Сведения из истории появления производной:Лозунгом многих математиков XVII в. был: «Двигайтесь вперёд, и вера в правильность результатов к вам
придёт».
Термин «производная» - (франц. deriveе - позади, за) ввёл в 1797 г. Ж. Лагранж. Он же ввёл
современные обозначения y " , f ‘.
обозначение lim –сокращение латинского слова limes (межа, граница). Термин «предел» ввёл И. Ньютон.
И. Ньютон называл производную флюксией, а саму функцию - флюентой.
Г. Лейбниц говорил о дифференциальном отношении и обозначал производную так:
Лагранж Жозеф Луи (1736-1813)
французский математик и механик

Ньютон:

« Был этот мир глубокой тьмой окутан. Да будет свет! И вот
явился Ньютон.» А.Поуг.
Исаак Ньютон (1643-1727) один из создателей
дифференциального исчисления.
Главный его труд- «Математические начала
натуральной философии»-оказал колоссальное
влияние на развитие естествознания, стал
поворотным пунктом в истории естествознания.
Ньютон ввёл понятие производной, изучая законы
механики, тем самым раскрыл её механический
смысл.

Что называется производной функции?

Производной функции в данной точке называется предел
отношения приращения функции в этой точке к
приращению аргумента, когда приращение аргумента
стремится к нулю.

Физический смысл производной.

Скорость есть производная от пути по времени:
v(t) = S′(t)
Ускорение есть производная
скорости по времени:
a(t) = v′(t) = S′′(t)

Геометрический смысл производной:

Угловой коэффициент касательной к графику
функции равен производной этой функции,
вычисленной в точке касания.
f′(x) = k = tga

Производная в электротехнике:

В наших домах, на транспорте, на заводах: всюду работает
электрический ток. Под электрическим током понимают
направленное движение свободных электрически заряженных
частиц.
Количественной характеристикой электрического тока является сила
тока.
В
цепи электрического тока электрический заряд меняется с
течением времени по закону q=q (t). Сила тока I есть производная
заряда q по времени.
В электротехнике в основном используется работа переменного тока.
Электрический ток, изменяющийся со временем, называют
переменным. Цепь переменного тока может содержать различные
элементы: нагревательные приборы, катушки, конденсаторы.
Получение переменного электрического тока основано на законе
электромагнитной индукции, формулировка которого содержит
производную магнитного потока.

Производная в химии:

◦ И в химии нашло широкое применение дифференциальное
исчисление для построения математических моделей химических
реакций и последующего описания их свойств.
◦ Химия – это наука о веществах, о химических превращениях
веществ.
◦ Химия изучает закономерности протекания различных реакций.
◦ Скоростью химической реакции называется изменение
концентрации реагирующих веществ в единицу времени.
◦ Так как скорость реакции v непрерывно изменяется в ходе
процесса, ее обычно выражают производной концентрации
реагирующих веществ по времени.

Производная в географии:

Идея социологической модели Томаса Мальтуса состоит в том, что прирост населения
пропорционально числу населения в данный момент времени t через N(t), . Модель
Мальтуса неплохо действовала для описания численности населения США с 1790 по 1860
годы. Ныне эта модель в большинстве стран не действует.

Интеграл и его применение:

Немного из истории:

История понятия интеграла уходит корнями
к математикам Древней Греции и Древнего
Рима.
Известны работы учёного Древней Греции Евдокса Книдского (ок.408-ок.355 до н.э.) на
нахождение объёмов тел и вычисления
площадей плоских фигур.

Большое распространение интегральное исчисление получило в XVII веке. Учёные:
Г. Лейбниц (1646-1716) и И. Ньютон (1643-1727) открыли независимо друг от
друга и практически одновременно формулу, названную в последствии формулой
Ньютона - Лейбница, которой мы пользуемся. То, что математическую формулу
вывели философ и физик никого не удивляет, ведь математика-язык, на котором
говорит сама природа.

Символ введен
Лейбницем (1675 г.). Этот знак является
изменением латинской буквы S
(первой буквы слова сумма). Само слово интеграл
придумал
Я. Бернулли (1690 г.). Вероятно, оно происходит от
латинского integero, которое переводится как
приводить в прежнее состояние, восстанавливать.
Пределы интегрирования указал уже Л.Эйлер
(1707-1783). В 1697 году появилось название
новой ветви математики - интегральное
исчисление. Его ввёл Бернулли.

В математическом анализе интегралом функции называют
расширение понятия суммы. Процесс нахождения интеграла
называется интегрированием. Этот процесс обычно используется при
нахождений таких величин как площадь, объём, масса, смещение и т.
д., когда задана скорость или распределение изменений этой величины
по отношению к некоторой другой величине (положение, время и т. д.).

Что такое интеграл?

Интеграл - одно из важнейших понятий математического анализа, которое
возникает при решении задач о нахождении площади под кривой, пройденного пути при
неравномерном движении, массы неоднородного тела, и т. п., а также в задаче о
восстановлении функции по её производной

Ученые стараются все физические
явления выразить в виде
математической формулы. Как
только у нас есть формула, дальше
уже можно при помощи нее
посчитать что угодно. А интеграл
- это один из основных
инструментов работы с
функциями.

Методы интегрирования:

1.Табличный.
2.Сведение к табличному преобразованием подынтегрального
выражения в сумму или разность.
3.Интегрирование с помощью замены переменной (подстановкой).
4.Интегрирование по частям.

Применение интеграла:

◦ Математика
◦ Вычисления S фигур.
◦ Длина дуги кривой.
◦ V тела на S параллельных
сечений.
◦ V тела вращения и т.д
Физика
Работа А переменной силы.
S – (путь) перемещения.
Вычисление массы.
Вычисление момента инерции линии,
круга, цилиндра.
◦ Вычисление координаты центра
тяжести.
◦ Количество теплоты и т.д.
◦
◦
◦
◦

HTML-версии работы пока нет.

Подобные документы

Ознакомление с историей понятия интеграла. Распространение интегрального исчисления, открытие формулы Ньютона–Лейбница. Символ суммы; расширение понятия суммы. Описание необходимости выражения всех физических явлений в виде математической формулы.

презентация , добавлен 26.01.2015


Идеи интегрального исчисления в работах древних математиков. Особенности метода исчерпывания. История нахождения формулы объема тора Кеплера. Теоретическое обоснование принципа интегрального исчисления (принцип Кавальери). Понятие определенного интеграла.

презентация , добавлен 05.07.2016


История интегрального исчисления. Определение и свойства двойного интеграла. Его геометрическая интерпретация, вычисление в декартовых и полярных координатах, сведение его к повторному. Применение в экономике и геометрии для вычисления объемов и площадей.

курсовая работа , добавлен 16.10.2013


Определение криволинейного интеграла по координатам, его основные свойства и вычисление. Условие независимости криволинейного интеграла от пути интегрирования. Вычисление площадей фигур с помощью двойного интеграла. Использование формулы Грина.

контрольная работа , добавлен 23.02.2011


Условия существования определенного интеграла. Приложение интегрального исчисления. Интегральное исчисление в геометрии. Механические приложение определенного интеграла. Интегральное исчисление в биологии. Интегральное исчисление в экономике.

курсовая работа , добавлен 21.01.2008


История интегрального и дифференциального исчисления. Приложения определенного интеграла к решению некоторых задач механики и физики. Моменты и центры масс плоских кривых, теорема Гульдена. Дифференциальные уравнения. Примеры решения задач в MatLab.

реферат , добавлен 07.09.2009


Понятие интеграла Стилтьеса. Общие условия существования интеграла Стилтьеса, классы случаев его существования и предельный переход под его знаком. Приведение интеграла Стилтьеса к интегралу Римана. Применение в теории вероятностей и квантовой механике.

дипломная работа , добавлен 20.07.2009


Определение неопределенного интеграла, первообразной от непрерывной функции, дифференциала от неопределенного интеграла. Вывод формулы замены переменного в неопределенный интеграл и интегрирования по частям. Определение дробнорациональной функции.

шпаргалка , добавлен 21.08.2009


Ознакомление с понятием и основными свойствами определенного интеграла. Представление формулы расчета интегральной суммы для функции y=f(x) на отрезке [а, b]. Равенство нулю интеграла при условии равенства нижнего и верхнего пределов интегрирования.

презентация , добавлен 18.09.2013


Некоторые применения производной. Использование основных теорем дифференциального исчисления к доказательству неравенств. Первообразная и интеграл в задачах элементарной математики. Монотонность интеграла. Некоторые классические неравенства.

Тема исследования

Применение интегрального исчисления в планировании расходов семьи

Актуальность проблемы

Все чаще в социальных и экономических сферах при вычислении степени неравенства в распределении доходов используется математика, а именно, интегральное исчисление. Изучая практическое применение интеграла мы узнаем:

• Как интеграл и вычисление площади с помощью интеграла помогает в распределении материальных затрат?

• Как интеграл поможет в накоплении денег на отпуск.

Цель

спланировать расходы семьи с использованием интегрального вычисления

Задачи

• Изучить геометрический смысл интеграла.
• Рассмотреть методы интегрирования в социальной и экономической сферах жизни.
• Составить прогноз материальных затрат семьи при ремонте квартиры с использованием интеграла.
• Рассчитать объем потребления энергии семьи на год с учетом интегрального исчисления.
• Расчитать сумму накопительного вклада в Сбербанк на отпуск.

Гипотеза

интегральное исчисление помогает в экономичных расчетах при планировании доходов и расходов семьи.

Этапы исследования

• Изучили геометрический смысл интеграла и методы интегрирования в социальной и экономической сферах жизни.
• Произвели расчет материальных затрат, необходимых при ремонте квартиры с помощью интеграла.
• Расчитали объем потребления электроэнегрии в квартире и затраты на электроэнергию семьи на год.
• Рассмотрели один из вариантов полонения доходов семьи через вклады в Сбербанк с помощью интеграла.

Объект исследования

инегральное исчисление в социальной и экономических сферах жизни.

Методы

• Анализ литературы по теме "Практическое применение интгрального исчисления"
• Изучение методов интегрирования при решении задач на вычисление площадей и объемов фигур с помощью интеграла.
• Анализ расходов и доходов семьи с помощью интегрального вычисления.

Ход работы

• Обзор литературы по теме "Практическое применение интегрального исчисления"
• Решение системы задач на вычисление площадей и объемов фигур с помощью интеграла.
• Расчет расходов и доходов семьи с помощью интегрального вычисления: ремонт комнаты, объем электроэнергии, вклады в Сбербанк на отпуск.

Наши результаты

Как интеграл и вычисление объема с помощью интеграла помогает в прогнозировании объемов потребления электроэнергии?

Выводы

• Экономический расчет необходимых средств при ремонте квартиры можно быстрее и более точно выполнить с помощью интегрального вычисления.

• Расход объемов электроэнергии семьи легче и быстрее рассчитать с помощью интегрального вычисления и программы Microsoft Office Excel, а значит прогнозировать затраты семьи на оплату электроэнергии на год.

• Прибыль от вкладов в сбербанк можно рассчитать с помощью интегрального вычисления, значит спланировать отпуск семьи.

Список ресурсов

Печатные издания:

• Учебник. Алгебра и начала анализа 10-11 класс. А.Г. Мордкович. Мнемозина. М: 2007
• Учебник. Алгебра и начала анализа 10-11 класс. А. Колмогоров Просвещение. М: 2007
• Математика для социологов и экономистов. Ахтямов А.М. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 464 с.
• Интегральное вычисление.Справочник по Высшей Математике М. Я. Выгодского, Просвещение, 2000

Девиз урока: “Математика – язык, на котором говорят все точные науки” Н.И. Лобачевский

Цель урока: обобщить знания учащихся по теме “Интеграл”, “Применение интеграла”;расширить кругозор, знания о возможном применении интеграла к вычислению различных величин; закрепить навыки использовать интеграл для решения прикладных задач; прививать познавательный интерес к математике, развивать культуру общения и культуру математической речи; уметь учиться выступать перед учащимися и учителями.

Тип урока: повторительно-обобщающий.

Вид урока: урок – защита проекта “Применение интеграла”.

Оборудование: магнитная доска, плакаты “Применение интеграла”, карточки с формулами и заданиями для самостоятельной работы.

План урока:

1. Защита проекта:

1. из истории интегрального исчисления;
2. свойства интеграла;
3. применение интеграла в математике;
4. применение интеграла в физике;

2. Решение упражнений.

Ход урока

Учитель: Мощным средством исследования в математике, физике, механике и других дисциплинах является определенный интеграл – одно из основных понятий математического анализа. Геометрический смысл интеграла – площадь криволинейной трапеции. Физический смысл интеграла – 1) масса неоднородного стержня с плотностью, 2) перемещение точки, движущейся по прямой со скоростью за промежуток времени.

Учитель: Ребята нашего класса провели большую работу, они подобрали задачи, где применяется определенный интеграл. Им слово.

2 ученик: Свойства интеграла

3 ученик: Применение интеграла (на магнитной доске таблица).

4 ученик: Рассматриваем применение интеграла в математике для вычисления площади фигур.

Площадь всякой плоской фигуры, рассматриваемая в прямоугольной системе координат, может быть составлена из площадей криволинейных трапеций, прилежащих к оси Ох и оси Оу. Площадь криволинейной трапеции, ограниченной кривой у = f(х), осью Ох и двумя прямыми х=а и х=b, где а х b , f(х) 0 вычисляется по формуле см. рис. Если криволинейная трапеция прилегает к оси Оу , то её площадь вычисляется по формуле , см. рис. При вычислении площадей фигур могут представиться следующие случаи: а)Фигура расположена над осью Ох и ограничена осью Ох, кривой у=f(х) и двумя прямыми х=а и х=b.(См. рис. ) Площадь этой фигуры находится по формуле 1 или 2. б) Фигура расположена под осью Ох и ограничена осью Ох, кривой у=f(х) и двумя прямыми х=а и х=b (см. рис. ). Площадь находится по формуле . в) Фигура расположена над и под осью Ох и ограничена осью Ох, кривой у=f(х) и двумя прямыми х=а и х=b(рис. ). г) Площадь ограничена двумя пересекающимися кривыми у=f(х) и у = (х) (рис. )

5 ученик: Решим задачу

х-2у+4=0 и х+у-5+0 и у=0

7 ученик: Интеграл, широко применяющийся в физике. Слово физикам.

1. ВЫЧИСЛЕНИЕ ПУТИ, ПРОЙДЕННОГО ТОЧКОЙ

Путь, пройденный точкой при неравномерном движении по прямой с переменной скоростью за промежуток времени от до вычисляется по формуле .

Примеры:

1. Скорость движения точки м/с. Найти путь, пройденный точкой за 4-ю секунду.

Решение: согласно условию, . Следовательно,

2. Два тела начали двигаться одновременно из одной точки в одном направлении по прямой. Первое тело движется со скоростью м/с, второе - со скоростью v = (4t+5) м/с. На каком расстоянии друг от друга они окажутся через 5 с?

Решение: очевидно, что искомая величина есть разность расстояний, пройденных первым и вторым телом за 5 с:

3. Тело брошено с поверхности земли вертикально вверх со скоростью и = (39,2-9,8^) м/с. Найти наибольшую высоту подъема тела.

Решение: тело достигнет наибольшей высоты подъема в такой момент времени t, когда v = 0, т.е. 39,2-9,8t = 0, откуда I = 4 с. По формуле (1) на ходим

2. ВЫЧИСЛЕНИЕ РАБОТЫ СИЛЫ

Работа, произведенная переменной силой f(х) при перемещении по оси Ох материальной точки от х = а до х=b, находится по формуле При решении задач на вычисление работы силы часто используется закон Г у к а: F=kx, (3) где F - сила Н; х -абсолютное удлинение пружины, м, вызванное силой F , а k -коэффициент пропорциональности, Н/м.

Пример:

1. Пружина в спокойном состоянии имеет длину 0,2 м. Сила в 50 Н растягивает пружину на 0,01 м. Какую работу надо совершить, чтобы растянуть ее от 0,22 до 0,32 м?

Решение: используя равенство (3), имеем 50=0,01k, т. е. kК = 5000 Н/м. Находим пределы интегрирования: а = 0,22 - 0,2 = 0,02 (м), b=0,32 - 0,2 = 0,12(м). Теперь по формуле (2) получим

3. ВЫЧИСЛЕНИЕ РАБОТЫ, ПРОИЗВОДИМОЙ ПРИ ПОДНЯТИИ ГРУЗА

Задача. Цилиндрическая цистерна с радиусом основания 0,5 м и высотой 2 м заполнена водой. Вычислить работу, которую необходимо произвести, чтобы выкачать воду из цистерны.

Решение: выделим на глубине х горизонтальный слой высотой dх (рис. ). Работа А, которую надо произвести, чтобы поднять слой воды весом Р на высоту х, равна Рх.

Изменение глубины х на малую величину dх вызовет изменение объема V на величину dV = пr 2 dх и изменение веса Р на величину * dР = 9807 r 2 dх; при этом совершаемая работа А изменится на величину dА=9807пr 2 хdх. Проинтегрировав это равенство при изменении x от 0 до Н, получим

4. ВЫЧИСЛЕНИЕ СИЛЫ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Значение силы Р давления жидкости на горизонтальную площадку зависит от глубины погружения х этой площадки, т. е. от расстояния площадки до поверхности жидкости.

Сила давления (Н) на горизонтальную площадку вычисляется по формуле Р =9807 S x,

где - плотность жидкости, кг/м 3 ; S - площадь площадки, м 2 ; х - глубина погружения площадки, м.

Если площадка, испытывающая давление жидкости, не горизонтальна, то давление на нее различно на разных глубинах, следовательно, сила давления на площадку есть функция глубины ее погружения Р (х).

5. ДЛИНА ДУГИ

Пусть плоская кривая АВ (рис.) задана уравнением у =f(x) (a x b), причем f(x) и f ?(x) - непрерывные функции в промежутке [а,b]. Тогда дифференциал dl длины дуги АВ выражается формулой или , а длина дуги АВ вычисляется по формуле (4)

где а и b-значения независимой переменной х в точках А и В. Если кривая задана уравнением х = (у)(с у d), то длина дуги АВ вычисляется по формуле (5) где с и д значения независимой переменной у в точках А и В.

6. ЦЕНТР МАСС

При нахождении центра масс пользуются следующими правилами:

1) Координата х? центра масс системы материальных точек А 1 , А 2 ,..., А n с массами m 1 , m 2 , ..., m n , расположенных на прямой в точках с координатами х 1 , х 2 , ..., х n , находятся по формуле

(*); 2) При вычислении координаты центра масс можно любую часть фигуры заменить на материальную точку, поместив ее в центр масс этой части, и приписать ей массу, равную массе рассматриваемой части фигуры. Пример. Пусть вдоль стержня-отрезка [а;b] оси Ох - распределена масса плотностью (х), где (х) - непрерывная функция. Покажем, что а) суммарная масса М стержня равна ; б) координата центра масс х" равна .

Разобьем отрезок [а; b] на n равных частей точками а= х 0 < х 1 < х 2 < ... <х n = b (рис. ). На каждом из n этих отрезков плотность можно считать при больших n постоянно и примерно равной (х k - 1) на k-м отрезке (в силу непрерывности (х). Тогда масса k-ого отрезка примерно равна а масса всего стержня равна

Понятие интеграла широко применимо в жизни. Интегралы применяется в различных областях науки и техники. Основными задачами, вычисляемыми с помощью интегралов являются задачи на:

1. Нахождение объема тела

2. Нахождение центра масс тела.

Рассмотрим каждую из них более подробно. Здесь и далее, для обозначения определенного интеграла от некоторой функции f(x), с пределами интегрирования от a до b, будем использовать следующую запись ∫ a b f(x) .

Нахождение объема тела

Рассмотрим следующий рисунок. Допустим, имеется некоторое тело, объем которого равен V. Так же имеется прямая такая, что если мы возьмем некоторую плоскость, перпендикулярную этой прямой, на будет известна площадь сечения S данного тела этой плоскостью.

Каждая такая плоскость будет перпендикуляра оси Ох, а следовательно будет пересекать её в некоторой точке х. То есть каждой точке х, из отрезка будет поставлена в соответствие число S(x) - площадь сечения тела плоскость проходящей через эту точку.

Получается, на отрезке будет задана некоторая функция S(x). Если эта функция будет непрерывна на этом отрезке, то будет справедлива следующая формула:

V = ∫ a b S(x)dx.

Доказательство этого утверждения выходит за рамки программы школьного курса.

Вычисление центра масс тела

Центр масс чаще всего используется в физике. Например, есть некоторое тело которое движется с какой-либо скорость. Но большое тело рассматривать неудобно, и поэтому в физике рассматривается это тело, как движение точки, в предположении, что эта точка имеет такую же массу, как и все тело.

А задача вычисления цетра масс тела, является основной в этом вопросе. Потому как тело-то большое, и какую именно точку надо взять за центр масс? Может быть ту, которая находится в середине тела? Или может саму ближнюю точку к переднему краю? Тут приходит на помощь интегрирование.

Для нахождения центра масс используется следующие два правила:

1. Координата x’ центра масс некоторой системы материальных точек A1, A2,A3, … An с массами m1,m2,m3, … mn соответственно расположенных на прямой в точках с координатами x1, x2, x3, … xn находится последующей формуле:

x’ = (m1*x1 + ma*x2 + … + mn*xn)/(m1 + m2 + m3 +… + mn)

2. При вычислении координаты центра масс можно любую часть рассматриваемой фигуры заменить на материальную точку, при этом поместив ее в центр масс этой отдельной части фигуры, а массу взять равную массе этой части фигуры.

Например, если вдоль стержня - отрезка оси Ох распределена масса плотностью p(x), где p(x) есть непрерывная функция, то координата центра масс x’ будет равняться.