TU Wien:Analysis VU (diverse)/Übungen 2024S/Beispiel 212

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Berechnen sie ∫12x2dx mit Hilfe von Obersummen bei äquidistanter Teilung.

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Definition Obersumme:

OZ(f)=∑i=1nmaxx∈[xi−1,xi]f(x)⋅(xi−xi−1)

Lösungsvorschlag

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Man stellt fest, das die x2 im Intervall [1,2] streng monoton steigend ist. Darauf folgt, dass maxx∈[xi−1,xi]f(x)=f(xi)

Außerdem ist (xi−xi−1)=Δx bei äquidistanter immer gleich groß.

Daraus folgt wiederum, dass n=1xi−xi−1⇒Δx=1n

mit dem Wissen, kann man die Formel schon etwas umschreiben:

OZ(f)=∑i=1nf(xi)⋅1n

xi kann man ebenfalls anders darstellen: xi=x0+i⋅Δx=x0+in

x0 ist in unserem Fall 1

Das setzt man dann in f(x) ein:

f(xi)=f(1+in)=(1+in)2=1+2in+i2n2

OZ(f)=1n∑i=1n(1+2in+i2n2)=1n∑i=1n1+1n∑i=1n2in+1n∑i=1ni2n2
OZ(f)=1n∑i=1n1+2n2∑i=1ni+1n3∑i=1ni2

nun sollte man folgende Summen kennen:

∑i=1n1=n∑i=1ni=n(n+1)2∑i=1ni2=n(n+1)(2n+1)6

damit ergibt sich folgende Formel

OZ(f)=1nn+2n2n(n+1)2+1n3n(n+1)(2n+1)6=1+(n+1)n+(n+1)(2n+1)6n2=14n2+9n+16n2

Und das Integral kann man nun bilden, indem man von den Obersummen den Grenzwert bildet:

limn→∞14n2+9n+16n2=limn→∞14+9n+1n26=73