อ่าน 5 นาที
ค่าคงที่ของการอินทิเกรต
ในแคลคูลัสค่าคงที่ของการอินทิเกรตซึ่งมักจะเขียนแทนด้วย(หรือ) คือค่าคงที่ที่เพิ่มเข้าไปในอนุพันธ์ผกผันของฟังก์ชันเพื่อบ่งชี้ว่าอินทิกรัลไม่จำกัดของ(กล่าวคือเซตของอนุพันธ์ผกผันทั้งหม...
ค่าคงที่ของการอินทิเกรต
ในแคลคูลัสค่าคงที่ของการอินทิเกรตซึ่งมักจะเขียนแทนด้วย(หรือ) คือค่าคงที่ที่เพิ่มเข้าไปในอนุพันธ์ผกผันของฟังก์ชันเพื่อบ่งชี้ว่าอินทิกรัลไม่จำกัดของ(กล่าวคือเซตของอนุพันธ์ผกผันทั้งหมดของ) บนโดเมนที่เชื่อมต่อกันนั้น ถูกกำหนดไว้เพียงแค่ค่าคงที่บวก เท่านั้น [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]ค่าคงที่นี้แสดงถึงความกำกวมที่มีอยู่ในโครงสร้างของอนุพันธ์ผกผัน
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หากฟังก์ชันถูกกำหนดบนช่วงและเป็นอนุพันธ์ผกผันของแล้วเซตของ อนุพันธ์ผกผัน ทั้งหมดของจะกำหนดโดยฟังก์ชันโดยที่เป็นค่าคงที่ใดๆ (หมายความว่าค่าใดๆ ของ จะทำให้เป็นอนุพันธ์ผกผันที่ถูกต้อง) ด้วยเหตุนี้ อินทิกรัลไม่จำกัดจึงมักเขียนเป็น[ 4 ]แม้ว่าบางครั้งค่าคงที่ของการอินทิเกรตอาจถูกละเว้นในรายการอินทิกรัลเพื่อความเรียบง่าย
ต้นทาง
อนุพันธ์ของฟังก์ชันคงที่ใดๆ จะมีค่าเป็นศูนย์ เมื่อเราหาอนุพันธ์ผกผันของฟังก์ชัน ได้แล้ว การบวกหรือลบค่าคงที่ใดๆจะทำให้เราได้อนุพันธ์ผกผันอีกตัวหนึ่ง เพราะ ค่าคงที่ นั้นเป็นวิธีการแสดงว่าทุกฟังก์ชันที่มีอนุพันธ์ผกผันอย่างน้อยหนึ่งตัวจะมีอนุพันธ์ผกผันเป็นจำนวนอนันต์
ให้และเป็นฟังก์ชันที่หาอนุพันธ์ได้ทุกที่ สมมติว่าสำหรับทุกจำนวนจริงxแล้วจะมีจำนวนจริง อยู่จำนวนหนึ่งที่ ทำให้สำหรับทุกจำนวนจริงx
เพื่อพิสูจน์สิ่งนี้ โปรดสังเกตว่าSo สามารถแทนที่ด้วยและด้วยฟังก์ชันคงที่ทำให้เป้าหมายคือการพิสูจน์ว่าฟังก์ชันที่หาอนุพันธ์ได้ทุกที่ซึ่งอนุพันธ์เป็นศูนย์เสมอจะต้องเป็นฟังก์ชันคงที่:
เลือกจำนวนจริงจำนวนหนึ่งแล้วกำหนดให้สำหรับx ใดๆ ทฤษฎีบทพื้นฐานของแคลคูลัสพร้อมกับสมมติฐานที่ว่าอนุพันธ์ของx เป็นศูนย์ หมายความว่า
ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเป็นฟังก์ชันคงที่
ข้อเท็จจริงสองประการมีความสำคัญอย่างยิ่งในการพิสูจน์นี้ ประการแรก เส้นจำนวนจริงเชื่อมต่อกันหากเส้นจำนวนจริงไม่เชื่อมต่อกัน เราจะไม่สามารถอินทิเกรตจากค่าa ที่กำหนดไว้ ไปยังค่าx ใดๆ ได้เสมอไป ตัวอย่างเช่น หากเราต้องการฟังก์ชันที่กำหนดบนผลรวมของช่วง [0,1] และ [2,3] และถ้าaเป็น 0 เราจะไม่สามารถอินทิเกรตจาก 0 ถึง 3 ได้ เพราะฟังก์ชันไม่ได้กำหนดไว้ระหว่าง 1 และ 2 ในที่นี้จะมี ค่าคงที่ สองค่า ค่าหนึ่งสำหรับแต่ละส่วนประกอบที่เชื่อมต่อกันของโดเมนโดยทั่วไป โดยการแทนที่ค่าคงที่ด้วยฟังก์ชันคงที่เฉพาะที่เราสามารถขยายทฤษฎีบทนี้ไปยังโดเมนที่ไม่เชื่อมต่อกันได้ ตัวอย่างเช่น มีค่าคงที่ของการอินทิเกรตสองค่าสำหรับและมีค่าคงที่อนันต์สำหรับดังนั้น ตัวอย่างเช่น รูปแบบทั่วไปสำหรับการอินทิเกรตของ 1/ xคือ: [ 5 ] [ 6 ]
ประการที่สอง สมมติว่า และสามารถหาอนุพันธ์ได้ทุกที่ หากและหาอนุพันธ์ไม่ได้แม้แต่จุดเดียว ทฤษฎีบทนี้อาจใช้ไม่ได้ ตัวอย่างเช่น ให้เป็นฟังก์ชันขั้นบันไดของ Heavisideซึ่งมีค่าเป็นศูนย์สำหรับค่าx ที่เป็นลบ และมีค่าเป็นหนึ่งสำหรับค่า xที่ไม่เป็นลบและให้ดังนั้นอนุพันธ์ของจะเป็นศูนย์ ณ จุดที่นิยามไว้ และอนุพันธ์ของจะเป็นศูนย์เสมอ อย่างไรก็ตาม เป็นที่ชัดเจนว่าและไม่แตกต่างกันด้วยค่าคงที่ แม้จะสมมติว่าและต่อเนื่องทุกที่และ หาอนุพันธ์ได้ เกือบทุกที่ทฤษฎีบทนี้ก็ยังคงใช้ไม่ได้ ตัวอย่างเช่น ให้เป็นฟังก์ชัน Cantorและให้ อีกครั้ง
ปรากฏว่าการบวกและการลบค่าคงที่เป็นความยืดหยุ่นเพียงอย่างเดียวที่มีอยู่ในการหาอนุพันธ์ผกผันที่แตกต่างกันของฟังก์ชันเดียวกัน นั่นคือ อนุพันธ์ผกผันทั้งหมดจะเหมือนกันจนถึงค่าคงที่ เพื่อแสดงข้อเท็จจริงนี้เราสามารถเขียนได้ว่า: โดยที่คือค่าคงที่ของการอินทิเกรตสามารถระบุได้อย่างง่ายดายว่าฟังก์ชันต่อไปนี้ทั้งหมดเป็นอนุพันธ์ผกผันของ:
ความสำคัญ
การรวมค่าคงที่ของการอินทิเกรตนั้นจำเป็นในบางกรณี แต่ไม่ใช่ทุกกรณี ตัวอย่างเช่น เมื่อประเมินอินทิกรัลจำกัดโดยใช้ทฤษฎีบทพื้นฐานของแคลคูลัสค่าคงที่ของการอินทิเกรตสามารถละเว้นได้ เนื่องจากมันจะหักล้างกับตัวเองเสมอ
อย่างไรก็ตาม วิธีการคำนวณอินทิกรัลไม่จำกัดขอบเขตที่แตกต่างกัน อาจส่งผลให้ได้อนุพันธ์ผกผันหลายแบบ ซึ่งแต่ละแบบจะมีค่าคงที่ของการอินทิเกรตที่แตกต่างกันโดยปริยาย และไม่มีวิธีใดวิธีหนึ่งที่ถือว่าง่ายที่สุด ตัวอย่างเช่นสามารถอินทิเกรตได้อย่างน้อยสามวิธีที่แตกต่างกัน
นอกจากนี้ การละเว้นค่าคงที่ หรือกำหนดให้เป็นศูนย์ อาจทำให้ไม่สามารถจัดการกับปัญหาหลายอย่างได้ เช่น ปัญหาที่มีเงื่อนไขค่าเริ่มต้นมักจำเป็นต้องมีวิธีแก้ปัญหาทั่วไปที่มีค่าคงที่ที่ไม่เจาะจง เพื่อระบุวิธีแก้ปัญหาเฉพาะที่ถูกต้อง ตัวอย่างเช่น ในการหาอนุพันธ์ผกผันของที่มีค่า 400 ที่x = π จะมีเพียงค่าเดียวของที่ใช้ได้ (ในกรณีนี้)
ค่าคงที่ของการอินทิเกรตปรากฏอยู่ในภาษาของสมการเชิงอนุพันธ์ โดยปริยายหรือโดยชัดแจ้ง สมการเชิงอนุพันธ์เกือบทั้งหมดจะมีคำตอบหลายคำตอบ และค่าคงที่แต่ละค่าแสดงถึงคำตอบเฉพาะของปัญหาค่าเริ่มต้นที่กำหนดไว้อย่างดี
เหตุผลสนับสนุนเพิ่มเติมมาจากพีชคณิตนามธรรมปริภูมิของฟังก์ชันค่าจริงทั้งหมด (ที่เหมาะสม) บนจำนวนจริงคือปริภูมิเวกเตอร์และตัวดำเนินการเชิงอนุพันธ์ คือตัวดำเนินการเชิงเส้นตัวดำเนินการจะแมปฟังก์ชันไปที่ศูนย์ก็ต่อเมื่อฟังก์ชันนั้นเป็นค่าคงที่ ดังนั้นเคอร์เนลของคือปริภูมิของฟังก์ชันค่าคงที่ทั้งหมด กระบวนการอินทิเกรตแบบไม่จำกัดขอบเขตเทียบเท่ากับการหาภาพก่อนหน้าของฟังก์ชันที่กำหนด ไม่มีภาพก่อนหน้าแบบมาตรฐานสำหรับฟังก์ชันที่กำหนด แต่เซตของภาพก่อนหน้าทั้งหมดดังกล่าวจะประกอบเป็นโคเซตการเลือกค่าคงที่ก็เหมือนกับการเลือกสมาชิกของโคเซต ในบริบทนี้ การแก้ปัญหาค่าเริ่มต้นถูกตีความว่าอยู่ในระนาบ ที่ กำหนด โดยเงื่อนไขเริ่มต้น
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ค่าคงที่ของการอินทิเกรต
ในแคลคูลัสค่าคงที่ของการอินทิเกรตซึ่งมักจะเขียนแทนด้วย(หรือ) คือค่าคงที่ที่เพิ่มเข้าไปในอนุพันธ์ผกผันของฟังก์ชันเพื่อบ่งชี้ว่าอินทิกรัลไม่จำกัดของ(กล่าวคือเซตของอนุพันธ์ผกผันทั้งหม...
ต้นทาง
อนุพันธ์ของฟังก์ชันคงที่ใดๆ จะมีค่าเป็นศูนย์ เมื่อเราหาอนุพันธ์ผกผันของฟังก์ชัน ได้แล้ว การบวกหรือลบค่าคงที่ใดๆจะทำให้เราได้อนุพันธ์ผกผันอีกตัวหนึ่ง เพราะ ค่าคงที่ นั้น...
ความสำคัญ
การรวมค่าคงที่ของการอินทิเกรตนั้นจำเป็นในบางกรณี แต่ไม่ใช่ทุกกรณี ตัวอย่างเช่น เมื่อประเมิน อินทิกรัลจำกัด โดยใช้ ทฤษฎีบทพื้นฐานของแคลคูลัส ค่าคงที่ของการอินทิเกรตสามารถละเว้นได้ เนื่องจากมันจะหักล้างกับตัวเองเสมอ