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Il calcolo integrale completa l'analisi affrontata nel triennio: l'integrale indefinito risponde alla domanda inversa rispetto alla derivazione (qual è la funzione di cui conosco la derivata?), mentre l'integrale definito misura una grandezza cumulata — anzitutto l'area sottesa a una curva — come limite di somme di Riemann. Il teorema fondamentale del calcolo integrale salda i due punti di vista, mostrando che derivazione e integrazione sono operazioni reciproche e fornendo, con la formula di Newton-Leibniz, lo strumento operativo per calcolare aree, volumi dei solidi di rotazione e, in forma di cenni, integrali impropri. È un argomento centrale dell'Esame di Stato, in particolare nella seconda prova del Liceo Scientifico.
4 sezioni~22 min di lettura3 competenzeLivello Standard 2 · Approfondimento 2Verificato · 07/2026
livello base
In tutti gli indirizzi liceali si richiede la padronanza del significato dell'integrale, degli integrali immediati e del teorema fondamentale, con applicazioni al calcolo di aree semplici.
livello avanzato
Nel Liceo Scientifico (e nell'opzione Scienze Applicate) si approfondiscono i metodi di integrazione per sostituzione e per parti, i volumi dei solidi di rotazione e i cenni agli integrali impropri, spesso al centro della seconda prova.
Profondità di lettura: Approfondimento
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Mappa dei metodi di integrazione
Integrale di una potenza
Regola fondamentale per i polinomi: vale per ogni esponente reale diverso da meno uno; c è la costante di integrazione.
Caso n = -1
L'unico caso escluso dalla regola della potenza: la primitiva è il logaritmo naturale del valore assoluto di x.
Integrazione per sostituzione
Si pone t uguale a g(x), da cui dt uguale a g'(x) dx; l'integrale si riscrive nella nuova variabile.
Integrazione per parti
Lettura inversa della derivata del prodotto: si deriva f e si integra g'; conviene quando f si semplifica derivando.
Calcola l'integrale indefinito di x per e elevato a x rispetto a x.
Si pone f(x) uguale a x (si semplifica derivando) e g'(x) uguale a e elevato a x (immediato da integrare).
Si calcola la derivata di f e una primitiva di g'.
Si applica la formula dell'integrazione per parti.
L'integrale residuo è immediato.
Derivando il risultato si ritrova l'integranda: la derivata di (x meno uno) per e elevato a x è e elevato a x più (x meno uno) per e elevato a x, cioè x per e elevato a x.
Risultato: L'integrale vale (x meno uno) per e elevato a x più c, ossia x·e^x − e^x + c.
Errori frequenti
Approfondimento
Due fondamenti dell'integrazione meritano la dimostrazione. Primo: due primitive di una stessa funzione su un intervallo differiscono per una costante. Se «F' = G' = f», la funzione «H = F − G» ha derivata «H' = f − f = 0» ovunque nell'intervallo; per un corollario del teorema di Lagrange, una funzione a derivata nulla su un intervallo è costante, perché presi due punti «H(x₂) − H(x₁) = H'(c)(x₂ − x₁) = 0». Dunque «F − G = costante», il che giustifica la costante additiva «+ C» dell'integrale indefinito. Secondo: la formula di integrazione per parti è la lettura inversa della regola del prodotto. Da «(f·g)' = f'g + fg'» si integra: «f·g = ∫ f'g dx + ∫ fg' dx», da cui «∫ f·g' dx = f·g − ∫ f'·g dx». Si sceglie come fattore da derivare, «f», quello che si semplifica derivando, tipicamente un polinomio, e come fattore da integrare, «g'», quello che resta gestibile: così l'integrale residuo diventa più semplice. Analogamente, l'integrazione per sostituzione è la regola della catena letta all'indietro, «∫ f(g(x))g'(x) dx = ∫ f(u) du» con «u = g(x)»; entrambi i metodi non sono trucchi ma inversioni sistematiche delle regole di derivazione.
Ripasso attivo
Calcola l'integrale indefinito di x per e elevato a x rispetto a x, utilizzando il metodo di integrazione per parti, e verifica il risultato per derivazione.
Richiamo attivo
Ricorda i punti chiave — poi rivela.
Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))
Area sottesa alla parabola y = x² su [0, 2]
Definizione come limite di somme
L'integrale definito è il limite delle somme di Riemann al tendere all'infinito del numero di suddivisioni.
Additività rispetto all'intervallo
L'integrale si spezza su intervalli consecutivi: utile quando la funzione cambia segno o espressione.
Teorema della media integrale
Per f continua esiste un punto in cui il valore della funzione eguaglia il valor medio integrale.
Stima l'area sottesa a y uguale a x al quadrato su [0, 2] con una somma di Riemann a 4 sottointervalli e punti di destra, poi confrontala con il valore esatto dell'integrale definito.
Si divide [0, 2] in 4 parti uguali: l'ampiezza è 0,5 e i punti di destra sono 0,5; 1; 1,5; 2.
Si sommano i valori della funzione nei punti di destra moltiplicati per delta x.
Una primitiva di x al quadrato è x al cubo diviso 3; valutata tra 0 e 2 dà otto terzi.
La somma a destra sovrastima l'area perché la funzione è crescente; otto terzi vale circa 2,67 contro 3,75 della stima.
Risultato: La somma di Riemann a destra dà 3,75 (sovrastima); il valore esatto dell'integrale è otto terzi, circa 2,67.
Errori frequenti
Approfondimento
Il teorema della media integrale si dimostra combinando le proprietà dell'integrale con i teoremi sulle funzioni continue, e chiarisce il senso di valore medio. Sia «f» continua su «[a, b]»; per Weierstrass essa ammette minimo «m» e massimo «M» su tale intervallo, quindi «m ≤ f(x) ≤ M» per ogni «x». Integrando la disuguaglianza, poiché l'integrale conserva l'ordine, si ottiene «m(b − a) ≤ ∫ₐᵇ f(x) dx ≤ M(b − a)», e dividendo per «(b − a) > 0» risulta «m ≤ (1/(b − a))∫ₐᵇ f dx ≤ M». Il numero al centro, la media integrale «μ», è dunque compreso tra il minimo e il massimo di «f»; per il teorema dei valori intermedi esiste allora un punto «c ∈ [a, b]» in cui «f(c) = μ», cioè «∫ₐᵇ f(x) dx = f(c)·(b − a)». Geometricamente, l'area sotto la curva eguaglia quella del rettangolo di base «(b − a)» e altezza «f(c)»: esiste un'altezza media che pareggia i tratti in cui la curva sta sopra e sotto. Questo risultato è il passo decisivo nella dimostrazione del teorema fondamentale del calcolo, dove verrà applicato all'intervallo «[x, x + h]» per calcolare la derivata della funzione integrale.
Ripasso attivo
Stima l'area sottesa alla parabola y uguale a x al quadrato sull'intervallo da 0 a 2 mediante una somma di Riemann con 4 sottointervalli e punti campione di destra, poi confronta il risultato con il valore esatto dell'integrale definito.
Richiamo attivo
Ricorda i punti chiave — poi rivela.
Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))
La funzione integrale F(x) accumula l'area sotto y = sin x
Prima parte (funzione integrale)
Per f continua, la funzione integrale è una primitiva di f: la sua derivata è la funzione stessa.
Formula di Newton-Leibniz
L'integrale definito si calcola valutando una qualunque primitiva agli estremi e facendone la differenza.
Data F di x uguale all'integrale di sin t da 0 a x, determina F, calcola F primo e verifica che vale sin x; poi calcola l'integrale definito di sin x da 0 a pi greco.
Una primitiva di sin t è meno cos t; valutata tra 0 e x dà la funzione integrale.
Derivando F si ritrova l'integranda, come previsto dal teorema fondamentale.
Si applica Newton-Leibniz con la primitiva meno cos x.
La differenza vale 2: è l'area di una semionda di seno.
Risultato: F(x) = 1 − cos x, con F'(x) = sin x; l'integrale di sin x da 0 a pi greco vale 2.
Errori frequenti
Approfondimento
La prima parte del teorema fondamentale merita la dimostrazione completa, perché è il perno che unisce derivazione e integrazione. Sia «f» continua e «F(x) = ∫ₐˣ f(t) dt» la funzione integrale. Se ne calcola la derivata dal rapporto incrementale: «[F(x + h) − F(x)]/h = (1/h)[∫ₐ^(x+h) f − ∫ₐˣ f] = (1/h)∫ₓ^(x+h) f(t) dt», per l'additività rispetto all'intervallo. Per il teorema della media integrale, esiste un punto «cₕ» compreso tra «x» e «x + h» tale che «(1/h)∫ₓ^(x+h) f(t) dt = f(cₕ)». Quando «h → 0», «cₕ» è schiacciato verso «x», e per la continuità di «f» si ha «f(cₕ) → f(x)». Dunque «F'(x) = lim_{h→0} f(cₕ) = f(x)»: la funzione integrale è una primitiva di «f». Da qui la formula di Newton-Leibniz: se «G» è una qualsiasi primitiva di «f», essa differisce da «F» per una costante, «G(x) = F(x) + k»; poiché «F(a) = 0», si ha «G(b) − G(a) = F(b) − F(a) = ∫ₐᵇ f», cioè «∫ₐᵇ f(x) dx = G(b) − G(a)». Il calcolo dell'area si riduce così alla ricerca di una primitiva, e le due anime del calcolo integrale — area e antiderivazione — si rivelano un unico oggetto.
Ripasso attivo
Considera la funzione integrale F di x definita come l'integrale di sin t da 0 a x. Determina la sua espressione esplicita, calcola la sua derivata e verifica che coincide con l'integranda; infine calcola l'integrale definito di sin x da 0 a pi greco.
Richiamo attivo
Ricorda i punti chiave — poi rivela.
Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))
Area tra le curve y = x e y = x² su [0, 1]
Area tra due curve
Si integra la differenza tra la funzione superiore e quella inferiore, tra le ascisse di intersezione.
Volume del solido di rotazione (dischi)
Rotazione attorno all'asse x: ogni disco ha raggio f(x) e volume pi greco f(x)^2 dx.
Integrale improprio convergente
Area finita su un dominio illimitato: il limite esiste finito, quindi l'integrale converge.
Calcola l'area tra y uguale a x e y uguale a x al quadrato, poi il volume del solido generato dalla rotazione attorno all'asse x della regione sottesa a y uguale alla radice di x su [0, 4].
Si risolve x uguale a x al quadrato: le soluzioni sono 0 e 1, estremi di integrazione.
Su (0, 1) la retta y uguale a x sta sopra la parabola y uguale a x al quadrato.
Si integra la differenza tra retta e parabola.
Il raggio è radice di x, quindi il quadrato del raggio è x; si integra tra 0 e 4.
Risultato: L'area tra le due curve è un sesto; il volume del solido di rotazione è 8 pi greco (circa 25,13).
Errori frequenti
Approfondimento
Il metodo dei dischi non è una formula da memorizzare ma il limite di una somma di Riemann tridimensionale, e permette di ritrovare per via analitica i volumi noti. Ruotando attorno all'asse «x» la regione sotto il grafico di «f ≥ 0» tra «a» e «b», si affetta il solido con piani perpendicolari all'asse: ogni fetta di spessore «Δx» è approssimata da un cilindretto, o disco, di raggio «f(x)» e altezza «Δx», dunque di volume «π f(x)²·Δx». Sommando i dischi e passando al limite si ottiene «V = π ∫ₐᵇ f(x)² dx». Applichiamolo alla sfera di raggio «r», generata dalla rotazione del semicerchio «f(x) = √(r² − x²)» tra «−r» e «r»: «V = π ∫₋ᵣʳ (r² − x²) dx = π [r²x − x³/3]₋ᵣʳ = π(2r³ − 2r³/3) = (4/3)π r³», la celebre formula, finalmente dimostrata e non solo enunciata. Lo stesso metodo dà i volumi del cono e del paraboloide. Quanto agli integrali impropri, il confronto tra «∫₁^(+∞) dx/x² = 1», convergente, e «∫₁^(+∞) dx/x = +∞», divergente, mostra che un'area su dominio illimitato è finita solo se la funzione tende a zero abbastanza rapidamente: è la stessa soglia che governerà la convergenza delle serie.
Ripasso attivo
Determina l'area della regione di piano compresa tra le curve y uguale a x e y uguale a x al quadrato; poi calcola il volume del solido ottenuto dalla rotazione attorno all'asse x della regione sottesa a y uguale alla radice di x sull'intervallo da 0 a 4.
Richiamo attivo
Ricorda i punti chiave — poi rivela.
Fonti: Esame di Stato del secondo ciclo — quadri di riferimento e griglie di valutazione (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))
Riferimenti e fonti