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Aufgabe:

Sinn des Unbestimmten Integrals


Problem/Ansatz:


Habe zurzeit die Integralrechnung im Unterricht und verstehe nicht, was das unbestimmte Integral bestehend aus allen möglichen Stammfunktionen nutzen soll.


Beim bestimmtem Integral setze ich schließlich eine Grenze auf der X-Achse und berechne somit einen bestimmten Flächeninhalt, was kann ich mit dem unbestimmten Integral berechnen oder für was ist es sonst essentiell, wenn nicht zum berechnen des Flächeninhalts?

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In vielen praktischen Fällen benutzt man das "unbestimmte Integral" einfach als Zwischenschritt auf dem Weg zur Berechnung von bestimmten Integralen.

Vorteil ist dabei, dass man dabei noch die "Verfügungsgewalt" über eine unendliche Vielfalt von konkreten Berechnungen als "bestimmte Integrale" hat. Auch für theoretische Überlegungen sind die unbestimmten Integrale oft hilfreicher als die "bestimmten", welche ja jeweils nur in einem einzigen zahlenmäßigen "Schlussergebnis" resultieren.

2 Antworten

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Aloha :)

Hast du eine integrierbare Funktion \(f(x)\), so kannst du dazu eine Stammfunktion \(F(x)\) bestimmen:

$$F(x)=\int f(x)\,dx$$Diese Schreibweise ist sehr unglücklich gewählt. Links ist \(x\) ein konkreter Wert, rechts ist \(x\) eine Integrationsvariable. Streng genommen, müsste man rechts für die Integrationsvariable eine andere Bezeichnung wählen, z.B. \(t\). Nun muss man sich nämlich klar machen, an welcher Stelle auf der rechten Seite denn das linke \(x\) tatsächlich auftaucht. Es ist die obere Grenze des Integrals:$$F(x)=\int\limits^xf(t)\,dt$$Und was ist mit der unteren Grenze? Die untere Grenze ist völlig beliebig. Das machen wir uns durch folgende Betrachtung klar:$$I=\int\limits_{\text{hier}}^{\text{dort}}f(x)\,dx=\!\!\!\!\int\limits_{\text{hier}}^{\text{irgendwo}}\!\!\!\!f(x)\,dx+\!\!\!\!\int\limits_{\text{irgendwo}}^{\text{dort}}\!\!\!\!f(x)\,dx=-\!\!\!\!\int\limits_{\text{irgendwo}}^{\text{hier}}\!\!\!\!f(x)\,dx+\!\!\!\!\int\limits_{\text{irgendwo}}^{\text{dort}}\!\!\!\!f(x)\,dx$$$$\phantom{I}=-\left(\,F(\text{hier})-F(\text{irgendwo})\,\right)+\left(\,F(\text{dort})-F(\text{irgendwo})\,\right)$$$$\phantom{I}=F(\text{dort})-F(\text{hier})$$Ein Integral wird immer über ein Intervall von "hier" nach "dort" gebildet und kann mittels der Differenz der Werte einer Stammfunktion bestimmt werden.

Man berechnet beim unbestimmten Integral also den oben genannten Audruck und lässt die untere Grenze bewusst offen, indem man eine Integrations-Konstante zulässt:

$$\int\limits_{\text{irgendwo}}^x\!\!\!\!f(t)\,dt=F(x)-\,\underbrace{F(\text{irgendwo})}_{=\text{const}}\quad\implies\quad F(x)=\!\!\!\!\int\limits_{\text{irgendwo}}^x\!\!\!\!f(t)\,dt+\text{const}$$Je nach Wahl des "irgendwo" gibt es eine andere Integrations-Konstante. Ihr Wert ist letztendlich egal, weil sie bei der Differenzbildung rausfällt.

Du kannst das z.B. mit einem Stausee voll Wasser vergleichen. Die Stammfunktion ist die Wassermenge. Wenn du nun Wasser dazulaufen lässt und das Integral über die Zeit bestimmst, bekommst du die zusätzlich eingefüllte Wassermenge als Differenz der Wassermenge nachher und der Wassermenge vorher. Es ist völlig egal, wie tief der See ist und wie viel Wasser vor dem Vorgang schon drin war.

Der Sinn des unbestimmten Integrals ist also letztendlich, dass du keinen Referenzpunkt festlegen musst. Das taucht in der Physik ständig auf. Wir kennen z.B. nicht die Gesamtmenge der Energie im Universum. Wir kennen nicht die Gesamtmasse im Universum. Wir wissen, dass Photonen nie alleine auftreten, aber nicht, wie viel mindestens zusammen auftreten müssen, damit sie gemessen werden können... Zur Beschreibung der physikalischen Phänomene reicht allerdings immer die Differenz zwischen "jetzt" und "später" oder zwischen "hier" und "dort".

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Hallo

leider sagt man auf der schule zu oft, dass das bestimmte Integral die flache berechnet, aber wenn man auf der x- Achse den Weg, auf der y- Achse die Kraft in Abhängigkeit vom Weg hat also die Funktion F(s) dan gibt das Integral bis x die Arbeit bis x an, und meist will man die allgemein wissen, entsprechend wenn man die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit kennt, also v(t) gibt das Integral den weg im Lauf der Zeit.

Man braucht es auch, um sogenannte Differentialgleichungen zu lösen , wie f'(x)=3*f(x)  dabei werden nicht Werte, sondern Funktionen gesucht nicht Werte von  Funktionen. Die Physik , teilweise auch Chemie benutz viele unbestimmte Integrale.

Gruß lul

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