Erklärung Unter- und Obersumme Gesucht ist die Fläche zwischen dem Graphen einer Funktion und der -Achse von bis. Lässt sich keine Stammfunktion von bestimmen, so kann das gesuchte Integral näherungsweise durch Ober- oder Untersumme bestimmt werden. Dazu wird das Intervall in gleichlange Streifen der Länge zerschnitten. Als Untersumme bezeichnet man die Gesamtfläche an Streifen, deren Höhen bis zum jeweils niedrigsten Punkt auf der Streifenbreite reichen. Sie ist eine untere Abschätzung von. Es gilt: Als Obersumme bezeichnet man die Gesamtfläche an Streifen, deren Höhen jeweils bis zum höchsten Punkt über der Streifenbreite reichen. Sie ist eine obere Abschätzung von. Die Näherung kann weiter verbessert werden, wenn man den Mittelwert von und verwendet: Für monoton steigende Funktionen sind die Formeln für Ober- und Untersumme genau vertauscht. In der Regel wird aber der Mittelwert der beiden Werte gesucht. Gesucht ist die Fläche unter der Funktion zwischen 0 und 4. Um das Integral näherungsweise zu bestimmen zerlegt man die Fläche in 4 Streifen.
In diesem Fall ist Dann gilt: Weiter gilt: Der exakte Wert des Integrals beträgt Das arithmetische Mittel von Obersumme und Untersumme ist Somit ist ersichtlich, dass der Mittelwert eine deutliche Verbesserung der Näherung gibt. Aufgaben Aufgabe 1 - Schwierigkeitsgrad: Approximiere die Fläche zwischen der -Achse und den Graphen der folgenden Funktionen auf dem Intervall durch den Mittelwert aus Ober- und Untersumme. Unterteile dabei das Intervall in jeweils 4 Teilintervalle. Lösung zu Aufgabe 1 Die Obersumme beträgt: Die Untersumme beträgt: Damit lautet der gesuchte Näherungswert: Ähnliches Vorgehen führt zu. Endlich konzentriert lernen? Komm in unseren Mathe-Intensivkurs! 50. 000 zufriedene Kursteilnehmer 100% Geld-zurück-Garantie 350-seitiges Kursbuch inkl. Aufgabe 2 Folgender Ausdruck wird untersucht: Berechne exakt. Nähere durch die Obersumme bzw. die Untersumme an (jeweils mit). Berechne den Mittelwert von Obersumme und Untersumme aus dem letzten Aufgabenteil. Lösung zu Aufgabe 2 Es gilt Für die Obersumme gilt: und für die Untersumme: Für den Mittelwert gilt Veröffentlicht: 20.
Entsprechend lässt sich der Flächeninhalt zwischen dem Graphen und der -Achse durch die Flächeninhalte der Rechtecke approximieren. Definitionen [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Es gibt im Wesentlichen zwei gängige Verfahren zur Definition des Riemann-Integrals: das Jean Gaston Darboux zugeschriebene Verfahren mittels Ober- und Untersummen und Riemanns ursprüngliches Verfahren mittels Riemann-Summen. Die beiden Definitionen sind äquivalent: Jede Funktion ist genau dann im darbouxschen Sinne integrierbar, wenn sie im riemannschen Sinne integrierbar ist; in diesem Fall stimmen die Werte der beiden Integrale überein. In typischen Analysis-Einführungen, vor allem in der Schule, wird heute weitgehend die Darbouxsche Formulierung zur Definition benutzt. Riemannsche Summen treten oft als weiteres Hilfsmittel hinzu, etwa zum Beweis des Hauptsatzes der Integral- und Differenzialrechnung. Ober- und Untersummen [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Dieser Zugang wird meist Jean Gaston Darboux zugeschrieben.
Das Intervall [ 1, 8; 3] wird in drei Teilintervalle I 1, I 2, und I 3 unterteilt, zu denen jeweils ein Rechteck gehört. Da die Untersumme U 3 kleiner als der gesuchte Integralwert sein soll, wird in jedem Teilintervall I 1, I 2, I 3 der kleinste Funktionswert gesucht und anschließend ein Rechteck mit der Breite 0, 4 und dem Betrag des kleinsten Funktionswerts als Länge gezeichnet. Im Intervall I 1 liegt der kleinste Funktionswert an der Stelle 2, 2. (f(2, 2) ist kleiner als f(1, 8), da beide Funktionswerte negativ sind. Die Zahl mit dem größeren Betrag ist dann die kleinere von beiden. ) Das Rechteck im Intervall I 1 hat den orientierten Flächeninhalt 0, 4 ⋅ f(2, 2). Er ist negativ, da f(2, 2) negativ ist. Im Intervall I 2 liegt der kleinste Funktionswert an der Stelle 2, 6. Das Rechteck im Intervall I 2 hat den orientierten Flächeninhalt 0, 4 ⋅ f(2, 6). Im Intervall I 3 liegt der kleinste Funktionswert an der Stelle 3. Das Rechteck im Intervall I 3 hat den orientierten Flächeninhalt 0, 4 ⋅ f(3).
Ich finde sie recht gelungen. Mal sehen, wie es (und ob es berhaupt) weitergeht mit diesen Matheseiten und irgendwie ja berhaupt. © Arndt Brnner, 25. 11. 2021 Version: 18. 12. 2021
9. Auflage. Teubner, Stuttgart 1991, ISBN 3-519-22231-0 (insbesondere Abschnitt 82). Douglas S. Kurtz, Charles W. Swartz: Theories of Integration. World Scientific, New Jersey 2004, ISBN 981-256-611-2. Weblinks [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Visualisierung des riemannschen Integrals bei GeoGebra Visualisierung des riemannschen Integrals bei Visual Calculus Visualisierung des riemannschen Integrals auf mathe-online Mehrdimensionale Integrale bei Springer
Als Entwicklungsstelle x 0 wird automatisch die Untergrenze des Integrationsintervalls eingestellt. Man kann die Stelle aber auch manuell whlen bzw. ndern bzw. mit der Maus verschieben. Im kleinen Fenster kann die Stammfunktion P(x) geplottet werden, die Anpassung der Integrationskonstante C findet (falls diese Option aktiviert ist) sinnvollerweise so statt, da P(x 0)=F(x 0). (Das funktioniert nur im Integrationsbereich, denn die Anpassung findet ja an den jeweiligen numerisch integrierten Wert statt, und falls der nicht berechnet wurde, tja... ) Experimentell habe ich eine Art symbolischen Ableitungsalgorithmus implementiert, der zwar mechanisch u. U. unhandlich komplizierte Ableitungen produziert, da sie bislang nur rudimentr vereinfacht werden, der aber ohne Nherungen auskommt. Im kleinen Fenster kann per Mausrad der y-Bereich gezoomt werden. Der Darstellungsbereich im groen Plotfenster kann, wie auf diesen Seiten blich, mit der Maus interaktiv verndert werden: verschieben (mit Maus ziehen) und zoomen (Mausrad und rechte Maustaste).
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