Positiivitermisten sarjojen suppeneminen

Samankaltaiset tiedostot
Kuinka määritellään 2 3?

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

Toispuoleiset raja-arvot

Sinin jatkuvuus. Lemma. Seuraus. Seuraus. Kaikilla x, y R, sin x sin y x y. Sini on jatkuva funktio.

Matemaattisen analyysin tukikurssi

Täydellisyysaksiooman kertaus

Äärettömät raja-arvot

Sarja. Lukujonosta (a k ) k N voi muodostaa sen osasummien jonon (s n ): s 1 = a 1, s 2 = a 1 + a 2, s 3 = a 1 + a 2 + a 3,...,

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 2: Sarjat

IV. TASAINEN SUPPENEMINEN. f(x) = lim. jokaista ε > 0 ja x A kohti n ε,x N s.e. n n

MS-A0104 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (ELEC2) MS-A0106 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (ENG2)

1 Reaaliset lukujonot

MS-A010{3,4,5} (ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 2: Sarjat

Reaalifunktioista 1 / 17. Reaalifunktioista

Matemaattisen analyysin tukikurssi

MS-A010{2,3,4,5} (SCI, ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 2: Sarjat

8 Potenssisarjoista. 8.1 Määritelmä. Olkoot a 0, a 1, a 2,... reaalisia vakioita ja c R. Määritelmä 8.1. Muotoa

Matematiikan peruskurssi 2

k-kantaisen eksponenttifunktion ominaisuuksia

Jonot. Lukujonolla tarkoitetaan ääretöntä jonoa reaalilukuja a n R, kun indeksi n N. Merkitään. (a n ) n N = (a n ) n=1 = (a 1, a 2, a 3,... ).

Analyysi III. Jari Taskinen. 28. syyskuuta Luku 1

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 5

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

Funktiot ja raja-arvo. Pekka Salmi

Sisältö. Sarjat 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 17

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 6: Alkeisfunktioista

Funktiojonot ja funktiotermiset sarjat Funktiojono ja funktioterminen sarja Pisteittäinen ja tasainen suppeneminen

Todista raja-arvon määritelmään perustuen seuraava lause: Jos lukujonolle a n pätee lima n = a ja lima n = b, niin a = b.

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

Olkoon funktion f määrittelyjoukkona reaalilukuväli (erityistapauksena R). Jos kaikilla määrittelyjoukon luvuilla x 1 ja x 2 on voimassa ehto:

1.1. YHDISTETTY FUNKTIO

2 Funktion derivaatta

Algebra. 1. Ovatko alla olevat väittämät tosia? Perustele tai anna vastaesimerkki. 2. Laske. a) Luku 2 on luonnollinen luku.

y = 3x2 y 2 + sin(2x). x = ex y + e y2 y = ex y + 2xye y2

Injektio (1/3) Funktio f on injektio, joss. f (x 1 ) = f (x 2 ) x 1 = x 2 x 1, x 2 D(f )

Eksponentti- ja logaritmifunktiot

Analyysi I (sivuaineopiskelijoille)

Funktion raja-arvo. lukumäärien tutkiminen. tutkiminen

Sekalaiset tehtävät, 11. syyskuuta 2005, sivu 1 / 13. Tehtäviä

Karteesinen tulo. Olkoot A = {1, 2, 3, 5} ja B = {a, b, c}. Näiden karteesista tuloa A B voidaan havainnollistaa kuvalla 1 / 21

DIFFERENTIAALI- JA INTEGRAALILASKENTA I.1. Ritva Hurri-Syrjänen/Syksy 1999/Luennot 6. FUNKTION JATKUVUUS

Matematiikan tukikurssi

Lukujoukot. Luonnollisten lukujen joukko N = {1, 2, 3,... }.

Matematiikan tukikurssi

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 2: Usean muuttujan funktiot

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

Tehtävä 1. Arvioi mitkä seuraavista väitteistä pitävät paikkansa. Vihje: voit aloittaa kokeilemalla sopivia lukuarvoja.

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Reaalianalyysi I Harjoitus Malliratkaisut (Sauli Lindberg)

Funktiot. funktioita f : A R. Yleensä funktion määrittelyjoukko M f = A on jokin väli, muttei aina.

Seurauksia. Seuraus. Seuraus. Jos asteen n polynomilla P on n erisuurta nollakohtaa x 1, x 2,..., x n, niin P on muotoa

Kaikkia alla olevia kohtia ei käsitellä luennoilla kokonaan, koska osa on ennestään lukiosta tuttua.

Todennäköisyyslaskenta IIa, syys lokakuu 2019 / Hytönen 3. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

Sarjat ja integraalit

0 kun x < 0, 1/3 kun 0 x < 1/4, 7/11 kun 1/4 x < 6/7, 1 kun x 1, 1 kun x 6/7,

Sarjoja ja analyyttisiä funktioita

2 Funktion derivaatta

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (CHEM) Luento 2: Usean muuttujan funktiot

sin(x2 + y 2 ) x 2 + y 2

Matematiikan tukikurssi

6 Eksponentti- ja logaritmifunktio

Lebesguen mitta ja integraali

1 sup- ja inf-esimerkkejä

Sarjojen suppenemisesta

Analyysi 1. Harjoituksia lukuihin 4 7 / Syksy Tutki funktion f(x) = x 2 + x 2 jatkuvuutta pisteissä x = 0 ja x = 1.

MATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS Analyysi I Harjoitus alkavalle viikolle Ratkaisuehdotuksia (7 sivua) (S.M)

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 3: Jatkuvuus

reaalifunktioiden ominaisuutta, joiden perusteleminen on muita perustuloksia hankalampaa. Kalvoja täydentää erillinen moniste,

Matematiikan peruskurssi 2

Reaaliarvoisen yhden muuttujan funktion raja arvo LaMa 1U syksyllä 2011

=p(x) + p(y), joten ehto (N1) on voimassa. Jos lisäksi λ on skalaari, niin

Analyysi 1. Harjoituksia lukuihin 1 3 / Syksy Osoita täsmällisesti perustellen, että joukko A = x 4 ei ole ylhäältä rajoitettu.

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

Lukujonon raja-arvo 1/7 Sisältö ESITIEDOT: lukujonot

Riemannin sarjateoreema

Esko Turunen Luku 3. Ryhmät

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

1. Olkoon f :, Ratkaisu. Funktion f kuvaaja välillä [ 1, 3]. (b) Olkoonε>0. Valitaanδ=ε. Kun x 1 <δ, niin. = x+3 2 = x+1, 1< x<1+δ

JATKUVUUS. Funktio on jatkuva jos sen kuvaaja voidaan piirtää nostamatta kynää paperista.

Matematiikan tukikurssi

Differentiaaliyhtälöt I, kevät 2017 Harjoitus 3

x > y : y < x x y : x < y tai x = y x y : x > y tai x = y.

Matematiikan tukikurssi

Alkulukujen harmoninen sarja

Reaaliluvut. tapauksessa metrisen avaruuden täydellisyyden kohdalla. 1 fi.wikipedia.org/wiki/reaaliluku 1 / 13

Ortogonaaliprojektio äärellisulotteiselle aliavaruudelle

Raja-arvot ja jatkuvuus

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

A = (a 2x) 2. f (x) = 12x 2 8ax + a 2 = 0 x = 8a ± 64a 2 48a x = a 6 tai x = a 2.

Funktiojonon tasainen suppeneminen

Derivaattaluvut ja Dini derivaatat

Vastausehdotukset analyysin sivuainekurssin syksyn välikokeeseen

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2017 Harjoitus 8, ratkaisuista

Diskreetti derivaatta

nyky-ymmärryksemme mukaan hajaantuvaan sarjaan luvun 1 2 kun n > N Huom! Määritelmä on aivan sama C:ssä ja R:ssä. (Kuva vain on erilainen.

Raja-arvo ja jatkuvuus, L5

0. Kertausta. Luvut, lukujoukot (tavalliset) Osajoukot: Yhtälöt ja niiden ratkaisu: N, luonnolliset luvut (1,2,3,... ) Z, kokonaisluvut

Funktion määrittely (1/2)

Kompleksianalyysi, viikko 5

1. Olkoot f ja g reaalifunktioita. Mitä voidaan sanoa yhdistetystä funktiosta g f, jos a) f tai g on rajoitettu? b) f tai g on jaksollinen?

missä on myös käytetty monisteen kaavaa 12. Pistä perustelut kohdilleen!

Transkriptio:

Positiivitermisten sarjojen suppeneminen Jono (b n ) n= on kasvava, jos b n+ b n kaikilla n =, 2,... Lemma Jokainen ylhäältä rajoitettu kasvava jono (b n ) n= raja-arvo on lim n b n = sup n Z+ b n. suppenee ja sen Lemma Olkoon a k k= rajoitettu ja positiiviterminen, eli osasummien jono on rajoitettu ja jokainen a k 0. Tällöin kyseinen sarja suppenee. Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 35 / 86

Neperin luku Määritelmä Neperin luku e määritellään sarjana e = k=0 k!. Huomautus Neperin luku on hyvin määritelty, sillä sen määräävä sarja on positiiviterminen ja ylhäältä rajoitettu: osasummille pätee arvio s n = n k=0 k! = + + 2 + 2 3 + + 2 n < + + 2 + 2 2 + + 2 n < + 2 geometrisen summakaavan perusteella. = 3 Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 36 / 86

Arvio Neperin luvulle Olkoon s n = n k=0 k! jolloin e s n = < (n + )! + (n + 2)! + (n + 3)! + ( ) + (n + )! (n + ) + (n + ) 2 + = (n + )! n+ = n! n geometrisen sarjan summakaavan nojalla. Siis 0 < e s n < n! n Esimerkiksi 0! 0 = 36288000, joten jos Neperin lukua arvioidaan osasummalla s 0, niin virhe on alle 0 7. Näin saadaan arvio e 2,78282. Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 37 / 86

Vaihtoehtoinen esitys Neperin luvulle Lause ( e = lim + ) n. n n Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 38 / 86

Eksponenttifunktio Määritelmä Eksponenttifunktio exp : R ]0, [ määritellään kaavalla exp(x) = e x, x R, missä e on Neperin luku. Jatkossa käytetään molempia merkintöjä exp(x) ja e x. exp(x) Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 39 / 86

Eksponenttifunktion ominaisuuksia Lause (Eksponenttifunktion ominaisuuksia) Eksponenttifunktiolla on seuraavat ominaisuudet: exp(0) = 2 exp(x + y) = exp(x) exp(y) kaikilla x,y R 3 exp(xy) = exp(x) y kaikilla x,y R 4 exp(x) > 0 kaikilla x R ja funktion exp kuvajoukko on ]0, [ 5 Funktio exp(x) on aidosti kasvava. Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 40 / 86

Esimerkki Esimerkki Ratkaise epäyhtälö e x 2 + > e 2x. Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 4 / 86

Logaritmifunktio Koska f (x) = e x on aidosti kasvava funktio, niin sillä on aidosti kasvava käänteisfunktio f : ]0, [ R. Määritelmä Eksponenttifunktion käänteisfunktio on (luonnollinen) logaritmi log(x): log: ]0, [ R. Joskus luonnollisesta logaritmista käytetään merkintää ln x. Koska eksponentti ja logaritmi ovat toistensa käänteisfunktioita, niin kaikilla x > 0 pätee e log x = x ja kaikilla x R pätee log(e x ) = x. Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 42 / 86

Logaritmifunktion ominaisuudet Lause log = 0 2 log(xy) = log(x) + log(y) kaikilla x,y > 0 3 log(x y ) = y log x kaikilla x > 0, y R 4 funktio log x on aidosti kasvava. Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 43 / 86

Eksponentti- ja logaritmifunktion kuvaajat y e x x log y x y Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 44 / 86

Funktion raja-arvo Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 45 / 86

Esimerkki Mikä on funktion f : R \ {0} R, ( ) f (x) = x sin, x raja-arvo pisteessä 0? 0,05 x sin( x ) https://www.geogebra.org/m/ftqffmrp Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 46 / 86

Raja-arvon määritelmä Olkoon f reaalifunktio joka on määritelty (ainakin) joukossa ]x 0 r, x 0 + r[ \ {x 0 } jollain r > 0. Määritelmä Funktiolla f on raja-arvo a R pisteessä x 0, mikäli kaikilla ɛ > 0 on olemassa sellainen δ > 0, että f (x) a < ɛ aina kun 0 < x x 0 < δ. Funtion f raja-arvoa pisteessä x 0 merkitään lim f (x). x x 0 Toisin sanoen f (x) saadaan mielivaltaisen lähelle lukua a, kun muuttuja x on tarpeeksi lähellä pistettä x 0 (muttei pisteessä x 0!). Tässä mielivaltaisen lähelle viittaa lukuun ɛ, joka on mielivaltainen virhetermi (aidosti positiivinen). Vastaavasti tarpeeksi pitkälle viittaa lukuun δ, joka yleensä riippuu luvusta ɛ (ja pisteestä x 0 ). Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 47 / 86

Huomioita Funktion f ei tarvitse olla määritelty tutkittavassa pisteessä x 0. Ja jos funktio on määritelty tässä pisteessä, niin lähtökohtaisesti arvolla f (x 0 ) ei ole mitään merkitystä raja-arvon määritelmässä. Jonon raja-arvon tapauksessa muuttuja n lähestyy ääretöntä kuitenkaan koskaan olematta ääretön (lim n a n a ). Nyt muuttuja x lähestyy pistettä x 0, mutta koko ajan x x 0. Jonon raja-arvon tapauksessa N määrää lähestymisen äärettömään (n N). Nyt δ määrää lähestymisen pisteeseen x 0 (0 < x x 0 < δ). Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 48 / 86

Geogebra-demo Tutkitaan joitain funktioita ja niiden raja-arvoja geogebralla https://www.geogebra.org/m/ftqffmrp Apukysymys: Miten valitaan sopiva δ, kun ɛ on kiinnitetty? Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 49 / 86

Laskuesimerkkejä Esimerkki Osoitetaan määritelmän mukaisesti, että ( ) lim x sin = 0. x 0 x Esimerkki Osoitetaan määritelmän mukaisesti, että lim 2x + = 3. x Esimerkki Osoitetaan määritelmän mukaisesti, että lim x 2 x = 2. Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 50 / 86

lim x 2x + = 3 Nyt (2x + ) 3 = 2x 2 = 2 x. Olkoon ɛ > 0 mielivaltainen. Edeltävästä muokkauksesta voidaan havaita, että sopiva valinta luvuksi δ > 0 on esim. δ = ɛ/2. Tällöin kaikilla x R, 0 < x < δ pätee (2x + ) 3 = 2 x < 2δ = ɛ. Koska ɛ > 0 on mielivaltainen, niin raja-arvon määritelmä toteutuu ja lim 2x + = 3. x Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 5 / 86

lim x /2 /x = 2 Nyt x 2 = 2x x = 2 2 x. x Tutkimme tilannetta, jossa x /2. Kun x on tarpeeksi lähellä lukua /2 niin x > /4. Käytetään tätä arviota edeltävään lausekkeeseen, jolloin saadaan x 2 = 2 2 x < 2 2 x = 8 x /4 2 x. (sillä oletuksella että x > /4). Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 52 / 86

lim x /2 /x = 2 jatkuu... Olkoon ɛ > 0 mielivaltainen. Edeltävästä muokkauksesta voidaan havaita, että sopiva valinta luvuksi δ > 0 on δ = min{ɛ/8, /4} (jälkimmäinen ehto siksi että x > /4 täytyy saadaan voimaan). Tällöin kaikilla x R, 0 < x 2 < δ pätee ja täten aiemman arvion nojalla x 2 < δ 4 = x > 4 x 2 < 8 2 x < 8δ 8 ɛ 8 = ɛ. Koska ɛ > 0 on mielivaltainen, niin raja-arvon määritelmä toteutuu ja lim x 2 x = 2. Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 53 / 86

Raja-arvo pisteessä 0? a = sin( x ) x 0 = 0 ( ) lim sin =? x 0 x Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 54 / 86

Mitä tarkoittaa, että jokin luku ei ole raja-arvo? Se että luku a R ei ole funktion f raja-arvo pisteessä x 0 tarkoittaa sitä, että ɛ > 0, δ > 0 : 0 < x x 0 < δ = f (x) a < ɛ. Toisin sanoen, ɛ > 0, δ > 0, x : 0 < x x 0 < δ mutta f (x) a ɛ. Pekka Salmi FUNK 2. lokakuuta 208 55 / 86