Ə. A. Quliyev
İnteqral anlayışının daxil edilməsi metodikası
Download 10.77 Mb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- Yolun hesablanması haqqında məsələ
- Mayenin t əzyiq qüvvəsi haqqında məsələ
1.18.İnteqral anlayışının daxil edilməsi metodikası 1. Bu anlayışın məktəb riyaziyyat kursunda yeri haqqında 2. İnteqral anlayışının daxil edilməsi haqqında 3. H
əndəsi və fiziki məsələlərin həllində inteqralın tətbiqləri 1. IX-X sinifl ərin “Cəbr və analizin başlanğıcı” kursunda şagirdlər limit v
ə törəmə anlayışları, onların hesablanma üsulları, habelə tətbiq- l əri ilə tanış etdikdən sonra XI sinifdə inteqral hesabının əsas anlayışları 96
v ə ideyaları ilə tanış olurlar. “İnteqral” mövzusunda baxılmalıdır: ibti- dai funksiya, inteqral v ə onun sahələrin tapılmasına tətbiqi, inteqral uy- ğun cəmin limiti kimi, dairə və onun hissələrinin sahəsi. Bundan başqa XI sinifin h əndəsə kursunda şagirdlər müəyyən inteqralın cisimlərin h əcminin hesablanmasına tətbiqi ilə tanış olurlar. Orta məktəbin riya- ziy yat proqramında inteqrallamanın priyom və metodlarını sistemləş- dirm ək və mürəkkəb funksiyanı inteqrallamaq vərdişi və texnikası aşılamaq nəzərdə tutulmur. 2. M
əlum olduğu kimi, həlli son növbədə şagirdlərin inteqral hesa- bı elementlərinin mənimsəmələrindən asılı olmayan, əsas metodik prob lem ibtidai funksiyanın artımı (proqramda tələb olduğu kimi) və ya inteqral c əminin limiti (ali məktəbdə adətən belə edilir) şəkildə müəy- y ən inteqralın daxil edilməsi üsulları haqqında məsələdir. Şərhin birinci metodu qısadır və Nyuton-Leybnis düsturunun çıxarılışını tələb etmir. Lakin mü
əyyən inteqralı bu metodla daxil edərkən müəyyən inteqral anlayışının əsasında duran cəmləmə metodu ideyası (müəyyən inteqral tarix ən belə yaranmışdır) ikinci plana keçir. İkinci metodla inteqral c əminin limiti kimi müəyyən inteqralı daxil edərkən inteqralın öyrə- nilm əsinə çox vaxt lazım olur, çünki müəyyən inteqral anlayışına gəti- ril ən məsələlərə baxmaq üçün böyük hazırlıq işi aparmaq tələb olunur, sonra is ə Nyuton-Leybnis düsturunu nəzərdən (çünki, təkcə tərifə əsas- lanaraq sonsuz c əmin limiti kimi müəyyən inteqralı hesablamaq çə- tindir) keçirm ək lazım gəlir. Lakin mü əyyən inteqral anlayışına belə yanaşma, başqa sözlə axta- rılması müxtəlif həndəsi və fiziki məsələlərin həllinə gətirilən hər hansı limit növünün xüsusi növü kimi baxıldıqda, görünür ki, müəyyən inteq- ral daha aydın və müvafiq olur, şagirdlər isə onun daxil edilməsini zə- ruri qanunauyğunluq kimi qəbul edirlər. Orta m əktəb üçün sınaq dərslik və dərs vəsaitlərini müxtəlif müəl- lifl ər tərəfindən müəyyən inteqralın öyrənilməsi şərhinin qısa xarak- teristikasını verək. a) Son vaxtlarda yazılmış tədris vəsaitlərinin əksəriyyətində müəy- y ən inteqral anlayışının daxil edilməsinin birinci variantı qəbul edilir. Odur ki, m əsələnin şərhinə ibtidai funksiyanın öyrənilməsi ilə baş- lanılır. (tərif verilir və ibtidai funksiyanın tapılmasının əsas teoremləri v ə qaydaları isbat edilir). Sonra əyrixətli trapesiyanın sahəsinin tapıl- ması məsələsinə baxılır, göstərilir ki, mənfi olmayan f(x) funksiyası ha- lında oturacağı [a, x] olan əyrixətli trapesiyanın S(x) sahəsi, bu f(x) 97
funksiyasının ibtidai funksiyalarından biridir, habelə qeyd edilir ki, [a, b ] parçasında bu ibtidai funksiyanın artımı oturacağı [a, b] olan əyri- x ətli trapesiyanın sahəsinə bərabərdir. Sonra ( ) ( ) ( )
∫ = − b a dx x f a F b F
ifad əsinə f(x) funksiyasının a-dan b-yə inteqralı deyilir, burada F(x) isə f(x) funksiyasının ibtidai funksiyasıdır. Mü əlliflər “funksiyanın qeyri-müəyyən inteqralı” istilahından, belə dedikd ə bu funksiyanın bütün ibtidai funksiyalar çoxluğunu başa düşə- r ək, istifadə etmələrinə baxmayaraq “müəyyən inteqral” terminini işlət- mirl ər.
Bel əliklə, ibtidai funksiyanın artımı vasitəsilə müəyyən inteqral an- layışını daxil edərkən, müəllimlər bununla da hazır şəkildə Nyuton- Leybnis düsturunu alırlar (başqa sözlə isbatsız – tərif şəkildə). İnteq- ralın əyrixətli trapesiyanın sahəsi ilə əlaqəsini göstərməklə, müəlliflər bununla h əmin inteqralın həndəsi mənasını aydınlaşdırırlar. N əhayət müəlliflər inteqrala inteqral cəminin limiti kimi baxırlar. Sah ə anlayışını daxil etməklə və onun xassələrinə baxmaqla, sonra dair ə və onun hissələrinin sahəsi öyrənilir. Nəticədə dəyişən qüvvənin işi haqqında, həllində müəyyən inteqraldan istifadə olunan, məsələlərə baxılır. Mü əyyən inteqrala belə yanaşmaya əsaslanan inteqral hesabı ele- mentl ərinin şərhi variantı ilə A.İ.Markuşeviçin “Məktəb riyaziyyat kur- sunda inteqral” (Сборник “Новое в школьной математики”. М. “Значение”, 1972), habelə М.А.Доброхотовой и А.И.Сафанови (сборник Статей “Дополнительные главы по курсу математики X класса для факультативных занятий”, М. “Просвещение", 1970) m əqaləsində də tanış olmaq mümkündür. b) Н.И.Виленкин və С.И.Шварсбурдун riyaziyyat təmayüllü orta m əktəbin IX-X sinifləri üçün yazdıqları “Математический анализ” (М., “Просвещение”, 1973) kitabında habelə [3]-də “Интеграл” mövzu ali m əktəbə yaxın stildə öyrənilir. f(x) üçün bütün ibtidai funksiyalar çoxl uğu kimi f(x) funksiyasının qeyri-müəyyən inteqralı anlayışının daxil edilməsi və onun xassələrinin nəzərdən keçirilməsi ilə başlanılır. (işarə: ( )
∫ dx x f ). Sonra kifay ət qədər tam funksiyanın in- teqrallanması məsələsi öyrənilir (əvəzetmə metodu ilə və hissə-hissə inteqrallama). Sonra əyrixətli trapesiyanın sahəsinin tapılması məsə- l əsinə baxılır, həm də bu sahənin varlığı isbat edilir. 98
K əsilməyən f(x) funksiyası üçün aşağı və yuxarı inteqral cəmləri anlayışlarına tərif verərək müəlliflər [a,b] parçasında kəsilməyən f(x) funksiyasının müəyyən inteqralı anlayışını daxil edirlər. Müəyyən inteq rala yuxarı sərhəddin funksiyası kimi baxaraq müəyyən inteqralı hesablamaq üçün Nyuton- Leybnis düsturu çıxarılır. Sonra müəyyən inteqralın müstəvi fiqurlarının sahələrinin hesablanmasına tətbiqinə baxılır. Silindrik cismin, piramida və kəsik piramidanın, fırlanma cisim- l ərin, paralel kəsiyinin sahələri məlum olan cisimlərin həcmləri, fır- lanma cisiml ərinin səthinin sahələri Güldenin hər iki teoremlərinə g ətirilir. Yekunlaşdıraraq qeyd edək ki, “İnteqral” mövzunun öyrənilməsinə veril
ən vaxt həcminin azlığı zamanı bu mövzunun öyrənilməsinə müəyyən v ə ya qeyri-müəyyən inteqralla başlamaq haqqında mübahisə metodik ədəbiyyatda praktik deyil nəzəri xaraketr daşıyır. Bununla əlaqədar Y.S.Dubnovun bir mülahiz əsini göstərək: “İnteqral hesabının öyrənilmə- sin
ə müəyyən və ya diferensiallama məsələsinə müraciət etməklə müəyyən (inteqral c əminin limitini)” başlamaq haqqında köhnə metodik mübahisə burada öz k əskinliyini itirir. Doğrudan da bu şeylərin orta məktəbdə tədrisi h əcmin azlığı və vaxtın elə qısa parçası ilə məhdudlaşdırılmalıdır ki, hər iki anlayış eyni zamanda daxil edilə bilsin və sonralar paralel nəzərdən keçir- m ək mümkün olsun. (С.М.Статью в “математическом просвещении”, N5,1960. М., Физматгиз, с 54) 3. İnteqral anlayışının daxil edilməsinin birinci yanaşılmasında (başqa sözlə ibtidai funksiyanın artımı kimi) “İnteqral” mövzusunun so- nunda inteqralın fizika və həndəsə ilə əlaqəsini nümayiş etdirmək, ikin- c i yanaşmada isə (başqa sözlə inteqrala inteqral cəminin limiti kimi baxıldıqda) onlardan başlamaq başqa sözlə, onlardan inteqral anlayışını g ətirən məsələlər kimi istifadə etmək üçün məqsədə uyğun olan bir neç ə məsələyə baxaq. Belə məsələlər sırasında hər şeydən əvvəl müs- t əvi fiqurların sahələri, yolun hesablanması, mayenin təzyiq qüvvəsi və s. haqqında ən mühüm məsələlər daxil edilməlidir. Bu məsələləri təhlil ed ək. Əyrixətli trapesiyanın sahəsi haqqında məsələ F ərz edək ki, Dekart koordinat sistemi ilə təchid edilmiş müstəvidə Ox oxunun [a,b ] parçası x=a və x=b düz xətləri, y=f(x) əyrisi ilə əhatə edilmiş aABb fiquru verilir. (Şəkil 18).
99
Qeyd ed ək ki, burada verilən istilahlar elementar həndəsə kursunda q əbul ediləndən fərqlənir, burada [a,b] parçası trapesiyanın hündürlüyü, x=a v ə x=b paralel düz xətləri isə onun oturacaları adlanır. Habelə qeyd ed ək ki, A nöqtəsi a nöqtəsi ilə, B isə b nöqtəsi ilə üst-üstə düşə bil ər. Məsələni qoyaq: “Əyrixətli trapesiyanın sahəsini tapaq”. Qoyulan m əsələnin həllinə aşağıdakı kimi başlayaq. [a,b] parçasını eyni uzunluqlu n hiss əyə bölək. 1 −
= − = ∆ i i a a n a b x burada i a
nöqt ələri b a a a a a a n n = = − , ,..., , , 1 2 1 0 ( ) n a a a a < < < ...
2 1 0 dir. Sonra i a
( 1 ,...,
2 , 1 − =
i ) bölgü nöqt ələrindən Oy oxuna paralel düz xətlər çəkək. Aparılan əməliyyat nəti- c əsində verilmiş aABb əyrixətli trapesiyası otu- racaqları [ ]
) n i a a i i ,...
2 , 1 , 1 = −
olan n əyrixətli trape- siyaya ayrılır. H ər bir
[ ]
i a a , 1 −
( ) n i ,...
2 , 1 = parçasının üz ərində
ixtiyari ( ) i i i i a x a x ≤ ≤ −1 nöqt
əsi seçilir. Sonra oturacaq- ları 1
− = ∆ i i a a x v
ə hündürlükl ərinin uzunluğu ( )
i x f olan
( )
i ,...
2 , 1 =
düzbucaqlılar qurulur. Bel
ə düzbucaqlıların hər birinin sahəsi ( ) (
) ( ) x x f a a x f i i i i ∆ ⋅ = − × −1
hasilin ə bərabərdir. Qurulmuş düzbucaqlılardan sahəsi ( )
∑ = ∆ n i i x x f 1
düsturu il ə hesablanan pilləli fiqur əmələ gəlir (Şəkil 18). Bu əyrixətli aABb trapesiyasının təqribi sahəsidir. Aydındır ki, bölmə parçaları [ ]
) n i a a i i ,...
2 , 1 , 1 = − kiçik olduqca x əta az olur. Odur ki, ( )
∑ = ∞ → ∆
i i n x x f 1 lim baxsaq, onda əyrixətli trapesiyanın sahəsini alırıq. 100
İnteqral anlayışı artıq daxil edilmiş olarsa, onda demək olar belə əyrixətli trapesiyanın sahəsi ( ) ∫
b a dx x f S düsturu il ə hesablanır.
F ərz edək ki, maddi nöqtə hər hansı ani ( ) t ϑ ϑ = sür
əti ilə düzxətli h ərəkət edir, başqa sözlə nöqtənin sürəti zamanın ixtiyari t momentində m əlumdur, ( )
ϑ - [ ] 2 1 ,T T par
çasında kəsilməyən funksiyadır. Zamanın 1 0 T t = -d ən 2 2 T t =
aralığında cismin keçdiyi yolu tapmaq tələb olunur (
Şəkil 19).
Ən sadə halda, ani sürət sabitdirsə, yəni ( ) sabit t = = 0 ϑ ϑ [ ] 2 1 ,T T t ∈ üçün, onda cismin keçdiyi yol (fizika kursundan m əlum tərifə əsasən) sürətlə hərəkət müddətinin hasilinə bərabərdir: ( )
2 0
T S − = ϑ . Ani sür ət sabit olmadan ümumi halda işə aşağıdakı kimi yanaşılır. Zamanın dəyişmə aralığı [ ]
1 ,T T
2 1 2 1 1 0 , ,..., , , T t t t t T t n n = = −
( ) n t t t < < < ...
1 0 nöqt ələri ilə eyni n T T t t t i i 1 2 1 − = − = ∆ − uzunluqlu n sayda [ ] i i t t , 1 −
( ) n i ,...
2 , 1 =
parçalara ayrılır. Sonra hər bir [ ]
i t t , 1 −
parçası üzərində ixtiyari ( )
i i i t t ≤ ≤ − τ τ 1 nöqt
əsi seçib ( )
∑ = ∆ n i i t 1 ... τ ϑ
(*) c əmi tərtib edilir. Bu cəmin hər bir ( )
∆ τ ϑ
toplananı cismin 1 − = i t t -d ən i t t = q ədər müddətdə keçdiyi təqribi yolu verir. Doğrudan da
( ) t ϑ
funksiyası kəsilməyən olduğundan [ ] i i t t , 1 −
parçası nöq- t ələrindəki ( )
ϑ sür əti onun i τ nöqt əsindəki qiymətindən az fərqlənir. Odur ki, cismin zamanın [ ]
i t t , 1 −
aralığında getdiyi yol təqribən cismin 101
h əmin müddətdə sabit ( )
τ ϑ sür əti ilə getdiyi yola bərabərdir. Beləliklə cismin 1
t = -d ən 2
t = -y ə qədər olan vaxtda getdiyi yol təqribən (*) c əmi ilə ifadə edilir: ( ) t S n i i ∆ ≈ ∑ =1 τ ϑ
Çünki h əmin yol cismin zamanın [ ] 2 1 ,T T
parçasının bölündüyü h ər bir
[ ]
i t t , 1 −
aralığında getdiyi yolların cəmindən alınır. Asanlıqla görmək olar ki, bölmə parçaları [ ] i i t t , 1 − ( ) n i ,...
2 , 1 = n ə q ədər kiçik olarsa təqribilik o qədər yaxşı olacaqdır. Odur ki, cismin zamanın [ ] 2 1 ,T T
parçasında getdiyi yol aşağıdakı şəkildə limit kimi t əyin edilir: ( ) ∑
∞ → ∆ = n i i n t S 1 lim τ ϑ
İnteqral anlayışı şagirdlərə məlumdursa, onda cismin getdiyi yolu ( )
∫ = 2 1 T T dt t S ϑ düsturu il ə hesablamaq olar. Mayenin t əzyiq qüvvəsi haqqında məsələ F ərz edək ki, trapesiya şəklində lövhə şaquli olaraq xüsusi çəkisi γ
olan mayey ə, oturacaqları mayenin sərbəst səthinə paralel və onun sə- viyy
əsindən uyğun olaraq a v
ə b m
əsafədə aşağıda yerləşməklə, salınmışdır. (Şəkil 20). Mayenin lövh əyə təzyiq qüvvəsini təyin etmək tələb olunur. T əbəqə üfiqi vəziyyətdə mayenin sərbəst səthindən (səviyyəsindən) h d ərinlikdə olarsa, onda mayenin lövhəyə F təzyiq qüvvəsi, oturacağı verilmiş lövhə, hündürlüyü isə h dərinliyi olan maye sütununun çəki- sin
ə bərabər olardı, başqa sözlə S h F ⋅ ⋅ = γ . Burada S lövh ənin sa- h əsidir. Lövh ə mayeyə şaquli salınarsa, onda (*) düsturu ilə mayenin löv- h əyə təzyiqi hesablana bilməz, çünki bu halda mayenin vahid səthə t əzyiqi batmanın dərinliyi ilə ölçülür. M əsələni həll edərkən, Paskal qanununu, yəni maye təzyiqinin hər t ərəfə eyni verildiyini nəzərə alacayıq. M əsələni həll etmək üçün təbəqəni mayenin sərbəst səthinə paralel (y əni Oy oxuna paralel) və b x x x x a x n n = = − , ,... , , 1 2 1 0 102
( )
n x x x x x < < < < −1 2 1 0 ... n i i n a b a x i ,...
1 , 0 , = − + = nöqt ələrin- d ən keçən düz xətlərlə n hissəyə (kiçik üfiqi zolaqlara) ayıraq. i x d ərin- liyind ə yerləşən təbəqələrdən birini i - cini– (Şəkildə o ştrixlənmişdir) ayıraq.
ət qədər ensiz zolaqda onun bütün hissələrində təzyiqi təq- rib
ən eyni, hesab etmək zolağın özünü isə hündürlüyü x ∆
oturacağı isə zolağın aşağı oturacağına bərabər düzbucaqlı qəbul etmək olar. Asan- lıqla görmək olar ki, düzbucaqlının oturacağı zolağın batma dərin- liyind
ən asılıdır, başqa sözlə x absisinin funksiyasıdır. Bu funksiyanı ( )
[ ] b a x x f , , ∈ il
ə işarə edək. Beləliklə təbəqəyə düşən təzyiq qüv- v əsini (*) düsturu ilə hesablamaq olar, başqa sözlə alırıq: ( ) i i x x x f ⋅ ∆ ⋅ γ
Mayenin bütün zolaqlara t əzyiq qüvvəsini cəmləyib bütün lövhəyə olan t əzyiq qüvvəsini hər-hansı təqribiliklə tapırıq: ( ) ∑ = ⋅ ∆ ≈ n i i i x x x f F 1 γ Mayenin lövh əyə təzyiq qüvvəsinin daha dəqiq qiyməti ( )
∑ = ∞ → ⋅ ∆ = n i i i n x x x f F 1 lim γ düsturu il ə hesablanır.
103
Bel əliklə, şagirdlər inteqral anlayışı ilə tanışdırlarsa, mayenin löv- h əyə təzyiq qüvvəsi ( ) ∫ = b a dx x xf F γ düsturu il ə hesablanır. Sonra, h
ələ inteqral (müəyyən) anlayışı daxil edilməyibdirsə, onda bu anla
yışı aşağıdakı kimi nəzərdən keçirmək lazımdır. Bel
əliklə biz həlləri eyni bir əməllər ardıcıllığı (eyni bir metod) ilə yerin
ə yetirilən, hər hansı cəmin qurulmasına və bu cəmin limitinin tapılmasına gətirilən məsələlərə (həndəsi və fiziki) baxdıq. Göst ərilən metod çoxlu sayda riyazi və praktik məsələlərin həllində t ətbiq olunduğundan, onda onu məsələnin konkret məzmunundan müc ərrədləşdirərək öyrənmək təbiidir. Bu metodun mahiyyəti aşağıda- kından ibarətdir. 1) F
ərz edək ki, [a,b] parçasında ixtiyari birqiymətli məhdud f(x) funksiyası verilir. [a,b] parçası b a a a a a a a n n i = = − , ,..., , , , 1 2 1 0
( ) n n a a a a a < < < < < −1 2 1 0 ... nöqt ələri ilə eyni 1 −
= − = ∆ i i a a n a b x
uzunluğunda n [ ] ( ) n i a a i i ,...
2 , 1 , 1 = − hiss
ələrə bölünür. 2) H
ər bir [ ] ( )
i a a i i ,...
2 , 1 , 1 = −
ayrılma parçalarında ixtiyari i x
nöqt əsi seçilir və hər bir ayrılma parçası üçün seçilmiş i x nöqt
əsində f(x) funksiyası qiymətinin uyğun [ ]
i a a , 1 − parçasının uzunluğuna hasi- li t ərtib edilir, başqa sözlə ( )( ) ( )
x x f a a x f i i i i ∆ = − −1
şəkildə hasillər düz
əldilir. 3) Bütün bel ə hasillərin cəmi götürülür: ( )
( ) ∑ = ∆ =
i i n x x f b a S 1 , . Bu f(x) funksiyasının [a, b] parçasında inteqral cəmi adlanır. 4)
( ) b a S n ;
inteqral c əminin
limiti tapılır: yəni ( )
( ) ∑ = ∞ → ∞ → ∆ = = n i i n n n x x f b a S J 1 lim ; lim
Baxılan limit, əgər o varsa; müəyyən inteqral adlanır və ( ) ∫
b a dx x f J il
ə işarə edilir. 104
Bütün deyil ənlərdən sonra inteqralın tərifini inteqral cəminin hər- hansı limiti kimi ifadə etmək olar.
Download 10.77 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: |
ma'muriyatiga murojaat qiling