Question Number 143193 by mohammad17 last updated on 11/Jun/21
$${prove}\:{that}\:{the}\:{function}\:{f}\left({x}\right)={x}^{\mathrm{2}} \:\:,{x}\varepsilon\left[\mathrm{1},\mathrm{4}\right] \\ $$$${is}\:{Riemannian}\:{integral}\:? \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 11/Jun/21
$$\int_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{4}} \mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{dx}=\int_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{4}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \mathrm{dx}\:=\left[\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}}\right]_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{4}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left(\mathrm{4}^{\mathrm{3}} −\mathrm{1}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left(\mathrm{63}\right)=\frac{\mathrm{63}}{\mathrm{3}}=\mathrm{21} \\ $$$$\mathrm{lim}_{\mathrm{n}\rightarrow+\infty} \frac{\mathrm{4}−\mathrm{1}}{\mathrm{n}}\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \mathrm{f}\left(\mathrm{1}+\left(\mathrm{4}−\mathrm{1}\right)×\frac{\mathrm{k}}{\mathrm{n}}\right) \\ $$$$=\mathrm{lim}_{\mathrm{n}\rightarrow+\infty} \frac{\mathrm{3}}{\mathrm{n}}\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \mathrm{f}\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{3k}}{\mathrm{n}}\right) \\ $$$$=\mathrm{lim}_{\mathrm{n}\rightarrow+\infty} \frac{\mathrm{3}}{\mathrm{n}}\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{3k}}{\mathrm{n}}\right)^{\mathrm{2}} \:=\mathrm{lim}_{\mathrm{n}\rightarrow+\infty} \frac{\mathrm{3}}{\mathrm{n}}\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{6k}}{\mathrm{n}}+\frac{\mathrm{9k}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{n}^{\mathrm{2}} }\right) \\ $$$$=\mathrm{3}\:+\mathrm{lim}_{\mathrm{n}\rightarrow+\infty} \frac{\mathrm{18}}{\mathrm{n}^{\mathrm{2}} }\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \:\mathrm{k}\:+\mathrm{lim}_{\mathrm{n}\rightarrow+\infty} \frac{\mathrm{27}}{\mathrm{n}^{\mathrm{3}} }\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \mathrm{k}^{\mathrm{2}} \\ $$$$=\mathrm{3}+\mathrm{lim}_{\mathrm{n}\rightarrow+\infty} \frac{\mathrm{18}}{\mathrm{n}^{\mathrm{2}} }\frac{\mathrm{n}\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{2}}\:+\mathrm{lim}_{\mathrm{n}\rightarrow+\infty} \frac{\mathrm{27}}{\mathrm{n}^{\mathrm{3}} }\frac{\mathrm{n}\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2n}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{6}} \\ $$$$=\mathrm{3}+\mathrm{9}\:+\mathrm{9}\:=\mathrm{21}\:\Rightarrow\mathrm{f}\:\mathrm{is}\:\mathrm{Rieman}\:\mathrm{integrable}. \\ $$