Limite, derivate și integrale: teorie pentru Bacalaureat

Analiză matematică: limite de funcții, derivate, monotonie, integrale.

Avansat Aplicabil la: M1, M2 Treci la grile (160)

Limite fundamentale de funcții

  • limx→0 sin(x)x = 1, limită fundamentală folosită frecvent la subiectul III. Similar: limx→0 tg(x)x = limx→0 ln(1+x)x = limx→0 eˣ−1x = 1.
    xyOy = xsin xlângă 0, cele douăaproape coincid ⇒lim sin(x)/x = 1
  • Alte limite remarcabile: limx→0 aˣ−1x = ln a (a>0); limx→0 (1+x)ʳ−1x = r; limx→0 (1+x)1/x = e.
  • Alte limite la 0: limx→0 1 − cos xx² = 12; limx→0 arcsin(x)x = 1; limx→0 arctg(x)x = 1.
  • Comparații la +∞ (r > 0, a > 1): limx→∞ ln(x)xʳ = 0 și limx→∞ xʳaˣ = 0, adică exponențiala crește mai repede decât orice putere, iar puterea mai repede decât logaritmul. La 0: limx→0, x > 0 xʳ·ln x = 0.
  • Limita unei funcții raționale la ±∞ se citește din gradele numărătorului (p) și numitorului (q): 0 dacă p < q, raportul coeficienților dominanți dacă p = q, ±∞ dacă p > q (semnul îl dau coeficienții dominanți și semnul lui x).

Limite de funcții: definiție și limite laterale

  • Limita prin șiruri (Heine): limx→a f(x) = l dacă, pentru orice șir xₙ → a (xₙ ≠ a, din domeniu), avem f(xₙ) → l. Ca să arăți că o limită NU există, ajung două șiruri spre a pe care f are limite diferite: sin x nu are limită la +∞ (pe xₙ = 2nπ dă 0, iar pe xₙ = π2 + 2nπ dă 1).
  • Limitele laterale: f(a − 0), la stânga, și f(a + 0), la dreapta. f are limită în a ⇔ ambele există și sunt egale; dacă sunt diferite, limita în a nu există.
    xyOf(1 − 0) = 2f(1 + 0) = 0limitele laterale în 1 sunt diferite ⇒ lim f(x) nu există
  • Criteriul majorării: dacă |f(x) − l| ≤ g(x) lângă a și g(x) → 0, atunci f(x) → l. Exemplu: |x·sin(1x)| ≤ |x|, deci limx→0 x·sin(1x) = 0.

Regula lui l'Hôpital și cazurile exceptate

  • Regula lui l'Hôpital: dacă lim f și lim g sunt ambele 0 sau ambele ±∞ (cazuri 00 sau ∞/∞), atunci limita raportului fg este egală cu limita raportului derivatelor f′/g′, dacă aceasta din urmă există.
    xyOy = xy = sin x0/0: (sin x)/x → (cos 0)/1 = 1, raportul pantelor în 0
  • Cazurile exceptate (formele nedeterminate) la calculul limitelor: 00, ∞/∞, ∞−∞, 0·∞, 1∞, ∞⁰, 0⁰: în aceste cazuri limita nu poate fi dedusă direct din limitele factorilor/termenilor, ci necesită metode suplimentare (l'Hôpital, artificii de calcul, logaritmare).
  • l'Hôpital merge într-un singur sens: dacă raportul derivatelor nu are limită, limita inițială poate exista totuși. Exemplu: x²·sin(1/x)sin x → 0 când x → 0, deși raportul derivatelor nu are limită. Uneori regula se învârte în cerc: la x√(x² + 1), când x → ∞, dai factor comun forțat x și obții limita 1.
  • Adesea e mai rapid cu limitele remarcabile decât cu derivatele: împarți și înmulțești cu expresia potrivită, ca să apară sin(u)u, ln(1 + u)u sau eᵘ − 1u, cu u → 0.

Continuitate într-un punct

  • O funcție f este continuă într-un punct x₀ din domeniu dacă limita la stânga, limita la dreapta și valoarea f(x₀) sunt toate egale. Funcțiile elementare (polinomiale, exponențiale, logaritmice, trigonometrice) sunt continue pe tot domeniul lor de definiție.
    xyOx₀limita la stânga= limita la dreapta= f(x₀)graficul nu se „rupe”
  • Dacă limitele laterale în x₀ există, sunt finite, dar diferite între ele, discontinuitatea e de speța I, de tip 'salt'. Dacă limitele laterale sunt egale între ele, dar diferite de f(x₀), discontinuitatea e de speța I, eliminabilă (se poate redefini f(x₀) ca să devină continuă). Dacă cel puțin o limită laterală e infinită sau nu există, discontinuitatea e de speța a II-a.
    xyOsalt: limite laterale diferitexyOlimita există, dar ≠ f(x₀)
  • Ce este prelungirea prin continuitate?

    Dacă f este definită pe D, x₀ nu aparține lui D dar există și e finită limx→x₀ f(x) = ℓ, atunci f admite prelungire prin continuitate în x₀: funcția f̃, definită prin f̃(x)=f(x) pentru x∈D și f̃(x₀)=ℓ, este continuă în x₀.

  • Exemplu de discontinuitate de speța a II-a: f(x) = sin(1x) pentru x ≠ 0, f(0) = 0; în 0 nu există nici măcar limitele laterale. Totuși f are proprietatea lui Darboux, deci o funcție poate avea Darboux fără să fie continuă.

Proprietăți ale funcțiilor continue

  • Proprietatea lui Darboux (pentru funcții continue): dacă f este continuă pe [a,b] și f(a)·f(b) < 0, atunci există c∈(a,b) astfel încât f(c) = 0; folosită pentru a arăta că o ecuație are cel puțin o soluție într-un interval.
    xyOcf(a) < 0f(b) > 0f continuă șischimbă semnul ⇒există c cu f(c) = 0
  • O funcție continuă pe un interval închis și mărginit [a,b] este mărginită pe [a,b] și își atinge marginile: există puncte în [a,b] unde f ia valoarea minimă, respectiv maximă (proprietate a funcțiilor continue pe interval compact).
    xyOmaximminimab
  • Dacă f este derivabilă pe un interval I, atunci derivata f′ are proprietatea lui Darboux pe I, chiar dacă f′ nu e continuă (ia orice valoare intermediară dintre două valori ale sale). Consecință folosită des la subiectul III: dacă o funcție g nu are proprietatea lui Darboux pe un interval (de exemplu are o discontinuitate de speța I, cu limite laterale finite dar diferite), atunci g nu admite primitive pe acel interval.
  • Proprietatea lui Darboux, definiția: f are Darboux pe intervalul I dacă, pentru orice a < b din I și orice λ între f(a) și f(b), există c între a și b cu f(c) = λ. Orice funcție continuă pe un interval o are; consecință: imaginea unui interval printr-o funcție continuă e tot un interval.

Derivabilitate într-un punct

  • Definiție: f e derivabilă în a dacă limita limx→a f(x) − f(a)x − a există și e finită; valoarea ei e f′(a). Geometric, f′(a) e panta tangentei la grafic în A(a, f(a)): tangenta unghiului pe care tangenta îl face cu semiaxa pozitivă Ox.
  • Orice funcție derivabilă într-un punct e continuă acolo; reciproca e falsă: |x| e continuă în 0, dar are derivata −1 la stânga și 1 la dreapta.
    xyOpanta −1panta 1derivatele laterale în 0 sunt −1 și 1: punct unghiular
  • Cum studiezi derivabilitatea în a: (1) verifici continuitatea în a (fără ea, f nu e derivabilă); (2) calculezi derivatele laterale, adică limitele raportului f(x) − f(a)x − a pentru x < a și pentru x > a; (3) f e derivabilă în a ⇔ ambele sunt finite și egale. Într-un capăt al domeniului ajunge derivata laterală dinspre interior.

Reguli de derivare și derivate uzuale

  • Reguli de derivare: (f±g)'=f'±g', (f·g)'=f'g+fg', (fg)'=f'g−fg'g², (f∘u)'=f'(u)·u'.
    xu(x)f(u(x))· u′(x)· f′(u)(f ∘ u)′(x) = f′(u(x)) · u′(x): se înmulțesc ratele de schimbare
  • Derivate uzuale: (xⁿ)'=nxⁿ⁻¹, (√x)'=12√x, (eˣ)'=eˣ, (aˣ)'=aˣln a, (ln x)'=1x, (loga x)'=1x·ln a, (sin x)'=cos x, (cos x)'=−sin x, (tg x)'=1cos²x, (ctg x)'=−1sin²x.
  • Completări la tabel: (1x)′ = −1x², (1xⁿ)′ = −nxⁿ⁺¹, (xʳ)′ = r·xʳ⁻¹ (x > 0, r real), (∛x)′ = 13∛(x²), (ln|x|)′ = 1x, (tg x)′ = 1 + tg²x și (1g)′ = −g′g².
  • Tabelul derivatelor uzuale. Ultima coloană e aceeași formulă pentru o funcție compusă, cu u = u(x): se înmulțește mereu cu u′.

    f(x)f′(x)CondițiiFuncția compusă
    c (constantă)0x ∈ R—
    x1x ∈ R—
    xⁿn·xⁿ⁻¹n ∈ N*(uⁿ)′ = n·uⁿ⁻¹·u′
    xʳr·xʳ⁻¹x > 0, r ∈ R(uʳ)′ = r·uʳ⁻¹·u′
    √x12√xx > 0(√u)′ = u′2√u
    ∛x13∛(x²)x ≠ 0(∛u)′ = u′3∛(u²)
    1x−1x²x ≠ 0(1u)′ = −u′u²
    eˣeˣx ∈ R(eᵘ)′ = eᵘ·u′
    aˣaˣ·ln aa > 0, a ≠ 1(aᵘ)′ = aᵘ·ln a·u′
    ln x1xx > 0(ln u)′ = u′u
    loga x1x·ln ax > 0(loga u)′ = u′u·ln a
    sin xcos xx ∈ R(sin u)′ = cos u·u′
    cos x−sin xx ∈ R(cos u)′ = −sin u·u′
    tg x1cos²xcos x ≠ 0(tg u)′ = u′cos²u
    ctg x−1sin²xsin x ≠ 0(ctg u)′ = −u′sin²u
    arcsin x1√(1 − x²)x ∈ (−1, 1)(arcsin u)′ = u′√(1 − u²)
    arccos x−1√(1 − x²)x ∈ (−1, 1)(arccos u)′ = −u′√(1 − u²)
    arctg x11 + x²x ∈ R(arctg u)′ = u′1 + u²
  • Regulile de derivare (f, g derivabile, c constantă).

    OperațiaDerivata
    c·fc·f′
    f ± gf′ ± g′
    f·gf′·g + f·g′
    fg (g ≠ 0)f′·g − f·g′g²
    1g (g ≠ 0)−g′g²
    f∘u (compusa)f′(u)·u′
    f⁻¹ (inversa)(f⁻¹)′(y) = 1f′(x), unde y = f(x)

Derivata funcției inverse și interpretare fizică

  • Derivatele funcțiilor trigonometrice inverse: (arcsin x)' = 1√(1−x²) și (arccos x)' = −1√(1−x²), pentru x∈(−1,1); (arctg x)' = 11+x², pentru orice x∈R.
  • Teorema de derivare a funcției inverse: dacă f:I→J este continuă, bijectivă și derivabilă în x₀, cu f'(x₀)≠0, atunci inversa g=f⁻¹ este derivabilă în y₀=f(x₀), și g'(y₀) = 1f'(x₀).
    xyOpanta 3panta 1/3f(x) = x² în (1,5; 2,25) și f⁻¹(x) = √x în (2,25; 1,5): (f⁻¹)′ = 1/f′
  • Interpretare fizică: dacă s(t) este legea de mișcare (spațiul parcurs în funcție de timp), viteza instantanee este v(t)=s'(t), iar accelerația este a(t)=v'(t)=s″(t).

Derivate de ordin superior

  • Derivata de ordin n se obține derivând de n ori: f″ = (f′)′, f‴ = (f″)′ și așa mai departe. Formula derivatei de ordin n se ghicește din primele derivate și se demonstrează prin inducție. f e de clasă C¹ pe I dacă e derivabilă și f′ e continuă pe I.
  • Derivate de ordin n de reținut: (eˣ)⁽ⁿ⁾ = eˣ; (1x)⁽ⁿ⁾ = (−1)ⁿ·n!xⁿ⁺¹; (sin x)⁽ⁿ⁾ = sin(x + nπ2); (cos x)⁽ⁿ⁾ = cos(x + nπ2); pentru polinomul xᵖ, toate derivatele de ordin mai mare decât p sunt 0.
    sin xcos x−sin x−cos x′′′′(sin x)⁽ⁿ⁾ = sin(x + nπ/2)

Teoreme fundamentale ale derivabilității

  • Teorema lui Fermat: dacă x₀ e punct de extrem local și f e derivabilă în x₀, atunci f'(x₀) = 0.
    xyOtangenta e orizontalăîn punctul de extrem:f′(x₀) = 0
  • Teorema lui Rolle: dacă f este continuă pe [a,b], derivabilă pe (a,b) și f(a)=f(b), atunci există c∈(a,b) astfel încât f'(c) = 0.
    xyOcabf(a) = f(b) ⇒există c cu f′(c) = 0
  • Teorema lui Lagrange (creșterilor finite): dacă f este continuă pe [a,b] și derivabilă pe (a,b), atunci există c∈(a,b) astfel încât f'(c) = f(b)−f(a)b−a.
    xyabctangenta în c e paralelă cu coarda ABAB
  • Șirul lui Rolle (separarea rădăcinilor ecuației f(x)=0): dacă f este continuă pe [a,b] și derivabilă pe (a,b), iar c₁ < c₂ < ... < cₖ sunt soluțiile ecuației f'(x)=0 din (a,b), atunci fiecare schimbare de semn consecutivă în șirul f(a), f(c₁), ..., f(cₖ), f(b) indică exact o rădăcină a ecuației f(x)=0 pe intervalul respectiv, iar lipsa unei schimbări de semn indică absența unei rădăcini acolo.
  • Punct de extrem local a: există o vecinătate a lui a în care f(x) − f(a) are semn constant (≥ 0 pentru minim, ≤ 0 pentru maxim). Fermat cere ca a să fie punct interior al domeniului: capetele unui interval închis pot fi extreme fără ca derivata să fie 0 acolo.
  • Interpretări geometrice: la Fermat, tangenta într-un extrem interior e paralelă cu Ox; la Rolle, între două rădăcini ale lui f există cel puțin o rădăcină a lui f′; la Lagrange, există un punct al graficului în care tangenta e paralelă cu coarda dintre (a, f(a)) și (b, f(b)).
  • Consecințe ale lui Lagrange: dacă f′ = 0 pe un interval, f e constantă pe acel interval (doar pe interval: pe o reuniune de intervale, constanta poate fi alta pe fiecare bucată); dacă f′ = g′ pe un interval, f − g e constantă acolo.

Monotonie și puncte de extrem (cu ajutorul derivatei)

  • Dacă f'(x) > 0 pe un interval, atunci f este strict crescătoare pe acel interval; dacă f''(x) > 0, f este convexă pe acel interval.
    xymaxim localminim localf′ > 0, creștef′ < 0, scadef′ > 0, crește
  • Exemplu de tabel de variație pentru o funcție cu un singur punct critic x₀ (f'(x₀)=0), unde f' schimbă semnul din − în +, deci x₀ e punct de minim

    x−∞x₀+∞
    f'(x)−0+
    f(x)↘f(x₀) (minim)↗
  • Aplicație practică

    Derivata e principalul instrument de optimizare în practică: o firmă care vrea profitul maxim sau costul minim pentru o producție dată rezolvă exact problema „găsește punctul de extrem al unei funcții”, de la forma optimă a unei cutii cu volum dat (minimizează materialul folosit) până la prețul care maximizează venitul.

  • Punctele critice sunt soluțiile ecuației f′(x) = 0. Extremele unei funcții derivabile, în interiorul domeniului, sunt printre punctele critice, dar nu orice punct critic e extrem (x³ în 0). Un extrem poate apărea și unde f nu e derivabilă (|x| în 0).
  • Convexitate: f e convexă pe un interval ⇔ f′ e crescătoare acolo; pentru f derivabilă de două ori, ⇔ f″ ≥ 0. Punctele de inflexiune se caută printre zerourile lui f″ și printre punctele în care f are derivată (finită sau infinită), dar nu și derivata a doua.

Asimptote, convexitate și trasarea graficului

  • Ecuația tangentei la graficul lui f în punctul de abscisă x₀: y − f(x₀) = f'(x₀)·(x − x₀).
    xyOx₀panta tangentei= f′(x₀)y − f(x₀) =f′(x₀)(x − x₀)
  • Asimptotă orizontală spre +∞: y = limx→∞ f(x) (dacă limita e finită). Asimptotă oblică: y = mx+n, cu m = lim f(x)x, n = lim[f(x) − mx]. Asimptotă verticală în x₀: cel puțin o limită laterală a lui f în x₀ este infinită.
    xyOx = 1y = 2verticală și orizontalăxyOy = x + 1oblică: y = mx + n
  • Etapele complete ale reprezentării grafice a unei funcții f: (1) domeniul maxim de definiție; (2) limitele la capetele intervalelor din domeniu → asimptote; (3) semnul lui f' → monotonie și puncte critice (f'=0); (4) semnul lui f'' → convexitate/concavitate și puncte de inflexiune; (5) tabelul de variație, cu semnele lui f', f'' și forma graficului pe fiecare interval; (6) valorile funcției în punctele importante și intersecțiile cu axele Ox, Oy; (7) trasarea graficului; (8) observații: paritate (simetrie față de Oy sau față de origine), periodicitate, imaginea funcției.
  • Dacă f nu e derivabilă într-un punct b, dar are derivate laterale, graficul are: punct unghiular dacă derivatele laterale sunt finite dar diferite (două semitangente distincte); punct de întoarcere dacă sunt infinite și de semne opuse (semitangentă verticală, graficul „revine”); punct de inflexiune cu tangentă verticală dacă sunt infinite și egale (graficul trece prin punct, tangenta e verticală).
    unghiular de întoarcere inflexiune, tg. verticală
  • Asimptotele se caută separat la stânga și la dreapta unui punct (x = a poate fi asimptotă verticală doar dintr-o parte) și separat spre −∞ și spre +∞. Asimptota oblică are m ≠ 0 și poate exista doar dacă f nu are limită finită acolo; dacă spre +∞ există asimptotă orizontală, nu există și oblică spre +∞.

Primitive

  • ∫ xⁿ dx = xn+1n+1 + C, pentru n ≠ −1. ∫ 1x dx = ln|x| + C, ∫ eˣdx = eˣ+C, ∫ sin x dx = −cos x + C, ∫ 1cos²x dx = tg x + C.
  • Alte primitive uzuale: ∫ cos x dx = sin x + C; ∫ 1sin²x dx = −ctg x + C; ∫ aˣ dx = aˣln a + C (a>0, a≠1); ∫ 1x²+a² dx = 1a·arctg(xa) + C (a≠0); ∫ 1√a²−x² dx = arcsin(xa) + C (a>0, x∈(−a,a)).
  • Orice funcție continuă pe un interval este primitivabilă și integrabilă (Riemann) pe acel interval (justificare standard, invocată înainte de a calcula o primitivă sau o integrală definită a unei funcții continue).
  • Integrare prin părți: ∫ f·g' dx = f·g − ∫ f'·g dx.
  • Definiție: F e primitivă a lui f pe intervalul I dacă F e derivabilă și F′ = f pe I. Două primitive ale aceleiași funcții pe un interval diferă printr-o constantă, de aceea ∫ f(x) dx = F(x) + C. Integrala nedefinită e liniară: ∫ (αf + βg) dx = α∫ f dx + β∫ g dx.
    xyOF(x) = x²/2 + C: aceeași pantă în x = 1, grafice translatate vertical
  • Alte primitive din tabel: ∫ √x dx = (23)x√x + C; ∫ 1√x dx = 2√x + C; ∫ tg x dx = −ln|cos x| + C; ∫ 1x² − a² dx = (12a)·ln|x − ax + a| + C; ∫ 1√(x² + a²) dx = ln(x + √x² + a²) + C; ∫ x√(x² + a²) dx = √x² + a² + C.
  • Tabelul primitivelor uzuale (C e o constantă). Pentru o funcție compusă u = u(x), în fiecare formulă x devine u și dx devine u′ dx: de exemplu ∫ cos(u)·u′ dx = sin u + C.

    f(x)∫ f(x) dxPe intervale incluse în
    xⁿxⁿ⁺¹n+1 + CR, n ∈ N
    xʳ (r ≠ −1)xʳ⁺¹r+1 + C(0, ∞)
    √x(23)x√x + C(0, ∞)
    1√x2√x + C(0, ∞)
    1xln|x| + C(−∞, 0) sau (0, ∞)
    eˣeˣ + CR
    aˣaˣln a + CR (a > 0, a ≠ 1)
    sin x−cos x + CR
    cos xsin x + CR
    1cos²xtg x + Ccos x ≠ 0
    1sin²x−ctg x + Csin x ≠ 0
    tg x−ln|cos x| + Ccos x ≠ 0
    ctg xln|sin x| + Csin x ≠ 0
    1x² + a²(1a)·arctg(xa) + CR (a ≠ 0)
    1x² − a²(12a)·ln|x − ax + a| + Cx ≠ ±a (a > 0)
    1√(a² − x²)arcsin(xa) + C(−a, a), a > 0
    1√(x² + a²)ln(x + √x² + a²) + CR
    1√(x² − a²)ln|x + √x² − a²| + C|x| > a > 0

Schimbarea de variabilă

  • Prima metodă: dacă integrandul are forma g(φ(x))·φ′(x), notezi t = φ(x), dt = φ′(x)dx și calculezi ∫ g(t) dt = G(t) + C; rezultatul e G(φ(x)) + C. Exemplu: ∫ 2x·cos(x²) dx, cu t = x², dă sin(x²) + C.
  • Forme care apar des: ∫ u′u dx = ln|u| + C; ∫ u′·eᵘ dx = eᵘ + C; ∫ u′·uⁿ dx = uⁿ⁺¹n+1 + C (n ≠ −1); ∫ u′1 + u² dx = arctg u + C.
  • A doua metodă: substitui x = ψ(t), cu ψ bijectivă și derivabilă (dx = ψ′(t)dt), calculezi integrala în t și revii la x prin t = ψ⁻¹(x). Pentru expresii cu √a² − x² se încearcă x = a·sin t; pentru integrale de forma ∫ R(eˣ) dx, t = eˣ.
  • La integrala definită, schimbarea de variabilă schimbă și capetele: cu t = φ(x), ∫[a,b] g(φ(x))·φ′(x) dx = ∫[φ(a),φ(b)] g(t) dt, fără să mai revii la x.
    xt00√(π/2)π/2√ππt = x²∫ de la 0 la √π din 2x·cos(x²) dx = ∫ de la 0 la π din cos t dt
  • Funcții raționale PQ: dacă grad P ≥ grad Q, împarți întâi; apoi descompui în fracții simple, de forma A(x − a)ⁿ și Ax + B(x² + px + q)ᵐ cu discriminant negativ, pe care le integrezi separat. Pentru un trinom, forma canonică ax² + bx + c = (2ax + b)² − Δ4a aduce integrala la arctg sau la ln.

Integrala definită: sume Riemann și integrabilitate

  • Sume Riemann: împarți [a,b] în n bucăți, alegi în fiecare un punct tᵢ și aduni f(tᵢ)·(lungimea bucății). Pentru f pozitivă, suma aproximează aria de sub grafic; integrala e limita acestor sume când bucățile devin oricât de mici.
    xyO15 dreptunghiuri: 0,44; cu n → ∞ suma tinde la ∫ x² dx = 1/3
  • Cazul folosit la BAC, cu n bucăți egale: limn→∞ (b − an)·[f(a + b − an) + f(a + 2(b − a)n) + … + f(b)] = ∫[a,b] f(x)dx. Exemplu: 1 + 2 + … + nn² = (1n)·(1n + 2n + … + nn) → ∫[0,1] x dx = 12.
  • Criterii de integrabilitate: o funcție integrabilă pe [a,b] e mărginită (deci una nemărginită nu e integrabilă); orice funcție monotonă pe [a,b] e integrabilă; o funcție continuă cu un număr finit de discontinuități de speța I e integrabilă. Există funcții integrabile fără primitive (cele cu salturi) și funcții cu primitive care nu se scriu cu funcții elementare, ca e−x² sau sin(x)x.

Integrale definite

  • Formula Leibniz-Newton: ∫[a,b] f(x)dx = F(b) − F(a), unde F este o primitivă a lui f.
    xyabaria = F(b) − F(a)f
  • Dacă f:[a,b]→R este continuă, atunci funcția F(x) = ∫[a,x] f(t)dt este o primitivă a lui f pe [a,b], adică F′(x) = f(x) pentru orice x∈[a,b]; teorema folosită la subiectul III pentru funcții definite printr-o integrală cu limită variabilă (se cere, de exemplu, monotonia sau derivabilitatea lui F).
  • Monotonia integralei: dacă f,g sunt integrabile pe [a,b] și f(x) ≤ g(x) pentru orice x∈[a,b], atunci ∫[a,b] f(x)dx ≤ ∫[a,b] g(x)dx. Dacă în plus m ≤ f(x) ≤ M pe [a,b] (m,M constante), atunci m(b−a) ≤ ∫[a,b] f(x)dx ≤ M(b−a); util pentru încadrarea valorii unei integrale fără calcul explicit.
  • Volumul corpului obținut prin rotația graficului lui f: [a,b]→R în jurul axei Ox: V = π∫[a,b] f²(x)dx.
    xyOy = f(x)graficul se roteșteîn jurul lui OxV = π∫ f²(x) dx
  • Aria suprafeței cuprinse între graficele a două funcții f, g: [a,b]→R: A = ∫[a,b] |f(x) − g(x)| dx.
    xyOfgA = ∫ |f − g| dx(zona colorată)
  • Scurtătură utilă pe intervale simetrice [−a,a]: dacă f este pară, ∫[−a,a] f(x)dx = 2∫[0,a] f(x)dx; dacă f este impară, ∫[−a,a] f(x)dx = 0, fără să mai fie nevoie de calculul explicit al primitivei pe toată porțiunea negativă.
    xyO+−−aaariile sunt egale,cu semne opuse ⇒∫[−a,a] f(x) dx = 0
  • Teorema de medie pentru integrale: dacă f este continuă pe [a,b], atunci există c∈[a,b] astfel încât ∫[a,b] f(x)dx = f(c)·(b−a).
    xyOf(c)abaria de sub grafic =aria dreptunghiuluif(c) · (b − a)
  • Aditivitatea la interval: ∫[a,b] f(x)dx = ∫[a,c] f(x)dx + ∫[c,b] f(x)dx, pentru c ∈ (a,b). Valoarea medie a lui f pe [a,b] este (1b − a)·∫[a,b] f(x)dx, adică f(c) din teorema de medie.
  • Integrala „inversează” derivata: (∫[a,x] g(t)dt)′ = g(x) pentru g continuă, iar ∫ g′(x)dx = g(x) + C.
  • Când graficele lui f și g se intersectează în interiorul lui [a,b], aria se calculează pe bucăți, între punctele de intersecție: pe fiecare bucată scazi funcția de jos din cea de sus. Exemplu: aria discului de rază r este 2∫[−r,r] √r² − x²dx = πr².
16 secțiuni · 160 de grileTreci la grile