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समाकलन

समाकलन अवकलन को उलट देता है: अगर F′(x) = f(x), तो ∫f(x) dx = F(x) + C। हम मानक सूत्रों, प्रतिस्थापन (अंदर वाले हिस्से को u मानना), आंशिक भिन्न (भिन्न को तोड़ना) और खंडशः समाकलन (∫u dv = uv − ∫v du) से समाकलन करते हैं। निश्चित समाकल ∫ₐᵇ f(x) dx, a से b तक वक्र के नीचे का चिह्नित क्षेत्रफल है, और मूल प्रमेय के अनुसार यह F(b) − F(a) के बराबर है।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. समाकलन = उल्टा अवकलन। 2x तो x², x² + 1, x² − 2 सबका अवकलज है, इसलिए ∫2x dx = x² + C। वक्र ऊपर-नीचे खिसकते हैं पर ढाल एक जैसी रहती है।
  2. प्रतिस्थापन: अंदर वाले हिस्से को u कहो। ∫2x·cos(x²) dx में u = x² रखो, तो du = 2x dx और समाकल ∫cos u du बन जाता है।
  3. आंशिक भिन्न एक कठिन भिन्न को दो आसान भिन्नों में तोड़ते हैं। खंडशः समाकलन: ∫u dv = uv − ∫v du, u को ILATE क्रम से चुनो।
  4. निश्चित समाकल वक्र के नीचे का क्षेत्रफल है। आयत जितने पतले होते हैं, उनका जोड़ सटीक क्षेत्रफल 8/3 के उतना पास आता है।
  5. मूल प्रमेय: ∫ₐᵇ f(x) dx = F(b) − F(a)। विषम फलन का −a से a तक समाकल 0 होता है: ऊपर और नीचे के हिस्से कट जाते हैं।
  6. अब आपकी बारी: फलन, आयतों की संख्या n और ऊपरी सीमा b बदलो, अनुमान को सटीक मान से मिलाओ।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

+ C क्यों जोड़ते हैं?

बहुत-से फलनों का अवकलज एक ही होता है; वे सिर्फ़ ऊपर-नीचे खिसके होते हैं। 3D में चार समांतर वक्र हर x पर एक ही ढाल रखते हैं।

कौन-सा प्रतिस्थापन लगाएँ, कैसे पता चले?

ऐसा फलन ढूँढो जो किसी दूसरे के अंदर बैठा हो और जिसका अवकलज बाहर भी दिखे। 2x cos(x²) में x² अंदर है और 2x उसका अवकलज।

आंशिक भिन्न कब चाहिए?

जब समाकल्य बहुपदों की भिन्न हो और हर गुणनखंडों में टूटे, जैसे 1/((x + 1)(x + 2))।

इसे खंडशः क्यों कहते हैं?

समाकल्य को दो खंडों u और dv में बाँटते हैं और uv − ∫v du से आसान समाकल पाते हैं।

ज़्यादा आयतों से क्षेत्रफल के पास क्यों पहुँचते हैं?

पतले आयत वक्र से ज़्यादा चिपकते हैं, खाली जगह घटती है। अनुमान 1, 1.75, 2.19, 2.42 … होते हुए 2.667 की ओर जाता है।

निश्चित समाकल में + C क्यों नहीं?

F(b) + C − (F(a) + C) = F(b) − F(a)। C कट जाता है।

क्या निश्चित समाकल ऋणात्मक हो सकता है?

हाँ। x-अक्ष के नीचे वाला हिस्सा ऋणात्मक गिना जाता है। चरण 5 के विषम फलन में + और − हिस्से कट जाते हैं।

समाकलन: अवकलन का व्युत्क्रम

अगर d/dx F(x) = f(x), तो F, f का प्रतिअवकलज (पूर्वग) है और ∫f(x) dx = F(x) + C। C समाकलन अचर है: कोई भी अचर जोड़ने से ढाल नहीं बदलती, इसलिए उत्तरों का पूरा परिवार होता है।

उत्तर को हमेशा अवकलन करके जाँचो: समाकल्य वापस मिलना चाहिए।

नियम: ∫[f ± g] dx = ∫f dx ± ∫g dx और ∫k f dx = k∫f dx।

मानक समाकल

∫dx/(ax² + bx + c) के लिए पूर्ण वर्ग बनाकर इन रूपों में लाओ।

प्रतिस्थापन द्वारा समाकलन

जब समाकल्य में कोई फलन और उसका अवकलज (या उसका गुणज) दोनों हों, अंदर वाले फलन को u रखो।

∫2x cos(x²) dx: u = x², du = 2x dx → ∫cos u du = sin(x²) + C।

काम के परिणाम: ∫tan x dx = ln|sec x| + C, ∫sec x dx = ln|sec x + tan x| + C, ∫f′(x)/f(x) dx = ln|f(x)| + C।

आंशिक भिन्नों द्वारा समाकलन

उचित परिमेय फलन P(x)/Q(x) को तोड़ो:

सुविधाजनक x रखकर A, B निकालो, फिर हर भाग का log में समाकलन करो। ऊपर की घात छोटी न हो तो पहले भाग दो।

खंडशः समाकलन

∫u dv = uv − ∫v du, यानी ∫f·g dx = f∫g dx − ∫[f′ ∫g dx] dx।

u (पहला फलन) ILATE से चुनो। ∫x eˣ dx: u = x, dv = eˣ dx → x eˣ − ∫eˣ dx = eˣ(x − 1) + C।

विशेष: ∫eˣ[f(x) + f′(x)] dx = eˣ f(x) + C।

निश्चित समाकल और मूल प्रमेय

∫ₐᵇ f(x) dx, a से b तक y = f(x) के नीचे पतले आयतों के क्षेत्रफलों के योग की सीमा है (x-अक्ष के ऊपर +, नीचे −)।

कलन की मूल प्रमेय: (1) A(x) = ∫ₐˣ f(t) dt का A′(x) = f(x)। (2) अगर F′ = f, तो ∫ₐᵇ f(x) dx = F(b) − F(a)। +C की ज़रूरत नहीं।

निश्चित समाकल में प्रतिस्थापन करो तो सीमाएँ भी बदलो।

निश्चित समाकलों के गुण और मान निकालना

  1. ∫ₐᵇ f(x) dx = ∫ₐᵇ f(t) dt (अक्षर से फ़र्क नहीं)।
  2. a से b का समाकल = −(b से a का समाकल); ∫ₐᵃ f = 0।
  3. a से b = a से c + c से b (|x| जैसे फलनों में काम आता है)।
  4. ∫ₐᵇ f(x) dx = ∫ₐᵇ f(a + b − x) dx।
  5. ∫₀ᵃ f(x) dx = ∫₀ᵃ f(a − x) dx।
  6. ∫₀²ᵃ f(x) dx = 2∫₀ᵃ f(x) dx अगर f(2a − x) = f(x), और 0 अगर f(2a − x) = −f(x)।
  7. ∫₋ₐᵃ f(x) dx = 2∫₀ᵃ f(x) dx अगर f सम है; 0 अगर f विषम है।

उदाहरण: I = ∫₀^(π/2) sin x/(sin x + cos x) dx। गुण 5 से I = ∫ cos x/(cos x + sin x) dx भी। जोड़ो: 2I = π/2, I = π/4।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. ∫(3x² + 4x − 5) dx ज्ञात करो।

x³ + 2x² − 5x + C। जाँच: अवकलज 3x² + 4x − 5।

2. ∫(x + 1)/x dx ज्ञात करो।

∫(1 + 1/x) dx = x + ln|x| + C।

3. ∫ sin³x cos x dx ज्ञात करो।

u = sin x, du = cos x dx। ∫u³ du = sin⁴x/4 + C।

4. ∫ dx/(x² + 4x + 13) ज्ञात करो।

x² + 4x + 13 = (x + 2)² + 9। उत्तर (1/3) tan⁻¹((x + 2)/3) + C।

5. ∫ (x + 5)/((x + 1)(x + 2)) dx ज्ञात करो।

= A/(x + 1) + B/(x + 2)। x = −1: A = 4। x = −2: B = −3। उत्तर 4 ln|x + 1| − 3 ln|x + 2| + C।

6. ∫ x cos x dx ज्ञात करो।

u = x (A), dv = cos x dx (T), v = sin x। = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x + C।

7. ∫ ln x dx ज्ञात करो।

∫ln x · 1 dx, u = ln x, dv = dx। = x ln x − ∫1 dx = x ln x − x + C।

8. ∫₀² (x² + 1) dx का मान निकालो।

[x³/3 + x]₀² = 8/3 + 2 = 14/3।

9. ∫₋₁¹ x³ cos x dx का मान निकालो।

x³ cos x विषम है (f(−x) = −f(x)), इसलिए −1 से 1 तक समाकल 0।

10. ∫₀^(π/2) sin²x dx का मान निकालो।

गुण 5 से यह ∫₀^(π/2) cos²x dx के बराबर। जोड़ो: 2I = π/2, I = π/4।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. ∫cos x dx =
2. ∫ dx/(1 + x²) =
3. ∫x·ln x dx में ILATE से u होगा:
4. ∫₀¹ 2x dx =
5. f विषम हो तो ∫₋ₐᵃ f(x) dx =

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

कक्षा 12 में समाकलन की मुख्य विधियाँ कौन-सी हैं?

मानक सूत्र, प्रतिस्थापन, आंशिक भिन्न और खंडशः समाकलन, साथ में पूर्ण वर्ग बनाकर विशेष रूप।

ILATE नियम क्या है?

खंडशः में u चुनने का क्रम: प्रतिलोम त्रिकोणमितीय, लघुगणकीय, बीजीय, त्रिकोणमितीय, चरघातांकी।

क्या कक्षा 12 में मूल प्रमेय सिद्ध करते हैं?

नहीं, इसे बताकर उपयोग करते हैं: ∫ₐᵇ f(x) dx = F(b) − F(a)।

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