Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung
Der Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung ist ein zentrales Konzept in der Analysis. Er stellt eine fundamentale Verbindung zwischen Differentiation und Integration her.
Der Satz besagt: Ist f eine stetige Funktion auf dem Intervall a,b und F eine dazugehörige Stammfunktion, dann gilt:
∫a,b f(x) dx = F(b) - F(a)
Diese Formel ermöglicht es, bestimmte Integrale mithilfe von Stammfunktionen zu berechnen.
Definition: Eine Stammfunktion F heißt Stammfunktion von f, wenn gilt F'(x) = f(x).
Der Hauptsatz unterscheidet zwischen unbestimmten und bestimmten Integralen:
- Unbestimmte Integrale:
- Stellen die Menge aller Stammfunktionen einer Funktion dar
- Schreibweise: ∫f(x) dx = F(x) + C
- C ist eine beliebige Konstante
Beispiel: Für f(x) = 2x ist F(x) = x² eine Stammfunktion. Alle Stammfunktionen haben die Form x² + C.
- Bestimmte Integrale:
- Haben Integrationsgrenzen und beschreiben einen Flächeninhalt
- Ergeben einen konkreten Zahlenwert
- Schreibweise: ∫a,b f(x) dx = F(x)ba = F(b) - F(a)
Beispiel: Für f(x) = x² + 4x + 3 im Intervall 2,4:
∫2,4 f(x) dx = F(x)42 = F(4) - F(2)
= (1/3·4³ + 2·4² + 3·4) - (1/3·2³ + 2·2² + 3·2)
= 196/3 - 50/3 = 146/3
Highlight: Die Integralfunktion ist selbst eine Stammfunktion von f. Sie ist definiert als F(t) = ∫a,t f(x) dx.
Der Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung bietet eine elegante Methode zur Berechnung von Integralen und zeigt die tiefe Verbindung zwischen Differentiation und Integration auf.