MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 4 Maanantai

Samankaltaiset tiedostot
MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 5 Maanantai

MATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS Analyysi I Harjoitus alkavalle viikolle Ratkaisuehdoituksia Rami Luisto Sivuja: 5

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

2 Funktion derivaatta

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

jakokulmassa x 4 x 8 x 3x

saadaan kvanttorien järjestystä vaihtamalla ehto Tarkoittaako tämä ehto mitään järkevää ja jos, niin mitä?

2 Funktion derivaatta

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

1. Määritä funktion f : [ 1, 3], f (x)= x 3 3x, suurin ja pienin arvo.

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 2. viikolle /

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 3, ratkaisut Maanantai

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

Derivaattaluvut ja Dini derivaatat

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

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

Ratkaisuehdotus 2. kurssikokeeseen

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

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

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

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

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

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

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 6 Maanantai

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

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

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

Ratkaisuehdotus 2. kurssikoe

saadaan kvanttorien järjestystä vaihtamalla ehto Tarkoittaako tämä ehto mitään järkevää ja jos, niin mitä?

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

Matemaattisen analyysin tukikurssi

(a) avoin, yhtenäinen, rajoitettu, alue.

Luku 4. Derivoituvien funktioiden ominaisuuksia.

3.3 Funktion raja-arvo

Ratkaisu: Ensimmäinen suunta. Olkoon f : R n R m jatkuva eli kaikilla ε > 0 on olemassa sellainen δ > 0, että. kun x a < δ. Nyt kaikilla j = 1,...

z 1+i (a) f (z) = 3z 4 5z 3 + 2z (b) f (z) = z 4z + 1 f (z) = 12z 3 15z 2 + 2

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

Matematiikan tukikurssi

Matematiikan tukikurssi

VASTAA YHTEENSÄ KUUTEEN TEHTÄVÄÄN

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

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

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

Toispuoleiset raja-arvot

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

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

Analyysi I (mat & til) Demonstraatio IX

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

3 Lukujonon raja-arvo

Tenttiin valmentavia harjoituksia

Matematiikan tukikurssi

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

5 Differentiaalilaskentaa

2 Raja-arvo ja jatkuvuus

3 Lukujonon raja-arvo

MATP153 Approbatur 1B Ohjaus 2 Keskiviikko torstai

Topologia I Harjoitus 6, kevät 2010 Ratkaisuehdotus

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

Matematiikan tukikurssi: kurssikerta 12

Oletetaan sitten, että γ(i) = η(j). Koska γ ja η ovat Jordan-polku, ne ovat jatkuvia injektiivisiä kuvauksia kompaktilta joukolta, ja määrittävät

Matematiikan tukikurssi

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

HY, MTL / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIb, syksy 2017 Harjoitus 1 Ratkaisuehdotuksia

Muutoksen arviointi differentiaalin avulla

1 sup- ja inf-esimerkkejä

Analyysi I. Visa Latvala. 26. lokakuuta 2004

Matematiikan perusteet taloustieteilij oille I

Derivaatta: funktion approksimaatio lineaarikuvauksella.

1.4 Funktion jatkuvuus

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

Matematiikan peruskurssi 2

Täydellisyysaksiooman kertaus

Analyysi III. Jari Taskinen. 28. syyskuuta Luku 1

Integroimistekniikkaa Integraalifunktio

Schildtin lukio

Analyysi I (sivuaineopiskelijoille)

Matematiikan tukikurssi

Matematiikan taito 9, RATKAISUT. , jolloin. . Vast. ]0,2] arvot.

(a) Kyllä. Jokainen lähtöjoukon alkio kuvautuu täsmälleen yhteen maalijoukon alkioon.

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 11 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 2 / vko 9

Derivaatasta ja derivoituvuudesta

Derivaatat lasketaan komponenteittain, esimerkiksi E 1 E 2

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,

Reaalilukuvälit, leikkaus ja unioni (1/2)

Johdantoa INTEGRAALILASKENTA, MAA9

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

Kuva 1: Funktion f tasa-arvokäyriä. Ratkaisu. Suurin kasvunopeus on gradientin suuntaan. 6x 0,2

Funktiojonon tasainen suppeneminen

n. asteen polynomilla on enintään n nollakohtaa ja enintään n - 1 ääriarvokohtaa.

Tee kokeen yläreunaan pisteytysruudukko. Valitse kuusi tehtävää seuraavista kahdeksasta. Perustele vastauksesi!

Juuri 12 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

MATA172 Sami Yrjänheikki Harjoitus Totta vai Tarua? Lyhyt perustelu tai vastaesimerkki!

MS-A0107 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM)

1.7. Trigonometristen funktioiden derivaatat

Derivaatta 1/6 Sisältö ESITIEDOT: reaalifunktiot, funktion raja-arvo

3.1 Väliarvolause. Funktion kasvaminen ja väheneminen

Vastausehdotukset analyysin sivuainekurssin syksyn välikokeeseen

Transkriptio:

MATP53 Approbatur B Harjoitus 4 Maanantai 3..05. Halutaan määritellä funktio f siten, että f() =. Missä pisteissä + funktio voidaan määritellä tällä lausekkeella? Missä pisteissä funktio on näin määriteltynä tkuva? Voidaanko funktio lisämäärittelyillä laajentaa kaikkialla tkuvaksi funktioksi? Ratkaisu. Funktio voidaan määritellä tällä tavoin, jos nimittäjä on erisuuri kuin nolla. Edoksi saadaan siis + 0 + = 0. Tällöin funktio f määriteltynä joukossa R\0} on tkuva kaikkialla määrittelyjoukossaan (itseisarvofunktio on tkuva (ks. myös tetävä 3) kuten on niiden erotus sekä tkuvien funktioiden osamäärä, kunan nimittäjä ei saa arvoa nolla määrittelyalueessa). Lasketaan toispuoleiset ra-arvot nollassa. lim f() 0 0 lim f() 0+ 0+ + 0 + 0+ Näin ollen lim 0 f() = eli määrittelemällä + f() =, 0, = 0, ( ) ( + ) 0 ( ) ( + ) 0+ = =. saadaan funktio f laajennettua tkuvaksi funktioksi f koko reaaliakselilla.. Funktiosta f tiedetään, että f() cos kaikilla R. Osoita, että funktio f on tkuva nollassa. Ratkaisu. Selvästi joten voileipälauseen nolla lim 0 = cos, 0 lim f() =. 0 Koska lisäksi pisteessä = 0 oletuksen epäytälöstä 0 f(0) cos 0 saadaan f(0) =, on siis lim 0 f() = = f(0) eli f on tkuva nollassa. 3. (Tet. 4 s. 63.) Onko totta? (Jos on, perustele; jos ei, anna vastaesimerkki.) (a) Jos f on tkuva pisteessä 0, niin myös f on tkuva pisteessä 0.

(b) Jos f on tkuva pisteessä 0, niin myös f on tkuva pisteessä 0. Vinkki: Merkintä f tarkoittaa funktion f itseisarvofunktiota, siis f () = f() (eli ydistetyn kuvauksen ulkofunktiona itseisarvo). Ratkaisu. (a) Itseisarvofunktio on tkuva kaikkialla: koska, kun 0, =, kun < 0, on tkuvuus selvää muualla, paitsi nollassa, missä tkuvuus selviää laskemalla lim = 0 lim 0 0 = 0 0 = 0. 0+ 0+ Koska f on oletuksen mukaan tkuva tkuva pisteessä 0 itseisarvofunktio on tkuva kaikkialla, on ydistetty funktio f tkuva pisteessä 0. [Toinen tapa ( toista määritelmää käyttäen): Koska f on tkuva, on jokaista ε > 0 koti olemassa δ > 0 siten, että Nyt kolmioepäytälön nolla 0 < δ = f() f( 0 ) < ε. f() f( 0 ) f() f( 0 ), joten ylläolevalla δ:lla, pätee myös, että 0 < δ = f() f( 0 ) < ε. Siispä funktio f on tkuva pisteessä = 0 ]. (b) Vastaesimerkki: f() =, > 0, 0. Nyt f ei ole tkuva pisteessä = 0, mutta f(), joka on tkuva. 4. Käyttäen lausekkeita ( ) 4 muodosta kaikkialla tkuva funktio, jonka määrittelylauseke vaituu kadessa kodassa. Vinkki: Kuvasta lienee apua. Ratkaisu. Lasketaan aluksi ( ) = 4 4 + 4 = 4 ( ) = 0 = 0 tai =.

Määritellään ( ), f() = 4, 0 < < ( ), 0. Koska funktiot 4 ( ) ovat tkuvia ne ytyvät pisteissä = 0 =, on myös funktio f tkuva, erityisesti pisteissä = 0 =. Huom. Jatkuvuuden pisteissä = 0 = voi toki todeta myös tutkimalla toispuoleisia ra-arvo lim f() ( 0 0 ) = 4, lim f() 4 = 0, lim f() 4 0+ 0+ = 4, lim f() ( + + ) = 0 sekä funktion arvo f(0) = (0 ) = 4 f() = ( ) = 0. 5. (Tet. s. 66.) Tutki, onko ytälöllä olemassa reaalisia ratkaisu. = 4 Vinkki: Sovella Bolzanon lausetta sopivaan funktioon sopivalla välillä. Ratkaisu. Nyt = 4 4 kun merkitään f() = 4. Koska esim. f() = 4 = < 0 f() = 4 = > 0, = 0 f() = 0, löytyy Bolzanon lauseen nolla piste c ], [, jolle f(c) = 0. Siis ytälöllä on ainakin yksi ratkaisu, = c. 6. (Opiskelutet. 6 s. 66.) Olkoot a, b R. Osoita, että funktio f : R R, f() = ( a) ( b) + saa arvon a+b jossain pisteessä. Ratkaisu. Oletetaan, että a < b. Nyt f(a) = 0 (a b) + a = a f(b) = (b a) 0 + b = b. Koska f on polynomina tkuva a+b ]a, b[ (so. a:n b:n keskiarvo on välillä (a, b)), niin tkuvien funktioiden väliarvolauseen nolla on olemassa piste 0 ]a, b[ siten, että f( 0 ) = a + b. Jos onkin a = b, on f(a) = a = a+b. Jos taas a > b, merkitään â = b ˆb = a, jolloin väite seuraa kuten edellä.

7. Tarkastellaan funktiota f : R R, f() = +. (a) Määrää funktiolle f derivaatta pisteessä erotusosamäärän ra-arvona. (b) Arvioi differentiaalin avulla, kuinka paljon funktion f arvo muuttuu siirryttäessä pisteestä pisteeseen,0. Vertaa saamaasi arviota tarkkaan arvoon. Ratkaisu. (a) Lasketaan f () 0 f( + ) f() 0 0 (+) + + (+) + [(+) +] [(+) +] 0 ( + + + ) [( + ) + ] 0 [( + ) + ] 0 [( + ) + ] = 4 =. (b) Käytetään ensimmäisen asteen approksimaatiota (eli differentiaalikeitelmää). Saadaan Tarkka arvo on f(, 0) = f( + 0,0) f(,0) = f() + 0,0 f () = 0,0 = 00 00 00 = 99 00 = 0,495 ( 0 00 ) = 0000 + 00 0,49505. (Tarkan arvon desimaaliesitys on päättymätön, ksollinen, kson pituus yli 0000 desimaalia.) 8. (Muunn. tet. s. 7.) Määrää funktiolle f : R R, f() = derivaatat f (0) f () erotusosamäärän ra-arvoina. Onko f kaikkialla derivoituva? Ratkaisu. f (0) 0 f(0 + ) f(0) 0 0 0 = 0

f () 0 f( + ) f() 0 ( + ) + ( ) ( + ) 0 + + 0 + =. 0 ( ): Koska tarkastellaan ra-arvoa 0, riittää tutkia ], [, jolloin + > 0 siis + = +. Funktio f voidaan kirjoittaa f() =, < 0, 0. Funktiot f () = f () = ovat derivoituvia, koska funktio f on yllä lasketun nolla derivoituva myös nollassa, on f kaikkialla derivoituva. 9. (Tet. 5 s. 7.) Jatkuvasta funktiosta f tiedetään, että 4 < f() <, kun 0 < <, < f() < 4, kun < <. Onko f välttämättä derivoituva nollassa? Entä pisteessä? Perustele vastauksesi. Ratkaisu. Koska f on tkuva lim 0 4 0 = 0 4 < f() < kaikille 0 < <, niin voileipälauseen nolla f(0) = 0. Nyt f(0 + ) f(0) = f() 0, kun 0, f(0 + ) f(0) = f() 4 0, kun 0. Voileipälauseen nolla saadaan lim 0 f(0+) f(0) = 0 siis f (0) 0 f(0 + ) f(0) Funktio f on siis derivoituva nollassa. = 0. Sen sian f ei välttämättä ole derivoituva pisteessä. Tämä olisi elpointa nädä funktiosta, 0 <, f() = 4,.

Tämän funktion kuvaassa on kulma kodassa =. Valitettavasti tämä funktio ei toteuta oletuksia (epäytälössä 4 < f() < vaaditaan aidot erisuuruudet, samoin toisessa ey:ssä), joten täytyy käyttää iukan mielikuvitusta; idea on kuitenkin sama. Vastaesimerkki, joka näyttää, että f ei välttämättä ole derivoituva pisteessä = : Määritellään funktio 3, 0 < f() = 5/,. Funktio f toteuttaa tetävänannon edot, mutta oikean- vasemmanpuoleiset erotusosamäärän ra-arvot eroavat: f( + ) f() lim 0 f( + ) f() lim 0+ ( + ) 3 0 ( + ) 5/ 0+ 0+ ( + ) 3 ( + ) / ( + ) / + 3 + 3 3 + 3 0 = 3 ( + ) / 3 + 3 + 3 + lim 0+ ( + ) / 0+ ( + ) / ( + ) 0+ ( + ) / ( + ( + ) / ) + lim 3 + 3 + 3 0+ ( + ) / 0+ ( + ) / ( + ( + ) / ) + lim 0+ = + 3 = 3. 3 + 3 + ( + ) / Tetävänannon edoista ei seuraa derivoituvuutta pisteessä =, vaikka funktio onkin välttämättä tkuva ko. pisteessä. 0. (Muunn. tet. 6 s. 7.) Tarkastellaan funktiota f : R R, sin f() = +, kun 0 0 0, kun = 0. Osoita, että f on derivoituva nollassa määrää f (0). Ratkaisu. Koska sin kaikilla :n arvoilla ( 0), niin sin kaikilla 0. Voileipälauseen nolla saamme lim 0 sin = 0. Nyt voimme laskea f(0 + ) f(0) lim 0 0 sin + 0 Siis f on derivoituva nollassa f (0) = 0. = 0 + lim 0 sin = 0 + 0 = 0.