رياضيات

التكامل

An integral is a mathematical object that generalizes the concept of area under a curve.
6 صيغ

الوصف

التكامل المحدد ∫ₐᵇ f(x)dx يمثل عددًا — مساحة شبه المنحني المنحني المحدود بمنحنى الدالة f(x) ومحور السينات والمستقيمين الرأسيين x=a و x=b. ويُعرَّف بأنه نهاية مجاميع ريمان: Σ f(ξᵢ)Δxᵢ عندما تؤول أطوال الفترات الجزئية العظمى إلى الصفر. التكامل غير المحدد هو عائلة الدوال الأصلية، أي الدوال F التي تحقق F'=f. وتربط بينهما صيغة نيوتن-لايبنتس: ∫ₐᵇ f = F(b)−F(a).

التاريخ

استخدم إيودكسوس (حوالي 370 ق.م) وأرخميدس (287–212 ق.م) طريقة الاستنفاد، وهي النظير القديم للتكامل. وفي العصر الذهبي الإسلامي، استخدم ابن الهيثم (القرن الحادي عشر) طرقًا هندسية لجمع القوى لحساب الحجوم، مما مثّل خطوة مبكرة نحو التكامل. وفي القرن السابع عشر، صاغت أعمال نيوتن ولايبنتس المستقلة التكامل كعملية عكسية للتفاضل. وفي عام 1854، قدم ريمان أول تعريف رسمي، وفي بداية القرن العشرين، بنى هنري لوبيغ تكاملًا قائمًا على القياس، مما حل مشاكل أساسية في تبادل النهايات والتكامل.

كيف يعمل

المبرهنة الأساسية للتفاضل والتكامل: إذا كانت f متصلة على [a,b] و F أي دالة أصلية لها، فإن ∫ₐᵇ f(x)dx = F(b)−F(a). ينحصر الحساب في إيجاد الدالة الأصلية. التقنيات: تغيير المتغير، التكامل بالتجزئة (مشتقة حاصل الضرب)، التفكيك إلى كسور جزئية. بالنسبة للدوال الصعبة، تُستخدم طرق عددية (شبه المنحرف، سمبسون) أو تحويلات فورييه/لابلاس.

في التطبيق

حساب المسافة المقطوعة من منحنى السرعة، ومساحة الشكل المعقد، والتنبؤ بالجرعة الإشعاعية التراكمية في المواد — كل ذلك عبر التكامل.

حقيقة طريفة

رمز التكامل ∫ هو حرف ſ (s الطويلة) منمق، من الكلمة اللاتينية summa، اقترحه لايبنتس. على عكس التفاضل، يعمل التكامل على تنعيم الدالة: فحتى المنحنى شديد التكسر يمكن أن يكون له تكامل أملس.

Concept graph →

صيغ

$$\cos i = \frac{b}{a}$$
Cosine of inclination angle equals minor axis divided by major axis.
ما في الصيغة
iمتغيرinclination angle of the orbital plane — inclination angle radian
bمتغيرminor axis of the projected orbit — minor axis metre
aمتغيرmajor axis of the projected orbit — major axis metre
cosمؤثرcosine function — cosine function
\cosi=\frac{b}{a} · 2607.05963
$$N = \left\lceil \frac{A}{a} \right\rceil$$
Number of tiles needed to cover an area.
ما في الصيغة
NمتغيرNumber of tiles needed — count
AمتغيرTotal area to cover — مساحة square metre
aمتغيرArea of one tile — مساحة square metre
⌈ ⌉مؤثرRounds up to the nearest integer — ceiling function
n=\lceil\frac{δω_{90}}{ω_{fov}}\rceil · 2607.17284v1
$$T \approx \exp\left(-2\int_{z_1}^{z_2} \sqrt{\frac{2m}{\hbar^2}(V(z)-E)}\, dz\right)$$
Approximate quantum tunneling probability through a barrier.
ما في الصيغة
Tمتغيرtunneling probability — transmission probability
z1متغيرleft turning point of the barrier — موضع metre
z2متغيرright turning point of the barrier — موضع metre
mمتغيرmass of the tunneling particle — كتلة kilogram
Vمتغيرpotential energy as a function of position — الطاقة الكامنة (Potential Energy) joule
Eمتغيرenergy of the particle — طاقة joule
ħثابتfundamental quantum of action divided by 2π — ثابت بلانك المخفض = 1.054571817e-34 joule second
∫مؤثرsums the integrand over the interval — التكامل
√مؤثرtakes the non-negative root — جذر تربيعي
expمؤثرraises e to the given power — exponential
$$\int_{-\infty}^{\infty} \langle T_{\mu\nu} k^\mu k^\nu \rangle f(t) dt \ge -\frac{C}{t_0^4}$$
Negative energy flux is bounded by a quantum inequality.
ما في الصيغة
T_{\mu\nu}متغيرstress-energy tensor — stress energy tensor joule per metre cubed
k^\muمتغيرnull vector — null vector
tمتغيرtime coordinate — زمن second
f(t)متغيرsampling function — sampling function
Cمتغيرdimensionless constant — dimensionless constant
t_0متغيرcharacteristic timescale — زمن second
\int_{-\infty}^{\infمؤثرintegration over all time — التكامل
$$\mathrm{DM} = \int n_e \, dl$$
Integrated electron density along the line of sight.
ما في الصيغة
DMمتغيرDispersion measure — مقياس التشتت parsec per cubic centimetre
n_eمتغيرElectron number density — كثافة عدد الإلكترونات per cubic metre
lمتغيرPath length along line of sight — طول metre
∫مؤثرIntegration along the line of sight — التكامل
$$\kappa(\boldsymbol{\theta}) = \frac{3H_0^2\Omega_m}{2c^2} \int_0^{\chi} d\chi' \, \frac{q(\chi')}{a(\chi')} f_K(\chi') \delta(f_K(\chi')\boldsymbol{\theta}, \chi')$$
Convergence is a weighted integral of density contrast along the line of sight.
ما في الصيغة
kappaمتغيرweak lensing convergence — تقارب
thetaمتغيرangular position on the sky — angular position radian
chiمتغيرcomoving distance to the source — comoving distance metre
chi'متغيرcomoving distance along the line of sight — comoving distance metre
qمتغيرlensing efficiency function — lensing efficiency
aمتغيرscale factor — عامل مقياس
f_Kمتغيرcomoving angular diameter distance — comoving angular diameter distance metre
deltaمتغيرmatter density contrast — تباين الكثافة
H_0ثابتcurrent expansion rate of the universe — ثابت هابل = 2.2e-18 per second
Omega_mثابتratio of matter density to critical density today — matter density parameter = 0.315
cثابتspeed of light in vacuum — سرعة الضوء = 299792458 metre per second
∫مؤثرsummation over infinitesimal elements — التكامل

مقالات ذات صلة · 3

ليزر ضيق للتكاملات الثقيلة
العديد من الحسابات المتقدمة في الفيزياء تصطدم بجدار حجري — لا يعيقها نقص الأفكار، بل الحسابات. يتعلق الأمر بتكاملات تعبّر عن احتمال تصادم الجسيمات أو شكل موجة الجاذبية. للحصول على رقم، يجب تبسيط هذه التكاملات — اختزالها إلى حفنة من «التكاملات الأساسية»، تشبه جدول الضرب. الإجراء معروف: خوارزمية لابورتا (Laporta) تستعرض التركيبات بشكل منهجي حتى لا تبقى سوى اللبنات الأساسية.
تكاملات شبحيّة وبراعة الطرح
في قلب نظرية الحقل الكمومي تعيش تكاملات تشبه السراب. في العالم المعتاد رباعي الأبعاد تساوي صفرًا تمامًا — ظلال تختفي عند الضوء. لكن بمجرد الانتقال إلى فضاء ببعد منزاح قليلًا (4 − 2ϵ)، تكتسب هذه التكاملات «شبه المختفية» جسدًا وتبدأ في التأثير على الحسابات. في السابق كان لا بد من التعامل معها بشكل منفصل، وإنفاق الجهد على أشباح. حول مؤلفو العمل الجديد مكافحة الأشباح إلى خدعة بارعة.
الكيمياء بلا تلميحات: كيف نستخلص آلية التفاعل من البيانات
عندما يرى الكيميائيون كيف تتغير تراكيز المواد، يحتاجون إلى فهم التفاعلات التي تقف وراء هذه التغيرات. يشبه ذلك محاولة إعادة بناء وصفة طبق من صور الأطباق في لحظات مختلفة من الوجبة. سابقًا، كانوا يستخدمون غالبًا المشتقات (derivatives) — معدلات التغير اللحظية للتراكيز. لكن المشتقات حساسة جدًا للضوضاء: أي ارتجاف بسيط في البيانات يتحول إلى قمم وانخفاضات زائفة.