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Math

Das Integral, von Hand gebaut

Füll den Bereich unter einer Kurve mit Streifen und sieh zu, wie ihre Zahl wächst: alles hängt davon ab, wo jeder Streifen seine Höhe nimmt, und das Trapez, das der Kurve folgt, ist genau doppelt so schlecht wie das Rechteck mit der Mitte, das ihr nicht folgt. Dann das Vorzeichen: das Integral des Sinus über eine Periode ist null, die Fläche zwischen ihm und der Achse vier.

Das Integral, von Hand gebaut — Bild aus der Anwendung
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Was passiert

Zerschneide das Intervall in Streifen, gib jedem eine Höhe, addiere - das ist ein Integral vor jeder Regel für Stammfunktionen, und dieses Panel baut es Streifen für Streifen. Linke und rechte Höhe irren proportional zur Streifenbreite; Mittelpunkt und Trapez wie ihr Quadrat, in entgegengesetzte Richtungen, sodass die Wahrheit zwischen ihnen eingeschlossen ist; zwei Teile Mittelpunkt auf einen Teil Trapez ist Simpsons Regel, exakt auf jeder Kubik. Darunter zeichnet die laufende Summe die Stammfunktion, und ihre Steigung ist die Funktion - der Hauptsatz gesehen statt bewiesen. Ändere Regel und Streifenzahl und lies den Fehler gegen die exakte Fläche.

Gleichungen des Moduls
Gleichungen
Riemann-Summe: n Streifen der Breite h, auf jedem eine Höhe, aufaddieren
links/rechts: Fehler ~ h;  Mittelpunktregel ~ h² mit +h²(b−a)f''/24;  Trapezregel ~ h² mit −h²(b−a)f''/12
Simpson = (2·Mittelpunkt + Trapez)/3:  Fehler ~ h⁴, exakt für kubische Polynome
F(x) = ∫ f von a bis x,  F' = f

Weitere Experimente

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Wie viel Platz eine Zelle braucht — Bild aus der Anwendung

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Wie viel Platz eine Zelle braucht

Wechsle die Variablen in einem Integral und ein Faktor erscheint. Er ist die Determinante der Ableitung der Abbildung - das Verhältnis der Fläche einer winzigen Zelle zu der ihres Bildes, hier an den Polygonen selbst gemessen. Das Vorzeichen ist eine Orientierung und nicht Teil des Faktors, eine verschwindende Determinante bedeutet eine kollabierte Kante, und das Integral von |det J| ist die Fläche des Bildes nur bei einfacher Überdeckung.

Schranken statt Schätzungen — Bild aus der Anwendung

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Schranken statt Schätzungen

Jede andere Rechenart liefert eine Zahl, die wahrscheinlich stimmt. Intervallarithmetik liefert ein Paar, das sicher stimmt, und das ganze Thema ist der Preis dafür. Er heißt Abhängigkeit: jedes Vorkommen einer Variablen gilt als eigene Variable, also wird x − x zwei Einheiten breit. Die Einschließung gehört damit der FORMEL und nicht der Funktion.

Eine Fläche zerschneiden — Bild aus der Anwendung

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Eine Fläche zerschneiden

Schneide eine Fläche mit einer senkrechten Ebene und du bekommst eine Kurve; ihre Steigung ist die Ableitung in dieser Richtung. Trage die Steigung in Polarkoordinaten auf: bei einer differenzierbaren Fläche ist das genau ein Kreis mit dem Gradienten als Durchmesser. Und eine Fläche hier hat beide partiellen Ableitungen, in jeder Richtung eine Richtungsableitung - und gar keine Tangentialebene.