Rm
Räkna med integraler Visa detaljer
Kursinnehåll
Lektion
Övningar
Tester
Kapitel 
5. 

Räkna med integraler

Innehållet handlar om att räkna med integraler. Den förklarar hur man bestämmer primitiva funktioner och beräknar integraler algebraiskt. Det finns exempel där man använder integralkalkylens huvudsats och beräknar integraler med hjälp av primitiva funktioner. Sidan innehåller också instruktioner om hur man använder en räknare för att kontrollera svaren. Den täcker olika aspekter av integralberäkning, inklusive användning av integrationsgränser, beräkning av arean mellan grafen och koordinataxlarna, och hur man tolkar integralens värde. Denna lektion är ovärderlig om du läser matte 3b eller 3c.
Visa mer expand_more
Begrepp Modellering Problemlösning Procedur Resonemang och Kommunikation
Inställningar & verktyg för lektion
8 sidor teori
15 Uppgifter - Nivå 1 - 3
Varje lektion är menad motsvara 1-2 lektioner i klassrummet.
Räkna med integraler
Sida av 8

Ibland vill man bestämma värdet av en integral som inte enkelt kan beräknas genom att summera areor av kända figurer. Om man känner till funktionsuttrycket kan integralen beräknas algebraiskt med en av funktionens primitiva funktioner.

I den här lektionen går vi igenom följande begrepp:

  • Samband mellan derivata och integral
  • Integralkalkylens huvudsats
  • Beräkna integral med primitiv funktion

Förkunskaper

  • Integral
  • Primitiva funktioner
Regel

Samband mellan derivata och integral

En integral kan tolkas som en area. T.ex. kan
tolkas som arean av området mellan grafen till och koordinataxlarna upp till den övre gränsen

Genom att ändra på den övre gränsen kommer områdets area att förändras. För en given funktion kommer arean på området mellan koordinataxlarna och enbart att bero på den övre integrationsgränsen. Genom att låta den vara kan man definiera en areafunktion,

som beräknar arean av området mellan och axeln mellan och Med hjälp av areaberäkningar och derivatans definition kan man visa att
dvs. att areafunktionen är en primitiv funktion till integranden.
Regel

Integralkalkylens huvudsats

Integralen av en funktion intervallet kan beräknas med någon av funktionens primitiva funktioner För att beräkna integralen bestämmer man differensen av den primitiva funktionens värde för den övre integrationsgränsen och motsvarande värde för den undre gränsen.

Regel

Man kan motivera detta samband med ett exempel där Integralen
representeras då av den markerade arean i figuren.
Integralen kan därför beräknas genom att bestämma arean av området. I det här fallet kan man dela upp det i en rektangel med arean och en triangel med arean Den totala arean och därmed integralens värde blir alltså
Nu kan man jämföra detta resultat med regeln om man använder en primitiv funktion till Uttrycket blir då
För att beräkna värdet av detta sätter man in integrationsgränserna och
Integralens värde blir alltså samma i båda fallen och man kan även visa att detta samband alltid gäller. Om är primitiv funktion till och och är integrationsgränser kan man ställa upp integralkalkylens huvudsats:
Mittensteget kan användas för att förtydliga vilken primitiv funktion man använder.
Metod

Beräkna integral med primitiv funktion

När man beräknar integraler kan man använda sig av integralkalkylens huvudsats. T.ex. kan man beräkna integralen
på detta sätt.
1
Bestäm en primitiv funktion,
expand_more

Först bestämmer man en primitiv funktion till integranden, dvs. till den funktion som ska integreras.

2
Beräkna
expand_more

Nu sätts integrationsgränserna in i den primitiva funktionen och man beräknar differensen.

Integralen är alltså lika med
Exempel

Beräkna integralen

Beräkna integralen
algebraiskt. Avrunda till heltal.

Ledtråd

Börja med att hitta en primitiv funktion till funktionen inuti integranden. Använd den för att beräkna integralen.

Lösning

Vi börjar med att bestämma en primitiv funktion till
Nu använder vi integralkalkylens huvudsats för att beräkna integralen.
Integralens värde är alltså ungefär lika med
Digitala verktyg

Integralens värde på räknare

Man kan använda räknaren för att numeriskt beräkna en bestämd integral på ett intervall. Man trycker då på knappen och bläddrar ner till 9:fnInt(. Tryck

Texas instruments TI-82, meny med integralverktyg fnInt valt

Därefter skriver man, separerat med kommatecken, i följande ordning.

  1. Funktionsuttrycket för integranden
  2. Variabeln man ska integrera med avseende på
  3. värdet för undre integrationsgränsen
  4. värdet för övre integrationsgränsen

Avsluta med Räknaren ger då integralens värde.

Texas instruments TI-82, beräkna integral på räknare
Regel

Area mellan två kurvor

Arean mellan två kurvor kan beräknas genom att man subtraherar integralen av den övre funktionen med den undre. Om integralerna har samma gränser kan de läggas ihop till en enda integral.

Subtrahera integraler

Om man kallar den övre funktionen den undre funktionen och integrationsgränserna och får man
Om mellan gränserna kan arean alltså beräknas som integralen av differensen mellan och

Den här regeln gäller alltid, men härledningen ser lite olika ut beroende på hur kurvorna befinner sig i förhållande till axeln. Det beror på att man måste ta hänsyn till att integraler för funktioner under axeln är negativa.

Härledning

En eller båda kurvor är under axeln

Kurvorna på vardera sida om axeln

När kurvorna är på vardera sida om axeln kan man inte direkt se på området som differensen mellan två integraler. Istället kan man se det sökta området som summan av areorna mellan kurvorna och axeln.

Kurvan till funktionen är dock under axeln, så integralen blir negativ. Därför måste man byta tecken för att få arean.
Arean mellan kurvorna beräknas alltså på samma sätt när de är på vardera sida om axeln.

Båda kurvorna under axeln

Det sista fallet är om båda kurvorna befinner sig under axeln. Här motsvarar istället det sökta området arean mellan och axeln subtraherat med arean mellan och axeln.

Eftersom kurvorna för och är under axeln motsvarar deras integraler respektive areor under kurvan, men med omvänt tecken. Alltså måste man byta tecken på båda integralerna innan de subtraheras.
Det spelar alltså ingen roll hur kurvorna befinner sig i förhållande till axeln. Arean mellan dem beräknas alltid genom att subtrahera den övre funktionen med den undre och integrera.
Exempel

Att hitta arean mellan två kurvor

Find the area on the first quadrant between the curves and where
and
Give the answer exactly.

Ledtråd

Find the point of intersection of both curves. Which function lies above the other?

Lösning

In order to find the area begin by looking at the point at which both curves intersect in the first quadrant.

It can be seen from the graph that the curves intersect at the point The area lies between the and both curves, so the area is within the interval Next, note that is above so the area can be found using the integral
Substitute the expressions for both functions and evaluate the resulting integral.
In order to evaluate the integral, a primitive to needs to be found.
This primitive can be used to evaluate the integral.
Förenkla vänsterled
The area is square units.
Räkna med integraler
Övningar