\[\begin{split}\newcommand{\N}{\mathbb N} \newcommand{\Z}{\mathbb Z} \newcommand{\Q}{\mathbb Q} \newcommand{\R}{\mathbb R} \newcommand{\C}{\mathbb C} \newcommand{\ba}{\mathbf{a}} \newcommand{\bb}{\mathbf{b}} \newcommand{\bc}{\mathbf{c}} \newcommand{\bd}{\mathbf{d}} \newcommand{\be}{\mathbf{e}} \newcommand{\bbf}{\mathbf{f}} \newcommand{\bF}{\mathbf{F}} \newcommand{\bh}{\mathbf{h}} \newcommand{\bi}{\mathbf{i}} \newcommand{\bj}{\mathbf{j}} \newcommand{\bk}{\mathbf{k}} \newcommand{\bN}{\mathbf{N}} \newcommand{\bn}{\mathbf{n}} \newcommand{\bo}{\mathbf{0}} \newcommand{\bp}{\mathbf{p}} \newcommand{\bq}{\mathbf{q}} \newcommand{\br}{\mathbf{r}} \newcommand{\bR}{\mathbf{R}} \newcommand{\bs}{\mathbf{s}} \newcommand{\bT}{\mathbf{T}} \newcommand{\bu}{\mathbf{u}} \newcommand{\bv}{\mathbf{v}} \newcommand{\bw}{\mathbf{w}} \newcommand{\bx}{\mathbf{x}} \newcommand{\by}{\mathbf{y}} \newcommand{\bz}{\mathbf{z}} \newcommand{\re}{\operatorname{Re}} \newcommand{\im}{\operatorname{Im}} \newcommand{\bA}{\mathbf{A}} \newcommand{\cE}{\mathcal{E}} \newcommand{\cB}{\mathcal{B}} \newcommand{\cC}{\mathcal{C}} \newcommand{\dist}{\operatorname{d}} \newcommand{\diag}{\operatorname{diag}} \newcommand{\proj}{\operatorname{proj}} \newcommand{\rank}{\operatorname{rank}} \newcommand{\Span}{\operatorname{span}} \newcommand{\row}{\operatorname{row}} \newcommand{\col}{\operatorname{col}} \newcommand{\Null}{\operatorname{null}} \newcommand{\id}{\operatorname{id}} \newcommand{\piste}{\boldsymbol{\cdot}} \newcommand{\kappale}{\newline \hspace{17pt}} \newcommand{\kohta}[1]{\textbf{#1)}\hspace{5px}} \newcommand{\kohtav}[1]{\hspace{7pt}\textbf{#1)}\hspace{5px}} \newcommand{\tilaa}{\vspace{7pt}\\} \newcommand{\bigfrac}[2]{{\displaystyle{\frac{#1}{#2}}}} \newcommand{\smallfrac}[2]{{\textstyle{\frac{#1}{#2}}}} \newcommand{\xn}[2]{(#1_1,#1_2,\ldots,#1_{#2})} \newcommand{\vastaus}[1]{\null\hfill({\footnotesize#1})} \newcommand{\mathvastaus}[1]{\eqno{\mbox{({\footnotesize#1})}}} \newcommand{\ep}[1]{\textnormal{ (\cite[#1]{ep})}} \newcommand{\pysty}[1]{\left[\begin{array}{@{}r@{}}#1\end{array}\right]} \newcommand{\sij}[2]{\bigg/_{\mspace{-15mu}#1}^{\,#2}} \newcommand{\qedhere}{}\end{split}\]

Kertaus: yhden muuttujan funktion integraali

Olkoon \(f\colon[a,b]\to\R\) rajoitettu funktio. Jaetaan väli \([a,b]\) osaväleihin jakopisteillä \(a=x_0<x_1<\cdots<x_{n-1}<x_n=b\). Jakopisteiden muodostamaa joukkoa \(P=\{x_0,x_1,\ldots,x_n\}\) kutsutaan välin \([a,b]\) jaoksi (partition). Valitaan jokaiselta osaväliltä \([x_{i-1},x_i]\) piste \(x_i^*\) ja merkitään \(\Delta x_i=x_i-x_{i-1}\), ts. \(\Delta x_i\) on \(i\):nnen osavälin pituus. Jaon normiksi \(|P|\) sanotaan pisimmän osavälin pituutta, ts. \(|P|=\max\{\Delta x_i:\ i=1,2,\ldots,n\}\). Summaa

\[R=\sum_{i=1}^nf(x_i^*)\Delta x_i\]

kutsutaan jakoon \(P\) ja pisteisiin \(x_i^*\) liittyväksi Riemannin summaksi.

Jos \(f(x)\ge0\), niin Riemannin summan kukin termi on kuvan mukaisen suorakulmion pinta-ala, joten Riemannin summa antaa arvion funktion \(f\) kuvaajan ja \(x\)-akselin väliin jäävän joukon pinta-alalle välillä \([a,b]\). Geometrisesti on ilmeistä, että arvio paranee, kun osavälijakoa tihennetään, ts. kun \(|P|\to0\). Tämä antaa motivaation integraalin määrittelemiseksi:

Määritelmä 7.1.1

Olkoon \(f\colon[a,b]\to\R\) rajoitettu funktio. Jos raja-arvo

\[I=\lim_{|P|\to0}\sum_{i=1}^nf(x_i^*)\Delta x_i\]

on olemassa, niin sanotaan, että \(f\) on integroituva (integrable) välillä \([a,b]\) ja luku \(I\) on funktion \(f\) integraali (integral) yli välin :math:`[a,b]`. Tällöin merkitään

\[I=\int_a^bf(x)\,dx=\int_a^bf.\]

Geometrinen tulkinta määritelmälle on, että jos \(f(x)\ge0\) ja \(f\) on integroituva, niin luku

\[\int_a^bf(x)\,dx\]

on funktion \(f\) kuvaajan ja \(x\)-akselin väliin jäävän joukon pinta-ala.

Palautusta lähetetään...