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LibreTexts Español

7.2: Integrales

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  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Definición

    Supongamos\(a<b\) y\(f:[a, b] \rightarrow \mathbb{R}\) está acotado. Decimos que\(f\) es

    \[\underline{\int_{a}^{b}} f=\overline{\int_{a}^{b}} f.\]

    Si\(f\) es integrable, llamamos al valor común de las integrales superior e inferior la integral de\(f\)\([a, b],\) sobredenotada

    \[\int_{a}^{b} f.\]

    Es decir, si\(f\) es integrable en\([a, b]\),

    \[\int_{a}^{b} f=\underline{\int_{a}^{b}} f=\overline{\int_{a}^{b}} f.\]

    Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

    Definir\(f:[0,1] \rightarrow \mathbb{R}\) por

    \[f(x)=\left\{\begin{array}{ll}{1,} & {\text { if } x \in \mathbb{Q},} \\ {0,} & {\text { if } x \notin \mathbb{Q}.}\end{array}\right.\]

    Para cualquier partición\(P=\left\{x_{0}, x_{1}, \ldots, x_{n}\right\},\) tenemos

    \[L(f, P)=\sum_{i=1}^{n} 0\left(x_{i}-x_{i-1}\right)=0\]

    y

    \[U(f, P)=\sum_{i=1}^{n}\left(x_{i}-x_{i-1}\right)=x_{n}-x_{0}=1.\]

    Así

    \[\underline{\int_{0}^{1}} f=0\]

    y

    \[\overline{\int_{0}^{1}} f=1.\]

    De ahí\(f\) que no sea integrable en\([0,1]\).

    Ejemplo\(\PageIndex{2}\)

    Definir\(f:[0,1] \rightarrow \mathbb{R}\) por

    \[f(x)=\left\{\begin{array}{ll}{\frac{1}{q},} & {\text { if } x \text { is rational and } x=\frac{p}{q},} \\ {0,} & {\text { if } x \text { is irrational, }}\end{array}\right.\]

    donde\(p\) y\(q\) se toman para ser números enteros primos relativamente con\(q>0,\) y tomamos\(q=1\) cuando\(x=0 .\) Mostrar que\(f\) es integrable en\([0,1]\) y

    \[\int_{0}^{1} f=0.\]

    Ejercicio\(\PageIndex{3}\)

    Dejar\(f:[0,1] \rightarrow \mathbb{R}\) ser definido por\(f(x)=x\) y, para\(n \in \mathbb{Z}^{+},\) dejar\(P=\left\{x_{0}, x_{1}, \ldots, x_{n}\right\}\) ser la partición de\([0,1]\) con

    \[x_{i}=\frac{i}{n}, i=0,1, \ldots, n.\]

    Demostrar que

    \[U(f, P)-L(f, P)=\frac{1}{n},\]

    y de ahí concluir que\(f\) es integrable en\([0,1] .\) Mostrar que

    \[\int_{0}^{1} f=\frac{1}{2}.\]

    Ejercicio\(\PageIndex{4}\)

    Definir\(f:[1,2] \rightarrow \mathbb{R}\) por

    \[f(x)=\left\{\begin{array}{ll}{x,} & {\text { if } x \in \mathbb{Q},} \\ {0,} & {\text { if } x \notin \mathbb{Q}.}\end{array}\right.\]

    Demostrar que no\(f\) es integrable en\([1,2]\).

    Ejercicio\(\PageIndex{5}\)

    Supongamos que\(f\) es integrable en\([a, b],\) y, para algún número real\(m\) y\(M, m \leq f(x) \leq M\) para todos\(x \in[a, b] .\) Mostrar eso

    \[m(b-a) \leq \int_{a}^{b} f \leq M(b-a).\]

    7.2.1 Notación y Terminología

    La definición de la integral descrita en esta sección se debe a Darboux. Se puede demostrar que es equivalente a la integral definida por Riemann. De ahí que las funciones que son integrables en el sentido de esta discusión son referidas como funciones integrables de Riemann y llamamos a la integral la integral de Riemann. Esto es en distinción a la integral de Lebesgue, parte de una teoría más general de la integración.

    A veces nos referimos a esta integral como la integral definida, a diferencia de una integral indefinida, siendo esta última un nombre dado a una antiderivada (una función cuya derivada es igual a una función dada).

    Si\(f\) es integrable en\([a, b],\) entonces también denotaremos

    \[\int_{a}^{b} f\]

    por

    \[\int_{a}^{b} f(x) d x.\]

    La variable\(x\) en esta última es una variable “ficticia”; también podemos escribir

    \[\int_{a}^{b} f(t) d t\]

    o

    \[\int_{a}^{b} f(s) d s.\]

    Por ejemplo, si\(f:[0,1] \rightarrow \mathbb{R}\) se define por\(f(x)=x^{2},\) entonces

    \[\int_{0}^{1} f=\int_{0}^{1} x^{2} d x=\int_{0}^{1} t^{2} d t.\]


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