Sumas de Riemann
Una integral definida se define como el límite de una suma de áreas de rectángulos estrechos1. Lo confirmamos para f(x)=x2 de 0 a 2.
La suma con los extremos izquierdos
Cortemos el intervalo en ocho trozos iguales de anchura 41 y levantemos un rectángulo sobre cada uno, tomando como altura el valor en el extremo izquierdo.
41k=0∑7(4k)2=641(0+1+4+9+16+25+36+49)=1635 Eso es 1635=2.1875, menor que el valor verdadero 38≈2.6667. Usar la altura del extremo izquierdo subestima una función creciente.
Atrapar el valor entre la izquierda y la derecha
| Construcción | Valor | Relación con el valor verdadero |
|---|
| Extremos izquierdos | 1635=2.1875 | menor |
| El valor verdadero | 38≈2.6667 | la referencia |
| Extremos derechos | 1651=3.1875 | mayor |
La separación entre los dos es 1, que es la diferencia de las alturas de los extremos f(2)−f(0)=4 multiplicada por la anchura 41. El valor verdadero queda siempre entre ambos.
Afinar la partición
La suma con extremos izquierdos para n trozos sale así.
n2k=0∑n−1(n2k)2=n38⋅6(n−1)n(2n−1)⟶38(n→∞) Ese límite es el valor de la integral definida.
La forma general
Cortando [a,b] en n trozos iguales de anchura Δx=nb−a, el límite de la suma es la integral definida.
∫abf(x)dx=n→∞limk=0∑n−1f(a+kΔx)Δx Parece un cálculo de área, pero en realidad es un límite de sumas. Por eso toda magnitud de la forma multiplicar y sumar puede escribirse como una integral definida.
- La distancia a partir de la velocidad
- La masa a partir de la densidad
- Un total a partir de un precio unitario
La parábola de la gráfica es y=x2, la escalera son las tapas de los rectángulos de anchura 41, y los puntos grandes son los dos extremos del intervalo.
- Riemann sum, Wikipedia