Le të jetë dhënë funksioni f(x,t), i përcaktuar për (x,t) në një zonë të planit.
Nëse, për çdo t në një bashkësi T, ekziston integralicq(t) = ∫[a,b] f(x,t) dx
atëherë q(t) quhet funksion integral parametrik, ndërsa t quhet parametër.
Të llogaritet integrali φ(t) = ∫[0,1] x^t dx
Për t ≠ -1, marrim φ(t) = [x^(t+1)/(t+1)] nga 0 në 1
φ(t) = 1/(t+1)
Pra, φ(t) = 1/(t+1), për t > -1.
Zgjidhja
TEOREMA E VAZHDUESHMËRISË
Teoremë: Nëse funksioni f(x,t) është i vazhdueshëm në drejtkëndëshin [a,b] × [α,β], atëherë funksioni:
q(t) = ∫[a,b] f(x,t) dx
është i vazhdueshëm në intervalin [α,β].
Vërtetimi:
Meqenëse f(x,t) është i vazhdueshëm në një zonë të mbyllur dhe të kufizuar, ai është edhe njëtrajtësisht i vazhdueshëm.
Për çdo ε > 0, ekziston një δ > 0, e tillë që, kur |t - t’| < δ, kemi:
|f(x,t) - f(x,t’)| < ε/(b-a)
Për funksionin integral parametrik kemi:
q(t) - q(t’) = ∫[a,b] [f(x,t) - f(x,t’)] dx
Prandaj:
|q(t) - q(t’)| ≤ ∫[a,b] |f(x,t) - f(x,t’)| dx
|q(t) - q(t’)| < ∫[a,b] ε/(b-a) dx
|q(t) - q(t’)| < ε
Pra, për çdo ε > 0, ekziston një δ > 0, e tillë që:
|t - t’| < δ sjell |q(t) - q(t’)| < ε.
Kjo provon se q(t) është njëtrajtësisht i vazhdueshëm dhe, rrjedhimisht, i vazhdueshëm në [α,β].
4. TEOREMA E DERIVUESHMËRISË
Teoremë: Nëse funksionet f(x,t) dhe derivati i pjesshëm ∂f(x,t)/∂t janë të vazhdueshëm në [a,b] × [α,β], atëherë funksioni:
q(t) = ∫[a,b] f(x,t) dx është i derivueshëm dhe derivati i tij jepet nga formula:
q’(t) = ∫[a,b] ∂f(x,t)/∂t dx
Pra, derivimi mund të kryhet brenda shenjës së integralit.
Vërtetimi Marrim një pikë të çfarëdoshme t₀ në [α,β] dhe përcaktojmë funksionin:
h(x,t) = [f(x,t) - f(x,t₀)]/(t - t₀), për t ≠ t₀
h(x,t₀) = ∂f(x,t₀)/∂t
Nga kushtet e teoremës, funksioni h(x,t) është i vazhdueshëm.
Përcaktojmë: A(t) = ∫[a,b] h(x,t) dx
Sipas teoremës së vazhdueshmërisë së integralit parametrik, A(t) është i vazhdueshëm në t₀.
Për t ≠ t₀, kemi:
A(t) = ∫[a,b] [f(x,t) - f(x,t₀)]/(t - t₀) dx
A(t) = [q(t) - q(t₀)]/(t - t₀)
Duke kaluar në kufi për t → t₀, marrim:
q’(t₀) = lim(t→t₀) [q(t) - q(t₀)]/(t - t₀)
q’(t₀) = A(t₀)
Prandaj q’(t₀) = ∫[a,b] ∂f(x,t₀)/∂t dx
Meqenëse t₀ është pikë e çfarëdoshme, përfundimisht kemi:
q’(t) = ∫[a,b] ∂f(x,t)/∂t dx
5. TEOREMA E INTEGRUESHMËRISË
Teoremë: Nëse f(x,t) është i vazhdueshëm në drejtkëndëshin [a,b] × [α,β], atëherë funksioni:
q(t) = ∫[a,b] f(x,t) dx
është i integrueshëm dhe vlen barazimi:
∫[α,β] (∫[a,b] f(x,t) dx) dt
∫[a,b] (∫[α,β] f(x,t) dt) dx
Ky barazim tregon se, nën kushtet e teoremës, mund të ndërrohet rendi i integrimit.
Vërtetimi:
Përcaktojmë funksionet:
F(u) = ∫[α,u] (∫[a,b] f(x,t) dx) dt
G(u) = ∫[a,b] (∫[α,u] f(x,t) dt) dx
Për u = α, kemi:
F(α) = G(α) = 0
Duke zbatuar teoremën themelore të analizës matematike, marrim:
F’(u) = ∫[a,b] f(x,u) dx
Nga teorema e derivimit të integralit parametrik, marrim:
G’(u) = ∫[a,b] f(x,u) d
F’(u) = G’(u)
Meqenëse F(α) = G(α) = 0 dhe derivatet e tyre janë të barabartë, përfundojmë se:
F(u) = G(u)
Duke vendosur u = β, marrim:
∫[α,β] (∫[a,b] f(x,t) dx) dt
∫[a,b] (∫[α,β] f(x,t) dt) dx
Kështu vërtetohet teorema.
Integralët parametrikë studiohen nëpërmjet tri vetive kryesore: vazhdueshmërisë, derivueshmërisë dhe integrueshmërisë së funksionit integral parametrik.