1. Aniq integralga keltiriladigan masalalar haqida
Download 399.79 Kb. Pdf ko'rish
|
2- ma'ruza
- Bu sahifa navigatsiya:
- 1. Aniq integralga keltiriladigan masalalar haqida. 2. Aniq integralning ta’rifi va uning geometrik ma’nosi. 3. Aniq integralning asosiy xossalari.
- 6. Egri chiziq yoyi uzunligini hisoblash. 7. Aylanma jism hajmini hisoblash. 8. Trapetsiyalar formulasi. 9. Simpson formulasi
- Aniq integralga keltiriladigan masalalar haqida. Aniq integral
- 2. Aniq integralning ta’rifi va uning geometrik ma’nosi.
- integrallanuvchi
- 4. Aniq integralni hisoblash. Nyuton-Leybnits formulasi.
- Nyuton-Leybnits formulasi
- Aniq integralda o’zgaruvchini almashtirilganda
- Egri chiziq yoyi uzunligini hisoblash.
- Simpson (parabolalar) formulasi
3-ma’ruza Aniq integral va uning asosiy hossalari. Aniq integralni hisoblash usullari. Nyton-Leybnits formulasi. Aniq integralga keltiruvchi masalalar. Aniq integralning ta’rifi va uning xossalari. Yuqori chegarasi bo‘yicha aniq integralning hosilasi. O‘zgaruvchini almashtirish va bolaklab integrallash usullari, N’yuton-Leybnits formulasi.Aniq integral tadbiqlari: aniq integral yordamida yuzalarni, yoy uzunligini va jism hajmini hisoblash To‘g’ri to‘rtburchaklar, trapetsiyalar va Simpson formulalari yordamida aniq integrallarni taqribiy hisoblash. Reja 1. Aniq integralga keltiriladigan masalalar haqida. 2. Aniq integralning ta’rifi va uning geometrik ma’nosi. 3. Aniq integralning asosiy xossalari. 4. Aniq integralni hisoblash. Nyuton-Leybnits formulasi. 5. Aniq integral yordamida yassi figuralar yuzlarini hisoblash. 6. Egri chiziq yoyi uzunligini hisoblash. 7. Aylanma jism hajmini hisoblash. 8. Trapetsiyalar formulasi. 9. Simpson formulasi. Tayanch ibora va tushunchalar Aniq integral, aniq integralning asosiy xossalari, Nyuton-Leybnits formulasi,trapetsiyalar formulasi,Simpson formulasi.
1. Aniq integralga keltiriladigan masalalar haqida. Aniq integral matematik tahlilning eng asosiy amallaridan biridir. Yuzalarni, yoy uzunliklarini, hajmlarni, o’zgaruvchan kuchning bajargan ishini hamda iqtisodning bir qancha masalalari aniq integralga keltiriladi.
umumiy holda qaraymiz. kesmada uzluksiz funksiya berilgan bo’lsin.
kesmani n i x x x i i i , 1 , 1 qismiy kesmalarga ajratamiz, har bir qismiy kesmada bittadan n c c c , .... , , 2 1
nuqtalar tanlaymiz. Bu nuqtalarda ) (
c f funksiya qiymatlarini hisoblab n n x c f x c f x c f ) ( .... ) ( ) ( 2 2 1 1
yig’indini tuzamiz bu yig’indiga ) (x f y
funksiya uchun
b a, kesmadagi integral yig’indi deyiladi.
n i x 1 max belgilash kiritamiz. Ta’rif.
n i i i x c f 1 integral yig’indining
b a,
kesmaning ) ,...,
3 , 2 , 1 ( , 1
i x x i i qismiy kesmalarga bo’linish usuliga va ularda n c c c , .... , , 2 1
nuqtalarning tanlanishiga bog’liq bo’lmagan 0 dagi chekli limiti mavjud bo’lsa, bu limitga ) (x f funksiyaning
kesmadagi aniq integrali deyiladi va
) ( simvol bilan belgilanadi. Ta’rifga asosan b a x f ) (
i i i x c f 1 0 lim
bo’lib, ) (x f y funksiya b a, kesmada uzluksiz bo’lsa, u integrallanuvchi ya’ni bunday funksiyaning aniq integrali mavjuddir.
1) chekli sondagi integrallanuvchi funksiyalar algebraik yig’indisining aniq integrali qo’shiluvchilar aniq integrallarining algebraik yig’indisiga teng, ya’ni ; ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 3 2 1 3 2 1 b a b a b a b a dx x f dx x f dx x f dx x f x f x f
2) o’zgarmas ko’paytuvchini aniq integral belgisidan chiqarish mumkin, ya’ni b a b a dx x f k dx x kf ) ( ) ( ; 3)
b a, kesmada 0 )
x f bo’lsa,
b a dx x f . 0 ) (
bo’ladi; 4)
b a, kesmada
) ( ) ( x g x f tengsizlik bajarilsa, b a b a dx x g dx x f ) ( ) (
bo’ladi; 5)
b a c , kesmadagi biror nuqta bo’lsa, b c c a b a dx x f dx x f dx x f ) ( ) ( ) (
tenglik o’rinli bo’ladi; 6) m va
M sonlar ) (x f y funksiyaning b a, kesmadagi mos ravishda eng kichik va eng katta qiymatlari bo’lsa,
a a b M dx x f a b m ) ( ) ( ) (
tenglik o’rinli bo’ladi; 7)
b b a dx x f dx x f ; ) ( ) ( 8)
; 0 ) ( a a dx x f
9)
a b a b a dn n f dt t f dx x f ) ( ) ( ) (
bo’ladi; 10)
) (x f y
b a, kesmada uzluksiz bo’lsa, bu kesmada shunday bir c nuqta
topiladiki ) )( ( ) ( a b c f dx x f b a
tengsizlik o’rinli bo’ladi. Bunga o’rta qiymat haqidagi teorema deb ham aytiladi.
Aniq integralning ta’rifiga asosan, ya’ni cheksiz ko’p sondagi cheksiz kichiklar yig’indisining limitini hisoblash ancha qiyinchilikka olib keladi. Shuning uchun aniq integralni hisoblash uchun, boshqa aniqmas integral bilan aniq integral orasidagi bog’lanishga asoslangan usuldan foydalaniladi. ) (x F , b a, kesmada uzluksiz ) (x f funksiyaning boshlang’ich funksiyalaridan biri bo’lsa
) ( ) ( ) ( ) (
F b F x F dx x f a b b a
(2) formula o’rinli bo’lib, bunga Nyuton-Leybnits formulasi deyiladi. Bundan foydalanib aniq integralning kattaligi hisoblanadi. Shunday qo’yilib, aniq integralni hisoblash uchun ham, aniqmas integraldagidek, boshlang’ich funksiyani topish kerak ekan. Bunday masala bilan aniqmas integralni hisoblashda to’laroq shug’ullandik. Demak, aniqmas integralni hisoblashdagi hamma formula va usullar o’z kuchida qolib, undan aniq integralni hisoblashda ham foydalanamiz.
integrallash chegaralarini ham almashtirib olinsa, aniqmas integraldagidek oldingi o’zgaruvchiga qaytish kerak emas.
5 0 4 dx x x integralni hisoblang: Yechish: t x 4 tdt dx t x 2 , 4 2 bo’lib, 0
bo’lganda, 3 , 4 5 , 2 , 4 0 t t t t bo’ladi. Shunday qilib, 5 3 3 3 3 3 5 3 3 4 2 4 2 2 2 0 2 2 2 2 5 5 3 3 4 ( 2
4) 2 (2 8 ) 2 8 2 8 5 3 2 8 2 8 506
11 (3 2 ) (3 2 )
211 19 33 . 3 3 5 3 15 15 t t x x dx t t tdt t t dt t dt t dt
natijaga ega bo’lamiz. Bo’laklab integrallash
a a b b a udv uv udv
formulasidan foydalanamiz: . 0 sin sin ) 1 ( ) sin (cos cos
cos cos
sin sin
0 0 0 0
xdx x x x v xdx dv dx du x u xdx x Agar
f x funksiya ,
kesmada uzluksiz,
x t funksiya esa differensiallanuvchi bo’lib, shu bilan birga
,
b
bo’lsa, u holda ushbu tenglik o’rinli:
b a f x dx f t t dt Ko’pincha
o’rniga qo’yish o’rniga
t x teskari almashtirishdan foydalaniladi. Bu holda integrallashning yangi chegaralari va
bevosita
va
b
tengliklardan topiladi. Bunda integrallash chegaralarini almashtirishni quyidagi jadval jadval shaklida yozish qulay. x
b
Aniq integral yordamida yassi figuralar yuzlarini hisoblash ) (x f y funksiya grafigi, b x a x , ikkita to’g’ri chiziqlar va OX o’qi bilan chegaralangan figuraga egri chiziqli trapetsiya deyiladi. Bunday egri chiziqli trapetsiyaning yuzi
a b a dx x f ydx S ) ( (1) formula bilan hisoblanadi Umumiy hol, ya’ni ) ( ) ( ), ( ), ( 1 2 2 2 1 1 x f x f x f y x f y chiziqlar bilan chegaralangan yuza
x f x f S x x 2 1 1 2 1 (2) aniq integralga teng bo’ladi . 0
, , x d y c y y x chiziqlar bilan chegaralangan yuza
2 d d c c S x dy y dy (3) aniq integral bilan hisoblanadi. Egri chiziq parametrik
t y y t x x ,
tenglama bilan berilgan bo’lsa, u holda shu egri chiziq x a , x b to’g’ri chiziqlar va Ox
o’q bilan chegaralangan egri chiziqli trapetsiyaning yuzi
2 2 1 1
t t t S y t x t dt y t dx t (4) formula bo’yicha hisoblanadi, bunda 1
va
2 t
1 2 , 0 a x t b x t y t
tenglamalardan aniqlanadi. r r funksiya grafigi va
,
ikkita nur bilan chegaralangan figura egri chiziqli sektor deyiladi, bunda va r qutb koordinatalari. Egri chiziqli sektorning yuzi 2 1 2 S r d formula bo’yicha hisoblanadi. Egri chiziq yoyi uzunligini hisoblash. To’g’ri burchakli koordinatlar sistemasida
b a x f y , kesmada silliq (ya’ni
x f y hosila uzluksiz) bo’lsa, bu egri chiziq yoyining uzunligi
a dx y l 2 1 (5) formula yordamida hisoblanadi. Egri chiziq parametrik tenglama
t y y t x x
Parametrik tenglamalar bilan berilgan bo’lsa, bu egri chiziqning 1 2 , t t t
parametrning monoton o’zgarishiga mos yoyning uzunligi bilan berilgan bo’lsa, yoy uzunligi
2 1 2 2 t t l x y dt aniq integral bilan hisoblanadi. Agar silliq egri chiziq qutb koordinatalarida
, r r tenglama bilan berilgan bo’lsa, yoy uzunligi
d r r l 2 2 (6) formula bilan hisoblanadi.
0 , , ,
b x a x x f y chiziqlar bilan chegaralangan figuraning OX o’qi atrofida ay lanishidan hosil bo’lgan jismning hajmi
a b a x dx x f dx y V 2 2 (7) aniq integral bilan hisoblanadi. 0 , , , x d y c y y x chiziqlar bilan chegaralangan figuraning OY o’qi
atrofida aylanishidan hosil bo’lgan jismning hajmi
c d c y dy y dy x V ) ( 2 2 (8) formula bilan hisoblanadi. Agar
S x Ox yuz jismning Ox o’qqa perpendikulyar tekslik bilan kesishishidan hosil bo’lgan kesim bo’lib,
, a b kesmada uzluksiz funksiya bo’lsa, jismning hajmi
formula bilan hisoblanadi. Agar
0 , , ,
b x a x x f y chiziqlar bilan chegaralangan figuraning Oy
o’qi atrofida ay lanishidan hosil bo’lgan jismning hajmi 2 b a V xy dx
formula bilan hisoblanadi. Agar
1 1
f x va 2 2 y f x (bu yerda
1 2
x f x ) egri chiziqlar hamda , x a x b to’g’ri chiziqlar bilan chegaralangan figura Ox o’qi atirofida aylansa, aylanish jismning hajmi 2 2 2 1 b a V y y dx
formula bo’yicha hisoblanadi. Agar shu figuraning o’zi Oy o’q atirofida aylansa aylanish jismning hajmi
1 2
a V x y y dx
formula bilan hisoblanadi. Agar
1 1 x f y va 2 2 x f y egri chiziqlar va , y c y d to’g’ri chiziqlar bilan chegaralangan figura Oy o’qi atirofida aylansa, u holda aylanish jismining hajmi
2 2 1 d c V x x dy
formula bilan hisoblanadi. Agar shu figuraning o’zi Ox o’qi atirofida aylansa, u holda aylanish jismining mos hajmi ushbuga teng bo’ladi: 2 1 2 d c V y x x dy
formula bilan hisoblanadi. Hisoblash amaliyotida ko’pincha boshlang’ich funksiyalari elementar bo’lmagan, ya’ni chekli ko’rinishda ifodalab bo’lmaydigan funksiyalardan olingan integrallar bilan, shuningdek, jadval yoki grafik usulda berilgan funksiyalardan olingan integrallar bilan ish ko’rishga to’g’ri keladi. Bunday hollarda Nyuton - Leybnits formulasini qo’llab bo’lmaydi va integral taqribiy usullar yordamida hisoblanadi. Hisoblash mashinalarining jadal taraqqiy etib borishi natijasida aniq integrallarni hisoblashning taqribiy usullari keng tatbiq qilinmoqda. Integral ostidagi funksiya elementar boshlang’ich funksiyaga ega bo’lsada, biroq, uni Ng’yuton - Leybnits formulasi bo’yicha hisoblash murakkab va katta hajmdagi hisoblash ishlarini talab etadigan hollarda ham taqribiy hisoblash usullari afzal bo’ladi. Aniq integralni taqribiy hisoblashning bir necha usullari mavjud bo’lib ulardan ko’proq ishlatiladiganlari trapetsiyalar va Simpson usullaridir.
a dx x f ) ( aniq integralni hisoblash talab etilsin ) (x f y funksiya b a, kesmada uzluksiz
kesmani b x x x x a n ....
2 1 0 nuqtalar orqali n ta teng qismiy kesmalarga ajratamiz. Funksiyaning
nuqtalaridagi ) (
i x f y qiymatlarini hisoblaymiz
i x x n i , ). , 1 ( 1 qismiy kesmalarning uzunligi n a b ) ( kattalik integrallash qadami deyiladi. Bo’linish nuqtalaridan
....,
, , , 2 1 0 ordinatlarni o’tkazamiz. Ordinatlar oxirlarini to’g’ri chiziqlar bilan tutashtirib trapetsiyalar hosil qilamiz. Aniq integralning taqribiy qiymati uchun, hosil bo’lgan trapetsiyalar yuzlarining yig’indisini olamiz. Bu holda 0 1
2 2 3 1 ( )
..... 2 2 2 2
a n n y y b a y y b a y y b a S f x dx n n n y y b a n
Shunday qilib, natijada ) 1 ( ..... 2 ) ( 1 3 2 1 0
a n n y y y y y y n a b dx x f S
formulani olamiz. (1) formulaga trapetsiyalar formulasi deb ataladi. Bu formulada egri chiziqli trapetsiyalarning yuzlarini to’g’ri chiziqli trapetsiyalar yuzlari bilan taqriban almashtirdik. n
o’sib borishi bilan to’g’ri chiziqli trapetsiyalarning yuzi egri chiziqli trapetsiyalar yuzlariga cheksiz yaqinlashib boradi. Bu taqribiy hisoblashda yo’l qo’yilgan absolyut xato .
2 3 2 12 ) ( n a b M
ifodadan katta emasligini ko’rsatish mumkin, bunda ) ( , 2
f M ning b a, kesmadagi eng katta qiymati.
b a, kesmani m n 2 ta juft miqdordagi teng qismlarga bo’lamiz. Uchta ) ,
), , ( ), , ( 2 2 1 1 0 0 y x y x y x nuqtalar olib ulardan parabola o’tkazamiz. Bu parabola bilan ) (x f y funksiyaning 2 0 , x x kesmadagi grafigini almashtiramiz. Xuddi shunga o’xshash ) (x f y funksiyaning grafigini
6 4 4 2 , , ,
x x x va boshqa kesmalarda ham almashtiramiz. Shunday qilib, bu usulda berilgan ) (x f y egri chiziq bilan chegaralangan trapetsiyaning yuzini ,..... , , , , , 6 4 4 2 2 0
x x x x x kesmalarda parabolalar bilan chegaralangan egri chiziqli trapetsiyalar yuzlarining yig’indisi bilan almashtiriladi. Bunday egri chiziqli trapetsiya parabolik trapetsiya deyiladi. Parabolik trapetsiyalar yuzlarini qo’shib, b a m m m y y y y y y y y m a b dx x f S ) 2 ( ) ... ( 2 ) .... ( 4 6 ) ( 2 2 4 2 1 2 3 1 2 0
Bu formula Simpson (parabolalar) formulasi deyiladi. Simpson formulasining absolyut xatosi 4 5 4 2880 ) ( n a b M
dan katta bo’lmaydi, bunda ) (
5 4
f M funksiyaning
kesmadagi eng katta qiymati. Xatolarni baholash ifodalaridan Ma’lumki 4
kattalik 2 n
kattalikka nisbatan tezroq o’sgani uchun Simpson formulasining xatoligi trapetsiyalar formulasi xatosiga nisbatan ancha tez kamayadi. Download 399.79 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
ma'muriyatiga murojaat qiling