Integrazioaren printzipioak Isaac Newton eta Gottfried Leibniz matematikariek ezarri zituzten XVII. mendearen amaieran. Bi problema hauek kontsideratzen baditugu:

• Irudi geometriko ezagunen azaleraren eta bolumenen kalkulua.

• $f(x)$  funtzioa ezaguna izanik, kalkulatu beste $F(x)$ funtzio bat, non bere deribatua $F^{\prime }(x)=f(x)$  den. Deribatuaren alderantzizko eragiketa izango da hori.

Bi problema horien arteko erlazioa Isaac Newton eta Gottfried Leibniz matematikariek frogaturiko Kalkuluaren Oinarrizko Teoreman ezartzen da. Integralak eta deribatuak kalkuluaren oinarrizko tresna bihurtu ziren, eta haien aplikazioak funtsezkoak izan dira zientzian eta ingeniaritzan. Azalerak, arkuen luzerak, bolumenak, lana eta inertzia-momentuak kalkulatzeko, integral mugatuak erabiltzen dira, eta deribatuaren alderantzizko eragiketa integral mugagabea da.

Integral mugatua

Kontsidera dezagun $\left[a,b\right]$  tartean jarraitua eta positiboa den $f$  funtzioa, $x=\mathrm{a,}$ $x=b$ zuzenek, $OX$ ardatzak eta $y=f(x)$  kurbak mugaturiko eremuaren azalera $S$  bada, $S$-ren balioa $a$-tik $b$-rako integral mugatua izango da, eta ikur honen bidez adierazten da:

$S$  = ${\displaystyle \underset{a}{\overset{b}{\int }}f(x)dx}$ .

Integral mugatua

Integral mugatuaren definizio zehatza Bernhard Riemannek eman zuen. $S$ azalera kalkulatzeko, $\left[a,b\right]$ tartearen partiketa bat egiten da, $a=x_0<x_1<\dots <x_n=b$; $[x_{i-1},x_i]$ azpitarte bakoitzean funtzioaren balio minimoa $m_i$ eta maximoa $M_i$ badira, $m_i$ altuera duen $s_i$ laukizuzena eta $M_i$ altuera duen $S_i$ laukizuzena kontsideratzen ditugu. $s_i$ laukizuzenen azaleren baturari Riemannen behe-batura deritzo, eta, era berean, $S_i$ laukizuzenen azaleren baturari, Riemannen goi-batura. Horrela, behe-batura = ${\displaystyle \underset{i=1}{\overset{n}{\sum }}{m}_i}(x_i-x_{i-1})$; goi-batura = ${\displaystyle \underset{i=1}{\overset{n}{\sum }}{M}_i}(x_i-x_{i-1})$.

Goi-batura eta behe-batura

Riemannen baturak $S$ azaleraren hurbilketak dira. Behe-batura $S$ azalera baino txikiagoa da; goi-batura, aldiz, $S$ baino handiagoa. Partiketaren puntu-kopurua handituz, hurbilketa hobetzen da, eta, limitera pasatuz, Riemannen integral mugatua definitzen da

Aurreko definizioan, $a<b$ izan behar du $[a,b]$ tartea definitzeko, baina integral mugatua $a>b$ denerako ere definitzen da:

${\displaystyle \underset{a}{\overset{b}{\int }}f(x)dx=-{\displaystyle \underset{b}{\overset{a}{\int }}f(x)dx}}$,

eta $a=b$ kasurako, onartzen da ${\displaystyle \underset{a}{\overset{a}{\int }}f(x)dx=0}$  dela.

XIX. mendearen hasieran, funtzioaren kontzeptua orokortuz, beste integral-mota bat definitu zuen Henri Lebesgue matematikariak: Lebesgueren integrala. Lebesgueren integrala Riemannen integralaren hedapena da, eta oinarria izan da gaur egun erabiltzen diren beste integraletarako.

Integral mugagabea

Izan bedi $f(x)$  funtzioa, $F(x)$ funtzioa existitzen bada, zeinetarako

$F^{\prime }(x)=f(x)$

egiaztatzen den, esango dugu $F(x)$ funtzioa $f(x)$  funtzioaren jatorrizko funtzioa dela. Horrela, integrazioa deribazioaren alderantzizkoa izango da.

$F^{\prime }(x)\equiv f(x)$  baldin bada, $(F(x)+k{)}^{\prime }=f(x)$  ere izango da eta, beraz, funtzio batek jatorrizko funtzio anitz izango ditu; jatorrizko funtzio horiek $F(x)+k$ formularen bidez adierazten dira, eta $f(x)$  funtzioaren integral mugagabe deritzo. Erabiltzen den ikurra hau da:

${\displaystyle \int f(x)dx=F(x)}+k$.

Integral mugatuen kalkulua

Kalkuluaren oinarrizko teoreman frogatzen da deribazioa eta integrazioa alderantzizko eragiketak direla, eta teorema horretatik ondorioztatzen da integral mugatuak kalkulatzeko erabiltzen den Barrowen erregela:

$F(x)$ funtzioa $f(x)$ funtzioaren jatorrizko funtzioa baldin bada, beraz $F^{\prime }(x)=f(x)$  $[a,b]$ tarteko puntu guztietarako, orduan,

${\displaystyle \underset{a}{\overset{b}{\int }}f(x)dx}=F(b)-F(a)$.

Adibidez, $y=x^2$ parabolak, $x=0$ eta $x=1$ zuzenek mugatzen duten eremuaren azalera ${\displaystyle \underset{0}{\overset{1}{\int }}{x}^2}dx$ integral mugatua da. $\frac{x^3}{3}$ funtzioaren deribatua $x^2$ denez, aurreko integral mugatua honela kalkula daiteke:

${{\displaystyle \underset{0}{\overset{1}{\int }}{x}^2}dx=\frac{x^3}{3}|}_0^1=\frac{1}{3}$.

Integralaren propietateak

Integral mugatuaren definizioa erabiliz frogatzen dira propietate hauek:

• Integrala eragiketa lineala da: $\alpha$ eta $\beta$ konstanteak badira, orduan:

${\displaystyle \underset{a}{\overset{b}{\int }}(\alpha f+\beta g)(x)dx=\alpha {\displaystyle \underset{a}{\overset{b}{\int }}f(x)dx}}+\beta {\displaystyle \underset{a}{\overset{b}{\int }}g(x)dx}$ .

• Azpitarteak: $a<c<b$ bada, orduan:

${\displaystyle \underset{a}{\overset{b}{\int }}f(x)dx={\displaystyle \underset{a}{\overset{c}{\int }}f(x)dx}}+{\displaystyle \underset{c}{\overset{b}{\int }}f(x)dx}$.

• Funtzioen arteko desberdintzak: $f\ge g$  bada $\left[a,b\right]$ tartean, orduan:

${\displaystyle \underset{a}{\overset{b}{\int }}f(x)dx\ge {\displaystyle \underset{a}{\overset{b}{\int }}g(x)dx.}}$

• Integrala eta balio absolutua: integralaren eta balio absolutuaren arteko erlazioa desberdintza honetan ezartzen da:

$\left|{\displaystyle \underset{a}{\overset{b}{\int }}f(x)dx}\right|\le {\displaystyle \underset{a}{\overset{b}{\int }}\left|f(x)\right|}dx$.