Matematik I · 4. Ünite: İntegral

Alan Kavramı ve Riemann Toplamı

Düz kenarlı bir şeklin alanını çarpma ile bulabiliriz, ancak eğriyle sınırlı bir bölgenin alanı ne demektir ve nasıl hesaplanır? Bu konuda alanı, giderek inceltilen dikdörtgenlerin toplamlarının limiti olarak tanımlıyoruz. Bu fikir Riemann toplamlarına ve belirli integralin tanımına yol açar. Konunun sonunda bir Riemann toplamını elle hesaplayabilir, $\sum$ gösterimiyle çalışabilir, limit tanımıyla basit integralleri bulabilir ve yöntemlerin yakınsama hızını yorumlayabilirsiniz.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: Eğri altındaki alan neden bir problem?

  2. Toplam gösterimi ve temel toplam formülleri

  3. Riemann toplamı ve belirli integralin tanımı

  4. Limit tanımıyla integral hesabı

  5. İşaretli alan ve geometrik yorum

  6. Çözümlü örnekler

  7. Sık yapılan hatalar ve kavram yanılgıları

  8. Özet ve sonraki konularla bağlantı

Anahtar terimler

Sigma gösterimi (sigma notation)
Toplamları $\sum_{i=m}^{n} a_i$ biçiminde kısaca yazan gösterim; doğrusallık özelliği taşır.
Bölüntü (partition)
$[a,b]$ aralığını $a = x_0 < x_1 < \cdots < x_n = b$ noktalarıyla alt aralıklara ayırma; normu en uzun alt aralığın uzunluğudur.
Riemann toplamı (Riemann sum)
Her alt aralıktan seçilen örnek noktadaki $f$ değeri ile aralık uzunluğunun çarpımlarının toplamı: $\sum f(x_i^*)\Delta x_i$.
Belirli integral (definite integral)
Riemann toplamlarının bölüntü normu sıfıra giderkenki limiti; işaretli alanı verir.
Alt ve üst toplam (lower and upper sum)
Her alt aralıkta $f$'nin en küçük ve en büyük değerleriyle kurulan toplamlar; integralin sıkıştırıcı sınırlarıdır.
İntegrallenebilirlik (integrability)
Riemann toplamlarının örnek nokta seçiminden bağımsız tek bir limite yakınsaması; sürekli ve sınırlı-sonlu süreksiz fonksiyonlar için sağlanır.
İşaretli alan (net signed area)
$x$ ekseninin üstündeki alanların artı, altındakilerin eksi sayıldığı toplam; $\int_a^b f\,dx$ bu değerdir.
Orta nokta kuralı (midpoint rule)
Örnek noktası olarak alt aralığın ortasının seçildiği Riemann toplamı; hatası $1/n^2$ ile azalır.

Örnek soru

$\displaystyle\sum_{k=1}^{10}\left(k^2 - k\right)$ toplamının değeri kaçtır?

  1. $55$
  2. $330$
  3. $385$
  4. $440$
  5. $3025$

Doğru cevap: B

Çözüm

1. Doğrusallıkla ayırırız: $\sum k^2 - \sum k$.
2. $\sum_{k=1}^{10} k^2 = \dfrac{10\cdot 11\cdot 21}{6} = 385$.
3. $\sum_{k=1}^{10} k = \dfrac{10\cdot 11}{2} = 55$.
4. Fark: $385 - 55 = 330$.
Doğru cevap: $330$. $385$ yalnızca kareler toplamıdır ($-k$ terimi unutulmuştur), $55$ ise yalnızca ilk toplamdır, $3025 = 55^2$ ise küplerin toplamıdır.

Matematik I: tüm konular