funktion voi tarkistaa derivoimalla. Sijoitusmenettely perustuu ketjusääntöön.
|
|
- Jaakko Mäkinen
- 7 vuotta sitten
- Katselukertoja:
Transkriptio
1 I.6. Sijoitusmenettely A. Integrlifunktiot Integrlifunktiot etsittäessä on sopiv derivoimissääntö luettv tkperin. funktion voi trkist derivoimll. Sijoitusmenettely perustuu ketjusääntöön. Löydetyn 6.. Sijoitusmenetelmä, helppo muoto. Jos F on funktion f integrlifunktio j ψ on derivoituv, niin F ψ on funktion g, g(x = f(ψ(xψ (x, integrlifunktio. Tod. (F ψ (x = F (ψ(xψ (x = f(ψ(xψ (x = g(x. Huom. Eo. muodoss sijoituksen tekeminen ei ole välttämätöntä, mutt trvittess voidn merkitä ψ(x = t, jost differentioimll ψ (x = dt. Sitten lsketn f(t dt, jonk jälkeen sijoitetn tkisin t = ψ(x. Sovellus. Olkoon n Z. Tpuksess n < oletetn lisäksi, että ψ(x < x ti ψ(x > x. Tällöin ψ(x n ψ (x = ψ(xn+ + C, kun n, ψ (x ψ(x Esim. e sin x cos x = e t dt = e t + C = e sin x + C x + x 4 = = n + = ln ψ(x + C (tpus n =. Sij. sin x = t, cos x = dt x + (x Sij. x = t, x = dt dt + t = rc tn t + C = rc tn(x + C 3 I = sin x cos x =? Sijoittmll sin x = t, cos x = dt, sdn I = sin x + C. b Sijoittmll cos x = t vstvsti I = cos x + C. sin x = ( cos x + C = 4 cos x + C. c Myös I = Huom. Sdut lusekkeet ovt vkiotermiä ville smt! Esim. 4 cos x = 4 (cos x sin x = 4 ( sin x = 4 + sin x. 6.. Sijoitusmenetelmä, vhvempi muoto. Olkoon väli j ϕ:, t ϕ(t, idosti monotoninen derivoituv bijektio, sekä olkoon G: R funktion t f(ϕ(tϕ (t = g(t integrlifunktio välillä j olkoon f:llä integrlifunktioit välillä. Tällöin G ϕ : R on f:n integrlifunktio välillä, ts. [ f(x = ] g(t dt t=ϕ (x Tod. Olkoon F f:n integrlifunktio välillä, ts. F (x = f(x x. Kosk G (t = f(ϕ(tϕ (t = F (ϕ(tϕ (t = (F ϕ (t t, niin G(t = (F ϕ(t + C t. Siis (G ϕ (x = G(ϕ (x = F (x + C kikill x, joten myös G ϕ on f:n integrlifunktio välillä..
2 Huom. Oletus f:llä on integrlifunktioit välillä on mm. voimss silloin, jos f on jtkuv ti jos ϕ (t t (jolloin (ϕ (x = /ϕ (ϕ (x j (G ϕ (x = G (ϕ (x(ϕ (x = G (t ϕ (t = g(t ϕ = f(ϕ(t = f(x. (t Käytännössä. Sijoitetn f(x :ss x = ϕ(t, = ϕ (tdt, sdn g(t dt j etsitään G(t, 3 sijoitetn tkisin t = ϕ (x j sdn F (x. ln x Esim. I = x, x >. Sij. x = et = ϕ(t t = ln x, x > = ϕ (t dt = e t dt t I = e t et dt = t dt = t + C = (ln x + C Ol., x =? Voidn trkstell joko väliä x ], [ ti x ], [. x + Sijoitetn x = t, = t dt (t t ], [ ], [. Tällöin x x + = t t + = on idosti vähenevä bijektio ], [ ], [ ti + t t t = x x + = Olkoon x > (eli t >. Sijoittmll vielä + t = u, t dt = du, sdn x x + = Jos x < (eli t <, sdn sm tulos. B. Riemnnin integrli t dt + t du = x u + C = + u t + + C = + C. x 6.3. Sijoitusmenetelmä Riemnnin integrleille. Olkoon f: R jtkuv välillä, j ϕ: [α, β] R, jolle o ϕ on jtkuv välillä [α, β], o ϕ(t kikill t [α, β], 3 o ϕ(α =, ϕ(β = b. Tällöin on b β f(x = f(ϕ(tϕ (t dt. α Tod. f jtkuv = sillä on integrlifunktio F, F (x = f(x x. Määritellään G = F ϕ: [α, β] R (voidn määr. kohdn o nojll, jolloin G (t = F (ϕ(tϕ (t = f(ϕ(tϕ (t = g(t kikill t [α, β] eli G on jtkuvn funktion g integrlifunktio välillä [α, β]. Anlyysin perusluseen 5.6 mukn β α f(ϕ(tϕ (t dt = β α g(t dt = G(β G(α = F (b F ( = b f(x.
3 6.4. Huom. Tässä ϕ:n ei trvitse oll monotoninen (ei tkisinsijoitust t = ϕ (x. Voidn sovelt myös toisin päin: b g(ψ(xψ (x = β α g(t dt, kun g: R on jtkuv, ψ: [, b] R jtkuvsti derivoituv, ψ([, b] j ψ( = α, ψ(b = β (siis sij. ψ(x = t, ψ (x = dt. 3π/ sin x 6.5. Esim. I = =? π/ + cos x Sijoittmll t = cos x, dt = sin x uudet rjt ovt t(π/ = j t(3π/ =, joten I = Olkoon > vkio, I = dt + t =. Myös: I = x =? 3π/ / π/ ln( + cos x =. Sijoitetn x = sin t = ϕ(t, ϕ: [, π] [, ], jolloin = cos t dt, ϕ( = j ϕ( π =. Siis x = sin t = cos t = cos t, kun t [, π] = I = π/ = π/ π/ cos t cos t dt = cos t dt ( + cos t dt = / π/ (t + sin t = 4 π. (Lskettiin origokeskisen -säteisen ympyrän neljänneksen pint-l Esim. Olkoon > j f: [, ] R jtkuv. Jos f on prillinen eli f(x = f( x x, niin Jos f on priton eli f( x = f(x x, niin f(x = f(x =. f(x. sdn Tod. Kosk f(x = f(x = f( t dt = f(x + f( tdt = f(x, niin sijoituksell x = t, = dt, f(tdt, jos f prillinen, f(t dt, jos f priton.
4 I.7. Osittisintegrointi Tulon derivoimiskv D(uv = u v +uv nt uv = D(uv u v, jost integroimll sdn 7.. Luse. Jos u, v ovt derivoituvi välillä j F on u v:n integrlifunktio välillä, niin uv F on uv :n integrlifunktio välillä, ts. u(xv (x = u(xv(x u (xv(x. Tod. D(uv F = D(uv F = u v + uv u v = uv. Jos merkitään v = dv j u = du, niin lyhyesti u dv = uv v du. Luse 5. nt vstvn tuloksen Riemnnin integrleille: 7.. Luse. Olkoot u, v: [, b] R derivoituvi j u, v integroituvi (esim. jtkuvi välillä [, b]. Tällöin b u(xv (x = / b u(xv(x b u (xv(x. Tod. Kosk uv on integroituvn funktion uv + u v integrlifunktio, niin b uv + b u v = b (uv + u v = Esimerkkejä. x sin x = u(x = x u (x = = x cos x + cos x = sin x x cos x + C v (x = sin x v(x = cos x 3 = ln x = x ln x x = x ln x x + C (x > x x cos x = u(x = x u (x = π/4 π/4 / = π π/4 / 4 + x tn x π/4 tn x = π 4 π/4 ln cos x = π 4 + ln = π 4 ln. sin x cos x / b uv. v (x = cos x v(x = tn x I.8. Eräiden lkeisfunktioiden integrointi A. Rtionlifunktiot Olkoon R(x = P (x Q(x = + x m x m b + b x b n x n. Jos P :n ste deg(p = m n = deg(q, voidn jk j sdn R(x = P (x + P (x Q(x, P j P polynomej, deg(p < n = deg(q. 3
5 Tässä P ostn integroid. Siis jtkoss voidn olett m < n.. Erikoistpuksi: Jos n =, niin R(x = b n =, m = = R(x = b + b x j R(x = b ln b + b x + C. b + b x + b x eli muoto R(x = x + px + q. Nyt x + px + q = (x + p + q p. Olkoon luksi q p, jolloin nimittäjällä on reliset nollkohdt x j x (mhd. yhtäsuuret j siis x + px + q = (x x (x x. Jos x = x, niin R(x = (x x = + C. x x Jos x x, niin R(x = (x x (x x = A + B = A(x x + B(x x, x x x x (x x (x x missä tulee oll (jtkuvuuden nojll myös, kun x = x ti x = x { A + B = = A(x x + B(x x = (A + Bx x A x B x x A x B = Vkiot A j B voidn rtkist, kosk in on kerroindeterminntti = x x = = x + x (j A = /(x x, B = /(x x. Siis R(x = A ln x x + B ln x x + C. Olkoon sitten q p >, jolloin nimittäjällä ei ole nollkohti. Nyt R(x = q p + (x + p = (q p ( + u, missä u = x + p q p, joten integrlifunktio on tyyppiä rc tn. c n =, m = = R(x = + x eli muoto b + b x + b x sx + t R(x = x + px + q = s x + p x + px + q + t sp x + px + q = R(x = s ln x + px + q + (t sp x + px + q, jok tämän jälkeen plutuu kohtn b.. Yleinen tpus: R(x = P (x, missä deg(p < deg(q. Q(x Voidn todist, että Q:ll on lkutekijähjotelm Q(x = (x x k... (x x m k m (x + p x + q l... (x + p n x + q n l n, 4
6 missä k i, l j N, x i :t ovt erisuuri relijuuri, p j q j < kikill j j (p j, q j (p h, q h, kun j h, sekä että R:llä on osmurtohjotelm R(x = m k i i= j= n ij (x x i j + l i i= j= b ij x + c ij (x + p i x + q i j. Q:n erityyppisiä tekijöitä kohden on R:n osmurtohjotelmn otettv vstvt termit seurvsti: (x x i k A A + x x i (x x i A k (x x i k, (x + p i x + q i l B x + C B x + C x + + p i x + q i (x + p i x + q i B l x + C l (x + p i x + q i l. Sdut lusekkeet ostn jo integroid pitsi jälkimmäisen tpus l. Se on tyyppiä (vrt. myös edellä c-koht sx + t (x + px + q l = s x + p (x + (t sp + px + q l (x + px + q l, missä siis p q <. Ensimmäinen integrli on selvä (sijoitus t = x + px + q j jälkimmäinen voidn muunt seurvsti: x + px + q = (x + p + q p = (q p ( + u, missä u = x + p, = q p q p du = q p (x + px + q l = du (q p l ( + u l. Olkoon l. Integrlin määrittämiseksi voidn kirjoitt + x ( + x l = x ( + x l = ( + x l j sovelt jälkimmäiseen osittisintegrointi: x ( + x l = x x ( + x l = (l [ x ( + x l x ( + x l ] ( + x l Jtkmll näin päädytään lopult tpukseen l =. Tulos: R(x voidn lusu rtionlifunktioiden, logritmien j rc tn:n vull. Lsku onnistuu käytännössä, jos nimittäjäpolynomi Q ostn jk lkutekijöihin. Esimerkkejä. Ain ei knnt etsiä osmurtohjotelm: x 7 ( x 4 + = x 3 x3 x 4 = x 3 4x 3 + x 4 + = 4 x4 ln(x4 + + C. + x 3 =? + x3 = x = + x 3 = ( + x( x + x. + x 3 = A + x + Bx + C x + x = A Ax + Ax + Bx + C + Bx + Cx ( + x( x + x = (A + Bx + ( A + B + Cx + A + C x R x 5
7 A + B = A + B + C = A + C = B = A A + C = A + C = + x 3 = ( 3 + x x x + x = ( 3 + x x x x A = /3 B = /3 C = /3 x x + Tässä x x + = (x = 3 4 [ 4 3 (x + ], joten sijoittmll t = (/ 3(x, dt = (/ 3 sdn Siis x x + = t dt = 3 + x 3 = 3 ln + x 6 ln x x + + mikä pätee erikseen väleillä ], [ j ], [. x Määritä x(x 3. Integroitvn funktion osmurtokehitelmästä x + 6 x(x 3 = A x + B x rc tn ( 3 ( x + C 3 3 rc tn ( 3 (x + C, C (x 3 = (A + Bx + ( 6A 3B + Cx + 9A x(x 3 sdn A = /3, B = /3 j C = 5. Tällöin väleillä ], [, ], 3[ j ]3, [ on x [ ] + 6 x(x 3 = 3x + 3(x (x 3 = 3 ln x + 5 ln x 3 3 x 3 + C. B. Trigonometriset funktiot. f(x = R(sin x, cos x, missä R(s, t on khden muuttujn rtionlifunktio. Jos esim. R(s, t = s t sin x cos x, niin f(x = + st + sin x cos x. Seurv stndrdisijoitus on metodi, jok in onnistuu, mutt ei ole välttämättä mukvin: Sijoitetn tn( x = t välillä, joss x π + kπ k Z; siis oltv π + k π k Z. Tällöin x = rc tn t + k π sopivll k Z, = dt + t j sin x = sin( x cos( x = sin( x cos( x cos ( x + sin ( x = tn( x t + tn ( = x + t, cos x = cos ( x sin ( x = cos ( x sin ( x cos ( x + sin ( x = tn ( x t + tn ( = x + t ( t = f(x = R + t, t + t + t dt ts. plutuu rtionlifunktion integrointiin (koht A. 6
8 + t Esim. sin x = dt dt t + t = t = ln t + C = ln tn( x + C välillä ]kπ, π + kπ[ (k Z, joss sin x j tn( x on määritelty.. Potensseille muut keinot ovt usein helpompi: Esim. Jos n =,, 3,... j sij. t = cos x, dt = sin x, niin sin n+ x = (sin x n sin x = ( cos x n sin x = ( t n dt. Siis (n = sin 3 x = ( t dt = (t 3 t3 + C = 3 cos3 x cos x + C. Esim. Vstvsti sin n x = sin n x sin x = ( + cot x n [ sin x = ] ( + t n dt t=cot x Esim. 3 sin n x j sin n+ (n N hoituvt osittisintegroinnin ntmill plutuskvoill (ks. Myrberg s. x Esim. I n = I = π/ π/ = π, I = cos n x =? (n =,,,... π/ cos x = π/ / sin x = Olkoon n. Osittisintegroinnill (u(x = cos n x, v (x = cos x I n = π/ = (n cos n x cos x = π/ π/ / cos n x sin x cos n x( cos x = (n π/ π/ (n cos n x( sin x sin x cos n x (n π/ cos n x Sdust yhtälöstä I n = (n I n (n I n voidn I n rtkist: I n = n n I n j jtk I n = n n 3 n n I n 4 jne. I :een ti I :n sti. Siis (n... 3 n prillinen = I n = π (n... 4 j n priton = I n = n... 4 n Tyyppi f(pxg(qx, p ±q, missä f j g ovt sin ti cos. { cos(px + qx = cos px cos qx sin px sin qx Kosinin summkvoist sdn rtkisemll { cos px cos qx = cos(px qx = cos px cos qx + sin px sin qx [cos(p + qx + cos(p qx] sin px sin qx = [[cos(p qx cos(p + qx], jotk on helppo integroid. Sinin summkvoist seur vstvsti sin px cos qx = [sin(p + qx + sin(p qx]. 7
9 Esim. π cos x sin 3x = π (sin 5x + sin x = Esim. Erikoistpuksiss voidn käyttää muitkin kvoj: = 5 π/ 5π/ cos 5x cos x = Sij. 5x=t 5 (cos t cos t sin tdt = 5 5π/ / 5π/ cos t cos t dt = 5 π/ ( 5 cos 5x cos x = π/ (sin t 3 sin3 t = 5 cos t( sin tdt ( = 3 5. C. Juurilusekkeit ( x + b. R x, n, missä R rtionlifunktio. cx + d x + b Sijoitetn t = n cx + d x = dtn b ct n = r(t rtionlinen, = r (tdt myös rtionlinen; lisäksi x j t on rjoitettv sopiviin väleihin. Esim. Määritä I = Sijoitetn I = 3 3/ x x. x x = t x = 3 t( t (t dt = t Osmurtokehitelmän. siis t (t dt = t t, = t dt (t j osittisintegroidn: / 3 t t + 3 t = (t + (t = t t + vull dt t = dt t. dt t = (ln t ln t + + C = ln t + C, t + I = ln 3 + ln =... = ln 3 3 R(x, x +, vkio Hyperbelisijoitus Yhtälö y x = esittää hyperbeliä, kun y = x +. Kosk (y + x(y x =, niin merkitsemällä y + x = t sdn jolloin = y + x = t y x = t x = ( t t y = ( t +, t ( + t dt = ( t + t dt t = y dt t. 8
10 Siis plutuu t:n rtionlifunktion integrointiin. Usein on mukvmpi käyttää hyperbolisi funktioit, jolloin trvitn niiden peruskvoj; eksponenttimuodoss integroitess knntt rjt muutt logritmimuotoon (ks. seur. esim.. Integroinnin perusmuodot ovt: x + = r sinh x + C = ln(x + x + + C x = r cosh x + C = ln(x + x + C, kun x >. Esim. I = + x =? Hyperbelisijoitus: x = ( t, y = ( t + = x t t +. = ( + t dt x = t = y + x = + x + x = x = t = + + ( I = t + + t ( t dt = 4 = [ 4 (3 + + ln( + ( + (t + t + t 3 dt = / + ( t + ln t ] =... = + ln( +. b Sijoitetn x = sinh t t = r sinh x = ln(x + x +, jolloin = cosh t dt, + x = + sinh t = cosh t j uudet rjt t( =, t( = ln( +. Siis t I = ln(+ cosh t dt = ln(+ 4 (et + + e t dt = ln(+ / 4 ( et + t e t, jost sdn sm kuin :ss. 3. R(x, x, > vkio Ympyräsijoitus y = x { y = x y = t(x + x = t + t y = t + t = x Kosk = 4t ( + t dt, niin tehtävä plutuu t:n rtionlifunktion integrointiin. Usein trigonometrinen sijoitus x = sin t, = cos t dt, x = cos t on kätevämpi. Tähän liittyvä integroinnin peruskv on = rc sin x + C. x 9
11 4. R(x, x + bx + c,, plutuu neliöksi täydentämällä tpukseen, jos >, j tpukseen 3, jos <, sillä ( x + bx + c = x + b x + c [( = x + b = b 4c A (t ±, missä A = j t = A b 4c ] [( 4 = x + b ( x + b. ± A ] Joskus voi käyttää muitkin menetelmiä: Esim. Lske ( + x 3/. Sijoitetn x = tn t, = ( + tn tdt: I = π/4 + tn t π/4 ( + tn dt = t 3/ dt π/4 + tn t = cos t dt = π/4 / sin t =.. Pint-l tsoss I.9. Geometrisiä sovelluksi Kolmio on epätyhjä, suljettu (eli reunjnt mukn j surkstumton (ts. ei pelkkä jn, vn sisus j sen pint-l on = knt korkeus. Joukko K R on monikulmio, jos K = K... K n, missä K i :t ovt kolmioit. Monikulmion pint-l S(K sdn jkmll K kolmioihin, joiden sisukset ovt prittin erillisiä. Perusominisuudet: monotonisuus: K K = S(K S(K. dditiivisuus: S(K K = S(K + S(K, kun K:ll j K :ll ei ole yhteisiä sisäpisteitä. Sopimus: Myös on monikulmio, S( =. Olkoon A R rjoitettu joukko. Merkitään m(a = inf{s(k K A, K monikulmio} A:n ulkopint-l, m(a = sup{s(k k A, k monikulmio} A:n sisäpint-l. Huom: m(a = ei ole olemss monikulmiot k s.e. k A. k A K = S(k S(K = in m(a m(a. Määritelmä. Jos m(a = m(a, A:ll on pint-l m(a, jolle m(a = m(a = m(a. Huom. Jos A on monikulmio, niin voidn vlit k = A = K j S(A = m(a. 9.. Luse. Joukoll A on pint-l jokist ε > kohti on olemss monikulmiot k ε j K ε s.e. k ε A K ε j m(k ε m(k ε < ε. Tod. Vrt. Riemnnin ehto integroituvuudelle. 9.. Esim. Jos A on piste ti jn, niin m(a =, joten m(a =. 3
12 A = {(x, y x, y, x, y Q} = m(a =, m(a = (trkk tod. sivuutetn = A:ll ei ole pint-l. 3 A ympyräsektori, säde R >, keskuskulm α ], π]. Jetn α n:ään yhtäsuureen osn (n N j muodostetn monikulmiot k n A j K n A n:stä tskylkisestä kolmiost. sin ( α h = n tn ( α n m(k n = n Rh = n R = h = R sin( α n x = R = x = R tn( α n RR sin( α m(k n = n x R = n R tn ( α n n = R α sin(α/n (α/n n R α, = R α sin(α/n (α/n Kosk m(k n m(a m(a m(k n kikill n N, niin m(a = R α. cos(α/n n R α, 9.3. Luse. Olkoon f: [, b] R integroituv j f(x kikill x [, b]. Merkitään Tällöin A:ll on pint-l m(a = A = {(x, y x b, y f(x}. b f(x. Tod. Olkoon ε >. Kosk f on integroituv, niin on olemss jko D = {x, x,..., x n }, jolle S D < b f + ε j s D > b f ε. Merkitään i = [x i, x i ], g i = inf{f(x x i } j G i = sup{f(x x i }, i =,..., n. Jos g i >, merkitään E i = i [, g i ], j muuten E i =, sekä setetn k D = E... E n. Tällöin k D A on monikulmio (k D =, jos g i = kikill i j m(k D = s D. Jos G i >, merkitään F i = i [, G i ], j jos G i =, setetn F i = i [, h ε ], missä h ε = ε/[(b ]. Nyt K D = F... F n on suorkulmioist koostuv monikulmio, jolle A K D j m(k D S D + ε < b f + ε. Kosk s D = m(k D m(a m(a m(k D, niin b f ε < m(a m(a < joten m(a = m(a = b f eli väite seur. b f + ε ε >, 9.4. Luse. Jos f, g: [, b] R ovt integroituvi j f(x g(x kikill x [, b], niin joukoll A = {(x, y x b, f(x y g(x} on pint-l m(a = b [g(x f(x]. 3
13 Tod. Hrjoitustehtävä.. Tsokäyrät (kertus syksyn kurssilt Trkstelln tso R = {(x, y x R, y R} = R R. Olkoon R väli, mhdollisesti rjoittmton. Määr. Polku tsoss on pri (f, g jtkuvi funktioit f: R, g: R. Jos t, niin (f(t, g(t = α(t R. Siis α: R on kuvus tsoon; merkitään α = (f, g. Kuvjoukko α = α( = {(f(t, g(t t } R on käyrä (eli Peno-käyrä, t on prmetri, α on käyrän α prmetriesitys. Usein kirjoitetn { { x = f(t x = x(t ti y = g(t y = y(t. Näistä jälkimmäinen on mukv, mutt ei ihn täsmällinen, kosk siinä x j y on sekä luku että funktio Esim. = [, ], jnpolku pisteestä = (, pisteeseen b = (b, b { x = + t(b = ( t + tb y = + t(b = ( t + tb eli vektorimuodoss (x, y = ( t + tb. α(t = ( + t(b, + t(b Tässä tpuksess α on jn. = [, ], sm jn, toinen prmetriesitys: { x = + t(b = ( t + tb y = + t(b = ( t + tb. 3 = [, π], α(t = (R cos t, R sin t, R > { x = R cos t y = R sin t Nyt α on R-säteinen origokeskinen ympyrä. Huom. Päätepisteet kuvutuvt smn pisteeseen (R,. Polku α: [, b] R on umpininen, jos α( = α(b. Kohdn 9.5. esimerkkien j polut eivät ole umpinisi, mutt esim. 3 polku on. 3
14 Käyrä on kri, jos sillä on prmetriesitys α: [, b] R, jok on injektio. Tämä trkoitt: t t = α(t α(t eli f(t f(t ti g(t g(t Käyrä on Jordn-käyrä, jos sillä on sellinen prmetriesitys α: [, b] R, että α [, b[ on injektio j α( = α(b. (Myös: A R on Jordn-käyrä on olemss jtkuv bijektio α: Y A, missä Y on ympyrä, mutt tämä vtisi tällisen jtkuvuuden määritelmän. Prmetrin vihto: Olkoon α: R polku, toinen väli j h: jtkuv idosti ksvv bijektio. Tällöin α h: R on uusi polku, jok on stu α:st ksvvll prmetrin vihdoll (voisi myös trkstell pienenevää tpust. Esim. Kuvus h: [, ] [, ], h(t = t, nt edellä kohdss 9.5 :stä :n. Tngentti Olkoon α = (f, g: R polku. Olkoon t sellinen, että on olemss derivtt f (t, g (t. Lisäksi oletetn, että f (t ti g (t. Oletetn, että t + h, h R {}. Jos esim. f (t, niin f(t + h f(t, kun h on pieni. Tällöin on α(t + h α(t. Siis voidn sett suor (sekntti pisteiden α(t j α(t + h kutt. Merkitään f = f(t + h f(t, g = g(t + h g(t. Vektori ( f, g osoitt sekntin ( f suunnn, smoin vektori h, g. Kun h, lähenee tämä vektori (f (t, g (t, jot h voidn merkitä myös α (t. Tulos. Jos f (t j g (t ovt olemss j f (t + g (t > (eli f (t ti g (t, niin polull α on t :ss tngentti, jonk suunt on sm kuin vektorin α (t = (f (t, g (t. Jos f (t, on tngentin kulmkerroin g (t f (t j yhtälö y g(t = g (t f (t (x f(t. Jos f (t =, niin tngentti on pystysuor j sen yhtälö on x = f(t. Esimerkin ympyrälle on x (t = R sin t j y (t = R cos t, joten tngentin suunt on sm kuin vektorin ( R sin t, R cos t j siis myös sm kuin vektorin ( sin t, cos t. { x = t 9.6. Esim. 3 = f(t y = t = g(t Kikill t on olemss f (t, g (t, mutt molemmt ovt nolli, kun t =. t > : t = 3 x = y = ( 3 x = x /3, kun x >. (, j { f( t = f(t g( t = g(t Siis käyrä on symmetrinen y-kselin suhteen. Origoss käyrällä on huipputerävä kärki. 33
15 Määr. Polku α = (f, g: R on säännöllinen, jos ( on olemss jtkuvt derivtt f j g välillä (päätepisteissä toispuoliset, ( f (t + g (t > kikill t. Säännöllisellä polull on tngentti jok pisteessä (päätep. puolitngentti. Esimerkkien 9.5., j 3 polut ovt säännöllisiä, mutt esimerkin 9.6 polku ei ole säännöllinen. { x = t 9.7. Esim. = x(t y = t 3 t = R t = y(t x (t = t y (t = 3t = t = } = polku = t = ±/ 3 säännöllinen tngentti vksuor, kun y (t = tngentti pystysuor, kun x (t = { x( t = x(t y( t = y(t Siis käyrä on symmetrinen x-kselin suhteen. Kosk x ( = j y ( = 3 =, niin tngentin kulmk. = pisteessä (x(, y( = (,. Myös x( = = y(, mutt tngentin kulmk. =. Käyrä leikk itsensä origoss. Implisiittifunktiot. Ol. A R, F : A R. Yhtälö F (x, y = määrittelee usein käyrän, ei kuitenkn in. Esim. F (x, y = x + y R, joss R >. Y = {(x, y x + y R = } on ympyrä j sm kuin edellä ollut α[, π], missä α(t { = (R cos t, R sin t. x = R cos t Perustelu. Prmetriesityksestä päästään muotoon x + y = R eliminoimll t: y = R sin t x + y = R cos t + R sin t = R (cos t + sin t = R. Olkoon x + y = R, R >. Tällöin x, joten on olemss -käsitteinen t [, π] R s.e. cos t = x R j lisäksi myös cos(π t = x R, π t [π, π]. Nyt ( x ( y sin t = cos t = = = sin t = y R R R ti sin t = y R. Jälkimmäisessä tpuksess on kuitenkin sin(π t = sin t = y. Kiken kikkin in on R olemss t [, π] s.e. cos t = x R j sin t = y R. Erikoistpus: Kuvus F on muoto F (x, y = y f(x, joss f: R jtkuv. Tällöin F (x, y = y = f(x eli kyseessä on f:n kuvj. 34
16 { x = t Sillä on luonnollinen prmetriesitys. y = f(t Tämä on säännöllinen f jtkuvsti derivoituv (sillä x (t =, y (t = f (t. { x = f(t Käänteinen ongelm: Olkoon nnettu polku. Määrittelevätkö nämä funktion y = g(t y = h(x? Vstus: Ei in, ktso esim ti 9.7. Kuitenkin näin on, jos esim. f on idosti monotoninen. Tällöin on olemss käänteisfunktio f, jolloin prmetrinvihdoll t = f (s sdn esitys { x = f(f (s = s y = g(f (s = h(s = h(x. Miten sdn h (x? Olkoon f (t pisteessä t. Merkitään x = f(t eli t = f (x Tällöin (yhdistetyn funktion derivointi h (x = (g f (x = g (f (x (f (x = g (t f (t = y (t x (t. Eli h (x = y (t x (t, kun x = x(t. Ide: y x = y/ t y x/ t x x. { x = 3t + e t Esim. Osoit, että yhtälöpri määrittelee funktion h: R R, y = h(x. y = cos t Määritä ne pisteet x, joiss h (x =. Kuvus x on jtkuv j x (t = 3 + e t > 3 > = x idosti ksvv. t : x(t > 3t, joten lim x(t = t t : Kun t <, niin x(t < 3t + j lim x(t =. t Siis x: R R on bijektio j täten on olemss h: R R, jolle y = h(x. h (x(t = y (t x (t = sin t = sin t = t = kπ, k Z. 3 + et x(kπ = 3kπ + e kπ ts. kysytyt pisteet x = 3kπ + e kπ. Npkoordintit (x, y R { x = r cos ϕ y = r sin ϕ r, ϕ määrätty π:n monikert ville r = x + y { cos ϕ = x/r = x/ x + y Jos (x, y = (,, ei ϕ ole määritelty. Muulloin in sin ϕ = y/r = y/ x + y x : ϕ = rc tn y + nπ, joss x > = n prillinen j x < = n priton. x Jos x =, y >, on ϕ = π (+n π. Jos x =, y <, on ϕ = π (+n π. 35
17 { r = r(t Polku voidn nt prmetrimuodoss ϕ = ϕ(t ti r = r(ϕ. Esimerkkejä. r = r = x + y = yksikköympyrä. r = ϕ, ϕ Arkhimedeen spirli 3 r = r(ϕ = e kϕ, k > vkio ϕ = r ϕ = r kyseessä logritminen spirli Tutkitn kuvion kulm ω: ω = α ϕ tn ω = tn α tn ϕ + tn α tn ϕ, missä tn ϕ = y x j tn α = y x { x = r(ϕ cos ϕ y = r(ϕ sin ϕ = { x = r (ϕ cos ϕ r(ϕ sin ϕ y = r (ϕ sin ϕ + r(ϕ cos ϕ Siten tn ω = y /x y/x + (yy /xx = xy yx xx + yy =... = r rr (ϕ = r r (ϕ Nyt r (ϕ = ke kϕ = tn ω = /k = vkio. 4 r = sin ϕ, ϕ [, π] Jos ϕ j ϕ π, niin r j r = sin ϕ r = r sin ϕ x + y = y x + (y = (. Lisäksi r =, jos ϕ = ti π. Siis yhtälön esittämä käyrä on ympyrä, jonk keskipiste on (, j säde =. 3. Pint-l j npkoordintit Olkoon f: [α, β] R integroituv j f(ϕ kikill ϕ [α, β], β α π. Merkitään A = {(r cos ϕ, r sin ϕ α ϕ β, r f(ϕ} R. Olkoon D = {ϕ, ϕ,..., ϕ n } välin [α, β] jko, jkovälit k = [ϕ k, ϕ k ] sekä g k = inf f(ϕ j G k = sup f(ϕ ϕ k ϕ k (k =,..., n. Muodostetn pproksimoivt joukot sektorien vull: b k = {(r cos ϕ, r sin ϕ ϕ k, r g k }, E n = b... b n A, c k = {(r cos ϕ, r sin ϕ ϕ k, r G k }, F n = c... c n A. 36
18 Esim mukn m(b k = g k (ϕ k ϕ k = g k l( k j m(c k = G k l( k, joten m(a m(e n = m(b k = k= j vstvsti m(a m(f n = S D(f. gkl( k = s D(f Olkoon ε >. Kosk f on integroituv, niin löydetään sellinen jko D ε, että S Dε (f < = β α β Siis joukoll A on pint-l m(a = α k= f + ε j s Dε (f > f ε < m(a m(a < β α f(ϕ dϕ. β α β α f + ε. f ε Huom: Yleensä käyrää r = f(ϕ merkitään r = r(ϕ, jolloin m(a = Esim. Määritä krdioidin r = ( cos ϕ ( > rjoittmn joukon l. f(ϕ = ( cos ϕ = r(ϕ >, kun < ϕ < π; r( = = r(π A = {(r cos ϕ, r sin ϕ ϕ π, r r(ϕ} β α r(ϕ dϕ. m(a = π r(ϕ dϕ = π π ( cos ϕ dϕ = ( cos ϕ + cos ϕ dϕ π / π( 3 = ( cos ϕ + + cos ϕ dϕ = ϕ sin ϕ + 4 sin ϕ = 3 π. Prmetrimuoto. Edellisen kohdn npkoordinttitilnteeseen liittyen merkitään edelleen A = {(r cos ϕ, r sin ϕ α ϕ β, r f(ϕ}. { x = f(ϕ cos ϕ Npkoordinttipolull r = f(ϕ on prmetriesitys, ϕ [α, β]. y = f(ϕ sin ϕ Tehdään prmetrin vihto jtkuvll j ksvvll kuvuksell t ϕ(t, ϕ: [, b] [α, β], ϕ( = α, ϕ(b = β. Sdn polku { x = x(t = r(t cos ϕ(t, missä r(t = f(ϕ(t, t [, b]. y = y(t = r(t sin ϕ(t Oletetn kuvukset f j ϕ jtkuvsti derivoituviksi. Tällöin { x (t = r (t cos ϕ(t r(t sin ϕ(t ϕ (t y (t = r (t sin ϕ(t + r(t cos ϕ(t ϕ (t = = (xy yx (t = r(t cos ϕ(t ϕ (t + r(t sin ϕ(t ϕ (t b (xy yx (tdt = = r(t ϕ (t = f(ϕ(t ϕ (t b f(ϕ(t ϕ (tdt = Sij. ϕ=ϕ(t β α f(ϕ dϕ = m(a 37
19 Tulos: m(a = b (xy yx dt Huom: Kv on johdettu ϕ:n olless ksvv, joten rjojen järjestyksen vlinnss olisi yleisesti huomioitv npkoordintteihin liittyvä positiivisen kiertosuunnn järjestys. Kv pätee kikkien umpinisten (jtk. derivoituvien polkujen rjoittmille tsojoukoille, kunhn prmetriväli vst yhtä kierrost vstpäivään (trkemmin Diff. II. Esim. Määritä ellipsin {(x, y x + y = } ( >, b > rjoittmn joukon E pint-l. b x { + y x = cos t b =, t [, π] y = b sin t (tässä t ei ole npkoordinttien vihekulm, jos b m(e = π Kosk E = (xy yx dt = π { (x, y x, b x y b m(e = = 4b ( b x π/ π ( cos t b cos t + b sin t sin tdt = b dt = πb. + b missä on sijoitettu x = sin t, = cos t dt. x = 4b cos t dt = 4b π 4 = πb, } x, niin Luseen 9.4 kvll x Jos polun prmetriesitys määrittelee funktion, niin pint-l voidn usein mukvsti määrittää tämän vull, kuten näkyy seurvst esimerkistä. { x = (t sin t Esim. Olkoon >. Osoit, että sykloidin kri, t [, π], määrittelee y = ( cos t funktion y = h(x. Lske tämän vull sykloidin kren j x-kselin rjoittmn joukon A pintl. Merkitään x(t = (t sin t = f(t, t [, π]. Kosk f (t = x (t = ( cos t j f (t = t = ti π, niin funktio f: [, π] [, π] on idosti ksvv, joten sillä on käänteisfunktio f : [, π] [, π]. Siis prmetriesitys määrittelee funktion y = h(x, h(x = y(f (x. Kysytty l on m(a = π y(f (x(t = (y f f(t = y(t sdn m(a = π y(tx (t dt = h(x. Sijoittmll x = x(t, = x (tdt, h(x(t = π π ( cos t ( cos t dt = ( cos t dt π π = ( cos t + cos tdt = ( cos t + cos t + dt / π( 3 = t sin t + 4 sin t = 3π. 38
20 4. Polun pituus Piste P = (x, y R j vektori v = (x, y = x ı+y j. Pisteen P etäisyys origost = x + y = v = vektorin v pituus. Vektorin kertominen luvull R: v = (x, y; j vektorien summ: v + u = (x, y + (x, y = (x + x, y + y. Tson vektoreille pätevät: Komponenttiepäyhtälöt: Jos v = (x, x, niin x i v x + x, i =,. Kolmioepäyhtälöt: v u v ± u v + u, v = (x, y j u = (x, y. Tod. Jos i =,, niin x i x i x + x ( x + x = x + x. (xx + yy (xx + (yy + xx yy + (xy x y = (xx + (yy + (xy + (x y = (x + y (x + y = xx + yy xx + yy x + y x + y = v u v + u = (x + x + (y + y = x + y + x + y + xx + yy v + u + v u = ( v + u = v + u v + u Tällöin siis v = ( v + u u v + u + u = v + u + u, joten v u v + u. Kosk smoin u v v + u, niin v u v + u. Olkoon α: [, b] R, α(t = (x(t, y(t, polku (siis t x(t j t y(t jtkuvi. Muodostetn välin [, b] jko D : = t < t <... < t n = b. Sitä vst murtoviiv, jonk pituus on l D = = α(t k α(t k k= [x(tk x(t k ] + [y(t k y(t k ] k= Määritelmä. Jos l = l(α = sup{l D D on välin [, b] jko} <, niin polku α on suoristuv j l sen pituus. Jos polku α ei ole suoristuv, setetn l(α =. Siis α on suoristuv on olemss vkio L < s.e. l D L kikill D. Lemm. Jos D D, niin l D l D. Tod. Voidn olett, että D = D {t }, t k < t < t k. Kolmioepäyhtälön mukn l D l D = α(t k α(t + α(t α(t k α(t k α(t k. Kun f: [, b] R on funktio j D on välin [, b] jko kuten edellä, merkitään v D = v D (f = f(t k f(t k. k= Määritelmä. Jos v = v(f = sup{v D (f D on välin [, b] jko} <, niin f on rjoitetusti heilhtelev j v sen kokonisheilhtelu. 39
21 Siis f on rjoitetusti heilhtelev vkio V < s.e. v D V kikill D Esimerkkejä. Jos f: [, b] R on derivoituv j f rjoitettu (esim. f jtkuv välillä [, b], niin f on rjoitetusti heilhtelev. Tod. Olkoon M > sellinen, että f (t M kikill t [, b]. Muodostetn välin [, b] jko D = {t, t,..., t n }. DVAL = on olemss sellinen ξ k ]t k, t k [, että f(t k f(t k = f (ξ k (t k t k (k =,..., n, jolloin v D (f = f(t k f(t k = k= f (ξ k (t k t k M { x cos(π/x, kun < x Asetetn f(x =, kun x =. Tällöin f: [, ] R on jtkuv, mutt ei ole rjoitetusti heilhtelev. k= Perustelu. Jtkuvuus on selvä. Olkoon n N j D n = ( f k = (t k t k = M(b. k= {, ( f = k + k cos(kπ k + cos((k + π k ( k k + ( k+ = k + k + > k = v Dn (f k= n +, n,..., 3, },. (k =,,..., n ( ( f f > + k k n n (viimeisen kohdn perustelu srjteoriss, hrmoninen srj Luse. Polku α: [, b] R, α(t = (x(t, y(t, on suoristuv x j y ovt rjoitetusti heilhtelevi funktioit. Tod. = Oletuksen mukn α on suoristuv, joten on olemss L R s.e. l D L kikill D. Olkoon D = {t, t,..., t n } välin [, b] jko. Komponenttiepäyhtälön mukn x(t k x(t k α(t k α(t k kikill k =,..., n, joten v D (x = x(t k x(t k k= α(t k α(t k = l D L. Siis funktio x on rjoitetusti heilhtelev, j smoin y. = Kosk funktiot x, y ovt rjoitetusti heilhtelevi, niin on olemss V, V < s.e. v D (x V j v D (y V kikill joill D. Olkoon D = {t, t,..., t n } välin [, b] jko kuten edellä. Komponenttiepäyhtälön oiken puolen mukn α(t k α(t k x(t k x(t k + y(t k y(t k (k =,..., n. Summmll sdn l D v D (x + v D (y V + V, joten α on suoristuv. { x = t Esim. Olkoon f: [, b] R jtkuv. Polku, t [, b], on f:n kuvj. Kosk y = f(t v D (x = b kikill joill D, niin x(t = t on in rjoitetusti heilhtelev. Siis kuvjpolku on suoristuv f on rjoitetusti heilhtelev. Erityisesti edellisen esim. 9.8.:n kuvjpolku ei ole suoristuv. 4 k=
22 Merkitään α (t = (x (t, y (t. 9.. Luse. Jos α: [, b] R, α(t = (x(t, y(t, on jtkuvsti derivoituv polku (ts. x j y jtkuvi, niin α on suoristuv j sen pituus on l = l(α = b α (t dt = b x (t + y (t dt. Tod. Luseen 9.9 j esimerkin 9.8. mukn α on suoristuv. Merkitään I = b α (t dt. On osoitettv, että l = I. Olkoon D = {t, t,..., t n } välin [, b] jko j k = [t k, t k ] (k =,..., n. DVAL = jokisell k =,..., n on olemss ξ k, η k ]t k, t k [ siten, että x(t k x(t k = x (ξ k (t k t k = x (ξ k l( k j y(t k y(t k = y (η k l( k. Nyt siis α(t k α(t k = (x (ξ k l( k, y (η k l( k = l( k v k, missä v k = (x (ξ k, y (η k, joten l D = α(t k α(t k = v k l( k. k= Jtkuvn funktion t x (t + y (t = α (t jkoon D liittyvä eräs Riemnnin summ on S D = x (ξ k + y (ξ k l( k = k= k= α (ξ k l( k. k= Lopputrkstelu jetn osiin seurvsti: kikill joill D on ( l I (l l D + l D S D + S D I. Olkoon ε >. Suoristuvn polun pituuden l määritelmän mukn on olemss jko D ε siten, että l Dε > l ε. Kun D D ε, niin (Lemmn nojll l Dε l D, joten l l D l l Dε < ε. Luseen. mukn S D I < ε in, kun D on riittävän tiheä. Trkstelln vielä termiä l D S D : l D S D = v k α (ξ k l( k ey y (η k y (ξ k l( k. k= k= v k α (ξ k l( k Kosk y on tsisesti jtkuv välillä [, b], niin on olemss δ > s.e. y (s y (t < ε/(b in, kun s t < δ j s, t [, b]. Erityisesti, jos D < δ, on η k ξ k < δ kikill k, joten ε l D S D < b l( k = ε. k= Kikkin, kun D D ε on riittävän tiheä, on ( :n mukn l I < ε + ε + ε = 3ε. Tämä on voimss kikill ε >, joten l = I. { 9.. Seuruksi:. Jtkuvsti derivoituvn funktion f: [, b] R kuvjn eli polun x = t, t [, b], pituus on y = f(t b l = + f (x. 4 k=
23 . Olkoon r = r(ϕ npkoordinteiss nnettu polku j ϕ r(ϕ jtkuvsti derivoituv. { x(ϕ = r(ϕ cos ϕ y(ϕ = r(ϕ sin ϕ = { x (ϕ = r (ϕ cos ϕ r(ϕ sin ϕ y (ϕ = r (ϕ sin ϕ + r(ϕ cos ϕ Siis polun pituus l = = x (ϕ + y (ϕ = r (ϕ cos ϕ + r(ϕ sin ϕ r(ϕr (ϕ sin ϕ cos ϕ+ b β α + r (ϕ sin ϕ + r(ϕ cos ϕ + r(ϕr (ϕ sin ϕ cos ϕ = r (ϕ + r(ϕ r(ϕ + r (ϕ dϕ. Esim. Ketjukäyrän y = f(x = cosh(x/ pituus välillä x b ( >, b > on (f (x = sinh(x/ on jtkuv b b l = + f (x = + sinh ( x b = cosh ( x = ( x b ( x cosh = cosh = / b ( x sinh ( b = sinh. Esim. Määritä krdioidin r = ( cos ϕ ( >, ϕ π, pituus. Kuvus ϕ r(ϕ = ( cos ϕ on jtkuvsti derivoituv j r(ϕ + r (ϕ = ( cos ϕ + cos ϕ + sin ϕ = cos ϕ = cos ϕ = sin ( ϕ = sin( ϕ = l = π r(ϕ + r (ϕ dϕ = π { Esim. Ellipsin x + y x = cos t b = eli y = b sin t l = = π π π / π sin( ϕ dϕ = cos( ϕ = 8., t [, π], b >, pituus on x (t + y (t dt = sin t + b cos t dt π ( b ( cos t + b cos t dt = e cos t dt, e =, missä e on eksentrisyys. Tätä integrli ei void lske lkeisfunktioiden vull. Erikoistpuksess = b eli e = sdn ympyrän kehän pituus l = π dt = π. 5. Pyörähdyskppleen tilvuus. Oletetn tunnetuksi suorn ympyrälieriön tilvuus V = πr h. Ol. f: [, b] R jtkuv, f(x kikill x [, b]. Kun käyrä y = f(x, x [, b], pyörähtää x-kselin ympäri, syntyy pyörähdyskpple K = {(x, y, z x b, y + z f(x }. 4
24 Olkoon D = {x, x,..., x n } välin [, b] jko, jkovälit k = [x k, x k ] (k =,..., n, j merkitään m k = min{f(x x k }, M k = mx{f(x x k }. Approksimoidn K:n suiklett {(x, y, z K x k } ympyrälieriöillä, jolloin sisäkppleen k n tilvuus on V (k n = πm kl( k = πs D (f k= j ulkokppleen K n tilvuus on V (K n = πmk l( k = πs D (f eli jkoon D liittyvät l- j yläsummt funktiolle πf. Siis K:n tilvuus on V (K = π k= b f(x. Esim. Ellipsi x + y = ( >, b > pyörähtää x-kselin ympäri. Pyörähdysellipsoidin b tilvuus on V = π y(x = π b ( x = πb ( x / = πb (x x3 3 = πb ( = πb. { x = cos Esim. Astroidi 3 t y = sin 3 ( >, t π, t pyörähtää x-kselin ympäri. Trkstelln funktiot x(t = cos 3 t = f(t. Kosk f (t = 3 cos t( sin t kikill t [, π] j f (t = t = k(π/, niin f eli x(t on idosti vähenevä jtkuv kuvus [, π] [, ]. Sillä on siis käänteisfunktio f, x f (x, joten prmetriesitys määrittelee funktion y = h(x, h = y f, j h(x(t = h(f(t = (y f f(t = y(t. Kysytty tilvuus on V = π h(x = π h(x. Sijoitetn x = x(t = cos 3 t, = x (tdt j h(x(t = y(t, jolloin V = π y(t x (tdt = π sin 6 t 3 cos t( sin tdt. π/ π/ Sijoittmll u = cos t, du = sin t dt sdn sin 6 t = ( cos t 3 = ( u 3, joten V = 6π 3 ( u 3 u du = 6π 3 (u 3u 4 + 3u 6 u 8 du = 3 5 π3. TAI: { x = cos 3 t y = sin 3 t { cos t = (x/ /3 sin t = (y/ /3 ( x /3 + ( y /3 = 43
25 x /3 + y /3 = /3 y = ( /3 x /3 3. Astroidi on symmetrinen koordinttikselien suhteen, joten kysytty tilvuus on V = π y(x = π ( 3 4/3 x /3 + 3 /3 x 4/3 x / ( = π x 3 4/3 3 5 x5/3 + 3 /3 3 7 x7/3 3 x3 = π ( = π 3( = π = 3 5 π3. Jos pyörähdys tphtuu y-kselin ympäri, voidn tilnne yleensä muutt eo. tpukseen soveltuvksi. Toislt on myös mhdollist joht om kvns esim. seurvin oletuksin: Olkoon f: [, b] R jtkuv, < b j f(x kikill x [, b]. Joukon {(x, y x b, y f(x} pyörähtäessä y-kselin ympäri muodostuu kpple K. Olkoon D = {x, x,..., x n } välin [, b] jko. Se muodost pproksimoivn kppleen K D, jok koostuu ympyrärengslieriöistä R k. R k :n tilvuus V (R k = π(x k x k f(ξ k, ξ k [x k, x k ]. DVAL = x k x k = η k(x k x k, missä η k ]x k, x k [. Joukon K D = R... R n tilvuus on V (K D = π η k f(ξ k (x k x k. Integroituvuuden perusteell tiedetään Riemnnin summn rj-rvo: S D (ξ = π k= k= ξ k f(ξ k (x k x k D π Merkitään M = mx{ f(x : x [, b]}. Tällöin (vrt. L 9. todistus V (K D S D (ξ = π π b (η k ξ k f(ξ k (x k x k k= xf(x = I. η k ξ k f(ξ k (x k x k π D M(b }{{}}{{} k= D M D = V (K I V (K V (K D + V (K D S D (ξ + S D (ξ I D Siis K :n tilvuudelle sdn luseke V (K = π b 44 xf(x.
26 Esim. Olkoon f(x = sin x, kun < x π, j f( =. x Joukon {(x, y x π, y f(x} pyörähtäessä y-kselin ympäri muodostuu kpple, jonk tilvuus on π V = π x sin x = π x π/ cos x = 4π. 6. Pyörähdyspinnn l (eli pyörähdyskppleen vipn l. Ol. f: [, b] R jtkuvsti derivoituv, f(x kikill x [, b]. Käyrän y = f(x, x [, b], pyörähtäessä x-kselin ympäri muodostuu pyörähdyspint jonk l A(P hlutn määrittää. P = {(x, y, z R 3 x b, y + z = f(x }, Aputulos. Ktkistun krtion vipn l on (kuvion merkinnöin A v = π(r + r s. Perustelu: r = s + s r s = r s + r s r s A v = πr (s + s πs r = π(r s + r s s r = π(r + r s. Olkoon D = { = x, x,..., x n = b} välin [, b] jko, jkovälit k = [x k, x k ] (k =,..., n. Tällöin sdn P :tä pproksimoiv pint P D, jok koostuu ktkistujen krtioiden vipoist P k. P k :n l = π[f(x k + f(x k ] l( k + [f(x k f(x k ] DVAL = ξ k ]x k, x k [ s.e. f(x k f(x k = f (ξ k (x k x k = f (ξ k l( k Bolznon luseen mukn on olemss η k ]x k, x k [ s.e. f(η k = [f(x k + f(x k ]. Siis P k :n l = πf(η k + f (ξ k l( k, joten pproksimoivn pinnn P D l on A(P D = π f(η k + f (ξ k l( k. k= Toislt jkoon D liittyy Riemnnin summ S D (ξ = π k= f(ξ k + f (ξ k l( k D π Väite: A(P D S D (ξ, kun D. Merkitään b f(x + f (x. ε k = f(η k f(ξ k, M = mx{ f (x : x b} j ε(d = sup{ ε k : k n}. 45
27 Kosk f on tsisesti jtkuv välillä [, b], niin lim ε(d =. Nyt D A(P D S D (ξ π f(η k f(ξ k + f (ξ k l( k π k= Siis pyörähdyspinnn P l on πε(d + M (b, kun D. A(P = π b f(x + f (x. ε k + M l( k { x = cos Esim. Astroidi 3 t y = sin 3 ( >, t π, pyörähtää x-kselin ympäri. Pyörähdyspinnn l A =? t Prmetriväliä t π vst funktio y = h(x, x (ikisempi esim.. Sijoitetn x = x(t = cos 3 t, = x (tdt, h(x(t = y(t, jolloin h (x(t = y (t x (t = A = π lim ε + = 4π lim ϕ (π/ = π lim ε ϕ ϕ (π/ k= 3 sin t cos t 3 cos t sin t = tn t, kun t [, π[ (ts. x ], ] h(x + h (x = 4π sin 3 t ϕ/ lim ϕ (π/ cos t ( 3 cos t sin t dt = π 5 sin5 t = 5 π. ϕ y(t + tn t x (t dt lim ϕ (π/ ϕ cos t sin 4 t dt { x = R cos t Esim. R-säteinen pllopint syntyy, kun puoliympyrä, t [, π], pyörähtää y = R sin t x-kselin ympäri. Tässä y = h(x = R x, x [ R, R] (h tosin ei ole derivoituv kohdiss x = ±R, joten olisi trksteltv rj-rvoj kuten stroidin tpuksess, mutt tämä on seurvss sivuutettu. Pllon l on A = π R R h(x + h (x. Sijoitetn x = x(t = R cos t, = x (tdt = R sin t dt, h(x(t = y(t, jolloin h (x(t = y (t x (t = cos t sin t. Siis R A = π = π R π h(x + h (x = π R sin t + cos t sin t π ( R sin t dt = πr y(t + h (x(t x (t dt π sin t dt = 4πR. 46
II.1. Suppeneminen., kun x > 0. Tavallinen lasku
II. EPÄOLEELLISET INTEGRAALIT nt II.. Suppeneminen Esim. Olkoon f() =, kun >. Tvllinen lsku = / =. Kuitenkn tätä integrli ei ole ikisemmss mielessä määritelty, kosk f ei ole rjoitettu välillä [, ] (eikä
Lisätiedot2.4 Pienimmän neliösumman menetelmä
2.4 Pienimmän neliösummn menetelmä Optimointimenetelmiä trvitn usein kokeellisen dtn nlysoinniss. Mittuksiin liittyy virhettä, joten mittus on toistettv useit kertoj. Oletetn, että mittn suurett c j toistetn
LisätiedotMS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali
MS-A1{3,4} (ELEC*) Differentili- j integrlilskent 1 Luento 8: Integrlifunktio j epäoleellinen integrli Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen Alto-yliopisto, Mtemtiikn j systeeminlyysin litos 5.1.216 Pekk Alestlo,
Lisätiedoti 2 n 3 ( (n 1)a (i + 1) 3 = 1 +
I. INTEGRAALILASKENTA Arkhimedes (287 22 e.kr.) prbelin segmentin pint-l Newton (642 727) j Leibniz (646 76) keksivät diff.- j int.-lskennn Cuhy (789 857) ε, δ Riemnn (826 866) Riemnnin integrli Lebesgue
LisätiedotMS-A010{2,3,4,5} (SCI, ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali
MS-A1{2,3,4,5} (SC, ELEC*, ENG*) Differentili- j integrlilskent 1 Luento 8: ntegrlifunktio j epäoleellinen integrli Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen Alto-yliopisto, Mtemtiikn j systeeminlyysin litos November
Lisätiedota = x 0 < x 1 < x 2 < < x n = b f(x) dx = I. lim f(x k ) x k=1
5 Integrli 5.1 Määritelmä j ominisuudet Olkoon f : [, b] R jtkuv. Muodostetn välin [, b] jko = x 0 < x 1 < x 2 < < x n = b j siihen liittyvä yläsumm S = n M k (x k x k 1 ), M k = mx{f(x) x k 1 x x k },
Lisätiedot1. Derivaatan Testi. Jos funktio f on jatkuva avoimella välillä ]a, b[ ja x 0 ]a, b[ on kriit. tai singul. piste niin. { f (x) > 0, x ]a, x 0 [
1. Derivtn Testi Jos funktio f on jtkuv voimell välillä ], b[ j x 0 ], b[ on kriit. ti singul. piste niin { f (x) < 0, x ], x 0 [ f x (x) > 0, x ]x 0, b[ 0 on lokli minimipiste (1) { f (x) > 0, x ], x
Lisätiedot5 Riemann-integraali ANALYYSI B, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Ala- ja yläintegraali
ANALYYSI B, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT 9 5 Riemnn-integrli 5. Al- j yläintegrli Voit olett tunnetuksi ll esitetyt supremumin j infimumin ominisuudet (joukot A j B ovt rjoitettuj sekä epätyhjiä j λ R). Jos
LisätiedotVille Turunen: Mat Matematiikan peruskurssi P1 3. välikokeen alueen teoriatiivistelmä 2007
Ville Turunen: Mt-.4 Mtemtiikn peruskurssi P 3. välikokeen lueen teoritiivistelmä 27 Mterili: kirjt [Adms] R. A. Adms: Clculus, complete course (6th edition), [Ly] D. C. Ly: Liner lgebr nd its pplictions
Lisätiedot5 Epäoleellinen integraali
5 Epäoleellinen integrli 5. Integrlin suppeneminen Olkoon f sellinen välillä [, b[ (ei siis välttämättä pisteessä b) määritelty funktio, että f on Riemnn-integroituv välillä [, ] kikill ], b[ eli on olemss
Lisätiedot6 Integraalilaskentaa
6 Integrlilskent 6. Integrlifunktio Funktion f integrlifunktioksi snotn funktiot F, jonk derivtt on f. Siis F (x) = f (x) määrittelyjoukon jokisell muuttujn rvoll x. Merkitään F(x) = f (x) dx. Integrlifunktion
LisätiedotAnalyysi 2. Harjoituksia lukuihin 1 3 / Kevät Anna sellainen välillä ] 2, 2[ jatkuva ja rajoitettu funktio f, että
Anlyysi Hrjoituksi lukuihin 3 / Kevät 5. Ann sellinen välillä ], [ jtkuv j rjoitettu funktio f, että () sup A m A j inf A min A, (b) sup A m A j inf A = min A, (c) sup A = m A j inf A min A, (d) sup A
LisätiedotJohdatus reaalifunktioihin P, 5op
Johdtus relifunktioihin 802161P, 5op Os 3 Pekk Slmi 19. lokkuut 2015 Pekk Slmi FUNK 19. lokkuut 2015 1 / 48 Integrlit 1 Määrätty integrli = oike integrli: esim. 1 0 x 2 dx = reliluku 2 Määräämätön integrli
LisätiedotRiemannin integraali
LUKU 5 iemnnin integrli Tässä luvuss funktion f iemnnin integrli merkitään - b f = - b f() d. Vstvsti funktion f Lebesgue in integrli merkitään f = f() dm(). [,b] [,b] Luse 5.1. Olkoon f : [, b] rjoitettu
LisätiedotMääritelmä Olkoon C R m yksinkertainen kaari ja γ : [a, b] R m sen yksinkertainen parametriesitys, joka on paloittain C 1 -polku.
Muodostetn vektorikentän kri-integrli yksinkertisen kren tpuksess. Plutetn mieleen, että joukko C R m on yksinkertinen kri, jos löytyy sellinen jtkuv bijektio γ : [, b] C, jok on ploittin C 1 -funktio
LisätiedotKäydään läpi: ääriarvo tarkastelua, L Hospital, integraalia ja sarjoja.
DI mtemtiikn opettjksi: Täydennyskurssi, kevät Luentorunko j hrjoituksi viikolle : ti 9.. klo :-5:, to.. klo 9:5-: j klo 4:5-6: Käydään läpi: äärirvo trkstelu, L Hospitl, integrli j srjoj.. Kerrtn äärirvojen
LisätiedotSARJAT JA DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT Funktiojonot 1
SARJAT JA DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT 2003 JOUNI PARKKONEN Sisältö 0. Tästä tekstistä. Funktiojonot 0. Tästä tekstistä Tämä moniste on trkoitettu käytettäväksi kurssin Srjt j differentiliyhtälöt luentomterilin.
Lisätiedot5 ( 1 3 )k, c) AB 3AC ja AB AC sekä vektoreiden AB ja
MATEMATIIKAN PERUSKURSSI I Hrjoitustehtäviä syksy 4. Millä reliluvun rvoill ) 9 =, b) + +, e) 5?. Kirjoit Σ-merkkiä käyttäen summt 4, ) + 4 + 6 + +, b) 8 + 4 6 + + n n, c) + + + 4 + + 99, d)
Lisätiedot3 Integraali ja derivaatta
3 Integrli j erivtt 3.1 Integrli ylärjns funktion Olkoon funktio f Riemnn-integroituv välin I jokisell suljetull osvälillä j välin I jokin kiinteä luku. Tällöin integrli määrittelee funktion G(): I R,
LisätiedotRiemannin integraalista
Lebesguen integrliin sl. 2007 Ari Lehtonen Riemnnin integrlist Johdnto Tämän luentomonisteen trkoituksen on tutustutt lukij Lebesgue n integrliin j sen perusominisuuksiin mhdollisimmn yksinkertisess tpuksess:
LisätiedotAnalyysin perusteet kauppatieteilijöille 800118P
Anlyysin perusteet kupptieteilijöille 800118P Luentomoniste Kri Myllylä Niin Korteslhti Topi Törmä Oulun yliopisto Mtemttisten tieteiden litos Kevät 2015 Sisältö 1 Derivtt 3 1.1 Määritelmä..............................
LisätiedotIntegraalilaskentaa. 1. Mihin integraalilaskentaa tarvitaan? MÄNTÄN LUKIO
Integrlilskent Tämä on lukion oppimterileist hiemn poikkev yksinkertistettu selvitys määrätyn integrlin lskemisest. Kerromme miksi integroidn, mitä integroiminen trkoitt, miten integrli lsketn j miten
Lisätiedotx k 1 Riemannin summien käyttö integraalin approksimointiin ei ole erityisen tehokasta; jatkuvasti derivoituvalle funktiolle f virhe b
5 Integrlien lskemisest 51 Riemnnin summt [A2], [4, 61] Rjoitetun funktion f : [, b] R Riemnn-integroituvuudelle ytäpitäväksi on kurssill Anlyysi 2 osoitettu, että Riemnnin summill S P := f(ξ k ) ( ),
LisätiedotMATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ PISTEYTYSKOKOUS
0 MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ 30 PISTEYTYSKOKOUS 0 ) Sijoitetn x 0 Rtkistn = 0/04,0000 b) Jos neliön sivu on s, niin lävistäjä on s Ehto: s 6 s + s = 6, s 6 3 4s 6,70, joten piiri ) Suorn yhtälö
LisätiedotNumeeriset menetelmät TIEA381. Luento 9. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 9 () Numeeriset menetelmät / 29
Numeeriset menetelmät TIEA381 Luento 9 Kirsi Vljus Jyväskylän yliopisto Luento 9 () Numeeriset menetelmät 17.4.2013 1 / 29 Luennon 9 sisältö Numeerisest integroinnist Newtonin j Cotesin kvt Luento 9 ()
LisätiedotMS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 9: Integroimismenetelmät
MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentili- j integrlilskent 1 Luento 9: Integroimismenetelmät Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen Alto-yliopisto, Mtemtiikn j systeeminlyysin litos 10.10.2016 Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto,
LisätiedotIntegraalilaskenta. Määrätty integraali
9..08 Integrlilskent Määräämätön Etsitään funktiot Derivoinnille käänteistoimenpide integroiminen Integrlifunktio F(x), jolle F x = f x, lisäksi integrlifunktioille G x = F x + C. Vkion C lisäys (merkitys),
LisätiedotMS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 9: Integroimismenetelmät
MS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentili- j integrlilskent 1 Luento 9: Integroimismenetelmät Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen Alto-yliopisto, Mtemtiikn j systeeminlyysin litos November 27, 2017 Pekk Alestlo,
Lisätiedot4 Pinta-alasovelluksia
Pint-lsovelluksi. Kuvjn lle jäävä pint-l voidn määrittää, jos kuvj on -kselin yläpuolell. Välillä [, 5] funktion f kuvj on -kselin lpuolell. Peiltn funktion f kuvj -kselin suhteen, jolloin sdn funktion
LisätiedotPreliminäärikoe Pitkä Matematiikka 5.2.2013
Preliminäärikoe Pitkä Mtemtiikk 5..0 Kokeess s vstt enintään kymmeneen tehtävään. Tähdellä ( * ) merkittyjen tehtävien mksimipistemäärä on 9, muiden tehtävien mksimipistemäärä on 6.. ) Rtkise yhtälö b)
LisätiedotDifferentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM) Laskuharjoitus 4 / vko 47, mallivastaukset
Differentili- j integrlilskent (CHEM) Lskuhrjoitus / vko 7, mllivstukset Johdntotehtävä x dx = ln.693, joten rvo ln voidn pproksimoid integroimll numeerisesti funktiot x välillä [,]. Jetn väli [,] khteen
LisätiedotSyksyn 2015 Pitkän matematiikan YO-kokeen TI-Nspire CAS -ratkaisut
Sksn 0 Pitkän mtemtiikn YO-kokeen TI-Nspire CAS -rtkisut Tekijät: Olli Krkkulinen Rtkisut on ldittu TI-Nspire CAS -tietokoneohjelmll kättäen Muistiinpnot -sovellust. Kvt j lskut on kirjoitettu Mth -ruutuihin.
LisätiedotMatematiikan tukikurssi
Mtemtiikn tukikurssi Kurssikert 4 Tilvuuden j vipn ln lskeminen Kuten iemmin käsittelimme, määrätyn integrlin vull voi lske pintloj j tilvuuksi. Tyypillisenä sovelluksen tilvuuden lskemisest on tpus, joss
Lisätiedot7 Funktiosarjoista. 7.1 Funktiosarjojen suppeneminen
7 Funktiosrjoist 7. Funktiosrjojen suppeneminen Seurvksi trkstelln srjoj, joiden termit ovt (lukujen sijst) jollkin välillä I määriteltyjä funktioit. Täsmällisemmin funktiosrjll (ti lyhyemmin srjll) trkoitetn
LisätiedotTEHTÄVÄ 1. Olkoon (f n ) jono jatkuvia funktioita f n : [a, b] R, joka suppenee välillä [a, b] tasaisesti kohti funktiota f : [a, b] R.
Topologi I Hrjoitus 10, rtkisuj AP TEHTÄVÄ 1. Olkoon (f n ) jono jtkuvi funktioit f n : [, b] R, jok suppenee välillä [, b] tsisesti kohti funktiot f : [, b] R. Osoit, että tällöin f n (x) dx f(x) dx.
LisätiedotSinilause ja kosinilause
Siniluse j kosiniluse GEOMETRI M3 Mikäli kolmion korkeus j knt tiedetään, voidn pint-l lske. Esimerkki: Lske kolmion l, kun 38 kulmn viereiset sivut ovt 8, j 6,8. Nyt knt tiedetään, korkeutt ei! 38 8,
Lisätiedot4 Taso- ja avaruuskäyrät
P2-luentoj kevät 2008, Pekk Alestlo 4 Tso- j vruuskäyrät Tässä luvuss tutustutn tso- j vruuskäyriin, niiden krenpituuteen j krevuuteen. Konkreettisin sovelluksin trkstelln nnettu rt pitkin liikkuvn hiukksen
LisätiedotMS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1
MS-A0102 Differentili- j integrlilskent 1 Riikk Korte (Pekk Alestlon klvojen pohjlt) Alto-yliopisto 22.11.2016 Sisältö Pint-l Integrli 1.1 Pint-l: Suorkulmio Seurvss trkstelln umpinisten tsokäyrien rjmi
LisätiedotMS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 7: Integraali ja analyysin peruslause
MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentili- j integrlilskent 1 Luento 7: Integrli j nlyysin perusluse Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen Alto-yliopisto, Mtemtiikn j systeeminlyysin litos 3.10.2016 Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen
LisätiedotViikon aiheet. Pinta-ala
info Viikon iheet Mpu I:sen voit suoritt: Kurssin loppukokeess 23.10. Arvosn: koe + lskrit Mikäli yo. ik ei sovi, voit suoritt loppukokeen yleistenttitilisuudess 24.11. Arvosn: koe + lskrit. Ilmoittudu
Lisätiedotsin θ θ θ r 2 sin 2 θ φ 2 = 0.
Mtemtiikn j tilstotieteen litos Osittisdifferentiliyhtälöt Kevät 21 Hrjoitus 9 Rtkisuj Jussi Mrtin 1. Osoit, että Lplce-yhtälö pllokoordinteiss on 2 u 1 r 2 2 u r r 1 r 2 sin θ u 1 2 u sin θ θ θ r 2 sin
Lisätiedot10. MÄÄRÄTYN INTEGRAALIN KÄYTTÖ ERÄIDEN PINTA-ALOJEN LASKEMISESSA
MAA0 0. Määrätyn integrlin käyttö eräiden pint-lojen lskemisess 0. MÄÄRÄTYN INTEGRAALIN KÄYTTÖ ERÄIDEN PINTA-ALOJEN LASKEMISESSA Edellä on todettu, että f (x)dx nt x-kselin j suorien x =, x = sekä funktion
LisätiedotMatemaattiset menetelmät I. Seppo Hassi
Mtemttiset menetelmät I Seppo Hssi Syksy 2011 iii Esipuhe Tämä on 1. versio Mtemttiset menetelmät I-kurssin opetusmonisteest, jok perustuu Vsn yliopistoss luennoimni vstvn nimiseen kurssiin. Sisältö noudtt
LisätiedotRistitulo ja skalaarikolmitulo
Ristitulo j sklrikolmitulo Opetussuunnitelmn 00 mukinen kurssi Vektorit (MAA) sisältää vektoreiden lskutoimituksist keskeisenä ineksen yhteenlskun, vähennyslskun, vektorin kertomisen luvull j vektoreiden
Lisätiedot11. MÄÄRÄTTY INTEGRAALI JA TILAVUUS
11. MÄÄRÄTTY INTEGRAALI JA TILAVUUS Tilvuus on sen verrn rkielämässä viljelty käsite, että useimmiten sen syvemmin edes miettimättä ymmärretään, mitä juomlsin ti pikkuvuvn kylpymmeen tilvuudell trkoitetn.
LisätiedotSisältö. Integraali 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 20
Integrli 10. syyskuut 2005 sivu 1 / 20 Sisältö 1 Määrätty integrli j integrlifunktio 2 1.1 Integroituvist funktioit 3 1.2 Määrätyn integrlin ominisuuksi 4 1.3 Integrlifunktio 5 1.4 Integrlilskennn tärkeimmät
LisätiedotMS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 7: Integraali ja analyysin peruslause
MS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentili- j integrlilskent 1 Luento 7: Integrli j nlyysin perusluse Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen Alto-yliopisto, Mtemtiikn j systeeminlyysin litos November 20, 2017
LisätiedotMatematiikan tukikurssi. Hannu Kivimäki
Mtemtiikn tukikurssi Hnnu Kivimäki Sisältö I Ensimmäinen välikoe Integrointi 2 Osittisintegrointi 5 3 Osmurtohjotelm 4 Lisää osmurtoj 4 5 Sijoituskeino 9 6 Määrätty integrli 2 7 Ylä- j lsumm 22 8 Määrätyn
Lisätiedotlim + 3 = lim = lim (1p.) (3p.) b) Lausekkeen täytyy supistua (x-2):lla, joten osoittajan nollakohta on 2.
Mtemtiikk III 0600 Kurssi / Differetili- j itegrlilske jtkokurssi Tee 7 tehtävää ) Määritä lim ( ) ) + b) Määritä vkio site, että luseke ( ) + + ( )( ) ( + + ) + + + + + lim + lim lim (p) o jtkuv myös
LisätiedotMS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Yhteenveto, osa II
MS-A7 ifferentili- j integrlilskent (Chem Yhteenveto, os II G. Gripenberg Alto-yliopisto 9. helmikuut 16 G. Gripenberg (Alto-yliopisto MS-A7 ifferentili- j integrlilskent (Chem Yhteenveto, 9. helmikuut
LisätiedotIntegroimistehtävät, 10. syyskuuta 2005, sivu 1 / 29. Perustehtäviä. Tehtävä 1. Osoita, että vakiofunktio f(x) c on Riemann-integroituva välillä
Integroimistehtävät,. syyskuut 5, sivu / 9 Perustehtäviä Tehtävä. Osoit, että vkiofunktio f(x) c on Riemnn-integroituv välillä [, b] j lske suorn määritelmän perusteell b f(x). Tehtävä. Osoit, että funktio,
Lisätiedot4. Reaalifunktioiden määrätty integraali
6 4. Relifunktioiden määrätt integrli Vrsinisesti termi "integrli" tulee seurvss esitettävästä määrätstä integrlist, jok on läheistä suku summmiselle. Yhtes derivttn on sitten perustv ltu olev tulos, jot
Lisätiedot521. 522. 523. 524. 525. 526. 527. 12. Lisää määrätystä integraalista. 12.1. Integraalin arvioimisesta. Osoita: VASTAUS: Osoita: Osoita:
12. Lisää määrätystä integrlist 12.1. Integrlin rvioimisest 521. Osoit: 1 + x 2 22 1 < < 1 + x21 21. 522. Osoit: x 3 < 5 x 6 + 8x + 9 < 15 1 5. 523. Osoit: 2 2 < e x2 x < 2e 2. e 524. Olkoon k >. Osoit:
LisätiedotMatematiikan peruskurssi. Seppo Hassi
Mtemtiikn peruskurssi Seppo Hssi Syksy 2014 iii Esipuhe Tämä on 1. versio Mtemtiikn peruskurssin opetusmonisteest, jonk sisältö noudttelee pitkälti Vsn yliopistoss iemmin luennoimni Mtemttiset menetelmät
LisätiedotMatematiikan tukikurssi
Mtemtiikn tukikurssi Kurssikert 5 1 Jtkuvuus Trkstelln funktiot fx) josskin tietyssä pisteessä x 0. Tämä funktio on tässä pisteessä joko jtkuv ti epäjtkuv. Jtkuvuuden ymmärtää prhiten trkstelemll epäjtkuv
Lisätiedot2 Epäoleellinen integraali
ANALYYSI C, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, SYKSY 8 Epäoleellinen integrli Integrointivihje: Hyödynnä yhdistetyn funktion integrointisääntöä.. Määritä 9 9 (c) ( ). Tutki, millä vkion p rvoill epäoleellinen integrli
LisätiedotKertausta ja täydennystä
LUKU 1 Kertust j täydennystä 1.1. Merkintöjä N = {k Z k 0} = {0, 1, 2,... }, luonnollisten lukujen joukko. Z + = {k Z k > 0} = {1, 2,... }, positiivisten kokonislukujen joukko. (, b) on relikselin voin
LisätiedotPainopiste. josta edelleen. x i m i. (1) m L A TEX 1 ( ) x 1... x k µ x k+1... x n. m 1 g... m n g. Kuva 1. i=1. i=k+1. i=1
Pinopiste Snomme ts-ineiseksi kpplett, jonk mteriliss ei ole sisäisiä tiheyden vihteluj. Tällisen kppleen pinopisteen sijinti voidn joskus päätellä kppleen muodon perusteell. Esimerkiksi ts-ineisen pllon
LisätiedotPintaintegraali. i j k cos(θ) sin(θ) 1. = r cos(θ)i r sin(θ)j + rk, r sin(θ) r cos(θ) 0 joten
.4.8 intintegrli. He krtion z x + y sylinterin x + y y sisäpuolelle jäävän osn pint-l käyttämällä npkoordinttej x r cosθ j y r sinθ jolloin epäyhtälö x + y y on r sinθ. Rtkisu: Symmetrin nojll voidn trkstell
LisätiedotKuvausta f sanotaan tällöin isomorfismiksi.
Määritelmä..12. Oletetn, että 1 =(V 1,E 1 ) j 2 =(V 2,E 2 ) ovt yksinkertisi verkkoj. Verkot 1 j 2 ovt isomorfiset, jos seurvt ehdot toteutuvt: (1) on olemss bijektio f : V 1 V 2 (2) kikill, b V 1 pätee,
LisätiedotIV. TASAINEN SUPPENEMINEN. f(x) = lim. jokaista ε > 0 ja x A kohti n ε,x N s.e. n n
IV. TASAINEN SUPPENEMINEN IV.. Funktiojonon tasainen suppeneminen Olkoon A R joukko ja f n : A R funktio, n =, 2, 3,..., jolloin jokaisella x A muodostuu lukujono f x, f 2 x,.... Jos tämä jono suppenee
LisätiedotOSA 1: POLYNOMILASKENNAN KERTAUSTA, BINOMIN LASKUSÄÄNTÖJÄ JA YHTÄLÖNRATKAISUA
OSA 1: POLYNOMILASKENNAN KERTAUSTA, BINOMIN LASKUSÄÄNTÖJÄ JA YHTÄLÖNRATKAISUA Tekijät: Ari Heimonen, Hellevi Kupil, Ktj Leinonen, Tuomo Tll, Hnn Tuhknen, Pekk Vrniemi Alkupl Tiedekeskus Tietomn torninvrtij
LisätiedotMatematiikan tukikurssi
Mtemtiikn tukikurssi Kurssikert 3 Määrätyn integrlin lskeminen Aiemmin määrittelimme määrätyn integrlin f (x)dx funktion f (x) l- j yläsummien rj-rvon. Määrätyllä integrlill on kksi intuitiivist tulkint:.
LisätiedotAnalyysi B. Derivaatta ja integraali. Pertti Koivisto
Anlyysi B Derivtt j integrli Pertti Koivisto Kevät 7 Alkusnt Tämä moniste on trkoitettu oheislukemistoksi Tmpereen yliopistoss pidettävälle kurssille Anlyysi B. Monisteen tvoitteen on tuke luentojen seurmist,
LisätiedotNumeerinen integrointi.
Numeerinen integrointi. Differentili- j integrlilskent 1, syksy 2015 Hrri Vrpnen Mtemtiikn j systeeminlyysin litos Alto-yliopisto Tiisti 6.10.2015 Sisältö Tylor-menetelmä. Käyttökelpoinen silloin, kun
LisätiedotMITEN MÄÄRITÄN ASYMPTOOTIT?
MITEN MÄÄRITÄN ASYMPTOOTIT? Asmptootti Asmptootti on suor ti muu kärä, jot funktion kuvj f() rjtt lähest, kun muuttujn rvot lähestvät tiettä luku ti ääretöntä. Rjoitutn luksi niihin tpuksiin, joiss smptootti
LisätiedotPertti Koivisto. Analyysi B
Pertti Koivisto Anlyysi B TAMPEREEN YLIOPISTO INFORMAATIOTIETEIDEN YKSIKÖN RAPORTTEJA 67/8 TAMPERE 8 TAMPEREEN YLIOPISTO INFORMAATIOTIETEIDEN YKSIKÖN RAPORTTEJA 67/8 JOULUKUU 8 Pertti Koivisto Anlyysi
LisätiedotRiemannin integraalista
TAMPEREEN YLIOPISTO Pro grdu -tutkielm Aij Stenberg Riemnnin integrlist Mtemtiikn j tilstotieteen litos Mtemtiikk Syyskuu 2010 2 Tmpereen yliopisto Mtemtiikn j tilstotieteen litos STENBERG, AIJA: Riemnnin
Lisätiedot.) (b) Vertaa p :tä vastaavaa kineettistä energiaa perustilan kokonaisenergiaan. ( ) ( ) = = Ek
S-446, FYSIIKKA IV (Sf) Kevät 5, HSf Rtkisut HSf- Kvnttimekninen hrmoninen värähtelijä on perustillln (mss m) Värähtelyn mplitudi on A () ske p (Värähtelijä sijitsee välillä A ) (b) Vert p :tä vstv kineettistä
LisätiedotMat Dynaaminen optimointi, mallivastaukset, kierros 8
Mt-.148 Dynminen optimointi, mllivstukset, kierros 8 1. Idelisess tsvirtmoottoriss vääntömomentti on suorn verrnnollinen virtn. Moottori pyörittää ikiliikkuj (ei kitk- ti sähkömgneettisi vstusvoimi). Moottorin
LisätiedotANALYYSI 2. Camilla Hollanti. Tampereen yliopisto x 3. a x 1. x 4 x 11. x 2
ANALYYSI 2 Cmill Hollnti _ M M x x 2 x 3 x 4 x b Tmpereen yliopisto 200 2 Sisältö. Preliminäärejä 3 2. Riemnn-integrli 5 2.. Pint-lt j porrsfunktiot....................... 5 2... Pint-l rj-rvon.......................
LisätiedotBM20A5820 Integraalilaskenta ja sovellukset
BMA58 Integrlilskent j sovellukset Jouni Smpo 6. helmikuut 7 Sisältö Integrointitekniikoit. Osittisintegrointi (Integrtion by prts)....................... Sijoitus (Method of Substitution)..........................
LisätiedotKertymäfunktio. Kertymäfunktio. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 2/2. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 1/2. Kertymäfunktio: Esitiedot
TKK (c) Ilkk Mellin (24) 1 Johdtus todennäköisyyslskentn TKK (c) Ilkk Mellin (24) 2 : Mitä opimme? 1/2 Jos stunnisilmiötä hlutn mllint mtemttisesti, on ilmiön tulosvihtoehdot kuvttv numeerisess muodoss.
Lisätiedot2 Riemann-integraali. 2.1 Porrasfunktion integraali. Aloitetaan integraalin täsmällinen määrittely tutkimalla porrasfunktion integraalia.
2 Riemnn-integrli 2.1 Porrsfunktion integrli Aloitetn integrlin täsmällinen määrittely tutkimll porrsfunktion integrli. Määritelmä 2.1 (Porrsfunktion integrli). Olkoon f : [, b] R porrsfunktio j P = {x
Lisätiedot( ) Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 321 Päivitetty 19.2.2006. Saadaan yhtälö. 801 Paraabeli on niiden pisteiden ( x,
Pyrmidi Anlyyttinen geometri tehtävien rtkisut sivu Päivitetty 9..6 8 Prbeli on niiden pisteiden (, y) joukko, jotk ovt yhtä kukn johtosuorst j polttopisteestä. Pisteen (, y ) etäisyys suorst y = on d
LisätiedotS Fysiikka III (EST), Tentti
S-114.137 Fysiikk III (ES), entti 30.8.006 1. Lämpövoimkone toteutt oheisen kuvn Crnotin prosessi. Koneess on työineen yksi mooli ideliksu. Lske yksitomisen ksun kierroksen ikn tekemän työn suhde kksitomisen
LisätiedotTee B-osion konseptiin etusivulle pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Välivaiheet perustelevat vastauksesi!
MAA8 Koe 4.4.016 Jussi Tyni Tee B-osion konseptiin etusivulle pisteytysruudukko! Muist kirjt nimesi j ryhmäsi. Väliviheet perustelevt vstuksesi! A-osio. Ilmn lskint. MAOLi s käyttää. Mksimissn 1h ik. Lske
LisätiedotMatematiikan perusteet taloustieteilijöille 2 800118P
Mtemtiikn perusteet tloustieteilijöille 2 800118P Luentomoniste Kri Myllylä Niin Korteslhti Oulun yliopisto Mtemttisten tieteiden litos Kevät 2014 Sisältö 1 Mtriisilgebr j optimointi 4 11 Määritelmä 4
LisätiedotReaalinen lukualue. Millainen on luku, jossa on päättymätön ja jaksoton desimaalikehitelmä?
Relinen lukulue POLYNOMIFUNKTIOT JA -YHTÄLÖT, MAA Millinen on luku, joss on päättymätön j jksoton desimlikehitelmä? Onko sellisi? Trkstelln Pythgorn luseest stv yksikköneliön lävistäjää, luku + = x x =.
LisätiedotPinta-alan laskeminen
Pint-ln lskeminen Esimerkki Välillä, jtkuvn, einegtiivisen funktion f määrätt integrli nt suorn pint-ln, eli f = A. INTEGRAALILASKENTA, MAA9 A = f Toislt, jos f on välillä,, eipositiivinen, eli f R, niin
LisätiedotLuku 15. Integraali. Esimerkki Suoraan edellisen luvun derivointikaavojen perusteella on voimassa
Luku 5. Integrli Merkitsemme seurvss [, b]:llä lukusuorn suljettu väliä { R : b}. Olkoon f välillä [, b] määritelty funktio. Snomme, että välillä [, b] määritelty funktio g on funktion f integrlifunktio
LisätiedotSarjaratkaisun etsiminen Maplella
Srjrtkisun etsiminen Mplell Olkoon trksteltvn ensimmäisen kertluvun differentiliyhtälö: > diffyht:= diff(y(x, x=1y(x^; d diffyht := = dx y( x 1 y( x Tälle pyritään etsimään srjrtkisu origokeskisenä potenssisrjn.
LisätiedotMATEMATIIKAN HARJOITTELUMATERIAALI
SAVONIA-AMMATTIKORKEAKOULU Tekniikk Infrrkentmisen j kivnnisln työnjohdon koulutus (ESR) MATEMATIIKAN HARJOITTELUMATERIAALI Hrjoitustehtävien rtkisut Ari Tuomenlehto - 0 - Hrjoitustehtävien rtkisut 1.
LisätiedotFunktiot. funktioita f : A R. Yleensä funktion määrittelyjoukko M f = A on jokin väli, muttei aina.
Funktiot Tässä luvussa käsitellään reaaliakselin osajoukoissa määriteltyjä funktioita f : A R. Yleensä funktion määrittelyjoukko M f = A on jokin väli, muttei aina. Avoin väli: ]a, b[ tai ]a, [ tai ],
Lisätiedot1.3 Toispuoleiset ja epäoleelliset raja-arvot
. Toisuoleiset j eäoleelliset rj-rvot Rj-rvo lim f () A olemssolo edellyttää että muuttuj täytyy void lähestyä rvo kummst suust hyväsä. Jos > ii sot että lähestyy rvo oikelt ositiivisest suust. Jos ts
LisätiedotVEKTOREILLA LASKEMINEN
..07 VEKTOREILL LSKEMINEN YHTEENLSKU VEKTORIT, M4 Vektoreiden j summ on vektori +. Tämän summvektorin + lkupiste on vektorin lkupiste j loppupiste vektorin loppupiste, kun vektorin lkupisteenä on vektorin
LisätiedotMatematiikan tukikurssi
Mtemtiikn tukikurssi Integrointi Integrointi on derivoinnin käänteistoimitus: jos funktion F(x) derivtt on f (x), niin funktion f (x) integrli on F(x). Täten, kosk esimerkiksi funktion x + e x derivtt
LisätiedotVALTIOTIETEELLINEN TIEDEKUNTA TILASTOTIETEEN VALINTAKOE 3.6.2014 Ratkaisut ja arvostelu
VALTIOTIETEELLINEN TIEDEKUNTA TILASTOTIETEEN VALINTAKOE 3.6.4 Rtkisut j rvostelu. Koululisen todistuksen keskirvo x on lskettu ) b) c) d) kymmenen ineen perusteell. Jos koululinen nostisi neljän ineen
LisätiedotBM20A5820 Integraalilaskenta ja sovellukset
BM20A5820 Integrlilskent j sovellukset Jouni Smpo 16. helmikuut 2016 Sisältö 1 Integrointitekniikoit 2 1.1 Osittisintegrointi (Integrtion by prts)...................... 2 1.2 Sijoitus (Method of Substitution)..........................
Lisätiedot4 Integrointimenetelmiä
4 Integrointimenetelmiä 4. Määräämätön integraali Määritelmä 4.. Olkoon funktio f jatkuva välillä I. Tällöin funktion f integraalifunktioiden (välillä I) joukkoa sanotaan funktion f määräämättömäksi integraaliksi
LisätiedotNeliömatriisin A determinantti on luku, jota merkitään det(a) tai A. Se lasketaan seuraavasti: determinantti on
4. DETERINANTTI JA KÄÄNTEISATRIISI 6 4. Neliömtriisi determitti Neliömtriisi A determitti o luku, jot merkitää det(a) ti A. Se lsket seurvsti: -mtriisi A determitti o det(a) () -mtriisi A determitti void
LisätiedotSäännöllisten operaattoreiden täydentäviä muistiinpanoja
Säännöllisten operttoreiden täydentäviä muistiinpnoj Antti-Juhni Kijnho 1. huhtikuut 2011 Vnht määritelmät Määritelmä 1. Äärellinen epätyhjä joukko on merkistö, j sen lkioit kutsutn merkeiksi. Määritelmä
Lisätiedot1. Yhtälöiden ratkaisemisesta Olkoon f välillä [a, b] jatkuva funktio, jolle f(a) f(b) < 0. Bolzanon lauseen [A1]
1. Yhtälöiden rtkisemisest Olkoon f välillä [, b] jtkuv funktio, jolle f() f(b)
LisätiedotTasogeometriassa käsiteltiin kuvioita vain yhdessä tasossa. Avaruusgeometriassa tasoon tulee kolmas ulottuvuus, jolloin saadaan kappaleen tilavuus.
KOLMIULOTTEISI KPPLEIT Tsogeometriss käsiteltiin kuvioit vin ydessä tsoss. vruusgeometriss tsoon tulee kolms ulottuvuus, jolloin sdn kppleen tilvuus. SUORKULMINEN SÄRMIÖ Suorkulmisess särmiössä kikki kulmt
LisätiedotDifferentiaali- ja integraalilaskenta 1: tiivistelmä ja oheislukemista
Differentili- j integrlilskent 1: tiivistelmä j oheislukemist Pekk Alestlo 4. syyskuut 2014 Tähdellä merkityt kohdt on trkoitettu lähinnä oheislukemistoksi. Lisäksi mukn on joitkin lukiot kertvi kohti,
LisätiedotJouni Sampo. 28. marraskuuta 2012
A2 Jouni Smpo 28. mrrskuut 2012 Sisältö 1 Integrointitekniikoit 2 1.1 Osittisintegrointi (Integrtion by prts)...................... 2 1.2 Sijoitus (Method of Substitution).......................... 2 1.3
LisätiedotR4 Harjoitustehtävien ratkaisut
. Mitkä seurvist lusekkeist eivät ole polynomej? Miksi eivät? Polynomin termine eksponentti on luonnollinen luku, ne lusekkeet, joiss eksponentti ei ole luonnollinen luku ei ole myöskään polynomi.. x x
LisätiedotDIFFERENTIAALI- JA INTEGRAALILASKENTA I.1. Ritva Hurri-Syrjänen/Syksy 1999/Luennot 6. FUNKTION JATKUVUUS
DIFFERENTIAALI- JA INTEGRAALILASKENTA I.1 Ritva Hurri-Syrjänen/Syksy 1999/Luennot 6. FUNKTION JATKUVUUS Huomautus. Analyysin yksi keskeisimmistä käsitteistä on jatkuvuus! Olkoon A R mielivaltainen joukko
Lisätiedot