z z 0 (m 1)! g(m 1) (z0) k=0 Siksi kun funktioon f(z) sovelletaan Cauchyn integraalilausetta, on voimassa: sin(z 2 dz = (z i) n+1 k=0

Samankaltaiset tiedostot
2 Taylor-polynomit ja -sarjat

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 1. viikolle /

V. POTENSSISARJAT. V.1. Abelin lause ja potenssisarjan suppenemisväli. a k (x x 0 ) k M

Luento 2. S Signaalit ja järjestelmät 5 op TKK Tietoliikenne Laboratorio 1. Jean Baptiste Joseph Fourier ( )

5. Potenssisarjat 5.1. Määritelmä ja suppeneminen

Joulukuun vaativammat valmennustehtävät ratkaisut

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 3. viikolle /

Olkoot X ja Y riippumattomia satunnaismuuttujia, joiden odotusarvot, varianssit ja kovarianssi ovat

Kompleksianalyysi, viikko 6

M 2 M = sup E M 2 t. E X t = lim. niin martingaalikonvergenssilauseen oletukset ovat voimassa, eli löydämme satunnaismuuttujan M, joka toteuttaa ehdon

funktiojono. Funktiosarja f k a k (x x 0 ) k

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY exp z., k = 1, 2,... Eksponenttifunktion z exp(z) Laurent-sarjan avulla

Tehtävä 3. Määrää seuraavien jonojen raja-arvot 1.

Mat / Mat Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 42, loppuviikko, syksy 2008

Tehtävä 2 Todista luennoilla annettu kaava: jos lukujen n ja m alkulukuesitykset. ja m = k=1

JOHDATUS LUKUTEORIAAN (syksy 2017) HARJOITUS 1, MALLIRATKAISUT

Matemaattinen Analyysi

Matematiikan tukikurssi

Potenssisarja, suppenemissäde. Potenssisarja ja derivointi. Potenssisarja ja analyyttiset funktiot. Potenssisarja ja integrointi.

Ylioppilastutkintolautakunta S tudentexamensnämnden

Sarjoja ja analyyttisiä funktioita

J1 (II.6.9) J2 (X.5.5) MATRIISILASKENTA(TFM) MALLIT AV 6

Pyramidi 3 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 139 Päivitetty a) 402 Suplementtikulmille on voimassa

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 1 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma

Perustehtäviä. Sarjateorian tehtävät 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 24

q =, r = a b a = bq + r, b/2 <r b/2.

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

Reaalianalyyttistä lukuteoriaa

termit on luontevaa kirjoittaa summamuodossa. Tällöin päädymme lukusarjojen teoriaan: a k = s.

Matematiikan tukikurssi

DEE Lineaariset järjestelmät Harjoitus 5, harjoitustenpitäjille tarkoitetut ratkaisuehdotukset

Hanoin tornit. Merkitään a n :llä pienintä tarvittavaa määrää siirtoja n:lle kiekolle. Tietysti a 1 = 1. Helposti nähdään myös, että a 2 = 3:

III. SARJATEORIAN ALKEITA. III.1. Sarjan suppeneminen. x k = x 1 + x 2 + x ,

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä ym., osa I

πx) luvuille n N. Valitaan lisäksi x = m,

Oletetaan ensin, että tangenttitaso on olemassa. Nyt pinnalla S on koordinaattiesitys ψ, jolle pätee että kaikilla x V U

Mat Matematiikan pk KP3-i - kertaus

Matematiikan tukikurssi: kurssikerta 12

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

4.3 Erillisten joukkojen yhdisteet

Matematiikan tukikurssi

2.8 Mallintaminen ensimmäisen asteen polynomifunktion avulla

3.3 Funktion raja-arvo

RATKAISUT: 10. Lämpötila ja paine

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Hannu Pajula. Stirlingin luvuista

Tehtävänanto oli ratkaista seuraavat määrätyt integraalit: b) 0 e x + 1

Osittaisdifferentiaaliyhtälöt

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 18: Yhden vapausasteen pakkovärähtely, transienttikuormituksia

H7 Malliratkaisut - Tehtävä 1

Jatkuva-aikaisten Markov-prosessien aikakehitys

[ ] [ 2 [ ] [ ] ( ) [ ] Tehtävä 1. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2( ) = 1. E v k 1( ) R E[ v k v k ] E e k e k e k e k. e k e k e k e k.

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

Luku kahden alkuluvun summana

Todennäköisyysjakaumat 1/5 Sisältö ESITIEDOT: todennäköisyyslaskenta, määrätty integraali

Kompleksianalyysi, viikko 4

r > y x z x = z y + y x z y + y x = r y x + y x = r

Derivointiesimerkkejä 2

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 5: Taylor-polynomi ja sarja

Kompleksianalyysi, viikko 5

u = 2 u (9.1) x + 2 u

Eksponenttifunktio. Johdanto. Määritelmä. Pekka Alestalo Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto

Riemannin sarjateoreema

f (t) + t 2 f(t) = 0 f (t) f(t) = t2 d dt ln f(t) = t2, josta viimeisestä yhtälöstä saadaan integroimalla puolittain

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Momenttiemäfunktio ja karakteristinen funktio. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Sini- ja kosinifunktio

2. Fourier-sarjoista. Aaltoliikkeen ja lämmöjohtumisen matemaattinen tarkastelu

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 19: Usean vapausasteen systeemin liikeyhtälöiden johto Newtonin lakia käyttäen

9 Lukumäärien laskemisesta

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,

Tehtävä 2. Osoita, että seuraavat luvut ovat algebrallisia etsimällä jokin kokonaislukukertoiminen yhtälö jonka ne toteuttavat.

Todennäköisyyslaskenta IIa, syys lokakuu 2019 / Hytönen 1. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

T Kevät 2003 Logiikka tietotekniikassa: erityiskysymyksiä I Laskuharjoitus 11 Ratkaisut

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

(a) avoin, yhtenäinen, rajoitettu, alue.

Derivaattaluvut ja Dini derivaatat

Ennen kuin mennään varsinaisesti tämän harjoituksen asioihin, otetaan aluksi yksi merkintätekninen juttu. Tarkastellaan differenssiyhtälöä

e int) dt = 1 ( 2π 1 ) (0 ein0 ein2π

MS-A0107 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM)

3. Markovin prosessit ja vahva Markovin ominaisuus

x 4 e 2x dx Γ(r) = x r 1 e x dx (1)

Matemaattisen analyysin tukikurssi

(c) Määrää/Determine välillä/in the interval [1000, 10000] olevien 7. jaollisten kokonaislukujen lukumäärä/ number of integers divisible by 7.

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta. Osa 2: Satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat. Momenttiemäfunktio ja karakteristinen funktio

Ratkaisu: Tutkitaan derivoituvuutta Cauchy-Riemannin yhtälöillä: f(x, y) = u(x, y) + iv(x, y) = 2x + ixy 2. 2 = 2xy xy = 1

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

2.2 Jatkuva funktio Funktio f(x) jatkuva pisteessä x 0, jos f on määritelty. Esim. sin x. = lim. lim. (1 x 2 /6 + O(x 4 )) = 1.

Pisteessä (1,2,0) osittaisderivaatoilla on arvot 4,1 ja 1. Täten f(1, 2, 0) = 4i + j + k. b) Mihin suuntaan pallo lähtee vierimään kohdasta

TRIGONOMETRISTEN FUNKTIOIDEN KUVAAJAT

Mapu I Laskuharjoitus 2, tehtävä 1. Derivoidaan molemmat puolet, aloitetaan vasemmasta puolesta. Muistetaan että:

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIa, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.

2 b 1 + b 1 x. = b 1 (x 4) (x 2) b 1 (x 2)

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Tilastollinen päättely II, kevät 2018 Harjoitus 6A Ratkaisuehdotuksia.

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

Matematiikan tukikurssi: kurssikerta 10

5. Z-muunnos ja lineaariset diskreetit systeemit. z n = z

Lukujonot Z-muunnos Z-muunnoksen ominaisuuksia Z-käänteismuunnos Differenssiyhtälöt. Z-muunnos. 5. joulukuuta Z-muunnos

Kompleksitermiset jonot ja sarjat

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

= 2 L L. f (x)dx. coshx dx = 1 L. sinhx nπ. sin. sin L + 2 L. a n. L 2 + n 2 cos. tehdään approksimoinnissa virhe, jota voidaan arvioida integraalin

Transkriptio:

TKK, Matematiian laitos v.pfaler/pursiainen Mat-.33 Matematiian perusurssi KP3-i sysy 2007 Lasuharjoitus 4 viio 40 Tehtäväsarja A viittaa aluviion ja L loppuviion tehtäviin. Valmistauu esittämään nämä tehtävät taululla. Tämän lisäsi julaistaan eriseen ullain viiolla sähöisesti palautettavia harjoitusia erillisten ohjeien muaan. Taristaaa, että luentoalvojen opiossanne on oiea erroin: Jos 0 on m-asteen napa, ls missä g() ( 0 ) m f(). Res f() 0 (m )! g(m ) (0) A Lase funtion f() sin( 2 + ) Taylor sarja ehitysesusena 0 i. Rataisu: Funtion f() Taylorin sarja on muotoa f() n0 a n( 0 ) n, missä ertoimet a n ovat vaioita ja 0 on ehitysesus. Tässä tehtävässä f() sin( 2 + ), 0 i ja ertoimet a n pitää lasea. Kosa 2 + voiaan muistiaavan avulla irjoittaa muotoon 2 + ( i)( + i), saaaan sin-funtion Maclaurin-sarjaa äyttäen tulos: sin( 2 + ) (2 + )! (2 + ) 2+ (2 + )! ( i)2+ ( + i) 2+. Sisi un funtioon f() sovelletaan Cauchyn integraalilausetta, on voimassa: a n f (n) n! 2πi C sin( 2 + ) ( i) n+ 2πi C ( + i) 2+ (2 + )! ( i) n 2, missä polu C iertää pisteen i. Huomataan, että integraalin sisälle jäävän summan termit ovat analyyttisiä, un 2 n, sillä tälläin termien potenssit ovat positiivisia. Analyyttisten termien integraalit suljetun polun yli ovat nollia. Tämän perusteella yllä olevasta lauseeesta johettua ysytyn Taylor-sarjan ertoimet. Haluttu tulos saaaan äyttämalla taas Cauchyn integraalilausetta ja aavaa: j x j xl l! (l j)! xl j. Käsitellään ensin tapaus, jossa n on parillinen eli n 2m: a 2m f (2m) 2m! m m m m (2 + )! ( ( + i) 2+ ) (2 + )! 2πi C ( i) 2m 2 ( (2m 2 )! x 2m 2 ( + i)2+) i 2m 2 ( (2 + )! (2 + )! (2m 2 )!(4 2m + 2)! (2i)4 2m+2) (2m 2 )!(4 2m + 2)! (2i)4 2m+2. Tapausessa, jossa n on pariton eli n 2m +, saaaan vastaavalla tavalla tulosesi: a 2m+ f (2m+) m (2m + )! (2m 2 + )!(4 2m + )! (2i)4 2m+.

A2 Lase funtion f() sin( 2 ) MacLaurin -sarja. Lase ensin sin() MacLaurin sarja, ja äytä sitä hyväsesi. Lase vastaavasti Laurent-sarja funtiolla g() 2 e pisteen 0 ympäristössä. Rataisu: Kun f() sin(), pätee erivaatoille f (4n) (0) sin(0) 0, f (4n+) (0) cos(0), f (4n+2) (0) sin(0) 0, f (4n+3) (0) cos(0), missä n 0. Huomataan siis, että sin-funtion MacLaurin-sarjassa parilliset erivaatat atoavat ja että sarja voiaan irjoittaa muoossa: sin (2 + )! 2+. Näin ollen ensimmäinen ysytty sarja on sin( 2 ) e!, mistä saaaan toinen ysytty sarja 2 e 2! 2 (2+)! 4+2. Vastaavasti pätee (+2)!. A3 Määrittele seuraavien funioien singulariteetit ja nollaohat omplesitasossa moniertoineen.. f() 2 ( ) 2. f() 2 + 2 2 + 3. f() sin() Rataisu:. Ei nollaohtia, singulariteetit nimittäjän nollaohat ( ) 0, ummatin ertaluua. 2. 2 + 2 2 + 22 +2+2 ( 2 +). Singulariteetit {0, ±i} ja nollaohat 2 + + 0 eli 2 ( ± i 3), aii ertaluua. 3. Potentiaaliset nollaohat sin() 0, eli πn. Potentiaaliset singulariteetit 0. Jouot leiaavat, tutitaan taremmin pistettä 0. lim 0 f() sin() 0 { 0,, 0 Kysymysessä ei siis ole singulariteetti, eiä nollaohta. Tämän voi nähä myös Taylor (Laurent) sarjasta pisteessä 0 0: f() 0 2+ (2 + )! 0 2 (2 + )! 2 3! + 4 5!...

A4 m a ( i) on funtion f() 2 + + 2 onvergoi ja mitä arvoja m voi saaa jos a m 0? + 3 2 Taylor- tai Laurent-sarjaa. Missä sarja Rataisu: Singulariteetit i i, 0,, i, joien vastaavat etäisyyet ehitysesusesta 0 i ovat r j i i, i 0, i, i + i 0,, 2, 2. Suppenemisalue on muotoa { : r j < 0 < r j+ }, jossa asetamme r 5. Suppenemisalue on siis oo avaruus poisluien i-esiset ympyrät, joien säteinä 0,, 2 ja 2 ovat. Kosa f():lla on pisteessä i astetta ysi oleva napa, voi Laurentin lauseen perusteella voi olla a m 0, un m, mutta a m 0 aiilla m <. L Oloon f() analyyttinen funtio, jona Taylor sarja on a ( ). Lausu seuraavat lauseeet sarjan ertoimien avulla: r Res 2 f(), r 2 Res ( 2 f()) ja r 3 Res 2 f (). Rataisu: Tehtävänannossa on irjoitusvirhe, jona johosta rataisu on erittäin helppo. Funtio 2 f() on nimittäin analyyttinen pisteessä, eiä sillä näin ollen ole siinä napaa. Tästä syystä aii ysytyt resiyt ovat nollia. Tehtävässä pyyettiin alunperin lasemaan resiyt: r Res ) 2 f(), r 2 Res (( ) 2 f()), r 3 Res ) 2 f (). Kosa f() a ( ) on funtiolla ( ) 2 f() a ( ) 2 asteen 2, funtiolla x ( ) 2 f() a ( ) 2 asteen 3 ja funtiolla ( ) 2 f () a ( ) 3 asteen 3 napa pisteessä. Näin ollen on harjoitustehtäväpaperin alussa esitetyn resiyjen lasemista osevan lauseen perusteella: r Res ( ) 2 f() [( )2 r 2 Res [ a ( ) ] [( ) 2 f()] [( )3 [ a ( ) 2 ] a ( ) a, [( )3 [ a ( 2)( ) 3 ] a ( 2)( ) ] a ( 2)( ) a, r 3 Res ( ) 2 f () 2! 2 [( )3 2 2 2 a ( ) a 2 ( )( ) 2 2a 2 2 2 a ( ) 2 ]] a ( ) 3 ] L2 Oloon f() a + b cos + c sin ja g() a + b cos + c sin. m) Jos g() αf(), mitä ovat a, b, c?

) Jos g() f (), mitä ovat a, b, c? i) Jos g() f(), mitä ovat a, b, c? Anna matriisi A, jossa m,, i, un a b c ussain eellä luetellussa tapausessa. A a b c Sanomme että (ertoimien) ertominen matriisilla A vastaa (funtion f) erivointia. Rataisu: Kohassa m), jossa g() αf(), on a αa, b αb, c αc ja A m α 0 0 0 α 0 αi. 0 0 α Kohassa ) g() f (), on a 0, b c, c b ja A 0 0 0 0 0. 0 0 Kohassa i) g() f(), on a a + C, b c, c b ja a + C 0 0 A i 0 0. 0 0 L3 Lase funtion f(x) sin(3x) (omplesinen) Fourier-sarja ˆf e it, un jaso T 2π. Rataisu: Helpointa: i sin(3x) sinh(3ix) 2 (e3ix e 3ix ) eli ˆf±3 i 2 ja ˆf 0 un 3. Toi integroiain voi. L4 Jos T -jasollisella funtiolla f : t R f(t) C on Fourier sarja α e it/t, miä on funtion f(2t + b) Fourier-sarja β e it/t? Tässä b R. Vihje: Tuti ensin tapausta b 0. Rataisu: f(a + bt) α e i(2t+b)/t α e ib/t e i2t/t α e }{{ ib/t e } 2i t/t vaio i t/t β e eli β 2 α e ib/t ja β 2+ 0.

TKK, Matematiian laitos v.pfaler/pursiainen Mat-.33 Matematiian perusurssi KP3-i sysy 2007 Lasuharjoitus 4 viio 40 Tehtäväsarja A viittaa aluviion ja L loppuviion tehtäviin. Valmistauu esittämään nämä tehtävät taululla. Tämän lisäsi julaistaan eriseen ullain viiolla sähöisesti palautettavia harjoitusia erillisten ohjeien muaan. Taristaaa, että luentoalvojen opiossanne on oiea erroin: Jos 0 on m-asteen napa, Res f() 0 (m )! g(m ) (0) ls missä g() ( 0 ) m f(). A Lase funtion f() sin( 2 + ) Taylor sarja ehitysesusena 0 i. i) Jos g() f(), mitä ovat a, b, c? Anna matriisi A, jossa m,, i, un a a b A b c c ussain eellä luetellussa tapausessa. Sanomme että (ertoimien) ertominen matriisilla A vastaa (funtion f) erivointia. L3 Lase funtion f(x) sin(3x) (omplesinen) Fourier-sarja ˆf e it, un jaso T 2π. A2 Lase funtion f() sin( 2 ) MacLaurin -sarja. Lase ensin sin() MacLaurin sarja, ja äytä sitä hyväsesi. Lase vastaavasti Laurent-sarja funtiolla g() 2 e pisteen 0 ympäristössä. A3 Määrittele seuraavien funioien singulariteetit ja nollaohat omplesitasossa moniertoineen. L4 Jos T -jasollisella funtiolla f : t R f(t) C on Fourier sarja α e it/t, miä on funtion f(2t + b) Fourier-sarja β e it/t? Tässä b R. Vihje: Tuti ensin tapausta b 0.. f() 2 ( ) 2. f() 2 + 2 2 + 3. f() sin() A4 m a ( i) on funtion f() 2 + + 2 + 3 2 Taylor- tai Laurentsarjaa. Missä sarja onvergoi ja mitä arvoja m voi saaa jos a m 0? L Oloon f() analyyttinen funtio, jona Taylor sarja on a ( ). Lausu seuraavat lauseeet sarjan ertoimien avulla: r Res 2 f(), r 2 Res ( 2 f()) ja r 3 Res 2 f (). L2 Oloon f() a + b cos + c sin ja g() a + b cos + c sin. m) Jos g() αf(), mitä ovat a, b, c? ) Jos g() f (), mitä ovat a, b, c?