Aufgabe: Gegeben ist eine lineare Funktion f(x) =2x+1 1)Berechne die ober und untersumme von f in [1;7] durch Unterteilung in n=2 2)Berechne den Flächeninhalt A, den der Graph von f und die x-Achse im intervall [1;7] miteinander einschließen. Problem/Ansatz: kann mir bitte jemand erklären wie diese Aufgabe funktioniert.
Ober Und Untersumme Integral Und
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Streifenmethode des Archimedes
Inhalt Die Streifenmethode des Archimedes Eigenschaften der Unter- und Obersummen Berechnung einer Ober- und Untersumme Allgemeine Berechnung der Untersumme Zusammenhang Ober- und Untersumme mit dem Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung Die Streifenmethode des Archimedes
Die Streifenmethode des Archimedes ist ein Verfahren, um Flächen zu berechnen, deren Grenzen nicht geradlinig sind. Hier siehst du das Flächenstück $A$, welches von dem Funktionsgraphen der Funktion $f$ mit $f(x)=x^2$ sowie der $x$-Achse auf dem Intervall $I=[1;2]$ eingeschlossen wird. Die Grenzen $x=1$ und $x=2$ sowie $y=0$ sind geradlinig. Der Abschnitt der abgebildeten Parabel ist nicht gerade. Du kannst nun das Flächenstück $A$ durch Rechtecke näherungsweise beschreiben. Dies siehst du hier anschaulich:
Du erkennst jeweils einen Ausschnitt des obigen Bildes, in welchem die Fläche $A$ vergrößert dargestellt ist. Durch Zerlegung des Intervalles $[1; 2]$ in zum Beispiel vier gleich breite Streifen oder auch Rechteckflächen näherte Archimedes die tatsächliche Fläche durch zwei berechenbare Flächen an.
Ober Und Untersumme Integral Meaning
Die Rechtecke der Obersumme gehen dabei über den eigentlichen Graphen hinaus,
während die Rechtecke der Untersumme eine Lücke belassen. Diese Rechtecke werden dann alle addiert und ergeben die Fläche der Ober- bzw. Untersumme. Schauen wir uns das Graphisch an:
Im Graphen ist die Obersumme grün dargestellt, während die Untersumme über orange dargestellt wird. Wenn wir uns anschauen, wie der Flächeninhalt ursprünglich aussah (die rot eingegrenzte Fläche)
und die nun grüne Fläche (wie gesagt, alle Rechtecksflächen werden zusammenaddiert) anschauen, sehen wir,
dass der Flächeninhalt über die grünen Rechtecke als zu viel angegeben wird. Bei den orangenen Rechtecken hingegen fehlt ein klein wenig und der Flächeninhalt wird als zu klein angegeben werden. Man kann nun den Mittelwert der Ober- und Untersumme bilden und man hat eine gute Näherung des rot markierten Flächeninhalts. In unserem Fall, wo wir eine Fläche unter einer Geraden berechnen ist das sogar exakt. Aber um die Parabel nochmals zu erwähnen: Bereits hier ist der Mittelwert der Ober- und Untersumme nur noch eine Näherung.
Ober Und Untersumme Integral Definition
Aufgabe: $$\begin{array} { l} { \text { Bestimmen Sie für} b > 1 \text { das Integral} \int _ { 1} ^ { b} \frac { 1} { x} d x, \text { indem Sie die Ober- und Untersummen}} \\ { \text { für die Zerlegungen} Z _ { n} = \left\{ 1 = b ^ { \frac { 0} { n}} < b ^ { \frac { 1} { n}} < \ldots < b ^ { \frac { n} { n}} = b \right\} \text { betrachten. }} \end{array}$$ $$\begin{array} { l} { \text { Hinweis: Man kann bestimmte Folgengrenzwerte wie lim} _ { n \rightarrow \infty} \frac { b \frac { 1} { 1} - 1} { \frac { 1} { n}} \text { mit den Mitteln für Funktions-}} \\ { \text { grenzwerte berechnen. }} \end{array}$$ Problem/Ansatz: Wir fangen gerade erst mit Integralen an und ich steige da irgendwie noch nicht so ganz durch, wie ich jetzt was machen muss. Würde mich über Hilfe freuen:) LG
Wir müssen also in die Formel $\frac{n(n+1)(2n+1)}{6}$ an der Stelle n einfach n-1 einsetzen. Wir erhalten also:
$\frac{(n-1)((n-1)+1)(2(n-1)+1)}{6}=\frac{(n-1)n(2n-1)}{6}=\frac{n(n-1)(2n-1)}{6}$ Für s n erhalten wir damit:
$s_{n}=h^{3}\frac{n(n-1)(2n-1)}{6}=\frac{a^{3}}{n^{3}}\frac{n^{3}(1-\frac{1}{n})(2-\frac{1}{n})}{6}=\frac{a^{3}(1-\frac{1}{n})(2-\frac{1}{n})}{6}$
Daraus folgt für den Grenzwert: $\lim\limits_{n\to\infty}s_{n}=\frac{a^{3}}{3}$. Damit haben wir: $A_{0}^{a}=\lim\limits_{n\to\infty}S_{n}=\lim\limits_{n\to\infty}s_{n}=\frac{a^{3}}{3}$
Für die Fläche $A_{a}^{b}$ mit b>a, also für $A_{a}^{b}=A_{0}^{b}-A_{0}^{a}$, ergibt sich somit:
$A_{a}^{b}=\frac{b^{3}}{3}-\frac{a^{3}}{3}$
Übung:
Berechne bezüglich $f: x→x^{2} A_{0}^{2}$
Lösungsweg: $A_{0}^{2}=\frac{1}{3}⋅2^{3}-\frac{1}{3}⋅0^{3}=\frac{8}{3}≈2, 67$
Weitere Übungen:
Berechne:
1. ) $A_{0, 1}^{1, 2}$ (Lösung: ≈0, 58)
2. ) $A_{0, 5}^{2\sqrt{2}}$ (Lösung: ≈13, 81)
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