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함수 y=f(x)가 닫힌구간 [a, b]에서 연속이고 f(x)≥0일 때, 곡선 y= f(x)와 x축 및 두 직선 x=a, x=b로 둘러싸인 도형의 넓이 S를 구해보자. 닫힌구간 [a, b]를 n등분하여 양 끝점과 각 분점을 차례로 a=x0, x1, x2, ···, xn-1, xn=b라 하고, 각 소구간의 길이를 Δx라고 하면 이다.
위쪽 그림과 같이 n개의 직사각형을 만들고 이 직사각형들의 넓이의 합을 Sn이라고 하면 Sn=f(x1)Δx+f(x2)Δx+···+f(xn)Δx 이다. 그런데 함수 ······ ①
y= f(x)는 닫힌구간 [a, b]에서 연속이므로 n→∞일 때, 즉Δx→0일 때, ①의 극한값은 도형의 넓이 S에 한없이 가까워진다. 따라서 이다. ······ ②
일반적으로 함수 y= f(x)가 닫힌구간 [a, b]에서 연속이면 극한값 는 항상 존재함이 알려져 있다. 이때 ②의 값을 f(x)의 a에서 b까지의 정적분(定積分, definite integral)이라 하고, 기호
로 나타낸다. 여기서 a를 정적분의 아래끝, b를 위끝이라고 한다.
이상을 정리하면, 함수 f(x)가 닫힌구간 [a, b]에서 연속일 때 (단,
, xk=a+kΔx), 부정적분은 함수를 나타내므로
이다. 그러나 정적분의 값은 함수 f(x)와 상수 a, b의 값에 따라 정해지므로 적분변수를 다른 문자로 사용해도 그 값은 변하지 않는다. 즉,
인티그랄
sum(합치다)의 s를 길게 늘어뜨린 형태의 적분기호 는 인티그랄(integral)이라고 읽는데, integral의 영어 의미도 ‘합치다’이다. y= f(x)의 그래프에서 f(x)는 함숫값이고, dx는 x의 순간변화율이다. Δx(델타x)는 주어진 구간에서의 x의 변화량인데 dx는 Δx를 무한히 작은 값으로 보내는 극한 개념이다.
예를 들어, 직사각형의 가로의 길이를 Δx라고 하고, 세로방향으로 이등분하면, 가로가 가 되고, 두 조각을 다시 세로방향으로 각각 이등분하면, 가로는
가 된다. 이 과정을 무한히 반복하면 가로의 길이는 0은 아니지만 0에 무한히 가까운 값이 되는데 이 가로의 길이가 바로 dx이다.
그러므로 f(x) dx의 의미는 가로 dx와 세로 f(x)를 곱한다는 것이다. 넓이의 개념이 된다. 는 결국 “x를 a부터 b까지 변화시키면서 f(x)와 dx를 곱한 것을 모두 합친다”는 의미다. 오늘날 미적분학에서 사용하는 미분 기호
와 적분 기호
(integral)은 라이프니츠(G. W. Leibniz, 1646~1716)가 처음으로 고안한 것이다.
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글
출처
『친절한 과학사전 수학 편』은 과거 수학자들의 대단한 역할을 소개하고, 이런 과정 속에서 수학이 우리의 삶에 어떠한 영향을 미치는지를 재미있고 친절하게 소개했다. 수학..펼쳐보기
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[Daum백과] 정적분 – 친절한 과학사전 수학 편, 조윤희, 북카라반
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