Upload
nguyenhanh
View
241
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
NAMA :NURUL CHAIRUNNISA
UTAMI PUTRI
NIM :1620070008
MATA KULIAH :ANALISIS
MATEMATIKADefinisi 6.1 : (definisi partisi)
Misalkan selang tertutup [a,b] → selang yang di berikan.
Partisi P dari selang [a,b] adalah sebuah himpunan berhingga dari titik-titik x0 ,x1 , x2 , …, xn , dimana
a= x0 ,x0≤ x1≤ …≤ xn−1 ≤xn= b
di ilustrasikan dengan gambar.
Paling sedikit anggota partisi = 2 , yaitu a dan b. atau x0 dan x1
jarak antara dua partisi terdekat ialah : ∆ x i=x i−x i−1 (i=1,2,3 ,…,n)
contoh → ∆ x3=x3−x2
di ilustrasikan dalam bentuk kurva.
Dari fungsi ƒ.
Batas atas → di atasM 2tak berhingga banyak. Kalau continue, berarti batas atasnya di M 2.
f (x¿¿n)¿ ƒ
f (xn−1)
M 2=f (x2)
m2= f (x1)
M 2
ƒ(x¿¿0)¿
a=X 0 X1 X2 Xn−1 b=Xn
M i =ƒ (x )untuk (¿x i−1≤ x ≤ x i)¿ ¿
mi=inf ƒ ( x )untuk (x i−1≤ x≤ xi)
a= X1 X2 X n−1 b=
Misalkan M 2 =ƒ( x )untuk (x1 ≤ x ≤ x2)
m2=inf ƒ ( x )untuk (x1≤ x≤ x2)
Maka
U ( p ,ƒ )=∑i=1
n
M i Δ xi=¿ M 1 Δ x1+M 2 Δ x2+…+M n Δ xn¿
L ( p , ƒ )=∑i=1
n
mi Δ x i=¿m1 Δ x1+m2 Δ x2+…+mn Δ xn¿
L ( p , ƒ ) ≤U ( p , ƒ )
ƒ
a b
P = {x0 , x1}
→U ( p ,ƒ )=M 1 Δ x1
→L ( p , ƒ )=mi Δ x i
P = {x0 , x1} ƒ
f (x2)
f ( x2 )
f (x2)
a=x0 x1 b=x2
U ( p ,ƒ )=M 1 Δ x1 +M 2 Δ x2=L
L ( p , ƒ )=m1 Δ x1+m2 Δ x2=L
Maka makin sedikit partisinya
L ( p ,ƒ ) kecil ,U ( p , ƒ )besar .
Integral atas
∫a
−b
f (x)dx=inf U ( P ,ƒ )
Integral bawah
∫−a
b
f (x)dx =L (P ,ƒ) ¿
Jika
∫a
−b
f (x)dx=∫−a
b
f (x)dx
inf U ( P ,ƒ )=L ( P ,ƒ ), maka sebagai ƒ terintegral Riemann, yang di tulis dengan ƒ∈R ( α )
Dengan R= Himpunan fungsi-fungsi yang terintegral Riemann
M m ≤ƒ(x )≤ M (a ≤ x≤ b)
ƒ
ƒ(b)
ƒ(x)
ƒ(a)
m(b−a)
0
a b
untuk setiap P
m(b−a)≤ L ( p ,ƒ )≤ U ( p , ƒ ) ≤ M (b−a)
Definisi 6.2 :
Misalkan α menjadi a monoton naik di selang [a,b] (jika α(a) dan α(b)adalah terbatas, sehingga α di batasi selang [a,b]). Sesuai dengan masing-masing partisi P dan [a,b], maka :
∆ αi = α(xi)-α(xi-1)
Jelas bahwa ∆ αi ≥ 0. Untuk setiap fungsi real ƒ yang dibatasi oleh selang [a,b] sehingga :
U(P,ƒ,α) = ∑i=0
n
M i ∆ α i
L(P,ƒ,α) = ∑i=0
n
mi ∆ α i
Dimana M i dan mimemiliki kesamaan seperti yang dijelaskan pada defiinisi 6.1, dan didapat
∫a
−b
f dα=inf U (P , ƒ , α )…(5)
∫−a
b
f dα =L ( P,ƒ , α ) …(6)
Inf dan sup adalah untuk semua partisi.
Jika yang di seblah kiri (5) dan (6) bernilai Sama, maka akan kita tandakan dengan :
∫a
b
f dα …(7)
Atau dengan :
∫a
b
f (x )dα (x)…(8)
Ini disebut Integral Riemann Stieltjes (bentuk sederhana dari integral Steiltjes) dari ƒ dengan α di [a,b]. jika (7) ada,. Jika (5) dan (6) bernilai Sama, dikatakan bahwa ƒ itu terintegral terhadap α,di persamaan Riemann, dan ditulis ƒ∈R ( α ).
Jika ∫a
−b
f dα = ∫a
b
f dα , maka ƒ terintegral Stieltjes atau Riemann-Stieltjes terhadap α. Ditulis :
ƒ∈R ( α ).
Ket : R (α ) = himpunan fungsi-fungsi Riemann-Stieltjes
Jika α(x) = x, maka integral Riemann-Stieltjes akan menjadi antegral Riemann. Disebutkan dengan jelas, bahwa bentuk umum tidak continue.
Bebeapa kata mengatakan tentang notasi. Biasanya digunakan pada (7) untuk (8) karena x jika nampak di (8) tidak meambah pengertian apapun di (7). Itu tidaklah penting Karen hanya sebuah variable integral. Sebagai contoh pada (8) yaitu
∫a
b
f ( y )dα ( y )
Integral yang tergantung pada ƒ, α, a dan b, tapi tidak pada vaiabel integral yang boleh di hilangkan
Peran variable integral yaitu hanya sebagai tambahan ; terdapat 2 simbol
∑i=1
n
ci ,∑k=1
n
ck
Yaitu sama, karena c1+c2+…+cn.
Tentu saja tidaklah sulit memasukkan variable di integral dan dalam banyak bentuk mudah untuk di kerjakan.
Kita akan menyelidki adanya integral pada (7) kita asumsikan ƒ nyata dan terbatas, dan α
monoton naik di [a,b], jika kita tulis ∫ ,maka di tulis ∫a
b
.
Definisi 6.3 :
Dikatakan bahwa partisi P* adalah penghalus dari P,jika P*⊃ P (tentu saja, jika setiap titik pada P maka itu juga titik P*). Jika terdapat dua partisi, P1 dan P2 , maka di katakan bahwa P* adalah penghalus bersama jika P* = P1∪P2.
P* adalah Penghalus P jika P*⊃ P
P* adalah Penghalus bersama dariP1 dan P2 jika P* = P1∪P2
contoh : P = {x0 ,x1, x2, …, xn}
P* = {x0 ,x1 , x ' , x2 , …, xn} → Di tambahkan satu titik atau lebih dimana saja.
Definisi 6.4
Jika P* adalah Penghalus dari P, maka
L(P, ƒ, α) ≤ L(P*, ƒ, α) …(9)
Dan
U(P*, ƒ, α) ≤ U(P, ƒ, α) …(10)
Bukti :
Untuk membuktikan persamaan (9), di asumsikan terlebih dahulu P* memuat satu titik lebih dari P. maka dikeahui banyak titik x* dan mengandaikan x i−1< x* < x i, dimana x i−1 dan x i adalah dua titik berurutan dari P. taruh
w1= inf ƒ(x) ¿≤x i ≤ x*),
w2= inf ƒ(x) (x* ≤ x ≤ x i).
Jelas bahwa w1 ≥ mi dan w2 ≥ mi , dimana, sebelumnya,
mi= inf ƒ(x) ¿≤ x ≤ x i)
Karenanya
L(P*, ƒ, α) – L(P, ƒ, α)
= w1[α(x*) – α (x i−1)] +w2[α ¿) - α(x*)] - mi[α¿) - α (x i−1)]
=(w¿¿1−mi)¿ [α(x*) – α (x i−1)] + (w¿¿2−mi)¿ [α ¿) - α(x*)] ≥ 0
Jika P* mempunyai titik k dari P, kita ulangi penyebab titik k dari (9). Buktinya itu adalah kebalikan dari (10)
Teorema 6.5
∫−a
b
f dα ≤∫a
−b
f dα
Bukti :
P* penghalus bersama dari dua partisi P1 dan P2. Dengan menggunakan teorema 6.4:
L(P1, ƒ, α) ≤ L(P*, ƒ, α) ≤ U(P*, ƒ, α) ≤ U(P2, ƒ, α).
Karenanya
L(P1, ƒ, α) ≤ U(P2, ƒ, α) …(11)
Jika P2 tetap dan suprimum diambil untuk semua partisi P1 , maka menghasilkan persamaan (11), menjadi:
∫−¿¿
❑ f dα ≤ U ( P2 , ƒ ,α ) …(12)
Teorema ini menjelaskan inf /minim ke atas untuk semua P2 di persamaan (12).
∫−a
b
f dα ≤inf U (P ,ƒ ,α ) .
Teorema 6.6
ƒ∈R ( α ) pada interval [a,b] jika dan hanya jika untuk setiap ε > 0 dimana sebuah partisi a dari P sedemikian sehingga
U(P, ƒ, α) - L(P, ƒ, α) < ε …(13)
Bukti :
untuk setiap P kita misalkan
L(P , ƒ ,α )≤ ∫−¿¿
❑ f dα ≤ ∫❑
−¿ f dα ≤U (P,ƒ , α ) .¿
¿
Dan persamaan (13) menjadi
0≤ ∫❑
−¿ f dα−∫−¿¿
❑ f dα<ε ¿
¿
Karena , jika (13) dapat manghasilkanuntuk seiap ε > 0, maka didapat :
∫❑
−¿f dα=∫−¿¿
❑ f dα ¿
¿
Ini adalah, ƒ∈R ( α ).
Sebaliknya, dimisalkan ƒ∈R ( α ) dan di dapatε > 0 , kemudian partisi P1 dan P2 menjadi
U(P2, ƒ, α) – ∫ f dα< ε2 …(14)
∫ f dα- L(P1, ƒ, α) < ε2 …(15)
Kita pilih P menjadi penghalus bersama dariP1 dan P2. Kemudian teorema 6.4, dengan (14) dan (15), sehingga menjadi:
U(P, ƒ, α) ≤ U(P2, ƒ, α) < ∫ f dα+ ε2 < L(P1, ƒ, α) + ε ≤ L(P, ƒ, α) + ε
Sehingga (13) untuk partisi P.
Teorema 6.6 telah selesai dengan criteria persaman untuk Integral. Sebelum menggunakannya, terlebih dahulu kita menyatakan beberapa fakta yang erat.
Teorema 6.7
a) Jika U(P,ƒ,α) - L(P, ƒ, α) <ε untuk beberapa partisi P dan ε>0, maka U(P,ƒ,α) <ε untuk semua penghalus P.
b) Jika U(P,ƒ,α) - L(P, ƒ, α) <ε berlaku untuk P = {x1 , x2 , x3 ,…, xn} dan jika si , ti adalah sembarang titik anggota [x i−1 , x i¿ maka
∑i=0
n
|f ( si )−ƒ ( ti )|Δ αi<ε
c) Jika ƒ∈R ( α )dan memenuhi hipotesis b), maka
|∑i=1
n
ƒ (t i ) Δα i−∫a
b
ƒdα|<ε
Bukti
a) Teorema 6.4 kebalikan dari a). Kita asumsikan bahwa didalam b),ƒ ( si ) dan ƒ (ti ) keduanya di
anggap di dalam [mi ,M i ¿ , sedemikian sehingga |ƒ ( si )−ƒ (ti )| ≤ M i−mi. Seperti
∑i=1
n
|ƒ ( s i )−ƒ (t i )|Δα i<U (P ,ƒ ,α )−L(P , ƒ ,α )
P* penghalus P
L(P*, ƒ, α) ≥ L(P, ƒ, α)
U(P*, ƒ, α) ≤ U(P, ƒ, α)
{ U(P, ƒ, α) - L(P, ƒ, α) ≥ U(P*, ƒ, α) - L(P*, ƒ, α) } < ε
Sehingga terbukti b).
b) si∈ [ x i−1, x i ] {f ( si ) ≤ Mi
f ( si ) ≥ mi
t i∈ [x i−1 , x i ] {f (t i )≤ M i
f (t i )≥ mi
{ ≤ M i−mi }
∑i=1
n
|ƒ ( si )−ƒ (t i )|Δα i<ε
c) mi ≤ ƒ (t i ) ≤ M i
Ketidaksamaan jelas nyata .
L(P , ƒ ,α )≤∑i=1
n
ƒ (t i) Δαi ≤U (P ,ƒ ,α )
L(P , ƒ , α )≤∫a
b
ƒ dα ≤ U (P ,ƒ ,α)
|∑i=1
n
ƒ (t i ) Δα i−∫a
b
ƒ dα|≤ U (P ,ƒ , α )−L(P ,ƒ ,α)<ε
Teorema 6.8
Jika ƒ continue pada [a,b] maka ƒ∈R ( α )pada [a,b]
Bukti
ƒ∈R ( α )⟺∀ ε>0 ,∃P pada [ a , b ]∋U (P , ƒ ,α )−L(P , ƒ , α )<ε
ambil sembarang ε>0.
sehingga terdapat
∃ δ>0∋|ƒ (x )−ƒ(t)|<η
Untuk / jika ∈ [a ,b ] , t∈ [a , b ] dengan |x−t|<δ
Karena ƒ continue seragam, pilih
η>0∋ [α (b )−α ( a ) ] .η<ε
Dibuat partisi P pada [a,b] ∋ ∆ x i<δ untuk ∀i
|ƒ ( x i )−ƒ ( x i−1 )|<ε
Sedangkan
M i−mi =ƒ ( x )−inf ƒ ( x )<η ¿
Dari hubungan diatas , maka diperoleh
U ( P ,ƒ ,α )−L ( P ,ƒ , α )=∑i=1
n
( M i−mi ) Δ αi
≤
η∑i=1
n
Δ αi=η ( α (b )−α (a))<ε
Teorema 6.9
Jika ƒ adalah fungsi monoton di [a,b] dan jika fungsi α adalah continue pada [a,b] , maka ƒ∈R ( α ). ( kita asumsikan bahwa α adalah monoton )
Bukti
Ambil sebarang ε>0. Untuk semua bilangan asli positif n, pilih a sebagai partisi, sedemikian sehingga
Δ αi=α (b )−α(a)
n (i=1,2,3 ,…,n)
Hal ini memungkinkan karena α continue (teorema 4.23)
Kita misalkan bahwa ƒ adalah naik monoton ( dapat di buktikan pada kasus lainnya ). Maka
M i=ƒ ( xi ) , mi=ƒ ( x i−1 ) (i=1,2,3,…,n)
Sehingga
U ( P ,ƒ ,α )−L ( P ,ƒ , α )=α (b )−α (a)n ∑
i=1
n
[ƒ ( x i )−ƒ ( xi−1 ) ]
¿α (b )−α (a)
n [ f ( b )−f (a ) ]<ε
Nilai n tergantung pada ε .
P = {x0 ,x1 , x2 , …, xn}
Jika n di ambil cukup besar. Dari teorema 6.6 , ƒ∈R ( α ) .
Teorema 6.10
Anggap f adalah terbatas di [a,b], f hanya terbatas banyak titik yang continue di [a,b] dan α adalah continue di setiap titik yang mana f discontinue. Maka ƒ∈R ( α )
Bukti
Ambil sembarang ε > 0. Ambil M = Sup | f (x) |, Ambil sembarang E menjadi titik aturan dimana f adalah tidak continue (discontinue). Karena E terbatas dan α continue di setiap titik pada E, kita dapat menentukan E dengan banyak interval yang tidak berhubungan yang terbatas [u j , v j]⊂ [a , b] seperti penjumlahan dari perbedaan koresponden α( v j )−α(u j)lebih rendah dari ε. Selanjutnya, kita akan meletakan interval ini seperti sebuah jalan dari setiap titik dari E ∩(a . b) pada interior [u j , v j].
Perubahan tahap (u j , v j)dari [a, b]. Maksud pengaturan K adalah sisa. Karenanya ƒ adalah keseragaman continue didalam K, dan disana selalu ada δ > 0 seperti |ƒ(s) - ƒ(t)| < ε jika s∈K , t∈K , |s−t|<δ.
Sekarang bentuk sebuah partisi P = {x0 ,x1 , x2 ,…, xn} dari [a,b], sebagai berikut :
Setiap u j di P. Setiap v j di P. Tidak ada titik dari tahap (u j , v j) di P. Jika x i−1 adalah satu dari u j
,maka ∆ x i<δ .
Catatan bahwa Mi - mi ≤ 2M untuk setiap i. setelah itu M i−mi≤ ε tidak rendah x i−1 yaitu satu dari u j. Karrenanya, seperti pada Bukti pada teorema 6.8,
U ( P ,ƒ ,α )−L ( P ,ƒ , α )≤ [α (b )−α (a ) ] ε+2 Mε
Karena ε itu tidak tentu, teorema 6.6 menunjukkan bahwa ƒ∈R ( α )
Catatan : jika f dan α mempunyai sebuah titik yang discontinue, maka f tidak berubah menjadi R (α ) .
Teorema 6.11
Misalkan ƒ ∈R ( α ) pada [ a , b ] , m ≤ f ≤ M , ϕ kontinue pada [ m , M ] , dan h ( x )=ϕ ( f ( x ) ) pada [ a , b ].
Bukti :
Y
f
M
ƒ ∈R ( α )
m
X
a b
terdapat fungsi lain
Z fungsi kontinue ϕ
m M Y
h ( x )=ϕ ( f ( x ) )=h∈R (α )
catatan : Tidak harus keduanya Ter-Integral Riemann.
Karna walaupun salah satunya adalah fungsi kontinue, maka pada akhirnya ter-Integral Riemann juga.
Penjelasan :
Pilih ε>0. Ketika ϕ kontinue seragam pada [ m , M ] , terdapat δ >0 sedemikian sehingga δ <ε dan |ϕ ( s )−ϕ (t)|<ε jika |s−t|≤ δ dan s , t∈ [ m , M ] .
Karena ƒ ∈R ( α ), dimana sebuah partisi P= {x0 , x1 , x2, …, xn } pada selang [ a , b ] sedemikian sehingga
U ( P ,ƒ ,α )−L ( P ,ƒ , α )=δ 2 … (18 ) .
Ambil sembarang M i ,mi yang mempunyai arti atau pengertian yang sama dengan Defenisi 6.1, yaitu
M i =ƒ (x )untuk (¿x i−1≤ x ≤ x i)¿ ¿
mi=inf ƒ ( x )untuk ( xi−1 ≤ x ≤ x i ) ,
Dan ambil sembarang M i¿ , mi
¿ dapat disamakan dengan bilangan h. Untuk Bilangan 1 , …, n dapat dibagi ke dalam dua bagian,yaitu :
i∈ A jika M i−mi<δ , i∈B jika M i−mi ≥ δ .
Untuk i∈ A , kita pilih δ untuk menunjukkan M i¿−mi
¿≤ ε.
Untuk i∈B, M i¿−mi
¿≤2 K , dimana K =|ϕ ( t )|¿ , m ≤t ≤ M . Dengan persamaan (18), kita dapat
δ∑i=B
∆ α i≤∑i=B
( M i−mi ) ∆ α i<δ2 …(19)
Sehingga ∑i=B
∆ α i<δ . jadi
U ( P , h ,α )−L ( P , h ,α )=∑i ϵA
(M i¿¿−mi
¿)∆ α i+∑iϵB
(¿M i¿−mi
¿)∆ αi ¿¿
≤ ε [α (b )−α (a ) ]+2 Kδ<ε [α (b )−α (a )+2 K ] .
Karena ε dapat berubah-ubah, teorema 6.6 membuktikan bahwa h∈R (α ).
SIFAT-SIFAT DARI INTEGRAL
Teorema 6.12
(a) Jika f 1∈R ( α ) dan f 2∈R (α ) pada [ a , b ] , makaf 1+ f 2∈R (α )
cf ∈R ( α ) untuk setiap ckonstan ,dan
∫a
b
( f 1+ f 2 ) dα=∫a
b
f 1 dα+∫a
b
f 2 dα ,
∫a
b
cf dα=c∫a
b
f dα .
(b) Jika f 1 ( x ) ≤ f 2 ( x ) pada [ a , b ] , maka
∫a
b
f 1 dα ≤∫a
b
f 2 dα
(c) Jika f ∈ R (α ) pada [a ,b ]dan jika a<c<b ,maka f ∈ R (α ) pada [ a , c ]dan pada [ c ,b ] ,dan
∫a
c
f dα+∫c
b
f dα=∫a
b
f dα
Y
ƒ
X a b c
(d) Jika f ∈ R (α ) pada [a ,b ]dan jika |f (x)|≤ M pada [ a , b ] , maka
|∫ab
f dα|≤ M [α (b )−α (a ) ] .
(e) Jika f ∈ R ( α1 ) dan f ∈ R (α2 ) ,maka f ∈ R(α 1+α2), dan
∫a
b
f d ( α1+α 2 )=∫a
b
f d α1+∫a
b
f d α 2
Jika f ∈ R (α ) dan c adalah bilangan konstan positif, maka f ∈ R (cα ) dan
∫a
b
f d ( cα )=c∫a
b
f dα
Bukti :
Jika f =f 1+ f 2 dan P adalah suatu partisi pada [a , b] ,kita dapat
L ( P , f 1 ,α )+L ( P , f 2 , α ) ≤ L ( P , f , α )≤ U (P , f , α ) ≤U ( P , f 1 , α )+U ( P , f 2 , α ) …(20)
jika f 1∈R ( α ) dan f 2∈R (α ). Ambil sembarang ε>0. Dari partisi P j( j=1,2) sedemikian sehingga
U ( P j , f j , α ) – L ( P j , f j , α )<ε
Pertidaksamaan ini berlangsung jika P1 dan P2 diganti dengan P penghalus bersama. Maka persamaan (20) membuktikan bahwa
U ( P , f , α )−L ( P , f , α )<2 ε ,
Dimana bukti dari f ∈ R (α ).
Dengan P kita dapat
U ( P , f j , α )<∫ f j dα+ε ( j=1,2 ) ;
Karena persamaan (20) membuktikan
∫ f dα ≤ U (P , f , α )<∫ f 1dα+∫ f 2 dα+2 ε .
Ketika ε dapat berubah-ubah, kita akhiri dengan
∫ f dα ≤∫ f 1 dα+∫ f 2 dα … (21 ) .
Jika kita ganti f 1dan f 2 di dalam persamaan (21) dengan −f 1dan −f 2 , ketidaksamaan ini adalah kebalikannya. Dan persamaan ini terbukti.
Teorema 6.13
Jika f ∈ R (α ) dan g∈R (α ) pada [ a ,b ] ,maka
a) fg∈R (α );
b) |f|∈R (α ) dan|∫ab
f dα|≤∫ab
|f|dα .
Bukti :
Jika kita ambil ϕ (t )=t 2, Teorema 6.11 menunjukkan bahwa f 2∈R ( α ) jika f ∈ R (α ) .
ciri-cirinya
4 fg=( f +g)2−( f −g)2
Bukti dari (a) sudah lengkap.
Jika kita ambil ϕ ( t )=|t| , dengan cara yang sama Teorema 6.11 menunjukkan bahwa |f|∈R (α ).
Pilih c = ± 1, sehingga
c∫ f dα ≥ 0
Maka
|∫ f dα|=c∫ f dα=∫ cf dα ≤∫|f|dα ,
Ketika cf ≤|f|.
Definisi 6.14
Fungsi tangga satuan I didefinisikan sebagai berikut :
I ( x )={0 ,∧x≤ 01 ,∧x>0
penjelasan dalam bentuk berupa gambar:
Y
I=(1 0 00 1 00 0 1)=identitas
1 I
0 X
Teorema 6.15
Jika a<s<b , f di batasi selang [a , b] , f kontinue ke s, dan α (x )=I (x−s), maka
∫a
b
f dα=f ( s) .
Bukti :
Anggaplah Partisi P= {x0 , x1, x2 , …, xn } dimana x0=a, dan x1=s<x2<x3=b. Maka
U ( P , f , α )=M 2, L ( P , f ,α )=m2
Saat f kontinue ke s, kita lihat bahwa M 2 dan m2 konvergen pada f (s ) dengan x2→s .
Y f
a s b X
Y
f
f (b)
f (s )
f (a)
1
0 a s b X
α (x )=I (x−s)
α (x )=I (x−s)={0 ,∧x−s≤ 0x≤ s
1 ,∧x−s>0x>s
∫a
b
f dα=f ( s) . Terbukti!
Definisi 6.16
Misalkan cn ≥0 untuk 1,2,3 ,… ,∑ cn konvergen, {sn } adalah barisan dari titik diskontinue dalam selang [a , b], dan
α (x )=∑n=1
∞
cn I ( x−sn ) … (22 ) .
Ambil sembarang f yang kontinue pada selang [a , b]. Maka
∫a
b
f dα=∑n=1
∞
cn f ( sn ) …(23) .
Bukti
Perbandingan menunjukkan pada persamaan (22) konvergen untuk setiap x. Jumlah α (x)
mempunyai sifat monoton, dan α (a )=0 , α (b )=∑ cn.
Ambil sembarang ε>0, dan pilih N sehingga
∑n=1
∞
cn<ε
Dengan memasukkan
α 1 ( x )=∑n=1
∞
cn I (x−s )
α 2 ( x )=∑n=1
∞
cn I ( x−sn )
Dari Teorema 6.12 dan 6.15,
∫a
b
f d α1=∑n=1
∞
cn f ( sn ) …(24)
Saat α 2 (b )−α 2 (a )<ε ,
|∫ab
f dα 2|≤ Mε … (25 ) ,
Dimana M =|f (x)| ¿. Ketika α=α1+α 2 , mengikuti dar persamaan (24) dan (25) yaitu
|∫ab
f dα−∑i=1
n
cn f (sn )|≤ Mε … (26 )
Jika kita ambil N → ∞ , kita dapatkan persamaan (23).
Penjelasan dalam berupa gambar :
∫a
b
f dα=∑i=1
n
cn f ( sn )
α (x )=∑n=1
∞
cn I ( x−sn )=c1 I ( x−s1 )+c2 I ( x−s2 )+c3 I ( x−s3 )+…+cn I ( x−sn )
Y
cn
cn−1
c3
c2
c1
a S1 S2 S3 S4 Sn−1 Sn b X
Banyak titik tak terhinggax<S i⟹ x−S1<0
I ( x−s1 )=0
S1<x<S2⟹ I ( x−s1)=1⟹α ( x )=c1 .1+c2 .0+c3.0+…+cn .0=c1
Definisi 6.17
Teorema ini terkait dengan metode Integral.
Di asumsikan α adalah monoton naik dan α '∈ R pada selang [a , b]. Misal kan f adalah fungsi Real yang terbatas pada selang [a ,b].
maka f ∈ R(α ) jika hanya jika fα '∈R. Dalam kasus ini
∫a
b
f dα=∫a
b
f ( x ) α' (x)dx … (27 ) .
Fungsi α itu hasil turunannya Integral Riemann.
Contoh :
∫1
2
x √x2+1dx=∫1
2
√ x2+1d (12
x2+ 12 )=1
2∫12
√x2+1d ( x2+1 )=13 [ 2
3(x2+1)
32 ]
1
2
Keterangan : dari ∫1
2
x √x2+1 dx
x=α ' (x) dan α (x )=12
x2
√ x2+1=f ( x)
Bukti :
Ambil sembarang ε>0 dan aplikasikan teorema 6.6 ke α ' : termasuk partisi P= {x0 , x1, x2, …, xn } pada selang [ a , b ] sedemikian sehingga
U ( P , α ' )−L ( P , α ' )<ε …(28)
Berdasarkan teorema nilai tengah disini dilengkapi titik t i∈ [x i−1 , x i ] sedemikian sehingga
∆ αi=α' (t i)∆ x i
∫Riemann. ∫Biasa.
Untuk i=1,2 ,…,n. Jika si∈ [ x i−1 , x i ] , maka
∑i=1
n
¿¿
Dari persamaan(28) dan torema 6.7(b). ambil M =|f (x)| . saat
∑i=1
n
f (si)∆ α i=∑i=1
n
f ( si ) α' (t i ) ∆ x i
Mengikuti persamaan (29) bahwa
|∑i=1
n
f (si)∆ αi=∑i=1
n
f ( si ) α' (t i ) ∆ x i|≤ Mε …(30)
Dalam keterangan-keterangan,
∑i=1
n
f (si)∆ α i≤ U (P , fα ' )+Mε
Untuk semua pilihan pada si∈ [ x i−1 , x i ]. Supaya
U ( P , f , α ) ≤ U ( P , fα ' )+Mε
Persamaan rumus yang penting dari persamaan (30) untuk
U ( P , fα ' )≤ U ( P , f ,α )+Mε .
Sehingga
|U ( P , f ,α )−U ( P , fα ' )|≤ Mε … (31)
Sekarang catat bahwa persamaan (28) sebenernya tetap jika P adalah pengganti untuk setiap penghalus. Karena persamaan (31) juga sama. Kita simpulkan bahwa
|∫a−b
f dα−∫a
−b
f ( x ) α' (x)dx|≤ Mε
Tapi ε dapat brubah-ubah. Karena
∫a
−b
f dα=∫a
−b
f (x ) α '(x )dx … (32 ) ,
Untuk setiap yang di batasi f . Persamaan integral bawah ini mengikuti persamaan (30) sama persis.
INTEGRAL DAN DIFFERENSIAL
Teorema 6.20
Misalkan f ∈ R (α ) pada [a ,b ]untuk a ≤ x ≤ b , pilih
F ( x )=∫a
x
f (t)dt .
Maka F kontinue pada[a , b] ; selanjutnya , jika f kontinue di titik x0 pada[a , b ], maka F terdefferensial di x0 , dan
F ' ( x0 )=f ( x0 )
Penjelasan berupa gambar :
Y f
F(x)
a x y b X
ket :
F ( y) →
F ( x ) →
|F ( y )−F(x )|=|∫xy
f ( t )dt|→
Bukti
Saat f ∈ R (α ) , f adalah pembatas. Misalkan |f (t)|≤ M untuk a ≤ t ≤ b . jika a ≤ x< y≤ b , maka
|F ( y )−F(x )|=|∫x
y
f (t )dt|≤ M ( y−x)
Dari teorema 6.1(c) dan (d). diberikan sembarang ε>0, kita lihat bahwa
|F ( y )−F(x )|<ε ,
|f (x)|≤ M
|F ( y )−F(x )|=|∫x
y
f ( t )dt|≤∫x
y
|f ( t )|dt ≤∫x
y
M dt=M .t=M ( y−x)
|F ( y )−F ( x )|<ε
Ini membuktikan bahwa untuk|y−x|<δ= εM terbukti kontinue pada F
∴ Terbukti bahwa F kontinue Seragam.
Sekarang Jika fungsi f kontinue di x0, diberikan sembarang ε>0 pilih δ >0 sedemikian sehingga
|f (t )− f (x0)|<ε
Jika |t−x0|<δ , dan a≤t ≤b . sehingga , jika
x0−δ<s≤ x0 ≤t <x0+δ dan a ≤ s<t ≤ b
s t
x0−δ x0 x0+δ
¿
Pembuktian :
¿
¿
Teo. 6.13 Teo. 6.12(d)
¿
f ( x0 )=konstan
Bukti bahwa
f ( x0 )= 1t−s∫s
t
f ( x¿¿0)du¿
f ( x0 )= 1t−s
¿¿
f ( x0 )= 1t−s
¿
f ( x0 )= 1t−s
f (x¿¿ 0)(t−s)¿
f (x¿¿0)=(t−s)(t−s)
f (x¿¿0)¿¿
f ( x0 ) ¿ f ( x0 )
Kembali lagi ke atas,
¿
¿ 1t−s [ f (u )u−f ( x0)u ]s
t
¿ 1t−s [ ( f (u ) t−f (x0)t )−( f (u ) s−f (x0)s )]
¿ 1t−s [ ( f (u )−f (x0))t−( f (u )−f (x0)) s ]
¿ 1t−s [ ( f (u )−f (x0)) (t−s ) ]
¿ [ f (u )−f (x0)]<ε
Menurut pengertian kontinue |f (u )− f ( x0 )|<ε
Maka terbukti bahwa
¿
F ( t )−F(s)t−s = f (x¿¿0)¿
Berdasarkan teorema nilai tengah
Setiapf kontinue dan setiap ada 2 titik yang berbeda , maka ada titik diantara 2 titik yang berbeda itu, sedemikian sehingga adalah F ' (x¿¿0)¿. Maka
F (t )−F(s)t−s =f (x¿¿0)=F ' (x¿¿0)¿¿
Teorema 6.21
Teorema fundamental kalkulus. jika f ∈ R (α ) pada [a ,b ] dan jika ada fungsi terdefferensial F pada [ a , b ] sedemikian sehingga F ’=f , maka
∫a
b
f ( x )dx=F (b )−F (a)
Contoh :
∫1
10
x2 dx=13
x3]1
10
=13(10)3−1
3(1)3=…
Bukti :
Ambil sembarang ε>0. Disini harus menunjukkan bahwa selisih dari
∫a
b
f ( x )dx=F (b )−F (a)
Harus sama dengan Nol (0). Atau nilai mutlaknya lebih kecil dari setiap bilangan positif ε .
|F ( b )−F (a )−∫a
b
f ( x ) dx|<ε
Untuk setiap ε>0 maka terdapat sebuah partisi ( karena f ∈ R ) yaitu P= {x0 , x1 , x2, …, xn }pada [a , b] sedemikian sehingga supaya U ( P , f )−L ( P , f )<ε. Berdasarkan teorema nilai tengah, setiap ada 2 titik,
pasti ada titik yang merupakan anggota titik itu. Maka terdapat titik t i∈ [x i−1 , x i ] sedemikian sehingga
F ( x i )−F (x i−1)=f ( ti)∆ x i
Untuk i=1,2 ,…,n. Jadi
F ( x i )−F (x i−1)x i−x i−1
=F' (ti )=f (ti)
Atau
F ( x i )−F ( x i−1 )=F' (t i) . ∆ x i
∑i=1
n
( F ( x i )−F ( xi−1 ))=∑i=1
n
f ( ti ) . ∆ x i
F (b )−F ( a )=∑i=1
n
f (ti ) . ∆ x i
Atau
∑i=1
n
f (t i) ∆ x i=F (b )−F (a) .
Keterangan :
f ( ti ) = titik
∆ x i= jarak
Berdasarkan teorema 6.7(c),
|∑i=1
n
f (ti ) . ∆ x i−∫a
b
f (x ) dx|<ε
sehingga
|F ( b )−F (a )−∫a
b
f ( x ) dx|<ε
Maka
|F ( b )−F (a )|=|∫ab
f ( x ) dx|<ε
untuk setiap ε>0. Terbukti !!!
Teorema 6.22
Integral parsial. Misalkan F dan G adalah fungsi-fungsi tedefferensial pada [a , b] , F '=f ∈ R dan G '=g∈R . Maka
∫a
b
F (x ) . g ( x ) d x=F (b ) . G (b )−F ( a ) .G (a )−∫a
b
f ( x ) . G ( x )dx .
Contoh :
∫0
1
x . sin x dx=…
Bukti :
Buat siatu fungsi baru, misal H (x )=F (x)G(x).
F ( x )∧G(x ) adalah fungsi yang terdefferensial, maka H (x ) juga fungsi yang trdefferensial.
MakaH terdeferrensial pada [a , b] , dan turunannya H '=h∈ R ( sesuai dengan/menurut teorema 6.21)
∫a
b
h ( x ) dx=H (b )−H (a)
h ( x ) turunan dari H (x ).
h ( x )= f (x ) G (x )+F ( x ) g (x)
jadi, jika
∫a
b
( f ( x )G ( x )+F ( x ) g ( x ) ) dx=F (b ) . G (b )−F ( a ) .G (a )
Maka ,
∫a
b
F (x ) . g ( x ) dx=F (b ) .G (b )−F (a ) .G ( a )−∫a
b
f (x ) . G ( x ) dx .