Yleisiä integroimissääntöjä

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

Johdantoa INTEGRAALILASKENTA, MAA9

5 Differentiaalilaskentaa

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

Matematiikan peruskurssi 2

Vastaus: 10. Kertausharjoituksia. 1. Lukujonot lim = lim n + = = n n. Vastaus: suppenee raja-arvona Vastaus:

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

b) Määritä/Laske (ei tarvitse tehdä määritelmän kautta). (2p)

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

Matematiikan tukikurssi

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

Differentiaalilaskenta 1.

l 1 2l + 1, c) 100 l=0 AB 3AC ja AB AC sekä vektoreiden AB ja

Monisteessa määritellään integraalifunktio ja esitetään perusominaisuuksia. Tässä pari esimerkkiä. = x x3 + 2 x + C.

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

a) Mikä on integraalifunktio ja miten derivaatta liittyy siihen? Anna esimerkki = 16 3 =

2 Funktion derivaatta

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 5 Maanantai

Raja arvokäsitteen laajennuksia

2 Funktion derivaatta

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

Integroimistekniikkaa Integraalifunktio

f(x) f(y) x y f f(x) f(y) (x) = lim

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI I Harjoitustehtäviä syksy Millä reaaliluvun x arvoilla. 3 4 x 2,

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

l 1 2l + 1, c) 100 l=0

MAA10 HARJOITUSTEN RATKAISUJA

Juuri 6 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Vastaus: Määrittelyehto on x 1 ja nollakohta x = 1.

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

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 1: Parametrisoidut käyrät ja kaarenpituus

Muista tutkia ihan aluksi määrittelyjoukot, kun törmäät seuraaviin funktioihin:

Vektoreiden A = (A1, A 2, A 3 ) ja B = (B1, B 2, B 3 ) pistetulo on. Edellisestä seuraa

derivaatta pisteessä (YOS11) a) Näytä, että a n+1 > a n, kun n = 1, 2, 3,.

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 6 Maanantai

Oletetaan, että funktio f on määritelty jollakin välillä ]x 0 δ, x 0 + δ[. Sen derivaatta pisteessä x 0 on

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

Matematiikan perusteet taloustieteilij oille I

Ratkaisuehdotus 2. kurssikokeeseen

Ratkaisuehdotus 2. kurssikoe

A-osa. Ratkaise kaikki tämän osan tehtävät. Tehtävät arvostellaan pistein 0-6. Taulukkokirjaa saa käyttää apuna, laskinta ei.

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

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

5 Funktion jatkuvuus ANALYYSI A, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Määritelmä ja perustuloksia

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

x + 1 πx + 2y = 6 2y = 6 x 1 2 πx y = x 1 4 πx Ikkunan pinta-ala on suorakulmion ja puoliympyrän pinta-alojen summa, eli

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

Juuri 12 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

5 Funktion jatkuvuus ANALYYSI A, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Määritelmä ja perustuloksia. 1. Tarkastellaan väitettä

VASTAA YHTEENSÄ KUUTEEN TEHTÄVÄÄN

k-kantaisen eksponenttifunktion ominaisuuksia

LASKIN ON SALLITTU ELLEI TOISIN MAINITTU! TARKISTA TEHTÄVÄT KOKEEN JÄLKEEN JA ANNA PISTEESI RUUTUUN!

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

Talousmatematiikan perusteet: Luento 16. Integraalin käsite Integraalifunktio Integrointisääntöjä

Pyramidi 10 Integraalilaskenta harjoituskokeiden ratkaisut sivu 298 Päivitetty

Juuri 12 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Matematiikan tukikurssi

d Todista: dx xn = nx n 1 kaikilla x R, n N Derivaatta Derivaatta ja differentiaali

Preliminäärikoe Tehtävät A-osio Pitkä matematiikka kevät 2016 Sivu 1 / 4

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

1.1. YHDISTETTY FUNKTIO

Matematiikan tukikurssi

1.4 Funktion jatkuvuus

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 3: Osittaisderivaatta

Juuri 6 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Yhdistetty funktio. Älä sekoita arvo- eli kuvajoukkoa maalijoukkoon! (wikipedian ongelma!)

DI matematiikan opettajaksi: Täydennyskurssi, kevät 2010 Luentorunkoa ja harjoituksia viikolle 11: ti klo 13:00-15:30

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

Analyysi I (sivuaineopiskelijoille)

Tehtäväsarja I Tehtävät 1-5 perustuvat monisteen kappaleisiin ja tehtävä 6 kappaleeseen 2.8.

Rationaalilauseke ja -funktio

Matematiikan tukikurssi

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 2. viikolle /

13. Ratkaisu. Kirjoitetaan tehtävän DY hieman eri muodossa: = 1 + y x + ( y ) 2 (y )

6*. MURTOFUNKTION INTEGROINTI

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

PRELIMINÄÄRIKOE. Pitkä Matematiikka

Lisätehtäviä. Rationaalifunktio. x 2. a b ab. 6u x x x. kx x

Ratkaisut vuosien tehtäviin

Funktion derivoituvuus pisteessä

Matematiikan tukikurssi

3.4 Rationaalifunktion kulku ja asymptootit

MAA7 7.1 Koe Jussi Tyni Valitse kuusi tehtävää! Tee vastauspaperiin pisteytysruudukko! Kaikkiin tehtäviin välivaiheet näkyviin!

2. Viikko. CDH: luvut (s ). Matematiikka on fysiikan kieli ja differentiaaliyhtälöt sen yleisin murre.

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 10: Ensimmäisen kertaluvun differentiaaliyhtälö

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

Ratkaise tehtävä 1 ilman teknisiä apuvälineitä! 1. a) Yhdistä oikea funktio oikeaan kuvaajaan. (2p)

MAT Laaja Matematiikka 1U. Hyviä tenttikysymyksiä T3 Matemaattinen induktio

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

Diskreetti derivaatta

Matematiikan peruskurssi 2

2 Raja-arvo ja jatkuvuus

Matematiikan tukikurssi

x 7 3 4x x 7 4x 3 ( 7 4)x 3 : ( 7 4), 7 4 1,35 < ln x + 1 = ln ln u 2 3u 4 = 0 (u 4)(u + 1) = 0 ei ratkaisua

Maksimit ja minimit 1/5 Sisältö ESITIEDOT: reaalifunktiot, derivaatta

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 1: Parametrisoidut käyrät ja kaarenpituus

KERTAUSHARJOITUKSIA. 1. Rationaalifunktio a) ( ) 2 ( ) Vastaus: a) = = 267. a) a b) a. Vastaus: a) a a a a 268.

13. Taylorin polynomi; funktioiden approksimoinnista. Muodosta viidennen asteen Taylorin polynomi kehityskeskuksena origo funktiolle

Tekijä Pitkä matematiikka a) Ratkaistaan nimittäjien nollakohdat. ja x = 0. x 1= Funktion f määrittelyehto on x 1 ja x 0.

Vektoriarvoiset funktiot Vektoriarvoisen funktion jatkuvuus ja derivoituvuus

Transkriptio:

INTEGRAALILASKENTA, MAA9 Yleisiä integroimissääntöjä Integroiminen eli annetun funktion f integraalifunktion F määrittäminen (löytäminen) on yleisesti haastavaa. Joskus joutuu jopa arvata tai kokeilla. Mutta: Oli keino mikä hyvänsä, aina voi tarkistaa menikö oikein, nimittäin derivoidaan saatu integraalifunktio F. Derivoinnin avulla voidaan osoittaa seuraavat integroimissäännöt: 1. k d = k + C, vakion k integraali. Huom d = 1 d Esim. න π π Suoran yhtälö, kulmakerroin d = + C 17 17 kk. vastaa suoran derivaattaa. π 17, F F 2. k g d = k g d = k G + C = k G + ถk C =vakio = k G + C, vakiotekijäin siirto ohi int.merkin. Esim. න 5 3 d = 5 න 3 1 d = 5 4 4 + C = 5 4 4 + C. 3. f + g d = f d + g d = F + G + C, summan integraali on yhteenlaskettavien, f :n ja g :n, integraalien summa. MUTTA!!! Tulon integraali ei ole integraalien tulo. Kohdat 2. ja 3. yhdistäen saadaan: polynomifunktio sekä alkeisfunktioista muodostettu summafunktio voidaan integroida termeittäin. 4. 4f + 1 g 17h + 18 000k +... +m d = 5 4 f d + 1 5 g d 17 h d + 18000 k d+... + m d. Esim. න 5 2 2 + 17 16 3e 3 d = 10 3 3 + 17 e 3 + C. 1

Tarkistus/todistus Derivoidaan D 10 3 3 + 17 e 3 + C = 10 2 + 17 16 3e 3, OK 5.Potenssifunktion f: f = a, kun a N, a 1 integroimiskaava: න a d = 1 a + 1 a+1 + C, a N, a 1 ja kun a = 1, niin න 1 d = න 1 d = ln + C, 0. Tarkistus/todistus Derivoi tai katso kirja. Differentiaali d voidaan merkitä myös osoittajaan teki- Huomautus jäksi. න 1 d d = න, f න f d = න f d f Huomautus Muista juurilausekkeiden laskumenetelmä: muutetaan murtopotenssimuotoon tehdään temput (esim. sievennykset tai integrointi) palataan juurimuotoon. Esimerkki න 5 4 3 d = 5 න 3 4 d = 5 න 7 1 4 d = 5 7 4 + 1 = 5 4 11 11 4 = 20 11 11 4 = 20 11 4 11. Tarkastellaan vielä tapausta 1 d = ln + C. Aiemmin: integraalifunktio määriteltiin jollakin välillä I. 7 4 +1 Nyt esimerkiksi funktio f: f = 1 ei ole määritelty kohdassa = 0. Täsmällisesti, pitäisi siis integroida erikseen väleillä, 0 ja 0,. Kun > 0: න 1 >0 d = ln + C ฏ= ln + C. 2

Kun < 0: න 1 <0 d = ln + D ฏ= ln + D. Huomautus Vakioiden C ja D ei tarvitse olla samoja (ja harvoin ne ovatkin). Esimerkiksi, jos on annettu alkuehto F e = 6, niin tällöin F e = ln e + C = 6 C = 5, mutta D on vapaa. Lisäksi vakioita voi merkitä joko C, D, E, jne. tai C 1, C 2, C 3, jne. Tapana on pitää luvallisena esitystä න 1 d = ln + C, 0 ja vakion C arvot valitaan väleillä, 0 ja 0, toisistaan riippumattomalla tavalla. Edellä käyty tarkastelu ei vain 1 :lle, vaan kaikille funktioille, joilla nimittäjän nollakohta, kuten 1 4, 1, 1, jne. +2 5 Lopuksi: Milloin funktiolla f sitten ylipäänsä on integraalifunktio? Onko integraalifunktiota aina edes olemassa? Lause, integraalifunktion F jatkuvuus ja olemassaolo: Jokaisella jatkuvalla funktiolla f on integraalifunktio F. Tämä integraalifunktio on aina jatkuva. Todistus Eka lause vaikeahko sivuutetaan. Toinen seuraa siitä, että koska määritelmän mukaan F = f, niin tällöin F on myös jatkuva. Huomautus Myös epäjatkuvalla funktiolla f voi olla integraalifunktio, tosin nämä ovat harvinaisia tapauksia katso moniste, jossa tarkastellaan funktiota (myöhemmin, paloittaisen funktion integraali) f: f = 2 sin 1, kun 0 0, kun = 0. Läheskään aina ei osata määrittää jatkuvienkaan funktioiden integraalifunktioita ns. alkeisfunktioiden avulla. Esimerkiksi, jos f on muotoa e 2 tai 1 + 3, niin mitä on F? 3

Esimerkkejä a) න d = න 1 2 d = න( 1 2 1) d = 2 1 2 + C. b) Käyrän pisteeseen, y piirretyn tangentin kulmakerroin on 2 + 1. Muodosta käyrän yhtälö, kun lisäksi tiedetään käyrän kulkevan pisteen 3, 0 kautta. Tangentin kk. pisteessä, y on 2 + 1, eli derivaatta pisteessä, y on 2 + 1. Näin ollen kysytyn käyrän yhtälö saadaan integroimalla derivaattaa, siis F = න f d = න 2 + 1 d = 2 + + C. Lisäksi tiedetään, että F 3 = 0, eli F 3 = 3 2 + 3 + C = 6 + C = 0 C = 6. Käyrän yhtälö on y = y = 2 + 6. Esimerkki Osoita, että funktio f: f = 2 sin 1, kun 0 on kaikkialla derivoituva, mutta f on epäjatkuva kohdassa = 0. 0, kun = 0 Derivoituvuus kaikkialla: Kun 0: Tällöin suora derivointi antaa D 2 sin 1 = 2 sin 1 + 2 cos 1 1 = 2 sin 1 2 cos 1, eli derivaatta f on olemassa. Kun = 0: Määritelmä antaa =0 f f ฑ 0 lim 0 0 1,1 2 sin 1 = lim = lim sin ฑ1 0 0 = 0, koska sini-funktio on rajoitettu. Eli f on olemassa myös, kun = 0. Derivaatan epäjatkuvuus kohdassa = 0: Osoitetaan, että raja-arvo lim 0 f = lim 2 sin 1 0 cos 1 ei ole olemassa. 4

Tehdään vastaoletus, että on olemassa. Koska f :n lausekkeen perusteella cos 1 = 2 sin 1 f kaikilla 0, niin saadaan lim cos 1 0 = lim 2 sin 1 0 f = lim 2 sin 1 0 lim 0 f = 0 lim 0 f = lim 0 f. Tämä on ristiriita, sillä edellä käydyn nojalla lim 0 f = 0, eli on olemassa, mutta raja-arvoa lim cos 1 ei ole olemassa. 0 HUOM! Integraalifunktion määritelmässä riittää, että F on derivoituva ja F = f kaikilla R/I.Näin ollen F :n jatkuvuutta ei vaadita. Sen sijaan F on aina jatkuva (koska on derivoituva). Yllä olevassa esimerkissä valitse F = f ja F = f. 5

Huomaa, kuinka funktio f heilahtelee käyrien y = 2 ja y = 2 välissä. 6