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Texto completo

(1)

INTEGRAL DE RIEMANN

Claudia Ridol…

Universidad Nacional de San Luis

21/08/18

(2)

De…nición

Sea

f

:

[

a

,

b

]

!

R

acotada

Una

partición

de

[

a

,

b

]

es

P

=

f

x

1

,

x

2

, ...,

x

n

g

con

a

=

x

1

<

x

2

<

...

<

xn

=

b

Dada una partición

P

, para cada 1

i

n

,

M

i

=

sup

x

i 1

x

x

i

f

(

x

)

y

m

i

=

inf

x

i 1

x

x

i

f

(

x

)

Suma inferior

L

(

f

,

P

) =

n

i

=1

mi

(

xi

xi

1

)

Suma superior

U

(

f

,

P

) =

n

i

=1

(3)
(4)
(5)
(6)
(7)

Si

Q

es un re…namiento de

P

1

y

P

2

L

(

f

,

P

1

)

L

(

f

,

Q

)

U

(

f

,

Q

)

U

(

f

,

P

2

)

para toda

P

1

,

P

2

sup

P

L

(

f

,

P

)

inf

P

U

(

f

,

P

)

(8)

Example

f

(

x

) =

f

0

3 si

si x

x

=2

6

=2

de…nida en

[

0

,

4

]

L

(

f

,

P

) =

0

y

U

(

f

,

P

) =

3

(

x

i

x

i

1

)

donde

x

i

1

<

2

<

x

i

sup

P

L

(

f

,

P

) =

inf

(9)

Examples

g

(

x

) =

f

0

1 si

si

x

2

x

2

/

Q

Q

de…nida en

[

0

,

1

]

L

(

f

,

P

) =

0

,

U

(

f

,

P

) =

1

sup

P

L(f,P)

<

inf

P

U(f,P)

(10)

De…nición de Integral de Riemann

f

es

integrable

en

[

a

,

b

]

si

sup

P

L

(

f

,

P

) =

inf

P

U

(

f

,

P

)

Este número sera la

integral de

f

sobre

[

a

,

b

]

Z

b

a

f

o bien

Z

b

a

f

(

x

)

dx

Denotamos

f

2

R

Si

f

0,

R

a

b

f

recibe el nombre de

área

de la región determinada por la

función

f

.

Pot lo tanto,

L

(

f

,

P

)

Z

b

a

(11)

Criterio de Integración

Teorema

Sea f acotada en

[

a

,

b

]

, f

2

R si y sólo si para todo

e

>

0

existe una

partición P de

[

a

,

b

]

tal que

U

(

f

,

P

)

L

(

f

,

P

)

<

e

(12)

Propiedades

1) Sea a

<

c

<

b

.

La función f

2

R en

[

a

,

b

]

()

f

2

R en

[

a

,

c

]

y f

2

R

en

[

c

,

b

].

Además

R

b

a

f

=

R

c

a

f

+

R

b

c

f

2) Si f

,

g

2

R en

[

a

,

b

] =

)

f

+

g

2

R en

[

a

,

b

]

y cf

2

R en

[

a

,

b

]

R

b

a

f

+

g

=

R

b

a

f

+

R

b

a

g

y

R

b

a

cf

=

c

R

b

a

f

Si f

,

g

2

R en

[

a

,

b

]

y f

g y m

f

M

,

entonces

R

b

a

f

R

b

a

g

y

m

(

b

a

)

R

b

(13)

Propiedades

Teorema

Sea f

2

R y acotada en

[

a

,

b

]

con m

f

M

.

Si

ϕ

es continua en

[

m

,

M

] =

)

ϕ

of

2

R en

[

a

,

b

].

Si f

,

g

2

R en

[

a

,

b

] =

)

f

.

g

2

R en

[

a

,

b

]

y

j

f

j 2

R en

[

a

,

b

]

j

R

a

b

f

j

R

b

a

j

f

j

De…nition

Sea

F

:

[

a

,

b

]

!

R

k

con

F

= (

f

1

,

f

2

,...,

fk

)

y fi

:

[

a

,

b

]

!

R

.

Entonces

F

2

R

si

f

i

2

R

,

para

i

=

1

, ...,

k

.

En este caso

R

b

a

F

(

x

)

dx

= (

R

b

a

f

1

(

x

)

dx

, ...,

R

b

a

f

k

(

x

)

dx

)

(14)

¿Qué funciones son integrables?

Teorema

Si f es continua en

[

a

,

b

] =

)

f

2

R en

[

a

,

b

].

Teorema

Si f es monótona en

[

a

,

b

] =

)

f

2

R en

[

a

,

b

].

Example

f

(

x

) =

f

n1

si

1

n+1

<

x

1

n

(15)

¿Qué funciones son integrables?

Sea

f

:

[

a

,

b

]

!

R

y

P

=

f

x

0

,

x

1

, ...,

x

n

g

una particion. De…nimos

f

i

=

f

(

x

i

)

f

(

x

i

1

)

y

V(f)=V(f;a,b)=sup

P

n

i

=1

j

f

i

j

f

es de

variación acotada

sii

V

(

f

)

<

.

Example

f

(

x

) =

f

x sen

(

π

/

x

)

si 0

<

x

2

0

si

x

=0

de…nida en

[

0

,

2

].

f

es continua, sin embargo

V

(

f

) =

(16)

¿Qué funciones son integrables?

Corollary

Si f tiene

variación acotada

,

entonces f

2

R en

[

a

,

b

]

Example

Sea

f

xn

g

una numeración de los número racionales en

[

0

,

1

].

Entonces

f

(

x

) =

f

21n

si

x

=

x

n

(17)

¿Hemos visto todas las clases de funciones integrables?

La función

f

(

x

) =

8

<

:

1

si

n

+1

1

<

x

1

n

y

n

es impar

0

si

n

+1

1

<

x

1

n

y

n

es par

0

si

x

=

0

para

n

2

N

,

de…nida en

[

0

,

1

]

Esta función no es continua, ni monótona, ni de variación acotada. Sin

embargo

f

2

R

.

(18)

La integral como límite de sumas de Riemann

Dada

P

=

f

x

0

,

x

1

, ...,

xn

g

µ(

P

) =

max

1

i

n

f

(

xi

xi

1

)

g

(malla de

P

)

para cada

i

,

1

i

n

,

elegimos

t

i

2

[

x

i

1

,

x

i

]

y de…nimos

S

(

f

,

P

) =

n

i

=1

f

(

t

i

)(

x

i

x

i

1

)

(sumas de Riemann)

Decimos que

lim

µ

(

P

)

!

0

S

(

f

,

P

) =

A

si y sólo si

(19)

La integral como límite de sumas de Riemann

Teorema

Existe el

lim

µ

(

P

)

!

0

S

(

f

,

P

)

()

f

2

R en

[

a

,

b

].

Además

lim

µ

(

P

)

!

0

S

(

f

,

P

) =

R

a

b

f

(20)

La integral como límite de sumas de Riemann

Demostración:

(

=)

Dado

2

>

0 debo encontrar

δ

>

0 tal que toda

partición P con

µ(

P

)

<

δ

j

S

(

f

,

P

)

Z

b

a

f

j

<

e

L

(

f

,

P

)

S

(

f

,

P

)

U

(

f

,

P

)

y

L

(

f

,

P

)

Z

b

a

f

U

(

f

,

P

),

basta

U

(

f

,

P

)

L

(

f

,

P

)

<

e

U

(

f

,

P

)

U

(

f

,

Q

) +

U

(

f

,

Q

)

L

(

f

,

Q

) +

L

(

f

,

Q

)

L

(

f

,

P

)

<

e

,

Q

=

P

[

P

0

Sea

P

0

=

f

x

0

,

x

1

, ...,

xn

g

tal que

U

(

f

,

P

0

)

L

(

f

,

P

0

)

<

2

/3

.

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