Integrazione per parti

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In matematica, il metodo di integrazione per parti è una delle principali procedure di risoluzione di integrali. Se un integrando è scomponibile nel prodotto di due funzioni, il metodo permette di calcolare l'integrale in termini di un altro integrale il cui integrando sia il prodotto della derivata di una funzione e della primitiva dell'altra.

Il metodo[modifica | modifica wikitesto]

Siano e due funzioni continue e derivabili in . La derivata del prodotto delle due funzioni è pari a:[1]

Applicando ora l'operatore integrale ad entrambi i membri dell'equazione si ottiene:

(Attenzione: abbiamo tacitamente supposto che gli integrali al secondo membro dell'equazione esistano).

Per il teorema fondamentale del calcolo integrale si ha che:[2]

quindi per risolvere un integrale possiamo sfruttarla nella seguente forma:

La forza di questo metodo risiede nella capacità di individuare, fra le due funzioni e , quella più facilmente derivabile/integrabile in maniera da poterla utilizzare per eliminare la difficoltà di integrazione insorta. La funzione è detto fattore differenziale, mentre è chiamato fattore finito.[3]

Volendo applicare il procedimento appena eseguito su un intervallo di integrazione si ottiene:

cioè:

Esempi[modifica | modifica wikitesto]

  • Vogliamo svolgere per parti:

Poniamo e nell'espressione:

ottenendo:

  • Vogliamo risolvere per parti:

Poniamo e nell'espressione, come in precedenza:

cioè:

Formule ricorsive di integrazione[modifica | modifica wikitesto]

Alcuni integrali possono essere risolti con il metodo di integrazione per parti in modo iterativo. Ad esempio:

Usando il metodo di integrazione per parti:

Dunque:

quindi abbiamo ottenuto che:

A questo punto possiamo calcolare tutti gli integrali di questo tipo:

Più dimensioni[modifica | modifica wikitesto]

La formula dell'integrazione per parti può essere estesa a funzioni di più variabili. Al posto di un intervallo si integra su un insieme n-dimensionale. Inoltre, si sostituisce alla derivata la derivata parziale.[4]

Nello specifico, sia Ω un sottoinsieme aperto limitato di con un bordo ∂Ω. Se u e v sono due funzioni differenziabili con continuità sulla chiusura di Ω, allora la formula di integrazione per parti è:

dove è la normale alla superficie unitaria uscente da ∂Ω, νi è la sua i-esima componente, con i che va da 1 a n. Sostituendo v nella formula precedente con vi e sommando su i si ottiene la formula vettoriale:

dove v è una funzione a valori vettoriali con componenti vi.

Ponendo u uguale alla funzione costante 1 nella formula precedente si ottiene il teorema della divergenza. Con dove , si ottiene:

che è la prima identità di Green.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Massimo Bergamini, Anna Trifone, Graziella Barozzi, Corso Base Blu di Matematica-Volume 5, Zanichelli, 2009, ISBN 978-88-08-03933-0. p.W12
  2. ^ Carla Maderna e Paolo M. Soardi, Lezioni di Analisi Matematica, CittàStudi Edizioni - Milano, 1995, ISBN 88-251-7090-4. p.295
  3. ^ Paolo Baroncini, Roberto Manfredi, Ilaria Fragni, Lineamenti.Math Blu-Volume 5, Ghisetti e Corvi, 2012, ISBN 978-88-538-0433-4.p.560
  4. ^ Carlamaria Maderna e Paolo M. Soardi, Lezioni di analisi matematica II, CittàStudi Edizioni - Milano, 1997, ISBN 88-251-7206-0. pp.392-397

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

  • Massimo Bergamini, Anna Trifone, Graziella Barozzi, Corso Base Blu di Matematica-Volume 5, Zanichelli, 2009, ISBN 978-88-08-03933-0.
  • Carlamaria Maderna e Paolo M. Soardi, Lezioni di Analisi Matematica, CittàStudi Edizioni - Milano, 1995, ISBN 88-251-7090-4.
  • Carlamaria Maderna e Paolo M. Soardi, Lezioni di analisi matematica II, CittàStudi Edizioni - Milano, 1997, ISBN 88-251-7206-0.
  • Paolo Baroncini, Roberto Manfredi, Ilaria Fragni, Lineamenti.Math Blu-Volume 5, Ghisetti e Corvi, 2012, ISBN 978-88-538-0433-4.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

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