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L'intégrale, construite à la main

Remplis la région sous une courbe avec des bandes et regarde leur nombre croître : tout dépend d'où chaque bande prend sa hauteur, et le trapèze qui suit la courbe est exactement deux fois pire que le rectangle du milieu qui ne la suit pas. Puis le signe : l'intégrale du sinus sur une période vaut zéro et l'aire entre lui et l'axe vaut quatre.

L'intégrale, construite à la main — Image réelle de l’application
Image réelle de l’application

Ce qui se passe

Découpez l'intervalle en bandes, donnez une hauteur à chacune, additionnez - c'est une intégrale avant toute règle de primitives, et ce panneau la construit bande par bande. Les hauteurs gauche et droite se trompent proportionnellement à la largeur de la bande ; milieu et trapèze comme son carré, en sens opposés, si bien que la vérité est encadrée entre eux ; deux parts de milieu pour une de trapèze, c'est la règle de Simpson, exacte sur toute cubique. En dessous, le total courant dessine la primitive, et sa pente est la fonction - le théorème fondamental vu plutôt que démontré. Changez la règle et le nombre de bandes et lisez l'erreur face à l'aire exacte.

Équations du module
Équations
somme de Riemann : n rectangles de largeur h, une hauteur sur chacun, additionner
gauche/droite : erreur ~ h ;  point milieu ~ h² avec +h²(b−a)f''/24 ;  trapèze ~ h² avec −h²(b−a)f''/12
Simpson = (2·point milieu + trapèze)/3 :  erreur ~ h⁴, exacte pour les polynômes cubiques
F(x) = ∫ f de a à x,  F' = f

Autres expériences

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La place que prend une cellule — Image réelle de l’application

Math

La place que prend une cellule

Change de variables dans une intégrale et un facteur apparaît. C'est le déterminant de la dérivée de l'application : le rapport entre l'aire d'une cellule minuscule et celle de son image, mesuré ici sur les polygones eux-mêmes. Le signe est une orientation et non une part du facteur, un déterminant nul signifie un bord effondré, et l'intégrale de |det J| n'est l'aire de l'image que si le recouvrement est simple.

Des bornes plutôt que des estimations — Image réelle de l’application

Math

Des bornes plutôt que des estimations

Toute autre façon de calculer donne un nombre probablement juste. L'arithmétique d'intervalles donne un couple certainement juste, et tout le sujet est ce que cela coûte. Cela s'appelle la dépendance : chaque occurrence d'une variable compte comme une variable différente, si bien que x − x sort de largeur deux. L'encadrement appartient à la FORMULE, pas à la fonction.

Trancher une surface — Image réelle de l’application

Math

Trancher une surface

Coupe une surface par un plan vertical et tu obtiens une courbe ; sa pente est la dérivée dans cette direction. Trace la pente en coordonnées polaires : pour une surface différentiable c'est exactement un cercle dont le gradient est le diamètre. Et une surface ici possède les deux dérivées partielles, une dérivée directionnelle dans toute direction, et aucun plan tangent.