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Riemann-Summen-Rechner

Nähere die Fläche unter f(x) auf [a,b] mit Links-, Rechts-, Mittelpunkt- oder Trapezregel und n Teilintervallen an, mit dem Fehler gegenüber dem exakten Integral.

Gib f(x), das Intervall, die Teilintervalle und eine Regel ein. Grenzen akzeptieren Zahlen, pi oder e.

Über dieses Tool

Der Riemann-Summen-Rechner ist ein kostenloses Analysis-Werkzeug, das direkt im Browser läuft und die Fläche unter einer Kurve y = f(x) auf einem Intervall [a, b] annähert, indem es dieses in n gleiche Teilintervalle der Breite Δx = (b − a)/n unterteilt und die Flächen von Rechtecken oder Trapezen aufsummiert. Es berechnet alle vier Standardregeln: die Linkssumme Σf(xᵢ)·Δx über i = 0…n−1, die Rechtssumme über i = 1…n, die Mittelpunktsumme unter Verwendung der Mitte jedes Teilintervalls und die Trapezregel (Δx/2)·[f(x₀) + 2·Σf(xᵢ) + f(xₙ)].

Alles wird lokal in deinem Browser berechnet, sodass nichts, was du eingibst, irgendwohin gesendet wird. Wähle das Intervall, die Anzahl der Teilintervalle n und welche Regel hervorgehoben werden soll; das Werkzeug zeichnet die entsprechenden Rechtecke oder Trapeze über der Kurve auf eine Zeichenfläche, sodass du sehen kannst, wie die Näherung den Bereich abdeckt. Gib den Integranden mit den üblichen Operatoren, ^ für Potenzen, Klammern, den Konstanten pi und e sowie Funktionen wie sin, cos, exp, ln und sqrt ein.

Um die Genauigkeit zu zeigen, berechnet der Rechner außerdem einen hochaufgelösten Referenzwert mit der zusammengesetzten Simpson-Regel und meldet den absoluten und relativen Fehler deiner gewählten Methode dagegen. Wenn du n erhöhst, schmiegen sich die Rechtecke enger an die Kurve und der Fehler schrumpft — die Mittelpunkt- und Trapezregel konvergieren viel schneller als die Links- oder Rechtssumme. Für x² auf [0, 2] ist die exakte Fläche 8/3 ≈ 2,6667, und die Mittelpunktregel mit nur 10 Teilintervallen ist bereits sehr nahe dran.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen den vier Regeln?
Die Links- und Rechtssumme verwenden den Funktionswert am linken oder rechten Rand jedes Teilintervalls als Rechteckhöhe; die Mittelpunktregel verwendet den Wert in der Mitte; die Trapezregel mittelt die beiden Randwerte und bildet ein Trapez. Mittelpunkt und Trapez sind meist weit genauer.
Wie wird der Fehler gemessen?
Das Werkzeug berechnet ein hochgenaues Referenzintegral mit der zusammengesetzten Simpson-Regel (2000 Teilintervalle) und vergleicht deine gewählte Methode damit, wobei es den absoluten Fehler |Schätzung − exakt| und den relativen Fehler als Prozentsatz des exakten Werts meldet.
Was bewirkt das Erhöhen von n?
Mehr Teilintervalle machen jedes Rechteck oder Trapez schmaler, sodass sich die Treppe enger an die Kurve schmiegt und der Fehler abnimmt. Die Links- und Rechtssumme verbessern sich etwa wie 1/n, während sich Mittelpunkt und Trapez wie 1/n² verbessern und viel schneller konvergieren.
Was ist die Riemann-Summe von x² auf [0, 2]?
Die exakte Fläche ist ∫₀² x² dx = 8/3 ≈ 2,6667. Bei n = 10 unterschätzt die Linkssumme und die Rechtssumme überschätzt, während die Mittelpunkt- und Trapezregel sehr nahe bei 2,6667 landen; ein größeres n verengt alle vier.

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