Integración
Método del punto medio
El procedimiento numérico que vamos a utilizar para obtener la integral definida va a ser el del 'punto medio'.
Vamos a aproximar la integral definida , sumando las áreas de cada uno de los rectángulos.
El área del rectángulo de la figura es f(xm)(xi+1-xi)= f(xm)Δxi, donde xm es el punto medio
Para ello definimos la función
function suma = Integral( f, x ) suma=0; for i=1:length(x)-1 xm=(x(i+1)+x(i))/2; suma=suma+f(xm)*(x(i+1)-x(i)); end end
Ejemplos
>> f=@(x) x; >> x=linspace(0,1,30); >> Integral(f,x) ans = 0.5000
Alternativamente
>> x=0:0.01:1; >> suma=Integral(f,x) suma = 0.5000
>> f=@(x) sin(x); >> x=linspace(0,pi/2,100); >> Integral(f,x) ans = 1.0000
Alternativamente
>> f=@(x) sin(x); >> x=0:0.1:pi/2; >> format long >> suma=Integral(f,x) suma = 0.929650104125955
>> x=0:0.0001:pi/2; >> suma=Integral(f,x) suma = 0.999903673621882
>> x=0:1e-6:pi/2; >> suma=Integral(f,x) suma = 0.999999673205143
>> x=0:1e-8:pi/2; >> x=0:1e-8:pi/2; suma=Integral(f,x) suma = 0.999999993205169
Integración numérica con funciones MATLAB
La función
q=integral(function, a, b);
NOTA.- L a
>> f=@(x) sin(x); >> q=integral(f,0,pi/2) q = 1.0000
>> f=@(x) sqrt(25-x.^2); %Importante el . >> q=integral(f,-5,5) q = 39.2699
Con la calculadora, 25π/2=39,26990817
Ejercicios
>> f=@(x) x.^2-2*x+3; >> q=integral(f,1,2) q = 2.3333
Con el procedimiento del punto medio
>> f=@(x) x^2-2*x+3; >> x=linspace(1,2,200); >> Integral(f,x) ans = 2.3333
>> f=@(x) sqrt(2*x)+nthroot(x,3); >> q=integral(f,0,8) q = 33.3333
Con el procedimiento del punto medio
>> f=@(x) sqrt(2*x)+nthroot(x,3); >> x=linspace(0,8,300); >> Integral(f,x) ans = 33.3342
>> x=linspace(0,8,3000); >> Integral(f,x) ans = 33.3334
>> x=linspace(0,8,30000); >> Integral(f,x) ans = 33.3333
>> x=0:0.0001:8; >> suma=Integral(f,x) suma = 33.3333
>> f=@(x) (1+sqrt(x))./x.^2; >> q=integral(f,1,4) q = 1.7500
Con el procedimiento del punto medio
>> f=@(x) (1+sqrt(x))/x^2; >> x=linspace(1,4,1000); >> Integral(f,x) ans = 1.7500
>> f=@(x) (1+sqrt(x))/x^2; >> x=1:0.0001:4; >> suma=Integral(f,x) suma = 1.7500
>> f=@(x) sqrt(x-2); >> q=integral(f,2,6) q = 5.3333
Con el procedimiento del punto medio
>> f=@(x) sqrt(x-2); >> x=linspace(2,6,1000); >> Integral(f,x) ans = 5.3333
>> f=@(x) 1./ sqrt(25+3*x); >> q=integral(f,0,-3) q = -0.6667
Con el procedimiento del punto medio
>> f=@(x) 1/ sqrt(25+3*x); >> x=linspace(0,-3,1000); >> Integral(f,x) ans = -0.6667
>> f=@(x) 1./ (x.^2-1); >> q=integral(f,-2,-3) q = -0.2027
Con el procedimiento del punto medio
>> f=@(x) 1/ (x^2-1); >> x=linspace(-2,-3,1000); >> Integral(f,x) ans = -0.2027
>> f=@(x) x./(x.^2+3*x+2); >> q=integral(f,0,1) q = 0.1178
Con el procedimiento del punto medio
>> f=@(x) x/(x^2+3*x+2); >> x=linspace(0,1,1000); >> Integral(f,x) ans = 0.1178
>> f=@(x) x.^5./(x+2); >> q=integral(f,-1,1) q = -0.0889
Con el procedimiento del punto medio
>> f=@(x) x^5/(x+2); >> x=linspace(-1,1,1000); >> Integral(f,x) ans = -0.0889
>> f=@(x) (x.^2+4*x+5).^(-1); >> a=integral(f,0,1) a = 0.1419
Con el procedimiento del punto medio
>> x=linspace(0,1,200); >> suma=Integral(f,x) suma = 0.1419
>> f=@(x) 1./(cos(x)).^2; >> q=integral(f,pi/6,pi/4) q = 0.4226
Con el procedimiento del punto medio
>> f=@(x) 1/(cos(x))^2; >> x=linspace(pi/6,pi/4,1000); >> Integral(f,x) ans = 0.4226
>> f=@(x) sin(log(x))./x; >> a=integral(f,1,exp(1)) a = 0.4597
Con el procedimiento del punto medio
>> x=linspace(1,exp(1),100); >> suma=Integral(f,x) suma = 0.4597
Integrales indefinidas con simbólico
>> syms x >> y=((13+log(x))^(1/6))/x; >> a=int(y) a = (6*(log(x) + 13)^(7/6))/7 >> b=diff(a) b =(log(x) + 13)^(1/6)/x
>> y=(x^2-4*x+3)^-1*(x+5)^-1; >> z=int(y) z =log(x - 3)/16 - log(x - 1)/12 + log(x + 5)/48. >> diff(z) ans =1/(16*(x - 3)) - 1/(12*(x - 1)) + 1/(48*(x + 5)) >> simplify(ans) ans =1/((x - 1)*(x - 3)*(x + 5))
>> y=(x-1)^-1*(x-2)^-1*(x+4)^-1; >> z=int(y) z =log(x - 2)/6 - log(x - 1)/5 + log(x + 4)/3 >> y=diff(z) y = 1/(6*(x - 2)) - 1/(5*(x - 1)) + 1/(30*(x + 4)) >> simplify(y) ans =1/((x - 1)*(x - 2)*(x + 4))
>> y=5*x^4/(x^3-5*x^2+4*x); z=int(y) z = 25*x - (5*log(x - 1))/3 + (320*log(x - 4))/3 + (5*x^2)/2 >> y=diff(z) y =5*x - 5/(3*(x - 1)) + 320/(3*(x - 4)) + 25 >> simplify(y) ans = (5*x^3)/(x^2 - 5*x + 4)
>> y=(2*x^2+1)/(x^3-6*x^2+11*x-6); >> z=int(y) z = (3*log(x - 1))/2 - 9*log(x - 2) + (19*log(x - 3))/2 >> y=diff(z) y =3/(2*(x - 1)) - 9/(x - 2) + 19/(2*(x - 3))
>> y=(3*x^2-x+1)^-1; >> z=int(y) z = (2*11^(1/2)*atan((11^(1/2)*(6*x - 1))/11))/11 >> diff(z) ans =12/(11*((6*x - 1)^2/11 + 1))
>> y=x/(x^2-7*x+13); >> z=int(y) z = log(x^2 - 7*x + 13)/2 + (7*3^(1/2)*atan((2*3^(1/2)*x)/3 - (7*3^(1/2))/3))/3 >> simplify(z) ans =log(x^2 - 7*x + 13)/2 + (7*3^(1/2)*atan(3^(1/2)*((2*x)/3 - 7/3)))/3 >> y=diff(ans) y =(2*x - 7)/(2*(x^2 - 7*x + 13)) + 14/(3*(3*((2*x)/3 - 7/3)^2 + 1)) >> simplify(y) ans = x/(x^2 - 7*x + 13)
>> y=x^4/(x^4-1); >> z=int(y) z = x - atan(x)/2 - atanh(x)/2 >> y=diff(z) y =1/(2*(x^2 - 1)) - 1/(2*(x^2 + 1)) + 1 >> simplify(y) ans =x^4/(x^4 - 1)
>> y=(x^3+x^2+x+3)/((x^2+1)*(x^2+3)); >> z=int(y) z = log(x^2 + 3)/2 + atan(x) >> y=diff(z) y =x/(x^2 + 3) + 1/(x^2 + 1)
>> y=1/(x^3+1); >> z=int(y) z =log(x + 1)/3 - log((x - 1/2)^2 + 3/4)/6 + (3^(1/2)*atan((2*3^(1/2)*(x - 1/2))/3))/3 >> y=diff(z) y = 1/(3*(x + 1)) + 2/(3*((4*(x - 1/2)^2)/3 + 1)) - (2*x - 1)/(6*((x - 1/2)^2 + 3/4)) >> simplify(y) ans = 1/(x^3 + 1)
>> y=(sin(x))^4; >> z=int(y) z =(3*x)/8 - sin(2*x)/4 + sin(4*x)/32 >> y=diff(z) y = cos(4*x)/8 - cos(2*x)/2 + 3/8 >> simplify(y) ans = (cos(2*x) - 1)^2/4 >> expand(ans) ans = cos(x)^4 - 2*cos(x)^2 + 1 >> simplify(ans) ans =(cos(x)^2 - 1)^2 =(-sin(x)^2)^2=sin(x)^4
>> y=sqrt(1-x^2); >> z=int(y) z = asin(x)/2 + (x*(1 - x^2)^(1/2))/2 >> y=diff(z) y = 1/(2*(1 - x^2)^(1/2)) - x^2/(2*(1 - x^2)^(1/2)) + (1 - x^2)^(1/2)/2 >> simplify(y) ans = (1 - x^2)^(1/2)
>> y=sqrt(x^2+6*x-7); >> z=int(y) z =(x/2 + 3/2)*(x^2 + 6*x - 7)^(1/2) - 8*log(x + (x^2 + 6*x - 7)^(1/2) + 3) >> y=diff(z) y =(x^2 + 6*x - 7)^(1/2)/2 - (8*((2*x + 6)/(2*(x^2 + 6*x - 7)^(1/2)) + 1)) /(x + (x^2 + 6*x - 7)^(1/2) + 3) + ((2*x + 6)*(x/2 + 3/2)) /(2*(x^2 + 6*x - 7)^(1/2)) >> simplify(y) ans =(x^2 + 6*x - 7)^(1/2)
>> y=x*atan((x^2+9)/9); >> z=int(y) z = (9*atan(x^2/9 + 1))/2 - (9*log(x^4 + 18*x^2 + 162))/4 + (x^2*atan(x^2/9 + 1))/2 >> y=diff(z) y = x/((x^2/9 + 1)^2 + 1) - (9*(4*x^3 + 36*x))/(4*(x^4 + 18*x^2 + 162)) + x*atan(x^2/9 + 1) + x^3/(9*((x^2/9 + 1)^2 + 1)) >> simplify(y) ans = x*atan(x^2/9 + 1)