Genelleştirilmiş İntegral

Bir fonksiyonun belirli integralinin alınabilmesi için aşağıdaki iki koşul sağlanmalıdır.

  • \( a, b \in \mathbb{R} \) olmak üzere, integral \( [a, b] \) şeklinde sonlu ve kapalı bir aralıkta alınmalıdır.
  • Fonksiyon bu aralıkta sonsuz süreksizlik içermemelidir, bir diğer ifadeyle fonksiyonun bu aralıktaki tüm değerleri (\( m, M \in \mathbb{R} \) olmak üzere) bir \( f(x) \in [m, M] \) aralığında bulunmalıdır.

Bu iki koşulun sağlanması durumunda fonksiyonun belirli integrali her zaman bir reel sayı olarak tanımlı olur.

Genelleştirilmiş integral ya da diğer adıyla has olmayan integral, bu iki koşuldan birinin sağlanmadığı durumlarda ifadeyi belirli integralini hesaplayabileceğimiz bir forma getirmemizi sağlayan bir yöntemdir.

Genelleştirilmiş integral, her biri yukarıdaki iki koşuldan birinin sağlanmadığı duruma karşılık gelecek şekilde iki tipte olabilir.

  • Tip I - Sonsuz integral aralığı: Bu durumda integralin sınır değerlerinden en az biri sonsuzdur. Bir diğer ifadeyle belirli integralde yatay yönde sonsuzluk söz konusudur.
  • Tip II - Sonsuz süreksizlik: Bu durumda integral aralığında fonksiyonun sonsuz süreksizlik (ve dikey asimptot) içerdiği bir nokta bulunur. Bir diğer ifadeyle belirli integralde dikey yönde sonsuzluk söz konusudur.

Her iki durumda da amacımız ifadeyi belirli integral koşullarını sağlayan bir forma getirmek ve integral sonucu bir reel sayı olarak tanımlı ise bu değeri bulmaktır. Aşağıda göreceğimiz üzere, genelleştirilmiş integrali belirli integrale dönüştürmek için limit işlemi kullanılır.

Tip I: Sonsuz İntegral Aralığı

Bu integral tipinde integral işleminin sınır değerlerinden en az biri sonsuzdur. İfade bu şekliyle belirli integralin birinci koşulunu sağlamadığı için limit yardımıyla bu koşulu sağlayacak forma getirilir ve ifadenin belirli integrali alınır.

Üst Sınır Değeri Sonsuz

Fonksiyonun integralinin alındığı aralık \( [a, +\infty) \) ise ve fonksiyon bu aralıkta sürekli ise genelleştirilmiş integral aşağıdaki şekilde tanımlanır.

Üst sınır değeri sonsuz
Üst sınır değeri sonsuz

Bu eşitlikte (ve aşağıda paylaşacağımız diğer benzer eşitliklerde) sol taraftaki integral bir genelleştirilmiş integral, limit içindeki integral ise belirli integraldir. Burada kullandığımız yöntem; integralin üst sınır değerini reel sayı bir değişken olarak tanımlayarak belirli integrali hesaplamak, daha sonra belirli integral sonucunun bu değişken pozitif sonsuza giderkenki limitini almaktır.

Fonksiyonun bu aralıktaki genelleştirilmiş integrali yukarıdaki limit ifadesi bir reel sayı olarak tanımlı ise tanımlıdır. Limit ifadesi tanımsız ya da sonsuz ise bu aralıkta genelleştirilmiş integral de tanımsızdır.

Bir fonksiyonun bir aralıktaki genelleştirilmiş integrali bir reel sayı olarak tanımlı ise bu integral yakınsaktır, aksi takdirde ıraksaktır. Benzer şekilde, bir genelleştirilmiş integralin yakınsak olması integralin bir reel sayı olarak tanımlı olduğunu, ıraksak olması ise tanımsız ya da sonsuz olduğunu gösterir.

Alt Sınır Değeri Sonsuz

Fonksiyonun integralinin alındığı aralık \( (-\infty, b] \) ise ve fonksiyon bu aralıkta sürekli ise genelleştirilmiş integral aşağıdaki şekilde tanımlanır.

Alt sınır değeri sonsuz
Alt sınır değeri sonsuz

Fonksiyonun bu aralıktaki genelleştirilmiş integrali yukarıdaki limit ifadesi bir reel sayı olarak tanımlı ise tanımlıdır. Limit ifadesi tanımsız ya da sonsuz ise bu aralıkta genelleştirilmiş integral de tanımsızdır.

Her İki Sınır Değeri Sonsuz

Fonksiyonun integralinin alındığı aralık \( (-\infty, +\infty) \) ise ve fonksiyon bu aralıkta sürekli ise bu aralıktaki genelleştirilmiş integral aşağıdaki şekilde tanımlanır.

Her iki sınır değeri sonsuz
Her iki sınır değeri sonsuz

Bu tanımda toplamı alınan iki integral, yukarıda tanımladığımız alt ya da üst sınırları sonsuz olan I. tipte genelleştirilmiş integrallerdir.

Formüldeki \( x = c \) noktası \( (a, b) \) aralığında herhangi bir nokta olarak seçilebilir.

\( (-\infty, +\infty) \) aralığındaki genelleştirilmiş integralin yakınsak olması için hem \( \int_{-\infty}^c {f(x)\ dx} \) hem de \( \int_c^{+\infty} {f(x)\ dx} \) genelleştirilmiş integrali yakınsak olmalıdır. Bu integrallerden en az birinin ıraksak olması durumunda \( \int_{-\infty}^{+\infty} {f(x)\ dx} \) genelleştirilmiş integrali de ıraksak olur.

Tip II: Sonsuz Süreksizlik

Bu integral tipinde fonksiyon \( [a, b] \) kapalı aralığındaki bir \( x = c \) noktasında sonsuz süreksizlik içerir, aralıktaki diğer tüm noktalarda ise süreklidir. İfade bu şekliyle belirli integralin ikinci koşulunu sağlamadığı için limit yardımıyla bu koşulu sağlayacak forma getirilir ve belirli integrali alınır.

Üst Sınır Noktası Süreksiz

Fonksiyonun sonsuz süreksizlik içerdiği nokta integralin üst sınır noktası ise genelleştirilmiş integral aşağıdaki şekilde tanımlanır.

Üst sınır noktası süreksiz
Üst sınır noktası süreksiz

Bu eşitlikte (ve aşağıda paylaşacağımız diğer benzer eşitliklerde) sol taraftaki integral bir genelleştirilmiş integral, limit içindeki integral ise belirli integraldir. Burada kullandığımız yöntem; sonsuz süreksizliğe sahip integralin üst sınır değerini reel sayı bir değişken olarak tanımlayarak belirli integrali hesaplamak, daha sonra belirli integral sonucunun bu değişken integralin üst sınır değerine soldan yaklaşırkenki limitini almaktır.

Fonksiyonun bu aralıktaki genelleştirilmiş integrali yukarıdaki limit ifadesi bir reel sayı olarak tanımlı ise tanımlıdır. Limit ifadesi tanımsız ya da sonsuz ise bu aralıkta genelleştirilmiş integral de tanımsızdır.

Alt Sınır Noktası Süreksiz

Fonksiyonun sonsuz süreksizlik içerdiği nokta integralin alt sınır noktası ise genelleştirilmiş integral aşağıdaki şekilde tanımlanır.

Alt sınır noktası süreksiz
Alt sınır noktası süreksiz

Fonksiyonun bu aralıktaki genelleştirilmiş integrali yukarıdaki limit ifadesi bir reel sayı olarak tanımlı ise tanımlıdır. Limit ifadesi tanımsız ya da sonsuz ise bu aralıkta genelleştirilmiş integral de tanımsızdır.

Ara Bir Nokta Süreksiz

Fonksiyonun sonsuz süreksizlik içerdiği nokta \( (a, b) \) açık aralığında bir \( x = c \) noktası ise genelleştirilmiş integral aşağıdaki şekilde tanımlanır.

Ara bir nokta süreksiz
Ara bir nokta süreksiz

Bu tanımda toplamı alınan iki integral, yukarıda tanımladığımız sonsuz süreksizlik içeren II. tipte genelleştirilmiş integrallerdir.

Tanımdaki \( x = c \) noktası I. tipte olduğu gibi \( (a, b) \) aralığında seçilen herhangi bir nokta değil, sonsuz süreksizliğin oluştuğu noktadır.

İntegral aralığındaki ara bir noktada süreksizlik içeren bir genelleştirilmiş integralin yakınsak olması için hem \( \int_a^c {f(x)\ dx} \) hem de \( \int_c^b {f(x)\ dx} \) genelleştirilmiş integrali yakınsak olmalıdır. Bu integrallerden en az birinin ıraksak olması durumunda \( \int_a^b {f(x)\ dx} \) integrali de ıraksak olur.

Her ne kadar kullanılan integral sembolleri aynı olsa da, genelleştirilmiş integral belirli integralden farklı bir işlemdir. I. tipte genelleştirilmiş integralde sınır değerlerinden en az biri sonsuz olduğu için bu integralin belirli integralden ayırt edilmesi kolaydır, ancak II. tipte böyle bir ayrım söz konusu olmadığı için dikkatli olunmalı ve sonsuz süreksizlik içeren bir aralıkta genelleştirilmiş integral yerine belirli integral alınmamalıdır.

İntegral aralığında sonsuz süreksizliğe sahip bir noktayı gözden kaçırmamız durumunda nasıl yanlış sonuç elde edebileceğimizi bir örnekle gösterelim.

SORU 1:

\( \displaystyle\int_0^{+\infty} \cos{x}\ dx \) integralinin yakınsak mı ıraksak mı olduğunu, yakınsak ise integral değerini bulunuz.

Çözümü Göster
SORU 2:

\( \displaystyle\int_{e}^{+\infty} \dfrac{6}{x\ln^4{x}}\ dx \) integralinin yakınsak mı ıraksak mı olduğunu, yakınsak ise integral değerini bulunuz.

Çözümü Göster
SORU 3:

\( \displaystyle\int_{-\infty}^{0} \dfrac{4e^x}{e^{2x} + 1}\ dx \) integralinin yakınsak mı ıraksak mı olduğunu, yakınsak ise integral değerini bulunuz.

Çözümü Göster
SORU 4:

\( \displaystyle\int_{-\infty}^{+\infty} \dfrac{12x^3}{(x^4 + 4)^2}\ dx \) integralinin yakınsak mı ıraksak mı olduğunu, yakınsak ise integral değerini bulunuz.

Çözümü Göster
SORU 5:

\( \displaystyle\int_3^{+\infty} \dfrac{4}{x^2 - 4}\ dx \) integralinin yakınsak mı ıraksak mı olduğunu, yakınsak ise integral değerini bulunuz.

Çözümü Göster
SORU 6:

\( \displaystyle\int_2^{+\infty} -\dfrac{7}{(2x + 3)(3x + 1)}\ dx \) integralinin yakınsak mı ıraksak mı olduğunu, yakınsak ise integral değerini bulunuz.

Çözümü Göster
SORU 7:

\( \displaystyle\int_0^{+\infty} (\dfrac{4}{1 + x} - \dfrac{8x}{1 + 2x^2})\ dx \) integralinin yakınsak mı ıraksak mı olduğunu, yakınsak ise integral değerini bulunuz.

Çözümü Göster
SORU 8:

\( \displaystyle\int_5^{+\infty} 4xe^{-2x}\ dx \) integralinin yakınsak mı ıraksak mı olduğunu, yakınsak ise integral değerini bulunuz.

Çözümü Göster
SORU 9:

\( \displaystyle\int_{-\infty}^{+\infty} 3x^5e^{-x^6}\ dx \) integralinin yakınsak mı ıraksak mı olduğunu, yakınsak ise integral değerini bulunuz.

Çözümü Göster
SORU 10:

\( \displaystyle\int_0^1 \dfrac{1}{5x^{0,99}}\ dx \) integralinin yakınsak mı ıraksak mı olduğunu, yakınsak ise integral değerini bulunuz.

Çözümü Göster
SORU 11:

\( \displaystyle\int_0^{2e} 2x^3\ln(2x)\ dx \) integralinin yakınsak mı ıraksak mı olduğunu, yakınsak ise integral değerini bulunuz.

Çözümü Göster
SORU 12:

\( \displaystyle\int_0^{+\infty} \dfrac{1}{(x^2 + 1)(\arccot(x) + 1)}\ dx \) integralinin yakınsak mı ıraksak mı olduğunu, yakınsak ise integral değerini bulunuz.

Çözümü Göster
SORU 13:

\( \displaystyle\int_{-10}^{15} \dfrac{1}{\sqrt[4]{(x + 1)^2}}\ dx \) integralinin yakınsak mı ıraksak mı olduğunu, yakınsak ise integral değerini bulunuz.

Çözümü Göster

« Önceki
Yüzey Alanı Bulma
Ana Sayfa »
Konu Tamamlandı!


Faydalı buldunuz mu?   Evet   Hayır