- 6.53
- 11-ci sinif
- İnteqral
İbtidai funksiya. Qeyri-müəyyən inteqral
Törəməsi 2x olan funksiya hansıdır? x²? Bəli — amma x² + 3 və x² − 2 də. Cavab bir funksiya deyil, bütöv ailədir, və ondan birini seçmək üçün bir nöqtə kifayətdir.
Bu dərsdə
- ibtidai funksiyanı tanıyacaq və onu törəmə alaraq yoxlayacaqsan;
- qeyri-müəyyən inteqralı cədvəl və xassələrlə tapacaqsan;
- verilmiş nöqtədən keçən ibtidaini seçəcək, sürətdən hərəkət qanununu bərpa edəcəksən.
- Tərs məsələ
- İbtidai funksiya
- Qeyri-müəyyən inteqral
- Cədvəl və xassələr
- Hesabla
- Nöqtədən keçən
- Diqqət
- Həyatda
- Özünü yoxla
1 · Kəşf et
Törəmənin tərsi
Sərbəst düşən cismin t zamanında getdiyi yol s(t) = gt2/2 düsturu ilə tapılır. Dərslik qeyd edir ki, bu düsturu Qaliley təcrübə yolu ilə tapıb.
Törəmə ilə buradan sürəti və təcili alırıq: v(t) = s′(t) = gt, a(t) = v′(t) = g. Bəs tərsinə? Təcil məlumdursa, sürəti və yolu necə tapaq? Bunun üçün törəməsinə görə funksiyanı bərpa etməyi bacarmalıyıq. Bu əməl diferensiallamanın tərsidir və inteqrallama adlanır.
Sual belə qoyulur: hansı funksiyanın törəməsi 2x-dir?
Törəmə cədvəlini tərsinə oxuyuruq: (x2)′ = 2x. Deməli, x2 uyğundur. Bu funksiyaya 2x-in ibtidai funksiyası deyilir.
2 · Qayda
İbtidai funksiya nədir?
Yadda saxla
Verilmiş aralığın bütün nöqtələrində F′(x) = f(x) bərabərliyini ödəyən F(x) funksiyasına həmin aralıqda f(x) funksiyasının ibtidai funksiyası deyilir.
F′(x) = f(x)«Aralıq» sözü vacibdir. Məsələn, 1/x funksiyası x = 0-da təyin olunmayıb, ona görə onun ibtidaisi x > 0 və x < 0 aralıqlarında ayrıca axtarılır.
İbtidai funksiya yeganə deyil
Sabitin törəməsi sıfırdır, ona görə (x2)′ = (x2 + 3)′ = (x2 − 2)′ = 2x. Dərsin əvvəlindəki şəkildə üç parabola bir-birindən yalnız şaquli sürüşmə ilə fərqlənir. Eyni x nöqtəsində hamısının törəməsi eynidir, yəni toxunanların bucaq əmsalı eynidir: x = 1-də üç narıncı toxunan paraleldir, hər birinin əmsalı 2-dir.
Başqa ibtidai yoxdurmu? Tutaq ki, F1 və F2 eyni f-in iki ibtidaisidir. Fərqlərinə baxaq: g = F1 − F2.
g′(x) = f(x) − f(x) = 0
Aralığın hər nöqtəsində törəməsi sıfır olan funksiya sabitdir: g(x) = C. Deməli, F1(x) = F2(x) + C: bir ibtidai tapdınsa, qalanlarının hamısı ona sabit əlavə etməklə alınır.
F(x) + C yazılışına ibtidai funksiyaların ümumi şəkli deyilir. Bu, bir funksiya deyil, funksiyalar çoxluğudur: C-yə hər qiymət verdikdə ailənin bir üzvü alınır.
3 · Qayda
Qeyri-müəyyən inteqral
Yadda saxla
Müəyyən aralıqda f(x) funksiyasının bütün ibtidai funksiyaları çoxluğuna həmin aralıqda onun qeyri-müəyyən inteqralı deyilir.
∫ f(x) dx = F(x) + CBelə oxunur: «inteqral ef iks de iks». Törəməsinə görə funksiyanın tapılmasına inteqrallama deyilir.
- ∫ — inteqral işarəsi
- f(x) — inteqralaltı funksiya
- dx — x inteqrallama dəyişənidir
- F(x) — ibtidai funksiya
- C — inteqrallama sabiti
Cavabı yoxlamaq həmişə mümkündür: tapdığın funksiyanın törəməsini al. İnteqralaltı funksiya alınırsa, cavab doğrudur. Məsələn, ∫ 5 dx = 5x + C, çünki (5x + C)′ = 5; ∫ cos x dx = sin x + C, çünki (sin x + C)′ = cos x.
Törəmə inteqralı «açır»
(∫ f(x) dx)′ = f(x)Yoxlamanın özü budur.
İnteqral törəməni «açır»
∫ f′(x) dx = f(x) + CAmma sabit itdiyi üçün + C qayıdır.
4 · Cədvəl
İbtidai funksiyalar cədvəli
Hər sətir törəmə cədvəlinin tərsinə oxunmasıdır. Sağ sütundakı funksiyanın törəməsini alsan, sol sütundakı funksiya alınar.
| f(x) | ∫ f(x) dx |
|---|---|
| k (sabit) | kx + C |
| xn, n ≠ −1 | xn+1n + 1 / + C |
| 1x / | ln |x| + C |
| ex | ex + C |
| ax | axln a / + C |
| sin x | −cos x + C |
| cos x | sin x + C |
| 1cos2 x / | tan x + C |
| 1sin2 x / | −cot x + C |
Niyə n ≠ −1? n = −1 olanda düstur x0/0 verərdi — sıfıra bölmək olmaz. x−1 = 1/x üçün ayrıca sətir var: (ln |x|)′ = 1/x.
Xətti arqument: 1/k vuruğu. Arqument kx + b olduqda cavab eyni qalır, sadəcə k-ya bölünür, çünki mürəkkəb funksiyanın törəməsi k vuruğunu yaradır.
∫ cos kx dx = 1k / sin kx + C ∫ sin kx dx = −1k / cos kx + C ∫ ekx dx = 1k / ekx + C ∫ dxkx + b / = 1k / ln |kx + b| + C
Xassələr. Cəmin inteqralı inteqralların cəminə bərabərdir, sabit vuruq inteqral işarəsindən çıxır:
∫ (f + g) dx = ∫ f dx + ∫ g dx ∫ k · f dx = k ∫ f dx
Fərq üçün də eynidir. Amma hasil və nisbət üçün düstur yoxdur: əvvəlcə ifadəni cəm və ya fərq şəklinə gətirmək lazımdır.
5 · Hesabla
İnteqralı tap, törəmə ilə yoxla
∫ (3x5 + 9x2 − 5) dx inteqralını tapın.
- Hər həddi ayrıca inteqrallayırıq, sabit vuruqlar qalır: 3 · x6/6, 9 · x3/3, −5x.
- Sadələşdiririk və bir dənə C yazırıq (həddlərin sabitləri birləşir).
- Yoxlama: (x6/2 + 3x3 − 5x)′ = 3x5 + 9x2 − 5 ✓
x6/2 + 3x3 − 5x + C
∫ 5√x dx inteqralını tapın.
- Kökü qüvvət kimi yazırıq: √x = x1/2, deməli n = 1/2.
- Üstü 1 artırırıq: 1/2 + 1 = 3/2, və 3/2-yə bölürük, yəni 2/3-ə vururuq: 5 · x3/2 · 2/3.
- Yoxlama: (10/3 · x3/2)′ = 10/3 · 3/2 · x1/2 = 5√x ✓
103 / x√x + C
∫ (6 cos 3x + 42x − 1 / ) dx inteqralını tapın (x ≠ 1/2 olan aralıqda).
- k = 3: ∫ 6 cos 3x dx = 6 · 13 / sin 3x = 2 sin 3x.
- k = 2: ∫ 42x − 1 / dx = 4 · 12 / ln |2x − 1| = 2 ln |2x − 1|.
- Yoxlama: (2 sin 3x)′ = 6 cos 3x, (2 ln |2x − 1|)′ = 2 · 2/(2x − 1) = 4/(2x − 1) ✓
2 sin 3x + 2 ln |2x − 1| + C
∫ x3 + 2xx2 / dx inteqralını tapın (x ≠ 0).
- Nisbət üçün düstur yoxdur — surəti hədd-hədd məxrəcə bölürük: x3/x2 + 2x/x2 = x + 2/x.
- İndi cədvəl işləyir: ∫ x dx = x2/2, ∫ 2/x dx = 2 ln |x|.
- Yoxlama: (x2/2 + 2 ln |x|)′ = x + 2/x ✓
x2/2 + 2 ln |x| + C
6 · Nöqtədən keçən
Ailədən bir əyri seçmək
Qeyri-müəyyən inteqral bütöv ailə verir. Məsələdə əlavə şərt — qrafikin keçdiyi nöqtə — varsa, C tapılır və ailədən bir funksiya qalır. Ailənin əyriləri kəsişmir (fərqləri sabitdir), ona görə hər nöqtədən yalnız bir əyri keçir.
M(2; 2): F(x) = x2 + C, F(2) = 4 + C = 2, C = −2. Cavab: F(x) = x2 − 2.
P(−1; 3): F(−1) = 1 + C = 3, C = 2. Cavab: F(x) = x2 + 2.
f(x) = 3x2 − 2 funksiyasının qrafiki A(1; 4) nöqtəsindən keçən ibtidaisini tapın.
- Ümumi şəkil: F(x) = x3 − 2x + C.
- Nöqtənin koordinatlarını yerinə yazırıq: F(1) = 1 − 2 + C = 4.
- Buradan C = 5. Yoxlama: F(1) = 1 − 2 + 5 = 4 ✓
F(x) = x3 − 2x + 5
7 · Diqqət
İşarə və 1/k vuruğu
Səhv
Yoxla: (cos x)′ = −sin x — işarə tərsdir.
Düzgün
∫ sin x dx = −cos x + C(−cos x)′ = sin x.
Səhv
Bu törəmə qaydasıdır: törəməsi 25 cos 5x çıxır.
Düzgün
∫ cos 5x dx = 15 / sin 5x + Cİnteqralda k-ya bölürük, vurmuruq.
Daha iki tez-tez rast gələn səhv: inteqral əvəzinə törəmə almaq (∫ x3 dx üçün 3x2 yazmaq) və + C-ni unutmaq. Hamısını bir vərdiş tutur: cavabın törəməsini al.
8 · Həyatda
Sürətdən hərəkət qanununa
Koordinatın zamana görə törəməsi sürətdir: x′(t) = v(t). Deməli, sürət məlum olanda koordinat onun ibtidaisidir, başlanğıc vəziyyət isə C-ni təyin edir.
Düz xətt üzrə hərəkət edən nöqtənin sürəti v(t) = 2t − 3-dür. t = 0 anında nöqtə koordinat başlanğıcında olub. x(t)-ni tapın.
- İbtidai: x(t) = ∫ (2t − 3) dt = t2 − 3t + C.
- Başlanğıc şərt: x(0) = 0 + C = 0, yəni C = 0.
x(t) = t2 − 3t
- Qrafiki oxuyuruq: 0 < t < 1,5-də v < 0, nöqtə mənfi istiqamətdə gedir. t = 1,5-də dayanır: x(1,5) = 2,25 − 4,5 = −2,25. Sonra irəli gedir, t = 3-də başlanğıca qayıdır (x(3) = 0), t = 4-də x = 4.
Qalileyin düsturuna qayıdaq. Təcil sabitdir: v′ = g. Onda v(t) = gt + C1; cisim sükunətdən düşürsə, v(0) = 0 və C1 = 0. Sonra s(t) = ∫ gt dt = gt2/2 + C2, yol sıfırdan sayılırsa, C2 = 0. İki dəfə inteqrallayıb s = gt2/2 düsturunu geri aldıq.
Sadələşdirmə: hava müqaviməti nəzərə alınmır.
9 · Özünü yoxla
Bacarığını sına
Cavabı seç — düzgün olanda yaşıl, səhv olanda qırmızı işıqlanacaq. Həllinə də baxa bilərsən.
-
Asan
∫ x4 dx nəyə bərabərdir?
Düzdür! Üst 1 artır və yeni üstə bölünür.
Yox. Cavabın törəməsini al: x4 alınmalıdır.
Həllə bax
∫ x4 dx = x5/5 + C, çünki (x5/5)′ = x4. 4x3 törəmədir, x5-in törəməsi isə 5x4-dür.
-
Asan
Hansı funksiya f(x) = 2x + 1-in ibtidai funksiyasıdır?
Əla! (x2 + x − 7)′ = 2x + 1, sabit isə istənilən ola bilər.
Yox. Hər variantın törəməsini al və 2x + 1 ilə müqayisə et.
Həllə bax
(2x2 + x)′ = 4x + 1, (x2 + 1)′ = 2x, (x2 + x − 7)′ = 2x + 1. Yalnız sonuncu uyğundur; −7 ailənin bir üzvünü seçir.
-
Orta
∫ sin 4x dx nəyə bərabərdir?
Düzdür: mənfi işarə və 1/4 vuruğu.
Yox. İki şeyə bax: sin-in ibtidaisi −cos-dur, və k = 4-ə bölünür.
Həllə bax
∫ sin kx dx = −cos kx/k + C. Yoxlama: (−cos 4x/4)′ = sin 4x · 4/4 = sin 4x.
-
Orta
x > 0 olduqda ∫ (3/x) dx nəyə bərabərdir?
Əla! (3 ln x)′ = 3/x.
Yox. 1/x üçün qüvvət düsturu işləmir (n = −1) — cədvəldə ayrıca sətir var.
Həllə bax
Sabit vuruq çıxır: 3 ∫ dx/x = 3 ln x + C (x > 0). −3/x2 isə 3/x-in törəməsidir.
-
Çətin
F′(x) = 6x2 − 2 və F(1) = 3. F(2) neçədir?
Düzdür! C = 3, F(2) = 16 − 4 + 3 = 15.
Yox. Əvvəl F(1) = 3 şərtindən C-ni tap, işarəsinə diqqət et.
Həllə bax
F(x) = 2x3 − 2x + C. F(1) = 2 − 2 + C = 3, C = 3. F(2) = 16 − 4 + 3 = 15. 12 — C tapılmayıb, 9 — C = −3 götürülüb.
-
Çətin
Nöqtənin sürəti v(t) = 4 − 2t (m/san), x(0) = 1 m. t = 3 san anında koordinat neçə metrdir?
Əla! x(t) = 4t − t² + 1, x(3) = 4.
Yox. Sürət koordinat deyil: v-nin ibtidaisini tap və x(0) = 1 şərtini nəzərə al.
Həllə bax
x(t) = 4t − t2 + C, x(0) = C = 1. x(3) = 12 − 9 + 1 = 4 m. −2 — bu v(3)-dür, 3 — başlanğıc koordinat unudulub.
Xülasə
Yadda qalanlar
- F′ = fF funksiyası f-in ibtidaisidir; cavabı həmişə törəmə ilə yoxla.
- ∫ f dx = F + CQeyri-müəyyən inteqral bütöv ailədir; cədvəl, xassələr və 1/k vuruğu ilə tapılır.
- Nöqtə → CVerilmiş nöqtə və ya başlanğıc vəziyyət (x(0)) ailədən bir funksiya seçir.
Növbəti mövzu: 6.54 Əyrinin əhatə etdiyi sahə