانگین در نظریه های اقتصادی برای بررسی میانگین موجودی روزانه استفاده می شود. اگر تعداد رادیوها یا کفشها یا هر کالای دیگری باشد که کارخانه ای در روز x در اختیار دارد، آنگاه

را میانگین موجودی روزانه آن کالا در مدت a≤x≤b می نامند. هزینه های محل انبارکردن، آب و برق و گاز و تلفن، بیمه، و نگه داری، بخش عمده ای از هزینه های انبارداری است، و موجودی روزانه کارخانه می تواند نقش مهمی در تعیین این هزینه ها داشته باشد. همچنین از مفهوم مقدار میانگین در محاسبه ولتاژ و جریان موثر در مدارهای الکتریکی استفاده می کنیم.

گشتاور و مرکز جرم

در تحلیل سازه‌ها و سیستمهای مکانیکی در مهندسی و فیزیک، غالبا جرم آنها را چنان در نظر می گیرند که گویی در یک نقطه متمرکزند. این نقطه را مرکز جرم می نامندو رفتار سیاره ای که دور خورشید می گردد، رفتار یک جرم نقطه ای است که حول جرم نقطه ای دیگر می گردد. وقتی که صفحه ای تخت را روی نوک انگشتان به حالت تعادل در می آوریم، نوک انگشت در مرکز جرم صفحه قرار می گیرد. از انتگرال می توان برای محاسبه گشتاورها و مرکز جرم استفاده کرد. اگر My، Mx و m به ترتیب گشتاور جرم ورقه D نسبت به محور y، گشتاور جرم این ورقه نسبت به محور x و جرم کل ورقه باشد، آنگاه


برچسب‌ها: ریاضی عمومی, مشتق, انتگرال
[ دوشنبه هجدهم بهمن 1389 ] [ ] [ بهزادی ]
.: Weblog Themes By Pichak :.

درباره وبلاگ

این وبلاگ برای برقراری ارتباط با همه ی علاقمندان ریاضی ساخته شده است، لیسانس ریاضی خودمو از دانشگاه فرهنگیان اهواز گرفتم و در حال حاضر دانشجوی ارشد ریاضی روزانه گرایش انالیز از دانشگاه شهرکرد هستم، ایمیل من
mbehzadi@mihanmail.ir
مشاهده جدول کامل ليگ برتر ايران

تعبیر خواب آنلاین



فال حافظ


داستان روزانه

.

مشاهده جدول کامل ليگ برتر اسپانیا (لالیگا)
 
امکانات وب
  • دانلود فیلم
  • قالب وبلاگ