Ha szívesen korrepetálnál, hozd létre magántanár profilodat itt.
Ha diák vagy és korrepetálásra van szükséged, akkor regisztrálj be és írd meg itt, hogy milyen tantárgyban!
Függvény alatti terület számítása
matesz19
kérdése
553
Alsó és felső közelítőösszeg segítségével számítsa ki az x³ függvény alatti területet a [0;1] intervallumon, ha 1³+2³+3³+...n³=[(n*(n+1))/2]^2.
Segítsetek, köszönöm!
Jelenleg 1 felhasználó nézi ezt a kérdést.
matek, Matematika, függvény, Terület, integrálás, nehéz, feladat
0
Középiskola / Matematika
Válaszok
1
Rantnad{ }
megoldása
Azt kell tudni, hogy ha téglalapok területével becsüljük a görbe alatti területet, akkor az x-tengely mentét n egyenlő részre osztjuk, így a téglalap egyik oldala 1/n hosszú lesz (mivel 0 és 1 között a távolság 1), másik oldala pedig vagy a kisebb, vagy a nagyobb osztópontnál felvett függvényérték lesz, attól függően, hogy melyiket számítjuk; az alsó vagy a felső becslést. Szerencsére az x³ szigorúan monoton növő, tehát az előbbi osztóponttal mindig alulról, utóbbival mindig felülről becsüljük.
Alsó becslés: az osztópontok: 0, 1/n 2/n, ..., (n-1)/n, tehát a téglalapok összege (1/n)*0+(1/n)*(1/n)³+(1/n)*(2/n)³+...+(1/n)*((n-1)/n)³, kiemelünk (1/n)-t, ekkor (1/n)*(0+(1/n)³+(2/n)³+...+((n-1)/n)³), kibontjuk a zárójeleket: (1/n)*(0+1³/n³+2³/n³+...+((n-1)³/n³)), az összegből így 1/n³ is kiemelhető, tehát (1/n)*(1/n³)*(1³+2³+...+(n-1)³). Megadták az összeget; 1³+2³+3³+...+(n-1)³+n³=[(n*(n+1))/2]^2., kivonunk n³-öt, ekkor 1³+2³+3³+...+(n-1)³=[(n*(n+1))/2]²-n³, tehát felírható
(1/n)*(1/n³)*([(n*(n+1))/2]²-n³) alakban, ezt összevonjuk polinomhányados alakra:
(n⁴-2n³+n²)/(4n⁴), leosztunk az n⁴-nel: 1/4 -2/(4n) +1/(2n²). Mivel ez egy alsó becslés, ezért T≥1/4 -2/(4n) +1/(2n²).
A felső becslésnél az osztópontok: 1/n, 2/n, ..., n/n=1, ekkor megint felírható összegalakban:
(1/n)*(1/n)³+(1/n)*(2/n)³+...+(1/n)*1³, kiemelünk:
(1/n)*((1/n)³+(2/n)³+...+1³), kibontjuk a zárójelet:
(1/n)*(1³/n³+2³/n³+...+1³), majd kiemelünk 1/n³-nt:
(1/n)³*(1/n)*(1³+2³+...+n³)=[(n*(n+1))/2]²/n⁴=(n⁴+2n³+n²)/(4n⁴)=1/4+ 2/(4n) + 1/(4n²). Mivel ez egy felső becslés, ezért T≤1/4 -2/(4n) +1/(4n²)
Tehát ennek kell teljesülnie: 1/4 -2/(4n) +1/(4n²)≤T≤1/4+ 2/(4n) + 1/(4n²), ahol T egy olyan szám, ami tetszőleges n pozitív egészre teljesül. A bal oldal értéke csak 1/4-nél kisebb lehet, a jobb oldal értéke csak 1/4-nél nagyobb, tehát T=1/4 lesz az a szám, ami minden n-re teljesíteni fogja az egyenlőtlenséget, ezért a függvény alatti terület 1/4 lesz. Ha nem így okoskodunk, hanem határérték-számítással, akkor n→∞-re kell megnézni a határértéket, ami mindkét esetben 1/4 lesz, tehát kvázi ugyanazt kaptuk; csak 1/4 lehet a függvényérték.