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Il concetto di integrale definito e la Somma di Riemann

Gli integrali definiti sono fondamentali in matematica per calcolare aree sottese da curve e hanno applicazioni cruciali in fisica. La Somma di Riemann approssima queste aree, mentre il teorema fondamentale del calcolo integrale collega integrali definiti e indefiniti. Gli integrali impropri estendono questi concetti a funzioni con discontinuità o intervalli illimitati.

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1

Definizione di integrale definito

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Limite della Somma di Riemann per n che tende all'infinito, rappresenta l'area esatta sotto la curva di 𝑓(𝑥) da 𝑎 a 𝑏.

2

Somma di Riemann

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Approssimazione dell'area sotto la curva tramite somma delle aree di rettangoli con base Δ𝑥 e altezza 𝑓(𝑐𝑖).

3

Calcolo di Δ𝑥 in Somma di Riemann

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Ampiezza di ciascun sottointervallo, calcolata come (𝑏-𝑎)/n.

4

Se la funzione è positiva nell'intervallo, l'______ è positivo e rappresenta l'area desiderata.

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integrale

5

Quando la funzione è negativa, l'area è calcolata prendendo il valore ______ dell'______.

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assoluto integrale

6

Per funzioni che variano di segno, l'area totale è la somma delle aree ______ dei vari sottointervalli.

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assolute

7

Gli ______ definiti hanno proprietà come la linearità e l'additività e servono per confrontare aree di diverse funzioni.

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integrali

8

Formula valore medio di una funzione

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𝑓(𝑐) = (1/(𝑏 − 𝑎)) ∫𝑎𝑏 𝑓(𝑥)𝑑𝑥, dove 𝑓(𝑐) è il valore medio nel punto c.

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Teorema del valore medio per gli integrali

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Esiste almeno un punto c in [𝑎, 𝑏] tale che l'area del rettangolo con base (𝑏 − 𝑎) e altezza 𝑓(𝑐) è uguale all'integrale ∫𝑎𝑏 𝑓(𝑥)𝑑𝑥.

10

Le ______ di una funzione si differenziano per una ______ additiva.

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primitive costante

11

L'______ indefinito ∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 rappresenta tutte le ______ di 𝑓(𝑥).

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integrale primitive

12

Geometricamente, traslando verticalmente il grafico di una ______ 𝐹(𝑥), si ottengono altre curve che sono anch'esse primitive.

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primitiva

13

Calcolo di ∫𝑎𝑏 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 tramite primitive

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Se 𝐹(𝑥) è primitiva di 𝑓(𝑥), ∫𝑎𝑏 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 = 𝐹(𝑏) − 𝐹(𝑎).

14

Metodo per valutare integrali definiti

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Usare 𝐹(𝑏) − 𝐹(𝑎) anziché somme infinite.

15

Un integrale improprio si definisce come il limite di integrali definiti quando gli estremi tendono a un punto di ______ o all'______.

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discontinuità infinito

16

Se il limite di un integrale improprio è finito, l'integrale è detto ______; altrimenti, è ______.

Clicca per vedere la risposta

convergente divergente o indeterminato

17

Questi integrali sono importanti per l'analisi di funzioni con ______ e il calcolo di aree ______.

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singolarità infinite

18

Integrazione dell'accelerazione

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Fornisce la legge del moto, legando l'accelerazione alla velocità.

19

Integrazione della velocità nel tempo

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Calcola lo spostamento totale di un corpo in un dato intervallo temporale.

Q&A

Ecco un elenco delle domande più frequenti su questo argomento

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Il concetto di integrale definito e la Somma di Riemann

L'integrale definito è uno strumento matematico essenziale per il calcolo dell'area sottesa da una curva. Per una funzione continua 𝑦 = 𝑓(𝑥) definita su un intervallo chiuso [𝑎, 𝑏], l'area sotto la curva può essere approssimata tramite la Somma di Riemann. Questa procedura consiste nel suddividere l'intervallo in n sottointervalli di uguale ampiezza Δ𝑥 e sommare le aree di n rettangoli con base Δ𝑥 e altezza 𝑓(𝑐𝑖), dove 𝑐𝑖 è un punto scelto opportunamente in ogni sottointervallo. La Somma di Riemann si esprime come 𝑆𝑛 = ∑𝑓(𝑐𝑖)Δ𝑥. Calcolando il limite di 𝑆𝑛 per n che tende all'infinito, si ottiene l'integrale definito ∫𝑎𝑏 𝑓(𝑥)𝑑𝑥, che rappresenta l'area esatta sotto la curva.
Lavagna scolastica verde con curve colorate e forme geometriche, compasso e squadra trasparente, righello di legno e gessetti colorati su tavolo.

Interpretazione geometrica e proprietà degli integrali definiti

L'integrale definito ∫𝑎𝑏 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 è un numero reale che geometricamente rappresenta l'area tra la curva di 𝑓(𝑥), l'asse delle x e le rette verticali 𝑥 = 𝑎 e 𝑥 = 𝑏. Se 𝑓(𝑥) è positiva sull'intervallo, l'integrale è positivo e corrisponde all'area cercata. Se 𝑓(𝑥) è negativa, l'integrale è negativo e l'area è data dal valore assoluto dell'integrale. Per funzioni che cambiano segno, l'area totale è la somma delle aree assolute dei sottointervalli. Gli integrali definiti possiedono proprietà di linearità, additività e possono essere utilizzati per confrontare le aree sottese da diverse funzioni.

Il valore medio di una funzione e il teorema del valore medio per gli integrali

Il valore medio di una funzione continua su un intervallo [𝑎, 𝑏] è dato da 𝑓(𝑐) = (1/(𝑏 − 𝑎)) ∫𝑎𝑏 𝑓(𝑥)𝑑𝑥, dove 𝑓(𝑐) è il valore che la funzione assume in almeno un punto c dell'intervallo. Questo concetto generalizza la media aritmetica a funzioni continue. Il teorema del valore medio per gli integrali garantisce l'esistenza di almeno un punto c in [𝑎, 𝑏] per cui il rettangolo con base (𝑏 − 𝑎) e altezza 𝑓(𝑐) ha area uguale all'integrale definito ∫𝑎𝑏 𝑓(𝑥)𝑑𝑥.

La primitiva e l'integrale indefinito

Una primitiva o antiderivata di una funzione 𝑓(𝑥) è una funzione 𝐹(𝑥) tale che 𝐹'(𝑥) = 𝑓(𝑥). Le primitive di una funzione differiscono per una costante additiva, quindi esistono infinite primitive per una data funzione. L'integrale indefinito ∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 rappresenta l'insieme di tutte le primitive di 𝑓(𝑥). Geometricamente, le primitive corrispondono a curve ottenute traslando verticalmente il grafico di una primitiva 𝐹(𝑥).

Il teorema fondamentale del calcolo integrale

Il teorema fondamentale del calcolo integrale stabilisce un collegamento diretto tra l'integrale definito e l'integrale indefinito. Esso afferma che se 𝐹(𝑥) è una primitiva di 𝑓(𝑥), allora l'integrale definito ∫𝑎𝑏 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 può essere calcolato come la differenza 𝐹(𝑏) − 𝐹(𝑎). Questo risultato fornisce un metodo efficace per valutare gli integrali definiti senza dover ricorrere a somme infinite.

Integrali impropri e loro applicazioni

Gli integrali impropri permettono di estendere il concetto di integrale a funzioni che presentano discontinuità o a intervalli di integrazione illimitati. Si definiscono come limiti di integrali definiti quando uno o entrambi gli estremi dell'intervallo di integrazione tendono a un punto di discontinuità o all'infinito. Se il limite esiste e ha un valore finito, l'integrale è detto convergente; in caso contrario, è divergente o indeterminato. Questi integrali trovano applicazione nel calcolo di aree infinite e nello studio di funzioni con singolarità.

Applicazioni degli integrali in fisica

Gli integrali sono fondamentali in fisica per descrivere fenomeni come il moto dei corpi e il flusso di carica elettrica. L'integrazione dell'accelerazione, che è la derivata della velocità, fornisce la legge del moto, mentre l'integrazione della velocità rispetto al tempo dà lo spostamento di un corpo. In elettrodinamica, l'integrale dell'intensità di corrente rispetto al tempo fornisce la carica totale che passa attraverso una sezione di un conduttore in un intervallo di tempo specifico.