Integrarea prin substituție

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În calcul , integrarea prin substituție este un instrument important pentru determinarea integralelor nedefinite și a integralelor definite și constă într-o schimbare a variabilei pentru a rescrie integralul într-o formă mai simplă [1] . Este echivalent cu regula de derivare a compoziției funcțiilor .

Metoda

Este o funcție integrabilă pe un interval , Și o funcție diferențiată continuu definită pe interval deschis. Să presupunem că există astfel încât ; de sine în intervalul considerat atunci Și . Prin urmare, avem [2] :

Dar dacă asa de . Asa de:

Prin urmare, în general:

Această formulă este cel mai bine amintită folosind formalismul lui Leibniz : relația Oportunitati și deci consecința formală . Cu toate acestea, aceasta trebuie considerată o simplă tehnică mnemonică și nu constituie o regulă strictă; de fapt, dacă uitați modulul atunci când aplicați formula în calculul integralelor definite, puteți întâlni erori. Un exemplu în acest sens ar putea fi aplicarea substituției la următoarea integrală,

unde am folosit asta .

Dacă uitați să introduceți formularul atunci când aplicați formula, rezultă:

unde, însă, lipsește contribuția dată de semnul lui . Prin urmare, se poate deduce că înlocuirea fără un modul poate duce la calcule eronate.

Formula este utilizată pentru a transforma integralul unei funcții în integrala altuia în perspectiva că aceasta este mai ușor de determinat. Formula poate fi utilizată pentru a simplifica o integrală dată, fie „de la stânga la dreapta”, fie „de la dreapta la stânga”.

Regula de substituție poate fi, de asemenea, utilizată pentru a determina diverse integrale nedeterminate . Alegeți o relație între Și , care determină contribuția să fie inserat în integral pentru a face schimbarea variabilei corectă conform regulii

Deoarece nu există extreme de integrare, forma aplicată nu intră în joc. Dacă este posibil să se determine noua integrală nedeterminată, trebuie efectuată ulterior substituirea opusă.

Regula de substituție pentru mai multe variabile

De asemenea, puteți utiliza substituirea atunci când integrați funcții în mai multe variabile. Aici funcția de înlocuire Acesta trebuie să fie injectiv și diferențiat cu continuitate, iar diferențialele sunt transformate conform formulei

unde este denotă determinantul matricei iacobiene care conține derivatele parțiale ale . Această formulă exprimă faptul că valoarea absolută a determinantului vectorilor dați este egală cu volumul paralelipipedului format.

Mai precis, formula pentru schimbarea variabilelor este specificată în următoarea afirmație.

Teorema
Lasa-i sa fie deschise se instalează Și o funcție diferențială bijectivă cu derivate parțiale continue. Apoi pentru orice funcție cu valori reale pe poate fi integrat

Exemple

Luați în considerare integralul:

;

Prin plasare

, asa de avem:

Fie integralul:

Folosind înlocuitor , primesti pentru prin urmare

Aici se folosește regula de substituție „de la dreapta la stânga”. Observați cum limita inferioară se transformă în iar limita superioară în

Calculând în schimb integralul nedefinit:

Rețineți că înlocuirea inițială a fost inversată în ultimul pas


Pentru a calcula integralul:

trebuie să utilizați formula de la stânga la dreapta: este necesară înlocuirea , , la fel de ; ultima egalitate se menține de atunci este pozitiv în intervalul considerat.

Integrala rezultată poate fi calculată realizând o integrare pe părți sau mai simplu efectuând o simplă substituție (o traducere a axei ) și folosind paritatea funcției:

de la care:

Notă

  1. ^ Massimo Bergamini, Graziella Barozzi, Anna Trifone, Matematica.blu 2.0 (ediția a doua) Vol. 5 , Zanichelli - Bologna, 2018, ISBN 978-88-08-86500-7 . p.1881
  2. ^ Paolo Baroncini, Roberto Manfredi, Ilaria Fragni, Lineamenti.Math Blu-Volumul 5 , Ghisetti și Corvi, 2012, ISBN 978-88-538-0433-4 . p.557

Bibliografie

  • Massimo Bergamini, Graziella Barozzi, Anna Trifone, Matematica.blu 2.0 (ediția a doua) Vol. 5 , Zanichelli - Bologna, 2018, ISBN 978-88-08-86500-7 .
  • Paolo Baroncini, Roberto Manfredi, Ilaria Fragni, Lineamenti.Math Blu-Volumul 5 , Ghisetti și Corvi, 2012, ISBN 978-88-538-0433-4 .

Elemente conexe

Pentru o listă de integrale, consultați Tabelele integrale
Matematica Portalul de matematică : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de matematică