02.11.2012 Views

Basic calculus

Basic calculus

Basic calculus

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

ว30405 คณิตศาสตร์สําหรับฟิสิกส์ - 1 -<br />

คณิตศาสตร์สําหรับฟิสิกส์ (Math for Physics)<br />

ฟังก์ชัน<br />

ฟังก์ชัน เป็นเซตของความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรหนึ่งกับตัวแปรอื่นๆ<br />

กล่าวว่า “ y เป็นฟังก์ชัน<br />

ของ x ” เมื่อมีความสัมพันธ์ระหว่าง<br />

x และ y โดยที่เราสามารถหาค่า<br />

y ได้เมื่อกําหนดค่า<br />

x ให้<br />

2 เช่น y = x + 1 ซึ่งเรียก<br />

y ว่า ตัวแปรตาม<br />

เรียก x ว่า ตัวแปรต้น<br />

ซึ่งเราสามารถเขียน<br />

y ด้วย y(x) หรือ f(x) และจากฟังก์ชันตัวอย่างนี้เราสามารถหาค่าของ<br />

ของตัวแปรตาม ( y ) เมื่อกําหนดค่าของ<br />

ตัวแปรต้น ( x ) ให้ เช่น<br />

2<br />

เมื่อ<br />

x = 1 จะได้ y ( 1)<br />

= 1 + 1 = 2<br />

2<br />

x = 2 จะได้ y ( 2)<br />

= 2 + 1 = 5<br />

2 จากตัวอย่างข้างต้นเรากล่าวได้ว่า ฟังก์ชัน y = x + 1 นี้หาค่าได้ที่<br />

ตําแหน่ง = 1<br />

x และ x = 2<br />

ลิมิตของฟังก์ชัน<br />

กําหนดฟังก์ชัน f(x) = 2x - 1 พิจารณาค่าของ f(x) เมื่อ<br />

x มีค่าเข้าใกล้ 2 โดยพิจารณาจาก<br />

ตารางต่อไปนี้<br />

เมื่อ<br />

x มีค่าเข้าใกล้ 2 ทางซ้ายมือ (x < 2)<br />

x 1.9 1.99 1.999 1.9999 1.99999 1.999999<br />

f(x) 2.8 2.98 2.998 2.9998 2.99998 2.999998<br />

จากตารางจะได้ว่า 2x<br />

−1<br />

= 3<br />

lim<br />

x→2<br />

−<br />

เมื่อ<br />

x มีค่าเข้าใกล้ 2 ทางขวามือ (x > 2)<br />

x 2.1 2.01 2.001 2.0001 2.00001 2.000001<br />

f(x) 3.2 3.02 3.002 3.0002 3.00002 3.000002<br />

จากตารางจะได้ว่า 2x<br />

−1<br />

= 3<br />

lim<br />

x→2<br />

+<br />

จากตารางทั้งสองจะเห็นว่า<br />

เมื่อ<br />

x มีค่าเข้าใกล้ 2 ทางซ้ายหรือทางขวา f(x) จะมีค่าเข้าใกล้ 3<br />

ทั้งสองด้าน<br />

ซึ่งเราสามารถแสดงได้เป็น<br />

lim<br />

x→2<br />

2x<br />

−1<br />

=<br />

3<br />

เรียกว่าฟังก์ชัน f ( x)<br />

= 2x −1<br />

หาลิมิตที่<br />

x เข้าสู่<br />

2 ได้ และจากฟังก์ชัน f ( x)<br />

= 2x −1<br />

นี้<br />

จะเห็นได้ว่า<br />

สามารถหาค่าได้ทุก ค่าของ x<br />

*** ฟังก์ชันบางฟังก์ชันอาจหาค่าไม่ได้ที่ตําแหน่งหนึ่งของตัวแปรต้น<br />

แต่สามารถหาลิมิตได้ที่<br />

ตําแหน่งนั้น<br />

เช่น ( )<br />

( 2x<br />

+ 3)(<br />

x −1)<br />

f x = ซึ่งฟังก์ชันนี้ไม่สามารถหาค่าได้ที่ตําแหน่ง<br />

x = 1แต่สามารถ<br />

( x −1)<br />

หาลิมิตได้ ที่<br />

x มีค่าเข้าใกล้ 1 ดังนี้<br />

เมื่อ<br />

x มีค่าเข้าใกล้ 1 ทางซ้ายมือ (x < 1)<br />

x 0 0.5 0.75 0.99 0.999 0.9999<br />

f(x) 3 4 4.5 4.98 4.998 0.49998


ว30405 คณิตศาสตร์สําหรับฟิสิกส์ - 2 -<br />

จากตารางจะได้ว่า<br />

( 2x<br />

+ 3)(<br />

x −1)<br />

lim = 5<br />

−<br />

x→1<br />

( x −1)<br />

เมื่อ<br />

x มีค่าเข้าใกล้ 1 ทางขวามือ (x > 1)<br />

x 2 1.5 1.1 1.01 1.001 1.0001<br />

f(x) 7 5 5.2 5.02 5.002 5.0002<br />

่ ่<br />

่<br />

จากตารางจะได้ว่า<br />

( 2x<br />

+ 3)(<br />

x −1)<br />

lim = 5<br />

+<br />

x→1<br />

( x −1)<br />

ซึ่งจะเห็นได้ว่า<br />

( 2x<br />

+ 3)(<br />

x −1)<br />

lim+<br />

x→1<br />

( x −1)<br />

=<br />

( 2x<br />

+ 3)(<br />

x −1)<br />

lim−<br />

x→1<br />

( x −1)<br />

ดังนั้น<br />

จะได้<br />

( 2x<br />

+ 3)(<br />

x −1)<br />

lim = 5 หรือฟังก์ชัน ( )<br />

( 2x<br />

+ 3)(<br />

x −1)<br />

f x = หาลิมิตที x เข้าสู 1 ได้<br />

x→1<br />

( x −1)<br />

( x −1)<br />

แต่หาค่าที x=1 หรือ f () 1 ไม่ได้<br />

่<br />

ทฤษฎีบทเกี่ยวกับลิมิต<br />

ถ้า k เป็นค่าคงที และ lim f ( x)<br />

= L , lim g(<br />

x)<br />

= M แล้ว<br />

x→a<br />

x→a<br />

1. lim mx + c = ma + c<br />

x→a<br />

2. lim[ f ( x)<br />

± g(<br />

x)<br />

] = lim f ( x)<br />

± lim g(<br />

x)<br />

x→a x→a<br />

x→a<br />

=<br />

L ± M<br />

3. lim f ( x).<br />

g(<br />

x)<br />

= [ lim f ( x)<br />

] [ lim g(<br />

x)<br />

]<br />

4.<br />

x→a x→a<br />

x→a<br />

= LM<br />

f ( x)<br />

lim<br />

x→a<br />

g(<br />

x)<br />

=<br />

lim f ( x)<br />

x→a<br />

lim g(<br />

x)<br />

x→a<br />

=<br />

L<br />

M<br />

, M ≠ 0<br />

n lim f ( x)<br />

= lim f ( x)<br />

5. n<br />

x→a<br />

x→a<br />

n = L เมื่อ<br />

L > 0 และ<br />

+<br />

n ε I<br />

6. สําหรับ f ( x)<br />

= k,<br />

lim f ( x)<br />

x→a<br />

= lim k = k<br />

x→a<br />

7. lim [ k ± f ( x)<br />

] = lim k ± lim f ( x)<br />

= k ± L<br />

x→a<br />

=<br />

x→a<br />

k ± L<br />

x→a<br />

8. lim kf ( x)<br />

= ( lim f ( x)<br />

) = k lim f ( x)<br />

9.<br />

x→a x→a<br />

x→a<br />

k<br />

lim<br />

x→a<br />

f ( x)<br />

limk<br />

k k<br />

x→a<br />

= = = , L ≠ 0<br />

lim f ( x)<br />

lim f ( x)<br />

L<br />

x→a<br />

x→a


ว30405 คณิตศาสตร์สําหรับฟิสิกส์ - 3 -<br />

ฟังก์ชันต่อเนื่อง<br />

ฟังก์ชัน f ( x)<br />

เป็นฟังก์ชันต่อเนื<br />

1. f ( a)<br />

หาค่าได้<br />

2. lim f ( x)<br />

หาค่าได้<br />

x→a<br />

3. f ( a)<br />

= lim f ( x)<br />

x→a<br />

่องที่<br />

a ก็ต่อเมื่อ<br />

แคลคูลัสเบื้องต้น<br />

แคลคูลัสเป็นการศึกษาอัตราการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรหนึ่งเทียบกับตัวแปรอื่นๆ<br />

อนุพันธ์ (Derivative)<br />

พิจารณากราฟของฟังก์ชัน f<br />

กําหนดให้ จุด P(x, f(x)) และ Q(x+h, f(x+h)) เป็นจุดสองจุดอยู่บนกราฟเส้นโค้ง<br />

ก. แสดงการหาความชันของเส้นตรง PQ ข. แสดงการหาความชันของกราฟเส้นโค้งที่จุด<br />

x<br />

รูปที่<br />

1<br />

QR<br />

จากรูป ที่<br />

1 ก. ความชันของเส้นตรง PQ เท่ากับ ถ้า m เป็นความชันของเส้นตรง PQ จะได้ว่า<br />

PR<br />

f ( x + h)<br />

− f ( x)<br />

m = ซึ่งความชันก็คือ<br />

อัตราการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรตามต่อการเปลี่ยนแปลงของ<br />

h<br />

ตัวแปรต้น นั่นเอง<br />

ซึ่งกรณีนี้ความสัมพันธ์เป็นแบบเชิงเส้น<br />

หากพิจารณาที่กราฟของเส้นโค้ง<br />

ความชันของกราฟที่ตําแหน่งต่างๆ<br />

จะมีค่าไม่เท่ากัน ซึ่งการหา<br />

ความชันที่ตําแหน่งใดๆ<br />

(ความชันที่ตําแหน่งใดๆ<br />

นี้ก็<br />

คือ อัตราการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรตามต่อ<br />

การเปลี่ยนแปลงของตัวแปรต้นที่ตําแหน่งใดๆ)<br />

นี้สามารถทําได้ดังนี้<br />

เช่น ต้องการหาความชันของกราฟ<br />

ที่ตําแหน่ง<br />

x โดยให้ ตําแหน่ง x+h เลื่อนเข้ามาใกล้<br />

ตําแหน่ง x มากๆ (ซึ่งระหว่างตําแหน่ง<br />

x ถึง x+h<br />

จะได้ส่วนเล็กๆ ของเส้นโค้งนี้ซึ่งก็คือเส้นตรง)<br />

และถ้าหากเลื่อนมาจนทําให้<br />

h→ 0 ก็จะประมาณได้ว่า<br />

ตําแหน่งทั้งสองเป็นตําแหน่งเดียวกัน<br />

และถือว่าเป็นตําแหน่งที่เป็นจุดสัมผัสกราฟ<br />

และหากหาความชันก็<br />

จะได้ว่าเป็นความชันของกราฟที่ตําแหน่งนั้น<br />

f ( x + h)<br />

− f ( x)<br />

ดังนั้น<br />

ความชันของกราฟที่ตําแหน่งใด<br />

ๆ เท่ากับ<br />

lim<br />

h→0<br />

h


ว30405 คณิตศาสตร์สําหรับฟิสิกส์ - 4 -<br />

เรียก ความชันที่ตําแหน่งใดๆ<br />

นี้ก็<br />

หรือ อัตราการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรตามต่อการเปลี่ยนแปลงของตัว<br />

แปรต้นที่ตําแหน่งใดๆ<br />

นี้ว่า<br />

“ อนุพันธ์ของฟังก์ชัน f(x) เทียบกับ x ” และสามารถแทนสัญลักษณ์<br />

dy d<br />

, f ( x)<br />

, f ( x)<br />

, Dx<br />

f ( x)<br />

dx dx<br />

′ ดังนั้น<br />

dy<br />

dx<br />

f ( x + h)<br />

− f ( x)<br />

การหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน คือ = lim<br />

h→0<br />

h<br />

ข้อสังเกต เนื่องจากอนุพันธ์เป็นการหาอัตราการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรตามเทียบกับการ<br />

เปลี่ยนแปลงของตัวแปรต้นเมื่อตัวแปรต้นเปลี่ยนไปน้อยมากๆ<br />

ด้วยเหตุนี้ค่าของตัวแปรตามจะต้อง<br />

เป็นไปได้ทุกๆ ค่าของตัวแปรตาม ดังนั้น<br />

การหาอนุพันธ์ต้องใช้กับฟังก์ชั่นที่ต่อเนื่องเท่านั้น<br />

สมบัติพื้นฐานการหาอนุพันธ์<br />

เมื่อ<br />

c และ n เป็นค่าคงที่<br />

และ u และ v เป็นฟังก์ชันของ x<br />

d d<br />

1. ( cu)<br />

= c ( u)<br />

dx dx<br />

d<br />

d d<br />

u + v + ... = ( u)<br />

+ ( v)<br />

+<br />

dx<br />

dx dx<br />

d d d<br />

( uv)<br />

= u ( v)<br />

+ v<br />

dx dx dx<br />

d d<br />

v ( u)<br />

− u ( v)<br />

d ⎛ u ⎞<br />

⎜ ⎟ = dx dx ,<br />

2<br />

dx ⎝ v ⎠ v<br />

d 1<br />

f x =<br />

dx dx<br />

df ( x)<br />

dy dy du<br />

= . ; เมื<br />

dx du dx<br />

2. ( ) ....<br />

3. u<br />

4. v<br />

5. ( )<br />

6.<br />

สูตรการหาอนุพันธ์พื้นฐาน<br />

d<br />

1. ( c)<br />

= 0<br />

n n−1<br />

3. ( x ) = nx<br />

≠ 0<br />

่อ y(u(x)) เรียกว่า “ กฎลูกโซ่ ”<br />

5. ( sin u)<br />

= cos u<br />

6. ( )<br />

7. ( tan u)<br />

= sec<br />

8. ( )<br />

9. ( sec u)<br />

= sec u tan u<br />

10. ( )<br />

11.<br />

dx<br />

d<br />

2. ( x)<br />

= 1<br />

dx<br />

d<br />

dx<br />

d n n−1<br />

d<br />

4. ( u ) = nu ( u)<br />

dx<br />

dx<br />

d<br />

dx<br />

du<br />

dx<br />

d<br />

dx<br />

cosu du<br />

= −sin<br />

u<br />

dx<br />

d<br />

dx<br />

2 du<br />

u<br />

dx<br />

d<br />

dx<br />

cot u<br />

2 du<br />

= −csc<br />

u<br />

dx<br />

d<br />

dx<br />

du<br />

dx<br />

d<br />

dx<br />

cscu = −csc<br />

u cot u<br />

d u u<br />

e = e<br />

dx<br />

du<br />

dx<br />

d 1 du<br />

12. ln( u)<br />

=<br />

dx u dx<br />

du<br />

dx


ว30405 คณิตศาสตร์สําหรับฟิสิกส์ - 5 -<br />

2<br />

ตัวอย่างที่<br />

1 จงหาความชันของกราฟพาราโบลา y = 5x ที่ตําแหน่งใดๆ<br />

และที่ตําแหน่ง<br />

x =2<br />

วิธีทํา<br />

ความชันที่ตําแหน่งใดๆ<br />

(หมายถึงที่ตําแหน่ง<br />

x ใดๆ นั่นเอง)<br />

ซึ่งก็<br />

คือ อนุพันธ์ของฟังก์ชัน f(x)<br />

dy d 2 d 2<br />

เทียบกับ x = ( 5x<br />

) = 5 x = 10x<br />

***<br />

dx<br />

dx<br />

ความชันของกราฟที่ตําแหน่ง<br />

x =2 (แทน x = 2 ในความชันตําแหน่งใดๆ) จะได้ ความชัน<br />

เท่ากับ (10)(2) = 20 ***<br />

ตัวอย่างที่<br />

2 หากรถคันวิ่งไปบนถนนทางตรงโดยมีระยะทางที่วิ่งไป<br />

( s) เป็นฟังก์ชันของเวลา () t<br />

2<br />

ดังสมการ s = 10t + 2t<br />

เมตร และ t มีหน่วยเป็น วินาที จงหาอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงระยะทางต่อ<br />

การเปลี่ยนแปลงของเวลา<br />

(ซึ่งก็คือ<br />

อัตราเร็ว) ที่เวลาใดๆ<br />

และที่เวลาวินาทีที่<br />

5<br />

วิธีทํา<br />

อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงระยะทางต่อการเปลี่ยนแปลงของเวลา<br />

ที่เวลาใดๆก็<br />

คือ อนุพันธ์ของ<br />

ฟังก์ชัน s () t เทียบกับ t<br />

ds<br />

dt<br />

d<br />

dt<br />

dx<br />

2 ( 10t<br />

+ 2t<br />

) = 10 + 4t<br />

= เมตร/วินาที ***<br />

อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงระยะทางต่อการเปลี่ยนแปลงของเวลา<br />

ที่เวลาวินาทีที่<br />

5 ( t = 5 )<br />

จะได้ อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงระยะทางต่อการเปลี่ยนแปลงของเวลา<br />

หรือ อัตราเร็ว เท่ากับ<br />

10 + 4()<br />

5 = 50 เมตร/วินาที ***<br />

ปฏิยานุพันธ์ (Integral)<br />

d<br />

ปฏิยานุพันธ์ เป็นการกระทําตรงกันข้ามกับอนุพันธ์ ซึ่งถ้า<br />

f ( x)<br />

= g(<br />

x)<br />

แล้วเราสามารถ<br />

dx<br />

หาฟังก์ชัน f ( x)<br />

โดยการหารปฏิยานุพันธ์ของ g ( x)<br />

เขียนแทนด้วย<br />

∫ g(<br />

x)dx<br />

ซึ่งบางครั้งอาจเรียกว่า<br />

อินทิกรัลแบบไม่จํากัดเขตของ g ( x)<br />

แต่เนื่องจาก<br />

การหาอนุพันธ์<br />

d<br />

ของค่าคงที่<br />

ได้เท่ากับ ศูนย์ c = 0 ดังนั้นเมื่อทําการหาอินทิกรัลแบบไม่จํากัดเขต<br />

ผลลัพธ์ที่ได้<br />

dx<br />

จะต้องบวกค่าคงที่เสมอ<br />

เช่น<br />

2<br />

กําหนดให้ f ( x)<br />

= x + 5 จะได้ อนุพันธ์ของฟังก์ชัน f1 ( x)<br />

เท่ากับ<br />

1<br />

2 ( x 5)<br />

= 2x<br />

d<br />

dx<br />

2 x<br />

2<br />

= x +<br />

d<br />

dx<br />

2<br />

x 1 = 2<br />

x<br />

+ แสดงว่า g ( x)<br />

2x<br />

1 =<br />

หรือกําหนดให้ f ( ) 1 จะได้ อนุพันธ์ของฟังก์ชัน f2 ( x)<br />

เท่ากับ<br />

( ) x<br />

+ แสดงว่า g ( x)<br />

2x<br />

2 =<br />

จะเห็นว่าอนุพันธ์ของฟังก์ชัน f1 ( ) และ f2 ( x)<br />

ต่างก็เท่ากับ 2 x<br />

2<br />

ดังนั้นเมื่อทําการหาปฏิยานุพันธ์ของ<br />

2 x จะได้ว่า 2 x dx = x + c เมื่อ<br />

c เป็นค่าคงที่และ<br />

สามารถหาได้โดยต้องกําหนดเงื่อนไขเริ่มต้น<br />

(Initial conditions) มาให้ ดังนั้น<br />

ถ้า f ( x)<br />

= g(<br />

x)<br />

dx<br />

แล้ว อินทิกรัลแบบไม่จํากัดเขต ของ g ( x)<br />

จะได้<br />

∫<br />

g ( x)<br />

dx = f ( x)<br />

+ c<br />

∫<br />

d


ว30405 คณิตศาสตร์สําหรับฟิสิกส์ - 6 -<br />

นอกจากนี้<br />

ถ้า f ( x)<br />

มีความต่อเนื่องใน<br />

a ≤ x ≤ b แล้วยังสามารถหา อินทิกรัลแบบจํากัดเขต ของ<br />

g ( x)<br />

ได้ดังนี้<br />

b<br />

b<br />

( x)<br />

dx = f ( x)<br />

= f ( b)<br />

− f ( a)<br />

∫ g<br />

a<br />

a<br />

จะสังเกตเห็นว่า อินทิกรัลแบบไม่จํากัดเขต ไม่ต้องใส่ค่าคงที่<br />

เพราะค่าคงที่จะตัดกันไปจาก<br />

( b)<br />

f ( a)<br />

f −<br />

อินทิกรัลจํากัดเขต (The Definite Integral)<br />

พื้นที่ใต้เส้นโค้ง<br />

สมมติให้ y = f (x)<br />

เป็นฟังก์ชันต่อเนื่อง<br />

ให้ A แทนพื้นที่ของรูป<br />

CMPD<br />

เมื่อ<br />

x เพิ่มขึ้น<br />

∆ x, A จะเพิ่มขึ้น<br />

∆ A (คือพื้นที่รูป<br />

MNQP)<br />

จากรูปจะได้ พื้นที่<br />

MNRP < พื้นที่รูป<br />

MNQP < MNQS<br />

MP. ∆ x < ∆ A < NQ. ∆ x<br />

∆A<br />

MP < < NQ (หารด้วย ∆ x ≠ 0)<br />

∆x<br />

ถ้าให้ ∆ x เข้าสู่ศูนย์<br />

(∆ x → 0) แล้ว NQ จะเข้าใกล้ MP<br />

เมื่อ<br />

y เป็นฟังก์ชันต่อเนื่องของ<br />

x จะได้<br />

จากหลัก differential <strong>calculus</strong><br />

dA = d(<br />

A + c)<br />

dA<br />

= MP<br />

dx<br />

dA<br />

= y<br />

dx<br />

dA = ydx<br />

( MP = y)<br />

A เป็นพื้นที่ใต้เส้นโค้ง<br />

และเป็นฟังก์ชันของ x และ C เป็นค่าคงที่<br />

∫ dA A + c<br />

dA =<br />

= 1<br />

แต่ ydx<br />

ดังนั้น<br />

∫ ydx<br />

= A + c1


ว30405 คณิตศาสตร์สําหรับฟิสิกส์ - 7 -<br />

่<br />

่<br />

A = ∫ ydx + c ( c = −c1)<br />

เนื่องจาก<br />

A เป็นพื้นที่จํากัด<br />

ดังนั้น<br />

C มีค่าจํากัด<br />

สมมติให้ ∫ ydx = g(x)<br />

จะได้ A = g(<br />

x)<br />

+ c<br />

ที่จุด<br />

x = a, พื้นที<br />

A = 0 จะได้ 0 = g a)<br />

+ c<br />

ที่จุด<br />

x = b, พื้นที<br />

A = A จะได้ A = g b)<br />

+ c<br />

ดังนั้น<br />

c = −g(<br />

a)<br />

= A − g(<br />

b)<br />

นั่นคือ<br />

A = g(<br />

b)<br />

− g(<br />

a)<br />

เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ A = g(x)<br />

⎜ b<br />

a<br />

หรือ A<br />

b<br />

ydx = g(<br />

b)<br />

− g(<br />

a)<br />

คุณสมบัติเกี<br />

b<br />

่ยวกับ ∫<br />

a<br />

b<br />

ydx<br />

1. ∫ ∫ − = ydx<br />

a<br />

a<br />

2. ∫ =<br />

a<br />

b<br />

ydx 0<br />

a<br />

b<br />

ydx<br />

= ∫<br />

a<br />

( หรือ c = −g(a)<br />

( หรือ c = A − g(b)<br />

3. ∫ ydx = ∫ ydx + ∫ ydx เมื่อ<br />

a, b, c คือ จุดใดๆ ในช่วงการอินทิเกรต<br />

a<br />

c<br />

a<br />

่<br />

สมบัติพื้นฐานการหาปฏิยานุพันธ์<br />

เมื่อ<br />

c เป็นค่าคงที f ( x)<br />

และ g ( x)<br />

เป็นฟังก์ชันของ x<br />

1.<br />

d ( g(<br />

x)<br />

dx)<br />

dx ∫ = g(<br />

x)<br />

2. ∫ cg( x)<br />

dx = c∫<br />

g(<br />

x)dx<br />

3. ( ( x)<br />

g ( x)<br />

) dx = g ( x)<br />

dx ± g ( x)<br />

∫<br />

b<br />

c<br />

∫ 1 ∫<br />

g1 2<br />

2<br />

สูตรพื้นฐานของการหาปฏิยานุพันธ์<br />

1. n<br />

u du =<br />

n+<br />

1<br />

u<br />

+ c<br />

± dx<br />

∫ n + 1<br />

−1<br />

u du = lnu<br />

+ c<br />

2. ∫<br />

3. u<br />

∫ a du =<br />

u<br />

a<br />

+ c<br />

ln a<br />

4. u<br />

∫ e du =<br />

u<br />

e + c<br />

5. ∫ sin u du − cos<br />

6. ∫ cos<br />

u du sin u<br />

= u + c<br />

= + c


ว30405 คณิตศาสตร์สําหรับฟิสิกส์ - 8 -<br />

ความหมายเชิงกายภาพของปฏิยานุพันธ์<br />

การหาพื้นที่ใต้กราฟ<br />

( A ) ของสมการ<br />

2<br />

y = x ในช่วง 1 ≤ 2<br />

≤ x ดังรูปที<br />

ก. ข.<br />

รูปที่<br />

2<br />

สามารถทําได้โดยแบ่งพื้นที่ที่ต้องการหาเป็นสี่เหลี่ยมเล็กโดยมีความกว้างเป็น<br />

∆x เท่าๆ กัน ดังรูปที่<br />

2ข.<br />

หากในพื้นที่ที่ต้องการหานี้ถูกแบ่งเป็นจํานวน<br />

n รูป ซึ่งความสูงของรูปสี่เหลี่ยมแต่ละรูปนี้จะขึ้นกับค่าของ<br />

2<br />

x พื้นที่ใต้กราฟใต้กราฟของสมการ<br />

y = x ในช่วง 1≤ x ≤ 2 คือ ผลรวมของพื้นที่สี่เหลี่ยมทั้งหมด<br />

จํานวน n รูปนั่นเอง<br />

สามารถเขียนแทนสมการได้เป็น<br />

A<br />

=<br />

y ∆x<br />

+ y ∆x<br />

+<br />

1 2 ...<br />

+ y ∆x<br />

n<br />

=<br />

n<br />

∑<br />

i=<br />

1<br />

y ∆x<br />

ซึ่งวิธีนี้จะเป็นเพียงการคํานวณโดยประมาณเท่านั้น<br />

เพราะการสร้างสี่เหลี่ยมจะต้องมีส่วนที่เกินจากกราฟ<br />

เท่าๆกับส่วนที่หายไป<br />

และจะเห็นได้ว่าหากเราแบ่งพื้นที่นี้ออกเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้านี้เล็กมากเท่าไร<br />

ความ<br />

แม่นยําในการหาพื้นที่ใต้กราฟนี้ก็จะยิ่งมากขึ้น<br />

ดังนั้น<br />

หากแบ่งให้สี่เหลี่ยมผืนผ้านี้เล็กมากๆ<br />

จน ∆x → 0<br />

( n → ∞ ) จะได้ว่า<br />

A<br />

=<br />

= ∫<br />

lim<br />

1<br />

n<br />

∑<br />

y ∆x<br />

=<br />

3<br />

x 2<br />

3 1<br />

2<br />

∫<br />

y(<br />

x)dx<br />

3 3<br />

2 1<br />

−<br />

3 3<br />

7<br />

3<br />

i<br />

่ 2ก.<br />

∆x→0<br />

i=<br />

1<br />

i<br />

1<br />

2<br />

2<br />

x dx = = =<br />

***<br />

สังเกตได้ว่าเมื่อให้<br />

∆x → 0 ( n → ∞ ) เราจะแทน ∆x ด้วย dx และ lim ∑ แทนด้วย<br />

∆x→0<br />

∫<br />

i=<br />

1<br />

1<br />

(ซึ่งเป็นสัญลักษณ์แทนการรวมสิ่งที่มีความต่อเนื่องเข้าด้วยกัน)<br />

และ y i ซึ่งเป็นค่าของความสูงจะ<br />

แทนด้วย y ( x)<br />

เพราะเป็นฟังก์ชันของค่า x มีค่าขึ้นกับค่าของ<br />

x ในแต่ละตําแหน่ง<br />

ดังนั้น<br />

สรุปได้ว่า<br />

b<br />

พื้นที่ใต้กราฟ<br />

f ( x)<br />

ในช่วง a ≤ x ≤ bจะเท่ากับ<br />

∫<br />

f ( x)dx<br />

a<br />

n<br />

2


ว30405 คณิตศาสตร์สําหรับฟิสิกส์ - 9 -<br />

ตัวอย่างที่<br />

3 จงหาพื้นที่ใต้กราฟ<br />

y = x ในช่วง 1≤ x ≤ 3<br />

วิธีทํา<br />

3<br />

2<br />

2 2<br />

x 3 3 1<br />

A = ∫ xdx = = − = 4<br />

***<br />

2 1 2 2<br />

1<br />

ตัวอย่างที่<br />

4 รถคันหนึ่งเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วตามสมการ<br />

v( t)<br />

= 10 + 10t<br />

เมตร/วินาที จงหา<br />

ระยะทางที่รถคันนี้เคลื่อนที่ได้<br />

() s เมื่อเวลาผ่านไป<br />

10 วินาที (อัตราเร็วเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลง<br />

ds<br />

ของระยะทางในหนึ่งหน่วยเวลา,<br />

v = )<br />

dt<br />

ds<br />

dt<br />

=<br />

วิธีทํา จาก v = จะได้ s = ∫ v dt<br />

หาระยะทางที่รถเคลื่อนที่จาก<br />

t 0 วินาที ถึง t = 10 วินาที ดังนั้น<br />

s<br />

10<br />

2 ⎛ 10t<br />

⎞10<br />

( 10 + 10t)<br />

dt = ⎜10t<br />

+ ⎟<br />

= ∫<br />

⎜<br />

0<br />

⎝<br />

⎛ 10⋅10<br />

= ⎜<br />

⎜10⋅10<br />

+<br />

⎝ 2<br />

= 600 เมตร<br />

2<br />

2 ⎟<br />

⎠ 0<br />

⎞ ⎛ 10⋅<br />

0<br />

⎟ − ⎜<br />

⎜10⋅<br />

0 +<br />

⎠ ⎝ 2<br />

ดังนั้นจะได้ระยะทางที่รถเคลื่อนที่ได้เมื่อเวลาผ่านไป<br />

10 วินาที เท่ากับ 600 เมตร ***<br />

2<br />

⎟ ⎞<br />

⎠<br />

********

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!