Integral

Dalam matematika, integral adalah versi kontinu dari konsep penjumlahan, yang digunakan untuk menghitung luas, volume, dan banyak perumumannya. Integrasi atau mengintegralkan, yakni proses menghitung suatu integral, adalah salah satu dari dua operasi penting dalam kalkulus;Kalkulus integral adalah salah satu cabang matematika yang terkenal sehingga memiliki banyak sumber bacaan dan referensi. Lihat  dan , sebagai contoh. operasi yang lain adalah turunan. Integrasi awalnya digunakan untuk menyelesaikan masalah dalam matematika dan fisika, seperti menghitung luas daerah di bawah suatu kurva atau menentukan besar perpindahan objek dari kecepatannya. Penggunaan integrasi selanjutnya meluas ke banyak bidang keilmuan.

Integral tentu dari fungsi  menghitung luas bertanda dari daerah pada bidang yang dibatasi oleh kurva fungsi tersebut di antara dua titik di garis horizontal. Berdasarkan konvensi, luas daerah yang berada di atas garis horizontal memiliki luas yang bernilai positif, sedangkan yang berada di bawah memiliki luas negatif. Integral juga mencakup konsep antiturunan, yakni suatu fungsi yang turunannya adalah fungsi ; dalam hal ini, suatu fungsi tersebut disebut integral taktentu. Teorema dasar kalkulus memberikan hubungan antara integral tentu dengan turunan, dan cara menghitung integral tentu dari suatu fungsi yang antiturunannya diketahui; turunan dan integral adalah operasi yang saling berkebalikan.

Walaupun cara menghitung luas dan volume sudah diketahui sejak jaman Yunani kuno, prinsip dari integrasi baru dirumuskan secara terpisah oleh Isaac Newton dan Gottfried Wilhelm Leibniz pada akhir abad ke-17. Keduanya menganggap luas daerah di bawah kurva sebagai penjumlahan takhingga dari persegi-persegi panjang dengan lebar infinitesimal (takhingga kecilnya). Bernhard Riemann kemudian memberikan definisi cermat (rigorous) dari integral, yang didasarkan pada suatu prosedur yang memprakirakan luas dari suatu daerah kurvilinear dengan memecah daerah tersebut menjadi plat-plat vertikal yang takhingga tipisnya. Pada awal abad ke-20, Henri Lebesgue memperumum metode Riemann dengan memperkenalkan hal yang sekarang disebut sebagai integral Lebesgue; integral ini lebih umum ketimbang Riemann dalam artian ada lebih banyak fungsi yang terintegralkan-Lebesgue.

Integral dapat diperumum tergantung jenis dari fungsi maupun domain atas integrasi dilakukan. Sebagai contoh, integral garis didefinisikan untuk fungsi dua-variabel atau lebih, dan selang dari integrasi digantikan oleh suatu kurva yang menghubungkan dua titik di suatu ruang. Sedangkan pada integral permukaan, kurva digantikan oleh sepotong permukaan di ruang dimensi tiga.

 Terminologi dan notasi 
Secara umum, integral dari sebuah fungsi bernilai riil  terhadap variabel riil  pada suatu selang  dituliskan sebagaiSimbol integral  menandakan integrasi. Fungsi  disebut integran. Simbol , terkadang ditulis sebagai , disebut diferensial dari variabel , dan menandakan variabel dari integrasi adalah  Titik  dan  disebut batas (atau limit) dari integrasi, dan integrasi disebut dilakukan pada selang .. Sebuah fungsi disebut terintegralkan jika integral fungsi tersebut pada domainnya bernilai hingga. Jika batas integrasi disertakan, integral disebut integral tentu.

Ketika batas integrasi tidak ada, misalnya sepertimaka integral disebut sebagai integral taktentu. Integral ini menyatakan suatu kelompok fungsi (antiturunan) yang turunannya adalah integran.. Teorema dasar kalkulus menyatakan hubungan antara integral tentu dengan integral taktentu. Terdapat beberapa perumuman notasi dari integral, masing-masing untuk mencakup integrasi yang dilakukan pada domain yang takterbatas dan/atau dimensi tinggi (lihat bagian Perumuman di artikel ini).

Dalam pembahasan tingkat lanjut, cukup umum untuk tidak menuliskan  ketika hanya menggunakan integral Riemann yang sederhana, atau ketika integral dapat berlaku secara umum. Sebagai contoh, sifat linearitas dari integral dapat dituliskan , simbol  tidak dituliskan karena sifat tersebut berlaku bagi integral Riemann dan semua perumumannya..

 Interpretasi 
Integrasi muncul dalam banyak masalah umum. Bila suatu kolam renang berbentuk kotak dengan dasar yang datar, maka dari panjang, lebar, dan kedalamannya kita dengan mudah dapat menentukan volume air yang dapat ditampungnya (untuk mengisinya), luas permukaannya (untuk menutupinya), dan panjang tepinya (untuk membuat pembatas). Namun jika kolam renang berbentuk oval dengan dasar yang melengkung, semua masalah tadi membutuhkan integral. Tentu perkiraan praktis mungkin cukup untuk contoh sederhana seperti itu, tetapi integral diperlukan dalam ilmu teknik yang membutuhkan ketelitian dan nilai yang presisi. Dalam masing-masing cara tadi, besaran yang ingin ditentukan (misal panjang pembatas) dapat dihitung dengan membaginya menjadi banyak bagian-bagian kecil (atau sampai infinitesimal), lalu menjumlahkan bagian-bagian tadi untuk mendapatkan perkiraan yang akurat.

Sebagai contoh lain, misal seseorang ingin menentukan luas daerah yang dibatasi oleh grafik fungsi  pada selang  sampai . Ia dapat memperkirakan luasnya dengan membagi selang menjadi lima bagian , lalu membuat persegi-persegi panjang dengan tinggi nilai fungsi di batas kanan setiap subselang—sehingga tinggi masing-masingnya adalah , kemudian menjumlahkan semua persegi panjang tadi untuk mendapatkan hampiranyang lebih besar daripada nilai sebenarnya. Hampiran lain dapat dilakukan menggunakan batas kiri setiap subselang, tetapi nilai yang didapatkan lebih kecil daripada sebenarnya: dengan 12 subselang akan menghasilkan luas . Namun ketika banyak subselang diperbanyak sampai tak hingga, luas yang dihitung akan mencapai suatu limit yang sama dengan sama dengan luas daerah yang ingin dicari (dalam kasus ini bernilai ). Menggunakan notasi integral, ini ditulis sebagaiyang mengartikan  adalah jumlah berbobot dari nilai-nilai fungsi, , dikalikan dengan lebar yang infinitesimal, yang disimbolkan dengan , pada selang .

 Definisi formal 
jmpl|jumlah Riemann yang konvergen ke luas bertanda dari fungsi
Ada banyak cara untuk mendefinisikan integral secara formal, tetapi tidak semuanya setara. Perbedaan tersebut sebagian besar terjadi untuk menangani kasus-kasus khusus yang mungkin tidak dapat diintegrasikan dalam definisi lain, tetapi terkadang juga terjadi karena alasan pedagogis. Definisi integral yang paling umum digunakan adalah integral Riemann dan integral Lebesgue.

 Integral Riemann 

Integral Riemann didefinisikan menggunakan jumlah Riemann dari fungsi terhadap partisi bertanda dari sebuah interval.. Partisi bertanda dari sebuah selang tertutup  pada garis riil adalah barisan terbatasPartisi ini memecah selang  menjadi  subselang  yang diindeks oleh , dan masing-masing "menandai" suatu titik . Mesh dari partisi tersebut adalah subselang di partisi dengan lebar terbesar, . Selanjutnya, jumlah Riemann dari sebuah fungsi  terhadap partisi bertanda tersebut didefinisikan sebagaisehingga setiap suku dalam penjumlahan menyatakan luas sebuah persegi panjang dengan tinggi sama dengan nilai fungsi pada suatu nilai di subselang tersebut, dan dengan lebar sama dengan lebar subselang, .

Akhirnya, integral Riemann dari sebuah fungsi  pada selang  didefinisikan sama dengan  jika:.

 Untuk setiap  terdapat   sedemikian sehingga, untuk sebarang partisi bertanda  dengan mesh lebih kecil dari , berlaku hubungan 

Jika tanda setiap subselang yang dipilih adalah maksimum (atau serupa dengan itu, minimum) dari nilai fungsi pada subselang tersebut, maka jumlah Riemann akan sama dengan jumlah Darboux atas (atau serupa dengan itu, bawah); memperlihatkan kaitan erat antara integral Riemann dan integral Darboux.

 Integral Lebesgue 


Baik dalam teori maupun penerapan, seringkali perhitungan perlu memindahkan limit ke "sisi" dalam integral. Sebagai contoh, suatu barisan fungsi sering dibuat untuk menghampiri, dalam konteks yang masuk akal, solusi (dalam rupa fungsi) dari sebuah masalah. Dalam hal ini, integral dari fungsi solusi sewajarnya sama dengan limit dari integral fungsi hampiran. Akan tetapi, banyak fungsi yang dapat dihasilkan dari limit tidak terintegralkan-Riemann, sehingga teorema limit seperti itu tidak berlaku ketika menggunakan integral Riemann. Akibatnya, diperlukan suatu definisi integral yang memungkinkan lebih banyak jenis fungsi yang dapat terintegralkan..

Integral yang memenuhi syarat tersebut adalah integral Lebesgue, yang menggunakan fakta berikut untuk memungkinkan lebih banyak jenis fungsi dapat terintegralkan: jika nilai dari fungsi disusun ulang atas domainnya, integral dari fungsi tersebut harus tidak berubah. Alhasil Henri Lebesgue memperkenalkan integral yang menyandang namanya, dan menjelaskan integral ini dalam surat ke Paul Montel:.

Folland menyampaikan konsep integral ini seperti berikut: "Untuk menghitung integral Riemann dari , seseorang perlu mempartisi domain  sebagai sub-subselang, sedangkan dalam integral Lebesgue, dia mempartisi [rentang] nilai dari .". Definisi dari integral Lebesgue didasarkan dengan sebuah ukuran, . Dalam kasus paling sederhana, ukuran Lebesgue  dari selang  adalah lebarnya, , sehingga hasil integral Lebesgue sama dengan integral Riemann ketika keduanya ada.. Pada kasus yang lebih rumit, ukuran dari himpunan dapat sangat terpecah-pecah, tanpa kekontinuan dan tidak memiliki kemiripan apapun dengan selang.

Menggunakan sudut pandang "mempartisi rentang nilai dari ", integral dari sebuah fungsi non-negatif  akan menyatakan penjumlahan terhadap , dari luas-luas (mungkin beberapa) strip horizontal tipis yang terletak di antara  dan . Luas dari strip ini adalah . Misalkan . Integral Lebesgue dari  selanjutnya didefinisikan sebagaidengan bentuk integral di ruas kanan adalah bentuk integral takwajar Riemann biasa (fungsi  adalah fungsi positif yang menurun tegas (strictly decreasing), sehingga memiliki integral takwajar Riemann).. Definisi ini berlaku untuk suatu kelompok fungsi yang sesuai (yakni fungsi terukur).

Sebarang fungsi terukur  terintegralkan-Lebesgue jika jumlah dari nilai-nilai mutlak dari luas daerah di antara grafik fungsi  dan sumbu- bernilai hingga; secara matematis:.Dalam kasus tersebut, integralnya adalah selisih luas daerah diatas sumbu- dengan luas dibawah sumbu-; sama seperti integral Riemann. Dituliskan dalam bentuk matematis:.dengan

 Integral lainnya 
Walau integral Riemann dan Lebesgue adalah definisi integral yang paling umum digunakan, ada beberapa definisi integral lainnya, termasuk di antaranya:

 Integral Darboux, yang didefinisikan menggunakan jumlah Darboux (kasus khusus dari jumlah Riemann), tetapi setara dengan integral integral Riemann. Suatu fungsi terintegralkan-Darboux jika dan hanya jika fungsi tersebut terintegralkan-Riemann. Integral Darboux memiliki keuntungan karena lebih mudah didefinisikan ketimbang integral Riemann.
 Integral Riemann–Stieltjes, perumuman dari integral Riemann yang mengintegrasi terhadap sebuah fungsi ketimbang sebuah variabel.
 Integral Lebesgue–Stieltjes, dikembangkan lebih lanjut oleh Johann Radon, memperumum integral Riemann–Stieltjes dan integral Lebesgue.
 Integral Daniell, yang mengubah integral Lebesgue dan Lebesgue-Stieltjes sehingga tidak bergantung pada konsep ukuran.
 Integral Haar, digunakan untuk integrasi pada grup topologis yang kompak secara lokal, diperkenalkan oleh  Alfréd Haar pada tahun 1933.
 Integral Henstock–Kurzweil, didefinisikan oleh Arnaud Denjoy, Oskar Perron, dan (secara lebih elegan sebagai gauge integral) Jaroslav Kurzweil, dan dikembangkan oleh Ralph Henstock.
 Integral Itô dan integral Stratonovich, yang mendefinisikan integrasi terhadap semimartingales seperti gerak Brown.
 Integral Young, salah satu jenis integral Riemann–Stieltjes terhadap suatu jenis fungsi dengan unbounded variation.
 Integral rough path, didefinisikan untuk fungsi yang dilengkapi oleh suatu struktur "rough path" tambahan dan memperumum integrasi stokastik baik terhadap semimartingales dan proses seperti gerak Brown fraksional.
 Integral Choquet, sebuah integral subaditif atau superaditif yang dibuat oleh matematikawan Prancis Gustave Choquet pada tahun 1953.
 Integral Bochner, sebuah perumuman dari integral Lebesgue ke suatu kelompok fungsi yang lebih luas, yakni fungsi yang domain merupakan ruang Banach.

 Sifat 

 Kelinearan 
Himpunan semua fungsi terintegralkan-Riemann pada suatu selang tertutup  akan membentuk sebuah ruang vektor di bawah operasi penjumlahan setitik (pointwise addition) dan perkalian dengan skalar. Operasi integrasimerupakan bentuk linear pada ruang vektor tersebut. Akibatnya, himpunan fungsi terintegralkan bersifat tertutup dibawah kombinasi linear, dan integral dari sebuah kombinasi linear sama dengan kombinasi linear dari integral:.Mirip dengan hal itu, himpunan fungsi terintegralkan-Lebesgue bernilai-riil pada suatu ruang ukuran  dengan ukuran , bersifat tertutup dibawah proses membuat kombinasi linear, sehingga menghasilkan sebuah ruang vektor. Integral Lebesguemerupakan bentuk linear dalam ruang vektor tersebut, sehingga:Secara umum, pertimbangkan ruang vektor dari semua fungsi terukur pada ruang ukuran , dengan nilai di ruang vektor topologis yang lengkap dan kompak lokal  atas suatu lapangan topologis kompak lokal ,   Kita dapat mendefinisikan pemetaan integrasi abstrak yang memadankan setiap fungsi  masing-masing dengan sebuah elemen di  atau simbol ,yang kompatibel dengan kombinasi linear.. Dalam kasus ini, kelinearan berlaku untuk subruang dari fungsi yang integralnya adalah suatu elemen dari  (dengan kata lain, "bernilai hingga"). Kasus penting yang spesial muncul ketika  berupa , , atau perluasan hingga dari lapangan bilangan p-adic , dan  adalah suatu ruang vektor dimensi-hingga atas  ; dan ketika  dan  adalah ruang Hilbert kompleks.

Kelinearan, bersama dengan beberapa sifat kekontinuan dan normalisasi untuk suatu kelompok fungsi "sederhana", dapat digunakan untuk membuat definisi alternatif dari integral. Ini adalah pendekatan yang dilakukan integral Daniell untuk kasus fungsi bernilai riil pada sebuah himpunan ; dan diperumum oleh Nicolas Bourbaki ke fungsi-fungsi dengan nilai yang terletak di ruang vektor topologis kompak lokal. Lihat  untuk karakterisasi aksiomatik dari integral ini.

 Pertidaksamaan 
Beberapa pertidaksamaan umum berlaku untuk fungsi-fungsi terintegralkan-Riemann yang terdefinisi pada selang tertutup dan terbatas , dan dapat diperluas ke bentuk-bentuk integral lainnya (seperti Lebesgue). Pertidaksamaan tersebut meliputi:

 Batas bawah dan batas atas. Sebarang fungsi  yang terintegralkan pada  haruslah terbatas pada selang tersebut. Artinya, ada bilangan riil  dan  sehingga  untuk sebarang  Karena jumlah batas bawah dan batas atas dari  pada  secara berurutan sama dengan  dan , dapat disimpulkan 
 Pertidaksamaan antar fungsi.. Jika  untuk setiap  maka jumlah batas bawah dan atas dari  dibatasi dari-atas masing-masing oleh jumlah batas bawah dan atas dari  Akibatnya,Ini adalah perumuman dari pertidaksamaan sebelumnya, karena  sama saja dengan integral dari fungsi konstan bernilai  pada  Lebih lanjut, jika pertidaksamaan antar fungsi bersifat tegas, maka pertidaksamaan antar integral juga tegas. Artinya, jika  untuk setiap  berlaku
 Subselang. Jika  adalah subselang dari  dan  bernilai non-negatif untuk  maka
 Hasil kali dan nilai mutlak dari fungsi. Jika  dan  adalah fungsi, maka perkalian setitik (pointwise products), perpangkatan, dan nilai mutlak dari kedua fungsi tersebut dapat dituliskan sebagai:  Jika  terintegralkan-Riemann pada  maka hal yang sama juga berlaku untuk  dan Lebih lanjut, jika  juga terintegralkan-Riemann pada selang yang sama, maka  juga terintegralkan-Riemann, dengan Pertidaksamaan ini, dikenal sebagai pertidaksamaan Cauchy–Schwarz, memainkan peran penting dalam teori ruang Hilbert; sisi kiri diintepretasikan sebagai hasil kali dalam dari dua fungsi terintegralkan-kuadrat  dan  pada 
 Pertidaksamaan Hölder.. Misalkan  dan  adalah dua bilangan riil, dengan  dan  Misalkan pula  dan  adalah fungsi terintegralkan-Riemann. Dapat dibuktikan bahwa fungsi  dan  terintegralkan dan memenuhi pertidaksamaan Hölder berikut:  Untuk  pertidaksamaan Hölder tereduksi menjadi pertidaksamaan Cauchy–Schwarz.
 Pertidaksamaan Minkowski. Misalkan  adalah sebuah bilangan riil, dan  dan  adalah fungsi terintegralkan-Riemann. Dapat dibuktikan bahwa fungsi   dan  juga terintegralkan-Riemann dan memenuhi pertidaksamaan Minkowski berikut:  Versi integral Lebesgue dari pertidaksamaan ini digunakan dalam konstruksi ruang Lp.

 Konvensi 
Di bagian ini,  adalah fungsi bernilai-riil yang terintegralkan-Riemann. Integral pada selang  terdefinisi jika  Hal ini mengartikan batas bawah dan atas dari penjumlahan nilai fungsi  dievaluasi pada partisi  dengan nilai  yang semakin meningkat. Secara geometris, proses mengintegralkan dimaknai dilakukan "dari kiri ke kanan", mengevaluasi nilai  pada subselang  dengan ujung kanan subselang tepat bersebelahan dengan ujung kiri subselang indeks selanjutnya. Nilai  dan , kedua ujung dari selang, disebut sebagai batas (atau limit) dari integrasi dari  Integral juga dapat didefinisikan untuk  sebagai berikut:Pada kasus  ini mengartikan Konvensi pertama diperlukan dalam mengintegrasi pada sub-subselang dari  Sedangkan konvensi kedua mengartikan integral pada selang degenerat, yakni yang sama saja dengan sebuah titik, akan bernilai nol. Lebih lanjut terkait konvensi pertama, salah alasan ini diperlukan adalah bahwa keintegralan dari  pada  mengartikan  dapat diintegralkan pada sebarang subselang  dari . Secara khusus, untuk sebarang elemen  berlaku:



Dengan adanya konvensi pertama, hubungan



terdefinisi dengan baik untuk semua permutasi siklik dari , , dan .

 Teorema dasar kalkulus 
Teorema dasar kalkulus menyatakan bahwa turunan dan integral adalah operasi yang saling berkebalikan (invers): jika sebarang fungsi kontinu diintegralkan kemudian diturunkan, hasilnya akan sama dengan fungsi semula.. Satu akibat penting dari pernyataan tersebut, terkadang disebut teorema dasar kalkulus kedua, memungkinkan perhitungan integrasi dilakukan menggunakan antiturunan dari fungsi yang diintegrasi..

 Teorema pertama 
Misalkan  adalah fungsi bernilai-riil yang terdefinisi pada selang tertutup  Selanjutnya, misalkan  adalah fungsi yang didefinisikan, untuk setiap  di  sebagaiMaka, fungsi  kontinu pada  terturunkan (terdiferensialkan) pada selang buka  dan untuk sebarang  di 

 Teorema kedua 
Misalkan  adalah fungsi bernilai-riil yang terdefinisi pada selang tertutup  dan  adalah fungsi kontinu pada  yang merupakan suatu antiturunan dari  pada  Artinya, untuk   berlaku Jika  terintegralkan pada  maka 

 Perhitungan 

 Analitik 
Teknik paling sederhana dalam menghitung integral tentu dari fungsi satu variabel bernilai riil, adalah dengan menggunakan teorema dasar kalkulus. Misalkan  adalah fungsi dari  yang akan diintegralkan pada suatu selang  Maka selanjutnya antiturunan dari  perlu dicari; yakni, sebuah fungsi  sedemikian sehingga  pada selang tersebut. Mengasumsikan integran dan integral tidak memiliki singularitas pada selang integrasi, maka menggunakan teorema dasar kalkulus,

Terkadang satu atau beberapa dari banyak teknik menyelesaikan integral perlu digunakan. Kebanyakan dari teknik ini menuliskan integral dalam bentuk lain yang diharapkan lebih mudah diselesaikan. Teknik-teknik tersebut meliputi integrasi dengan substitusi, integrasi secara parsial, integrasi dengan subtitusi trigonometri, dan integrasi dengan pecahan parsial.

Ada beberapa metode alternatif untuk menghitung integral yang lebih rumit. Banyak integral dari fungsi non-elementer dapat dijabarkan sebagai deret Taylor lalu diintegralkan suku-demi-suku. Terkadang, hasil deret takhingga yang didapatkan bisa dijumlahkan secara analitis. Metode konvolusi menggunakan fungsi-G Meijer juga dapat digunakan, mengasumsikan integran dapat dituliskan sebagai hasil perkalian fungsi-fungsi-G Meijer. Ada banyak cara lain yang tidak dikenal umum untuk menghitung integral tentu. Sebagai contoh, identitas Parseval dapat digunakan untuk mengubah integral atas daerah berbentuk persegi panjang menjadi penjumlahan takhingga. Terkadang pula, ada integral yang dapat diselesaikan menggunakan suatu trik; sebagai contoh kasus ini, lihat integral Gauss.

Perhitungan integral yang menyangkut volume suatu benda putar umumnya dilakukan dengan metode cakram atau metode kulit.

Cara-cara spefisik dari banyak teknik lainnya disusun dan dikumpulkan dalam tabel integral.

 Simbolik 

Banyak masalah dalam matematika, fisika, dan teknik berurusan dengan integrasi yang memerlukan hasil berupa rumus eksplisit. Untuk membantu hal ini, tabel integral yang komprehensif telah disusun dan diterbitkan selama bertahun-tahun. Seiring penggunaan komputer yang makin marak, banyak tenaga profesional, pendidik, dan siswa beralih ke sistem aljabar komputer yang secara khusus dirancang untuk melakukan tugas-tugas yang sulit dan/atau melelahkan, termasuk integrasi. Integrasi simbolik telah menjadi salah satu motivasi untuk mengembangkan sistem yang dapat melakukannya, seperti Macsyma dan Maple.

Kesulitan matematis utama dalam integrasi simbolik adalah bahwa dalam banyak kasus, fungsi yang relatif sederhana tidak memiliki integral yang dapat dituliskan (diekspresikan) dalam bentuk tertutup yang hanya melibatkan fungsi-fungsi elementer, yang meliputi fungsi rasional dan eksponensial, logaritma, fungsi trigonometri, dan fungsi invers trigonometri, serta operasi-operasi terkait perkalian dan komposisi. Algoritma Risch memberikan kriteria umum untuk menentukan apakah antiturunan dari suatu fungsi elementer bersifat elementer (dan cara untuk menghitung integral jika memang bersifat elementer). Namun, fungsi-fungsi dengan ekspresi antiturunan yang tertutup adalah kasus khusus: sistem aljabar komputer secara umum tidak mampu menemukan antiturunan dari fungsi elementer yang dibuat secara acak. Sisi positifnya, jika "blok pembangun" untuk antiturunan dapat ditetapkan di awal, sistem mungkin dapat menentukan apabila antiturunan dari suatu fungsi dapat dinyatakan menggunakan blok-blok pembangun tersebut, dan solusi simboliknya jika dapat ditemukan. Algoritam Risch yang diterapkan dalam Mathematica, Maple, dan sistem-sistem lainnya melakukan hal tersebut untuk fungsi dan antiturunan yang dibangun dari fungsi-fungsi rasional, akar, logaritma, dan/atau eksponensial.

Beberapa integran khusus muncul cukup sering sehingga wajar untuk dipelajari lebih lanjut. Secara khusus, mungkin dapat berguna untuk memiliki antiturunan dari fungsi-fungsi spesial (seperti fungsi-fungsi Legendre, hipergeometrik, gamma, dll.). Memperluas algoritma Risch untuk mencakup fungsi-fungsi tersebut dimungkinkan walau kesulitannya yang menantang; hal ini sedang menjadi subjek penelitian yang aktif.

Cara lain yang baru dikembangkan belakangan ini adalah menggunakan fungsi-fungsi hingga-D (D-finite functions), yang merupakan solusi dari persamaan diferensial linear dengan koefisien-koefisien polinomial. Sebagian besar dari fungsi-fungsi elementer dan spesial merupakan hingga-D, dan integral dari fungsi hingga-D juga merupakan fungsi hingga-D. Hal ini memberikan suatu algoritma untuk menyatakan antiturunan dari fungsi hingga-D sebagai solusi dari persamaan diferensial.

Sistem integrasi berbasis-aturan juga dapat membantu masalah integrasi. Rubi, sistem aljabar komputer menggunakan daftar pola yang mencocokan integral dengan lebih dari 6600 aturan integrasi simbol untuk banyak jenis integran.

 Numerik 

jmpl|Beberapa metode kuadratur numerik: metode persegi, metode jajargenjang, metode Romberg, dan kuadratur Gauss.|360x360pxNilai dari integral tentu dapat dihampiri menggunakan beberapa metode integrasi numerik. Metode persegi panjang melakukan ini dengan membagi daerah dibawah fungsi menjadi suatu barisan persegi panjang yang bersesuian dengan nilai-nilai dari fungsi, lalu mengalikannya dengan lebar langkah (step width) dan menjumlahkannya untuk mendapatkan hasilnya. Nilai hampiran yang lebih baik adalah dengan menggunakan aturan trapesium, yang mengganti persegi panjang dengan trapesium.. Ide yang mendasar aturan trapesium, bangun yang lebih mirip dengan grafik akan menghasilkan taksiran integral yang lebih baik, dapat dikembangkan lebih lanjut: aturan Simpson menghampiri integran dengan potongan-potongan fungsi kuadratik..

Jumlah Riemann, aturan trapesium, dan aturan Simpson adalah contoh dari kelompok aturan kuadratur yang disebut rumus Newton–Cotes. Rumus Newton–Cotes derajat  menghampiri kurva fungsi pada setiap subselang dengan sebuah polinomial derajat  Polinomial tersebut dipilih sedemikian sehingga dapat menginterpolasi nilai-nilai fungsi pada selang integrasi.. Polinomial dengan derajat lebih tinggi dapat menghasilkan hampiran yang lebih akurat, tetapi juga memerlukan perhitungan fungsi yang lebih banyak, dan dapat mengalami ketakcermatan (inaccuracy) numerik akibat fenomena Runge. Salah satu solusi dari masalah tersebut adalah kuadratur Clenshaw–Curtis, yang menghampiri integran dengan menjabarkannya dalam suku-suku berupa polinomial Chebyshev.

Metode Romberg membagi lebar langkah menjadi setengahnya secara iteratif, pada setiap tahap menghasilkan hampiran trapesium   dan seterusnya; dengan  Untuk setiap lebar langkah yang baru, hanya setengah dari nilai-nilai fungsi integran yang perlu dicari; sisanya menggunakan dari hasil perhitungan lebar langkah sebelumnya. Kemudian metode ini menginterpolasi sebuah polinomial berdasarkan hampiran-hampiran yang didapatkan, lalu mengekstrapolasi ke  Kuadratur Gauss mengevaluasi integran di akar-akar dari suatu himpunan polinomial ortogonal.. Metode Gauss -titik tepat (exact) untuk polinomial sampai derajat 

Perhitungan integral dimensi tinggi (sebagai contoh, perhitungan volume) menggunakan alternatif lain seperti integrasi Monte Carlo..

 Mekanikal 
Luas dari sebarang bangun dua dimensi dapat ditentukan menggunakan instrumen yang disebut planimeter. Volume dari objek yang tidak beraturan dapat diukur dengan teliti menggunakan banyaknya air yang dipindahkan ketika objek dicelupkan.

 Penerapan 
Integral sering digunakan dalam banyak hal. Sebagai contoh, dalam teori peluang, integral digunakan untuk menentukan peluang dari variabel acak berada di suatu rentang tertentu.. Lebih lanjut, integral dari keseluruhan fungsi kepadatan peluang harus bernilai 1, yang memberi cara mengecek apakah fungsi tanpa nilai negatif dapat menjadi fungsi kepadatan atau tidak..

Dalam fisika, pada bidang seperti kinematika, integral digunakan untuk mencari besaran seperti perpindahan, waktu, dan kecepatan. Sebagai contoh, dalam gerak lurus, total perpindahan dari objek pada selang waktu  dapat dihitung dengan dengan  menyatakan kecepatan sebagai fungsi terhadap waktu.. Besar usaha  yang digunakan  (ditulis sebagai fungsi terhadap posisi) dari posisi  ke posisi tujuan  adalah:. Integral juga digunakan dalam termodinamika, dengan integrasi termodinamika dipakai untuk menghitung selisih energi bebas di antara dua keadaan.

 Perumuman 

 Integral takwajar 

ka|jmpl|Integral takwajar memiliki selang yang tak-terbatas untuk domain dan nilai dari fungsi.Integral Riemann "wajar" mengasumsikan integran terdefinisi dan bernilai hingga pada selang tertutup dan terbatas. Integral disebut takwajar jika satu atau lebih dari kondisi tersebut tidak terpenuhi. Dalam beberapa kasus, integral seperti itu dapat didefinisikan dengan menggunakan limit dari barisan integral Riemann wajar dengan selang yang semakin besar.

Jika selang dari integrasi tidak terbatas, sebagai contoh batas atasnya, maka integral takwajar adalah limit integral ketika batas atas menuju tak hingga:.



Jika integran hanya terdefinisi atau terhingga pada selang setengah-buka, misalnya  maka limit (mungkin) dapat menghasilkan solusi yang terhingga:.



Dengan kata lain, integral takwajar adalah limit dari integral wajar dengan salah satu batas integrasi menuju suatu nilai riil tertentu, atau  atau  Dalam kasus-kasus yang lebih rumit, limit diperlukan pada kedua batas integrasi, atau pada titik-titik interior.

 Integral lipat 

ka|jmpl|Integral lipat dua yang menghitung volume dibawah permukaan Sama seperti integral tentu dari fungsi positif satu-variabel merepresentasikan luas daerah di antara grafik fungsi dan sumbu-x, integral lipat dari fungsi positif dua-variabel merepresentasikan volume daerah di antara permukaan fungsi dan bidang dari domainya.. Sebagai contoh, untuk sebuah fungsi  bernilai riil dengan dua variabel,  dan  integral fungsi tersebut atas persegi panjang  yang dihasilkan dari perkalian Kartesius kedua selang integrasinya,  dapat dituliskan sebagai

dengan diferensial  menandakan integrasi dilakukan terhadap luas. Integral lipat-dua ini dapat didefinisikan menggunakan jumlah Riemann, dan merepresentasikan volume (bertanda) dibawah grafik  atas domain . Dalam kondisi yang cocok (misal, jika  kontinu), teorema Fubini menyatakan bahwa integral ini dapat dituliskan sebagai integral berulang. Bentuk tersebut menyederhanakan masalah menghitung integral lipat-dua menjadi menghitung integral satu-dimensi (sebanyak dua kali). Oleh karena itu, notasi lain dari integrasi atas  menggunakan simbol integral ganda: Integrasi atas domain yang lebih umum dapat dilakukan. Integral dari sebuah fungsi  menurut terhadap volume, atas daerah dimensi-n  dapat dituliskan:

 Integral garis dan integral permukaan 

ka|jmpl|Integral garis menjumlahkan elemen-elemen (panah berwarna hijau) sepanjang kurva (berwarna biru).Konsep dari integral dapat diperluas ke domain integrasi yang lebih umum, seperti pada kurva yang berkelok dan permukaan di ruang dimensi tinggi. Integral semacam itu masing-masing dikenal sebagai integral garis dan integral permukaan. Keduanya memiliki penerapan yang penting dalam fisika, contohnya ketika berurusan dengan medan vektor.

Integral garis adalah integral dengan fungsi integran dievaluasi sepanjang sebuah kurva.. Ada banyak jenis integral garis; pada kasus kurva tertutup, integral ini juga disebut dengan integral kontur.

Fungsi yang diintegrasi dapat berupa medan skalar atau medan vektor. Nilai dari integral garis adalah jumlah dari nilai-nilai medan di setiap titik pada kurva, dikalikan bobot yang didapatkan dari fungsi pada kurva (umumnya panjang busur, sedangkan untuk medan vektor: perkalian skalar medan vektor dengan vektor diferensial pada kurva).. Pembobotan ini membedakan integral garis dari integral-integral sederhana yang tedefinisi pada selang. Banyak rumus dalam fisika memiliki bentuk kontinu yang alami ketika dinyatakan sebagai integral garis. Sebagai contoh, usaha setara dengan perkalian gaya  dengan besar perpindahan  yang dalam bentuk vektor dituliskan sebagai:. Untuk suatu objek yang bergerak sepanjang lintasan  di dalam medan vektor  misalnya medan listrik atau medan gravitasi, total usaha yang dikerjakn oleh medan pada objek didapatkan dengan menjumlahkan usaha diferensial ketika memindahkan objek dari  ke  Hal ini memberikan integral garis. 

ka|jmpl|Definisi dari integral permukaan didasarkan pada proses memotong permukaan menjadi elemen-elemen permukaan yang lebih kecil.Integral permukaan memperumum integral lipat ke integrasi atas permukaan (yang mungkin berupa himpunan yang melengkung di suatu ruang). Fungsi integran dapat berupa medan skalar atau medan vektor. Nilai dari integral permukaan adalah hasil penjumlahan nilai-nilai medan pada semua titik di permukaan. Penjumlahan ini dapat dilakukan dengan memotong permukaan menjadi elemen-elemen permukaan, yang selanjutnya menghasilkan partisi untuk jumlah Riemann..

A surface integral generalizes double integrals to integration over a surface (which may be a curved set in space); it can be thought of as the double integral analog of the line integral. The function to be integrated may be a scalar field or a vector field. The value of the surface integral is the sum of the field at all points on the surface. This can be achieved by splitting the surface into surface elements, which provide the partitioning for Riemann sums.

Sebagai contoh dari penerapan integral permukaan, pertimbangkan sebuah medan vektor  pada permukaan  maksudnya, untuk setiap titik  di   berupa vektor. Bayangkan suatu fluida mengalir melalui  sedemikian sehingga  menyatakan kecepatan fluida di titik  Fluks didefinisikan sebagai banyaknya fluida yang mengalir melalui  per satuan waktu. Untuk menentukan nilai fluks, kita perlu menghitung hasil perkalian titik  dengan vektor normal permukaan  pada setiap titik, yang selanjutnya menghasilkan bentuk integral atas permukaan:. Fluks dalam contoh di atas dapat berupa fluida fisik seperti air dan udara, tetapi juga bisa berupa fluks elektrik atau magnetik. Integral permukaan banyak diterapkan dalam fisika, khususnya teori klasik elektromagnetik.

 Sejarah 

Integrasi pra-kalkulus
Teknik sistematis terdokumentasi pertama yang mampu menentukan integral adalah metode penghabis dari Yunani kuno astronom Eudoksos (ca. 370 SM), yang berusaha untuk menemukan luas dan volume dengan memecahnya menjadi beberapa divisi yang luas atau volumenya diketahui. Metode tersebut dikembangkan lebih lanjut dan digunakan oleh Archimedes pada abad ke-3 SM dan digunakan untuk menghitung luas lingkaran, luas permukaan dan volume bola, luas elips, luas di bawah parabola, volume segmen revolusi paraboloid, volume segmen hiperboloid revolusi, dan luas spiral.

Metode serupa dikembangkan secara independen di Tiongkok sekitar abad ke-3 M oleh Liu Hui, yang menggunakan untuk mencari luas lingkaran. Metode ini kemudian digunakan pada abad ke-5 oleh ahli matematika ayah dan anak Tionghoa Zu Chongzhi dan Zu Geng untuk mencari volume bola (; ).

Di Timur Tengah, Hasan Ibn al-Haytham, dalam bahasa Latin sebagai Alhazen ( AD) menurunkan rumus untuk jumlah pangkat empat s. Dia menggunakan hasil untuk melakukan apa yang sekarang disebut integrasi fungsi ini, di mana rumus untuk jumlah kuadrat integral dan paraboloid.Katz, V.J. 1995. "Ide Kalkulus dalam Islam dan India." Majalah Matematika (Asosiasi Matematika Amerika), 68(3):163–174.

Kemajuan signifikan berikutnya dalam kalkulus integral baru mulai muncul pada abad ke-17. Pada saat ini, karya Cavalieri dengan metode Indivisibles miliknya, dan karya Fermat, mulai meletakkan dasar-dasar kalkulus modern, dengan Cavalieri menghitung integral dari  dengan derajat nilai  dalam rumus kuadrat Cavalieri. Langkah selanjutnya dibuat pada awal abad ke-17 oleh Barrow dan Torricelli, yang memberikan petunjuk pertama tentang hubungan antara integrasi. Barrow memberikan bukti pertama dari teorema fundamental kalkulus. John Wallis menggeneralisasi metode Cavalieri, menghitung integral dari nilai  menjadi kekuatan umum, termasuk kekuatan negatif dan kekuatan pecahan.

Leibniz dan Newton
Kemajuan besar dalam integrasi terjadi pada abad ke-17 dengan penemuan independen dari teorema dasar kalkulus oleh Leibniz dan Newton. Leibniz menerbitkan karyanya tentang kalkulus sebelum Newton. Teorema menunjukkan hubungan antara integrasi dan diferensiasi. Hubungan tersebut, dikombinasikan dengan kemudahan pembedaan, dapat dimanfaatkan untuk menghitung integral. Secara khusus, teorema dasar kalkulus memungkinkan seseorang untuk memecahkan masalah kelas yang jauh lebih luas. Sama pentingnya adalah kerangka matematika komprehensif yang dikembangkan oleh Leibniz dan Newton. Diberikan nama kalkulus sangat kecil, tersebut memungkinkan untuk analisis fungsi yang tepat dalam domain kontinu. Kerangka ini akhirnya menjadi modern kalkulus, yang notasinya untuk integral diambil langsung dari karya Leibniz.

Formalisasi
Sementara Newton dan Leibniz memberikan pendekatan sistematis untuk integrasi, pekerjaan mereka tidak memiliki derajat rigor. Bishop Berkeley secara mengesankan menyerang langkah langkah yang digunakan Newton, memanggil mereka "hantu dari jumlah yang telah pergi". Kalkulus memperoleh pijakan yang lebih kokoh dengan pengembangan limit. Integrasi pertama kali diformalkan secara ketat, menggunakan batasan, oleh Riemann. Meskipun semua fungsi kontinu bagian yang dibatasi adalah Riemann-integrable pada interval yang dibatasi, selanjutnya fungsi yang lebih umum dipertimbangkan terutama dalam konteks analisis Fourier yang mendefinisikan Riemann tidak berlaku, dan Lebesgue merumuskan definisi integral yang berbeda, didirikan di teori ukuran (subbidang dari analisis nyata). Definisi integral lainnya, memperluas pendekatan Riemann dan Lebesgue, telah diusulkan. Pendekatan ini berdasarkan sistem bilangan real adalah yang paling umum saat ini, tetapi ada pendekatan alternatif, seperti definisi integral sebagai bagian standar dari jumlah Riemann tak terbatas, berdasarkan sistem bilangan hiperreal.

Notasi sejarah
Notasi untuk integral tak tentu diperkenalkan oleh Gottfried Wilhelm Leibniz pada tahun 1675 (; ). Dia mengadaptasi simbol integral, ∫, dari lambang berbentuk ſ, singkatan dari summa (ditulis sebagai ſumma; dari Bahasa Latin "sum" atau "total"). Notasi modern untuk integral pasti, dengan batas di atas dan di bawah integral, pertama kali digunakan oleh Joseph Fourier Mémoires dari Akademi Prancis sekitar tahun 1819–2020, dicetak ulang dalam bukunya tahun 1822 (; ).

Isaac Newton menggunakan batang vertikal kecil di atas variabel untuk menunjukkan integrasi, atau menempatkan variabel di dalam kotak. Bilah vertikal mudah dikacaukan pada nilai  atau , yang digunakan untuk menunjukkan diferensiasi, dan notasi kotak sulit untuk direproduksi oleh printer, jadi notasi tersebut tidak digunakan secara luas.

 Penggunaan pertama dari istilah tersebut 
Istilah ini pertama kali dicetak dalam bahasa Latin pada tahun 1690: "Ergo et horum Integralia aequantur" (Bernoulli, Opera 1744, Vol. 1, hal. 423).

Istilah ini digunakan dalam paragraf yang mudah dipahami dari Guillaume de l'Hôpital pada tahun 1696:Dans tout cela il n'y a encore que la premiere partie du calcul de M. Leibniz, laquelle consiste à descendre des grandeurs entiéres à leur différences infiniment petites, et à comparer entr'eux ces infiniment petits de quelque genre qu'ils soient: c'est ce qu'on appel calcul différentiel. Pour l'autre partie, qu'on appelle Calcul intégral, et qui consiste à remonter de ces infiniment petits aux grandeurs ou aux touts dont ils sont les différences, c'est-à-dire à en trouver les sommes, j'avois aussi dessein de le donner. Mais M. Leibniz m'ayant écrit qu'il y travailloit dans un Traité qu'il intitule De Scientia infiniti, je n'ay eu garde de prive le public d'un si bel Ouvrage qui doit renfermer tout ce qu'il y a de plus curieux pour la Méthode inverse des Tangentes..."Dalam semua itu, hanya ada bagian pertama dari kalkulus M. Leibniz, yang terdiri dari turun dari besaran integral ke perbedaan kecil tak terhingga, dan dalam membandingkan antara satu sama lain yang sangat kecil tak terhingga dari jenis yang mungkin: inilah yang disebut kalkulus diferensial. Adapun bagian lain, yang disebut kalkulus integral, dan itu terdiri dari kembali ke atas dari yang sangat kecil ke kuantitas, atau bagian penuh dari perbedaan mereka, yaitu untuk menemukan jumlah mereka, saya juga berniat untuk mengungkapkannya. Tetapi mengingat M. Leibniz menulis kepada saya bahwa dia sedang mengerjakannya di sebuah buku yang dia sebut De Scientia infiniti, Saya berhati-hati untuk tidak menghilangkan publik dari karya yang begitu indah yang karena mengandung semua yang paling aneh dalam metode kebalikan dari garis singgung..."

 Lihat pula 
 Permukaan integral
 Tabel integral
 Turunan
 Integral geometri

 Catatan kaki 

 Referensi 

 Bacaan lebih lanjut 



 Pranala luar 
  Operator Integrasi Berulang