AYT Matematik · İntegral
İntegral ile Alan Hesabı
Belirli integral, bir eğri ile x-ekseni arasında ya da iki eğri arasında kalan bölgenin alanını verir. Anahtar incelik işaret meselesidir: integral, eksenin altında kalan bölgelerde negatif değer üretir. Bu konuda eğri-eksen arası alanı, eksen altı bölgelerin nasıl ele alınacağını ve iki eğri arası alanı "üst eksi alt" mantığıyla işliyoruz.
1. Eğri ile x-Ekseni Arasındaki Alan
[a,b] aralığında f sürekli olsun.
Eğer aralık boyunca f(x)\ge 0 ise, eğri ile x-ekseni arasındaki alan doğrudan integraldir:
A=\int_{a}^{b} f(x)\,dx
Eğer aralık boyunca f(x)\le 0 ise, bölge eksenin altında kalır; integral negatif çıkar. Alan pozitif bir büyüklük olduğundan mutlak değer alınır:
A=\Big|\int_{a}^{b} f(x)\,dx\Big|=-\int_{a}^{b} f(x)\,dx
Dikkat: Alan her zaman pozitiftir. İntegralin işareti bölgenin eksene göre konumunu söyler; alan ise bu büyüklüğün mutlak değeridir.
f(x)\ge 0 iken y=f(x) eğrisi ile x-ekseni arasında, x=a ile x=b arasındaki taranmış alan A=\int_{a}^{b} f(x)\,dx'tir.Eğri Ekseni Kesiyorsa: Bölgeleri Ayır
Eğer f, [a,b] üzerinde işaret değiştiriyorsa (yani ekseni kesiyorsa), tüm aralıkta tek bir integral yanlış sonuç verir; çünkü eksen üstü ve altı bölgeler birbirini götürür. Doğru yöntem: kökleri (f(x)=0 çözümleri) bul, aralığı bu noktalardan parçalara ayır, her parçanın integralinin mutlak değerini topla.
A=\sum_{i}\Big|\int_{x_{i}}^{x_{i+1}} f(x)\,dx\Big|
2. İki Eğri Arasındaki Alan
[a,b] aralığında f(x)\ge g(x) ise (yani f üstte, g altta), iki eğri arasında kalan alan:
A=\int_{a}^{b}\big(f(x)-g(x)\big)\,dx
Bu formülde sınırlar a ve b, eğrilerin kesişim noktalarının apsisleridir. Kesişimi bulmak için f(x)=g(x) denklemini çözeriz. İki eğri arasında her iki bölge eksenin altında bile olsa, "üst fonksiyon eksi alt fonksiyon" farkı [a,b] üzerinde pozitif olduğundan mutlak değere gerek kalmaz.
y=x doğrusu (üstte) ile y=x^{2} parabolü (altta) arasında, kesişim apsisleri x=0 ve x=1 arasında kalan taranmış bölge: A=\int_{0}^{1}\big(x-x^{2}\big)\,dx=\dfrac{1}{6}.| Durum | Alan formülü |
|---|---|
f(x)\ge 0 | \displaystyle\int_{a}^{b} f(x)\,dx |
f(x)\le 0 | \displaystyle -\int_{a}^{b} f(x)\,dx |
| Eksen üstü + altı | parçalara ayır, mutlak değerleri topla |
İki eğri (f üst, g alt) | \displaystyle\int_{a}^{b}\big(f(x)-g(x)\big)\,dx |
y=x^{2} eğrisi, x-ekseni ve x=0 ile x=2 doğruları arasında kalan alanı bulunuz.
[0,2]üzerindex^{2}\ge 0olduğundan alan doğrudan integraldir.- İntegrali al:
\displaystyle A=\int_{0}^{2}x^{2}\,dx=\Big[\dfrac{x^{3}}{3}\Big]_{0}^{2}. - Sınırları yerine yaz:
A=\dfrac{2^{3}}{3}-\dfrac{0^{3}}{3}=\dfrac{8}{3}.
A=\dfrac{8}{3} birimkare.y=4-x^{2} parabolü ile x-ekseni arasında kalan alanı bulunuz.
Önce parabolün ekseni kestiği noktaları (y=0) bul; bunlar integralin sınırlarıdır. Aralıkta 4-x^{2}\ge 0 olduğuna dikkat et.
- Kesişim noktaları:
4-x^{2}=0 \Rightarrow x=\pm 2. Sınırlar-2ile2. [-2,2]üzerinde4-x^{2}\ge 0olduğundan alan doğrudan integraldir.- İntegrali al:
\displaystyle A=\int_{-2}^{2}\big(4-x^{2}\big)\,dx=\Big[4x-\dfrac{x^{3}}{3}\Big]_{-2}^{2}. - Sınırları yerine yaz:
A=\Big(8-\dfrac{8}{3}\Big)-\Big(-8+\dfrac{8}{3}\Big)=16-\dfrac{16}{3}=\dfrac{32}{3}.
A=\dfrac{32}{3} birimkare.y=x^{3} eğrisi ile x-ekseni arasında, x=-1 ile x=1 arasında kalan alanı bulunuz.
x^{3} fonksiyonu x=0'da işaret değiştirir; bölge hem eksenin altında hem üstündedir. Net integral ile alanı karıştırma.
- Önce net integral:
\displaystyle\int_{-1}^{1}x^{3}\,dx=\Big[\dfrac{x^{4}}{4}\Big]_{-1}^{1}=\dfrac{1}{4}-\dfrac{1}{4}=0. Bu alan değildir; eksen altı ve üstü bölgeler birbirini götürmüştür. - Eğri
x=0'da ekseni kesiyor; bölgeyi[-1,0]ve[0,1]olarak ayır. y=x^{3}tek fonksiyon olduğundan iki parçanın alanları eşittir; simetriyle alan, sağ parçanın iki katıdır:\displaystyle A=2\int_{0}^{1}x^{3}\,dx=2\Big[\dfrac{x^{4}}{4}\Big]_{0}^{1}=2\cdot\dfrac{1}{4}=\dfrac{1}{2}.
A=\dfrac{1}{2} birimkare. (Net integral 0 olsa da alan \dfrac{1}{2}'dir.)y=x doğrusu ile y=x^{2} parabolü arasında kalan alanı bulunuz.
Kesişimleri x=x^{2} denkleminden bul. 0<x<1 aralığında hangisinin üstte olduğunu bir deneme noktasıyla (x=\tfrac{1}{2}) kontrol et.
- Kesişimler:
x=x^{2}\Rightarrow x^{2}-x=0\Rightarrow x(x-1)=0\Rightarrow x=0,\ x=1. Sınırlar0ile1. - Üst-alt:
x=\dfrac{1}{2}içiny=x=\dfrac{1}{2},y=x^{2}=\dfrac{1}{4}. Demek ki0<x<1üzerinde doğru üstte:x\ge x^{2}. - "Üst eksi alt" yaz:
\displaystyle A=\int_{0}^{1}\big(x-x^{2}\big)\,dx=\Big[\dfrac{x^{2}}{2}-\dfrac{x^{3}}{3}\Big]_{0}^{1}. - Sınırları yerine yaz:
A=\dfrac{1}{2}-\dfrac{1}{3}=\dfrac{1}{6}.
A=\dfrac{1}{6} birimkare.y=2-x^{2} ile y=x^{2} parabolleri arasında kalan alanı bulunuz.
Kesişimleri 2-x^{2}=x^{2} denkleminden bul. Tepe noktası daha yüksek olan parabol üsttedir.
- Kesişimler:
2-x^{2}=x^{2}\Rightarrow 2=2x^{2}\Rightarrow x^{2}=1\Rightarrow x=\pm 1. Sınırlar-1ile1. - Üst-alt:
x=0için2-x^{2}=2,x^{2}=0. Demek kiy=2-x^{2}üstte,y=x^{2}altta. - "Üst eksi alt" yaz:
\displaystyle A=\int_{-1}^{1}\big((2-x^{2})-x^{2}\big)\,dx=\int_{-1}^{1}\big(2-2x^{2}\big)\,dx. - İntegrali al:
\displaystyle A=\Big[2x-\dfrac{2x^{3}}{3}\Big]_{-1}^{1}. - Sınırları yerine yaz:
A=\Big(2-\dfrac{2}{3}\Big)-\Big(-2+\dfrac{2}{3}\Big)=4-\dfrac{4}{3}=\dfrac{8}{3}.
A=\dfrac{8}{3} birimkare.Çözümlü Sorular
y=2x doğrusu ile y=x^{2} parabolü arasında kalan alanı bulunuz.
- Kesişimler:
x^{2}=2x\Rightarrow x^{2}-2x=0\Rightarrow x(x-2)=0\Rightarrow x=0,\ x=2. - Üst-alt:
x=1için2x=2,x^{2}=1; doğru üstte. \displaystyle A=\int_{0}^{2}\big(2x-x^{2}\big)\,dx=\Big[x^{2}-\dfrac{x^{3}}{3}\Big]_{0}^{2}=4-\dfrac{8}{3}=\dfrac{4}{3}.
A=\dfrac{4}{3} birimkare.y=x^{2}-4 eğrisi ile x-ekseni arasında, x=0 ile x=3 arasında kalan alanı bulunuz.
- Eğri
x=2'de ekseni kesiyor:[0,2]üzerindex^{2}-4\le 0,[2,3]üzerindex^{2}-4\ge 0. Bölgeyi ayır. \displaystyle\int_{0}^{2}\big(x^{2}-4\big)\,dx=\Big[\dfrac{x^{3}}{3}-4x\Big]_{0}^{2}=\dfrac{8}{3}-8=-\dfrac{16}{3}, mutlak değeri\dfrac{16}{3}.\displaystyle\int_{2}^{3}\big(x^{2}-4\big)\,dx=\Big[\dfrac{x^{3}}{3}-4x\Big]_{2}^{3}=(9-12)-\Big(\dfrac{8}{3}-8\Big)=-3+\dfrac{16}{3}=\dfrac{7}{3}.- Topla:
A=\dfrac{16}{3}+\dfrac{7}{3}=\dfrac{23}{3}.
A=\dfrac{23}{3} birimkare.y=\sqrt{x} eğrisi ile y=x doğrusu arasında kalan alanı bulunuz.
- Kesişimler:
\sqrt{x}=x\Rightarrow x=x^{2}\Rightarrow x(x-1)=0\Rightarrow x=0,\ x=1. - Üst-alt:
x=\dfrac{1}{4}için\sqrt{x}=\dfrac{1}{2},x=\dfrac{1}{4};\sqrt{x}üstte. \displaystyle A=\int_{0}^{1}\big(\sqrt{x}-x\big)\,dx=\Big[\dfrac{2}{3}x^{3/2}-\dfrac{x^{2}}{2}\Big]_{0}^{1}=\dfrac{2}{3}-\dfrac{1}{2}=\dfrac{1}{6}.
A=\dfrac{1}{6} birimkare.y=\sin x eğrisi ile x-ekseni arasında, x=0 ile x=\pi arasında kalan alanı bulunuz.
[0,\pi]üzerinde\sin x\ge 0olduğundan alan doğrudan integraldir.\displaystyle A=\int_{0}^{\pi}\sin x\,dx=\big[-\cos x\big]_{0}^{\pi}.- Sınırları yerine yaz:
A=-\cos\pi-(-\cos 0)=-(-1)+1=2.
A=2 birimkare.y=6-x^{2} parabolü ile y=x doğrusu arasında kalan alanı bulunuz.
- Kesişimler:
6-x^{2}=x\Rightarrow x^{2}+x-6=0\Rightarrow (x+3)(x-2)=0\Rightarrow x=-3,\ x=2. - Üst-alt:
x=0için6-x^{2}=6,y=x=0; parabol üstte. \displaystyle A=\int_{-3}^{2}\big((6-x^{2})-x\big)\,dx=\Big[6x-\dfrac{x^{3}}{3}-\dfrac{x^{2}}{2}\Big]_{-3}^{2}.- Üst sınır:
12-\dfrac{8}{3}-2=\dfrac{22}{3}. Alt sınır:-18+9-\dfrac{9}{2}=-\dfrac{27}{2}. - Fark:
A=\dfrac{22}{3}-\Big(-\dfrac{27}{2}\Big)=\dfrac{44}{6}+\dfrac{81}{6}=\dfrac{125}{6}.
A=\dfrac{125}{6} birimkare.y=\dfrac{1}{x^{2}} eğrisi, x-ekseni ve x=1 ile x=3 doğruları arasında kalan alanı bulunuz.
[1,3]üzerinde\dfrac{1}{x^{2}}\ge 0olduğundan alan doğrudan integraldir.\displaystyle A=\int_{1}^{3}x^{-2}\,dx=\Big[-\dfrac{1}{x}\Big]_{1}^{3}.- Sınırları yerine yaz:
A=-\dfrac{1}{3}-\Big(-1\Big)=1-\dfrac{1}{3}=\dfrac{2}{3}.
A=\dfrac{2}{3} birimkare.y=x^{2}-2x parabolü ile x-ekseni arasında kalan alanı bulunuz.
- Kökler:
x^{2}-2x=0\Rightarrow x(x-2)=0\Rightarrow x=0,\ x=2. Sınırlar0ile2. [0,2]üzerinde, örneğinx=1için1-2=-1<0; bölge eksenin altında, integral negatif çıkar.\displaystyle\int_{0}^{2}\big(x^{2}-2x\big)\,dx=\Big[\dfrac{x^{3}}{3}-x^{2}\Big]_{0}^{2}=\dfrac{8}{3}-4=-\dfrac{4}{3}.- Alan mutlak değerdir:
A=\dfrac{4}{3}.
A=\dfrac{4}{3} birimkare.Sınav Tarzı Sorular
Aşağıdaki sorular, ÖSYM'nin AYT'de sorduğu çok kavramlı, dolaylı (5 şıklı) soru tarzına örnek olarak özgün biçimde hazırlanmıştır.
k>0 olmak üzere, y=kx doğrusu ile y=x^{2} parabolü arasında kalan bölgenin alanı \dfrac{9}{2} birimkaredir.
Buna göre k kaçtır?
A) 2 · B) \dfrac{5}{2} · C) 3 · D) \dfrac{7}{2} · E) 4
- Kesişimler:
x^{2}=kx\Rightarrow x(x-k)=0\Rightarrow x=0,\ x=k. Sınırlar0ilek. - Üst-alt:
0<x<küzerinde doğru üstte (kx\ge x^{2}). Alan:\displaystyle A=\int_{0}^{k}\big(kx-x^{2}\big)\,dx. - İntegrali al:
\displaystyle A=\Big[\dfrac{kx^{2}}{2}-\dfrac{x^{3}}{3}\Big]_{0}^{k}=\dfrac{k^{3}}{2}-\dfrac{k^{3}}{3}=\dfrac{k^{3}}{6}. - Eşitliği kur:
\dfrac{k^{3}}{6}=\dfrac{9}{2}\Rightarrow k^{3}=27\Rightarrow k=3.
3y=x^{2}-3x parabolü ile y=x doğrusu arasında kalan bölgenin alanı A birimkaredir.
Buna göre A kaçtır?
A) \dfrac{16}{3} · B) \dfrac{20}{3} · C) \dfrac{28}{3} · D) \dfrac{32}{3} · E) \dfrac{40}{3}
- Kesişimler:
x^{2}-3x=x\Rightarrow x^{2}-4x=0\Rightarrow x(x-4)=0\Rightarrow x=0,\ x=4. Sınırlar0ile4. - Üst-alt:
x=2için doğruy=2, paraboly=4-6=-2; doğru üstte. - "Üst eksi alt" yaz:
\displaystyle A=\int_{0}^{4}\big(x-(x^{2}-3x)\big)\,dx=\int_{0}^{4}\big(4x-x^{2}\big)\,dx. - İntegrali al:
\displaystyle A=\Big[2x^{2}-\dfrac{x^{3}}{3}\Big]_{0}^{4}=32-\dfrac{64}{3}=\dfrac{96-64}{3}=\dfrac{32}{3}.
\dfrac{32}{3}y=x^{3}-4x eğrisi ile x-ekseni arasında, x=-2 ile x=2 arasında kalan bölgenin alanı A birimkaredir.
Buna göre A kaçtır?
A) 0 · B) 4 · C) 6 · D) 8 · E) 16
- Kökler:
x^{3}-4x=0\Rightarrow x(x^{2}-4)=0\Rightarrow x=-2,\ 0,\ 2. Eğrix=0'da ekseni kesiyor; bölgeyi ayır. - Net integral tuzağı:
y=x^{3}-4xtek fonksiyondur;\displaystyle\int_{-2}^{2}\big(x^{3}-4x\big)\,dx=0çıkar, ama bu alan değildir. - Tek fonksiyon olduğundan iki parçanın alanları eşittir; simetriyle
\displaystyle A=2\Big|\int_{0}^{2}\big(x^{3}-4x\big)\,dx\Big|. - İntegrali al:
\displaystyle\int_{0}^{2}\big(x^{3}-4x\big)\,dx=\Big[\dfrac{x^{4}}{4}-2x^{2}\Big]_{0}^{2}=4-8=-4, mutlak değeri4. - Alan:
A=2\cdot 4=8.
8y=4-x^{2} parabolü ile y=x^{2}-4 parabolü arasında kalan bölgenin alanı A birimkaredir. Buna göre A kaçtır?
A) \dfrac{32}{3} · B) \dfrac{48}{3} · C) \dfrac{64}{3} · D) \dfrac{80}{3} · E) \dfrac{128}{3}
Kesişimleri 4-x^{2}=x^{2}-4'ten bul. Üstteki y=4-x^{2}, alttaki y=x^{2}-4'tür; "üst eksi alt" farkını al.
-
Kesişimler:
4-x^{2}=x^{2}-4\Rightarrow 8=2x^{2}\Rightarrow x^{2}=4\Rightarrow x=\pm 2. Sınırlar-2ile2. -
Üst-alt:
x=0için4-x^{2}=4,x^{2}-4=-4;y=4-x^{2}üstte. -
"Üst eksi alt":
\displaystyle A=\int_{-2}^{2}\big((4-x^{2})-(x^{2}-4)\big)\,dx=\int_{-2}^{2}\big(8-2x^{2}\big)\,dx. -
Çift fonksiyon simetrisi:
\displaystyle A=2\int_{0}^{2}\big(8-2x^{2}\big)\,dx=2\Big[8x-\dfrac{2x^{3}}{3}\Big]_{0}^{2}=2\Big(16-\dfrac{16}{3}\Big)=2\cdot\dfrac{32}{3}=\dfrac{64}{3}.
\dfrac{64}{3}y=\dfrac{1}{x} eğrisi, x-ekseni ve x=1 ile x=k (k>1) doğruları arasında kalan bölgenin alanı \ln 4 birimkaredir.
Buna göre k kaçtır?
A) 2 · B) 3 · C) 4 · D) e^{2} · E) 16
-
[1,k]üzerinde\dfrac{1}{x}>0olduğundan alan doğrudan integraldir:\displaystyle A=\int_{1}^{k}\dfrac{1}{x}\,dx. -
Antiderivatif:
\big[\ln x\big]_{1}^{k}=\ln k-\ln 1=\ln k. -
Eşitliği kur:
\ln k=\ln 4\Rightarrow k=4. -
Çeldirici kontrolü:
\ln 4=2\ln 2olduğundan\ln k=2\ln 2yazıpk=e^{2}sanmak (D) yaygın hatadır; doğrusuk=4'tür.
4y=x^{2} parabolü ile y=8 doğrusu ve y-ekseni arasında, birinci bölgede (yani x\ge 0) kalan bölgenin alanı A birimkaredir.
Buna göre A kaçtır?
A) \dfrac{16\sqrt2}{3} · B) \dfrac{32\sqrt2}{3} · C) 16 · D) \dfrac{40\sqrt2}{3} · E) \dfrac{64}{3}
x\ge 0 bölgesinde, y=8 doğrusu üstte, y=x^{2} parabolü altta. Parabolün doğruyu kestiği apsis x^{2}=8\Rightarrow x=2\sqrt2'dir; soldaki sınır y-ekseni, yani x=0.
-
Kesişim (sağ sınır):
x^{2}=8\Rightarrow x=2\sqrt2(x\ge 0). Sol sınıry-ekseni:x=0. -
Üst-alt:
0<x<2\sqrt2üzerindey=8üstte,y=x^{2}altta. -
"Üst eksi alt":
\displaystyle A=\int_{0}^{2\sqrt2}\big(8-x^{2}\big)\,dx=\Big[8x-\dfrac{x^{3}}{3}\Big]_{0}^{2\sqrt2}. -
x=2\sqrt2için:x^{3}=(2\sqrt2)^{3}=8\cdot 2\sqrt2=16\sqrt2ve8x=16\sqrt2. YaniA=16\sqrt2-\dfrac{16\sqrt2}{3}=\dfrac{48\sqrt2-16\sqrt2}{3}=\dfrac{32\sqrt2}{3}.
\dfrac{32\sqrt2}{3}Sık Yapılan Hatalar
- Eksen altı bölgede negatif integrali alan sanmak.
f(x)\le 0ise integral negatif çıkar; alan onun mutlak değeridir. Eğri ekseni kesiyorsa kökten ayırıp her parçanın mutlak değerini topla — aksi hâlde bölgeler birbirini götürür (Örnek 3'teki gibi net integral0olabilir). - İki eğride üst-alt fonksiyonunu karıştırmak. "Alt eksi üst" yazarsan sonuç negatif çıkar. Bir deneme noktasıyla hangisinin büyük olduğunu kontrol et, sonra "üst eksi alt" kur.
- Kesişim noktalarını bulmadan integre etmek. İki eğri arası alanda integral sınırları rastgele değil,
f(x)=g(x)kesişim apsisleridir. Önce kesişimleri çöz.
Sınav İpucu
- Önce bölgeyi kabaca çiz ve kesişim/kök noktalarını bul; bunlar integral sınırlarıdır.
- Eğri
x-eksenini sınırlar arasında kesiyorsa parçalara ayır ve mutlak değerleri topla. - İki eğride doğrudan "üst eksi alt" yaz; sınırlar kesişim apsisleridir, mutlak değere gerek kalmaz.
- Simetriden yararlan: integrand çift fonksiyonsa (
f(-x)=f(x)) ve sınırlar[-a,a]ise\displaystyle\int_{-a}^{a}f\,dx=2\int_{0}^{a}f\,dxile işlemi kısalt.