El objetivo ahora es construir una integral para funciones que no sean necesariamente continuas. Generalizamos para funciones acotadas.
Sea acotada y .
Dado que en una funcion acotada no sabemos de la existencia de mínimos y másmios porquee??, introducimos nuestras nuevas definiciones con la generalización de y , e .
TODO: porque?
Definición (Suma Inferior y Superior para funciones acotadas)
Añadimos como parámetro por convención, la notación es equivalente , utilizada en muchos libros.
Observación.
Si es refinamiento de se cumple:
De esta forma, se extienden nuestras propiedades ya demostradas con las nuevas definiciones.
Observación.
De igual forma, para y particiones
Lo que implica
Corolario.
Existen e
Definición. (Criterio de Integración funciones acotadas)
Decimos que acotada, es integrable si
Donde es la integral inferior y es la integral superior.
Teorema. (Criterio de Integración PRO)
Sea función acotadad, es integrable en si y sólo si, para toda existe una partición tal que .
Proof.
Supongamos que es integrable, es decir, tenemos que
Sea . Dado que y , existen particiones tales que
Tomamos . Con esto:
De aquí
Supongamos que existe partición tal que
PD.
Sea y partición tal que .
Observamos que
Entonces,
En conclusión,
Corolario.
Si es continua, entonces es integrable.
Proof.
Sea continuida, lo que implica Lema 3 y 4, lo que implica nuetro Teorema anterior. Q.E.D.
Teorema. ()
Sea continua excepto en un punto . Entonces, es integrable en .
Proof.
La idea de la demostración es aproximar por derecha e izquierda nuestro punto .
Sean y . Sabemos que es continua en en y , observamos que estos intervalos son acotados y cerrado, i.e compacto.
Por lo que es integrable en cada subintervalo:
Sea , en existe partición tal que
En existe partición tal que
Observamos que es parición de . Además, se tiene que:
De esta manera:
Si tomamos y tales que
Como el cociente de , se descarta y tenemos . Porque se descarta?
Corolario.
Sea acotada y continua en excepto en . Entonces, es integrable.
Sea acotada. Dado que y existen, se define a una suma de Reimann como
donde y .
Teorema. (Criterio de Integrabilidad 3)
Sea ; es integrable si y sólo si existe un número tal que (sucesión) con partición tal que
Se cumple que
Nota!
Recordemos el tipico ejemplo de , .
Sea y
Esta es una sucesión particular de particiones tales que . Anteriormente llegamos a que:
Ejemplo.
Sea para . Calcula con sumas de Reimann.
Sea , observamos que
Particularmente, la suma sup./inf. es suma de Reimann.
Proposición.
Sea integrables. Entonces
Proof.
Sea acotada. ¿Cúal es su integral?
Proposición 2.
Proof.
Sea partición de .
En consecuencia,
Si es integrable, entonces,
Lo que implica,
Proposición 2.
Si es integrable en entonces es integrable en todo .
Proof.
Como es integrable en . Dado existe una partición de tal que .
Defino la cual es partición de .
A su vez, es refinamiento de .
De aquí,
porque es refinamiento de .
Proposición
Proof.
Sea sucesión de particiones tales que .
Sea , donde .
esto es igual a
De esta forma,
y tenemos que
Al ser aditiva y homogénea, se dice que operador lineal.
Teorema. (Propiedad Acumulativa)
Sean acotada y . es integrable en si y sólo si es integrable en y . En cualquier caso:
Proof.
Por una proposición anterior, se cumple. Supongamos que es integrable en y . Existen dos particiones y de y respectivamente tales que
Si , tenemos que es partición de . Además
Por esto, es integrable en .
Ahora solo falta probar que se cumple dicha igualdad.
Para esto, usaremos el otro criterio de integrabilidad (sucesión de particiones).
Sean y sucesiones de particiones de y respectivamente tales que .
Definimos la cual es una sucesión de particiones de y cumple que .
Ahora consideremos:
Sabiendo que y .
para y , observamos que , entonces es una suma Reimann para y dada la partción . Si es integrable,
Como
Se tiene, por tanto
De esta manera, como , se concluye que
Corolario.
Dados acotada y partición de se tiene que es integrable en si y sólo si es integrable en .
Proof.
Teorema.
Sean funciones integrables:
Si entonces, .
Si entonces,
donde y son cotas inferior y superior de respectivamente.
Proof.
Cualqueir suma superior de es positiva, particualtmente, pues . De esta manera, para .