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

Samankaltaiset tiedostot
1. Piirrä kompleksitasoon seuraavat matemaattiset objektit/alueet.

a) z 1 + z 2, b) z 1 z 2, c) z 1 z 2, d) z 1 z 2 = 4+10i 4 = 10i 5 = 2i. 4 ( 1)

1 Kompleksiluvut 1. y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

(a) avoin, yhtenäinen, rajoitettu, alue.

Kompleksiluvut Kompleksitaso

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

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 4 Maanantai

3. Kirjoita seuraavat joukot luettelemalla niiden alkiot, jos mahdollista. Onko jokin joukoista tyhjä joukko?

1. Viikko. K. Tuominen MApu II 1/17 17

Lineaarikuvausten. Lineaarikuvaus. Lineaarikuvauksia. Ydin. Matriisin ydin. aiheita. Aiheet. Lineaarikuvaus. Lineaarikuvauksen matriisi

1 Kompleksiluvut. Kompleksiluvut 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 7

Kurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla.

1. Osoita, että joukon X osajoukoille A ja B on voimassa toinen ns. de Morganin laki (A B) = A B.

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

3.3 Funktion raja-arvo

Esitetään tehtävälle kaksi hieman erilaista ratkaisua. Ratkaisutapa 1. Lähdetään sieventämään epäyhtälön vasenta puolta:

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

1.1 Vektorit. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. 1.1 Vektorit. 1.1 Vektorit. Reaalinen n-ulotteinen avaruus on joukko. x 1. R n.

KOMPLEKSILUVUT C. Rationaaliluvut Q. Irrationaaliluvut

Koordinaatistot 1/6 Sisältö ESITIEDOT: reaaliluvut

1.1 Vektorit. MS-A0007 Matriisilaskenta. 1.1 Vektorit. 1.1 Vektorit. Reaalinen n-ulotteinen avaruus on joukko. x 1. R n. 1. Vektorit ja kompleksiluvut

1 Määritelmä ja perusominaisuuksia. 2 Laskutoimitukset kompleksiluvuilla. 3 Reaaliluvut ja kompleksiluvut. 4 Kompleksilukujen algebraa

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 8: Divergenssi ja roottori. Gaussin divergenssilause.

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

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 6 Maanantai

Tämän luvun tarkoituksena on antaa perustaidot kompleksiluvuilla laskemiseen sekä niiden geometriseen tulkintaan. { (a, b) a, b œ R }

2 Funktion derivaatta

Johdatus matematiikkaan

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

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

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2016 Harjoitus 11, ratkaisuista

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,...

2 Pistejoukko koordinaatistossa

1 Analyyttiset funktiot

Vektorien pistetulo on aina reaaliluku. Esimerkiksi vektorien v = (3, 2, 0) ja w = (1, 2, 3) pistetulo on

BM20A5840 Usean muuttujan funktiot ja sarjat Harjoitus 1, Kevät 2018

Kohdeyleisö: toisen vuoden teekkari

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 1 / vko 44

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

1 Kompleksitason geometriaa ja topologiaa

Topologia Syksy 2010 Harjoitus 4. (1) Keksi funktio f ja suljetut välit A i R 1, i = 1, 2,... siten, että f : R 1 R 1, f Ai on jatkuva jokaisella i N,

Analyysi I (sivuaineopiskelijoille)

Matematiikan tukikurssi

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

Matematiikan tukikurssi

Tässä dokumentissa on ensimmäisten harjoitusten malliratkaisut MATLABskripteinä. Voit kokeilla itse niiden ajamista ja toimintaa MATLABissa.

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

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

3.3 Paraabeli toisen asteen polynomifunktion kuvaajana. Toisen asteen epäyhtälö

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

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

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

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

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

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

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

x = y x i = y i i = 1, 2; x + y = (x 1 + y 1, x 2 + y 2 ); x y = (x 1 y 1, x 2 + y 2 );

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

Tehtäväsarja I Seuraavissa tehtävissä harjoitellaan erilaisia todistustekniikoita. Luentokalvoista 11, sekä voi olla apua.

Kuvaus. Määritelmä. LM2, Kesä /160

Rollen lause polynomeille

Ratkaisut vuosien tehtäviin

Matriisilaskenta Laskuharjoitus 1 - Ratkaisut / vko 37

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

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

6. Differentiaaliyhtälösysteemien laadullista teoriaa.

z muunnos ja sen soveltaminen LTI järjestelmien analysointiin

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

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

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

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 2. viikolle /

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

Juuri 7 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty c) sin 50 = sin ( ) = sin 130 = 0,77

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

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

Lukion matematiikkakilpailun alkukilpailu 2015

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

C = {(x,y) x,y R} joiden joukossa on määritelty yhteen- ja kertolasku seuraavasti

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

MAA7 Kurssikoe Jussi Tyni Tee B-osion konseptiin pisteytysruudukko! Kaikkiin tehtäviin välivaiheet näkyviin! Laske huolellisesti!

F dr = F NdS. VEKTORIANALYYSI Luento Stokesin lause

z Im (z +1) 2 = 0. Mitkä muut kompleksitason pisteet toteuttavat tämän yhtälön? ( 1) 0 z ( 1) z ( 1) arg = arg(z 0) arg(z ( 1)), z ( 1) z ( 1)

Kompleksiluvut., 15. kesäkuuta /57

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 3, ratkaisut Maanantai

Johdantoa INTEGRAALILASKENTA, MAA9

Äärettömät raja-arvot

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

Selvästi. F (a) F (y) < r x d aina, kun a y < δ. Kolmioepäyhtälön nojalla x F (y) x F (a) + F (a) F (y) < d + r x d = r x

Lineaarikuvauksen R n R m matriisi

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

Matriisilaskenta Luento 10: Polaarimuoto ja kompleksilukujen geometriaa

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

MATP153 Approbatur 1B Ohjaus 2 Keskiviikko torstai

3 Derivoituvan funktion ominaisuuksia

Ratkaisuehdotus 2. kurssikokeeseen

Matematiikan tukikurssi: kurssikerta 12

Transkriptio:

BM20A5700 - Integraauunnokset Harjoitus 2 1. Laske seuraavat raja-arvot. -kohta ratkeaa, kun pistät sekä yläkerran että alakerran muotoon (z z 1 )(z z 2 ), missä siis z 1 ja z 2 ovat näiden lausekkeiden juuret. z 25 z 5 z 5 z 1+i z 2 2i z 2 2z + 2 z 25 z 5 z 5 = (z 2 + 5)(z + 5)(z 5) z 5 z = 5 z (z 2 + 5)(z + 5) 5 = (5 + 5)( 5 + 5) = 10(2 5) = 20 5 z 1+i z 2 2i z 2 2z + 2 = (z 1 i)(z + 1 + i) z 1+i (z 1 i)(z 1 + i) = (z + 1 + i) ((1 + i) + 1 + i) = z 1+i (z 1 + i) ((1 + i) 1 + i) = 2 + 2i = 1 i 2i 2. Laske seuraavient funktioiden derivaatat. f (z) = 3z 5z 3 + 2z f (z) = z z + 1 f (z) = 12z 3 15z 2 + 2 f (z) = (z + 1) 2z z2 (z + 1) 2 = z2 + 2z (z + 1) 2 3. Olkoon määritelty kompleksiluku q = 0.9 [ cos(/6)+i sin(/6) ]. Päättele/piirrä/visualisoi miltä näyttää seuraavalla tavalla muodostettu kompleksilukujen jono: {1,1 q,1 q 2,1 q 3,,1 q n }, missä n on vaikkapa 20. Noheva opiskelija ei toki voi vastustaa kiusausta tehdä tämä tehtävä Matlabilla. Kyseessä on kompleksisen geometrinen jono (geometric sequence). Luvulla q kertominen lyhentää pituutta faktorilla 0.9, ja kääntää argumenttikulmaa positiiviseen suuntaan 30 astetta. Kun jonon alkiot piirretään (ja viivat jotka yhdistävät peräkkäisiä alkioita), saadaan alla oleva kuva. q = 0.9*(cos(pi/6) + i*sin(pi/6) ) z0 = 1; sequ = z0; for k = 1:300

sequ(k+1) = z0*q.ˆk; end plot( real(sequ), imag(sequ), m*-, linewidth, 2 ). Onko funktio f (z) = z jatkuva? Jokaiselle ε > 0 pitäisi löytyä sellainen δ > 0, että jos pätee 0 < z z 0 < δ, se johtaa siihen, että pätee f (z) w 0 < ε. Tässä siis w 0 on luvun z 0 kuva kyseessä olevan funktion läpi, mutta tämän pitäisikin olla tuttua luennolta. Nyt voidaan kirjoittaa f (z) w 0 = z z 0. Tiedetään z z 0 = z z 0 ; näin ollen jotta saadaan pätemään z z 0 < ε, riittää kunhan z z 0 < ε. Voimme kirjoittaa yksinkertaisesti δ = ε. Eli kyllä, funktio on kaikkialla jatkuva. Miksi tämä todistus riittää siihen, että funktio on jatkuva kaikkialla, eikä vain jossakin pisteessä? Siksi, että pisteeksi z 0 voidaan valita mikä tahansa piste kompleksitasolta, ja todistus on silti totta. On mielenkiintoinen ja tärkeä huomata, että funktio voi olla kaikkialla jatkuva, mutta ei missään derivoituva. Tutkittava funktio f (z) = z on juurikin tälläinen. Todistus sille, että tämä funktio ei ole missään derivoituva, löytyy kurssin luentokalvoista. 5. Kutsutaan alueeksi R sitä suljettua neliötä, jonka kärkipisteet ovat {0, 1, 1 + i, i}. Piirrä/visualisoi/päättele/selitä miltä näyttää tämän alueen kuva annetun lineaarisen kuvauksen läpi.

k = -5:.1:5; z = k*i ; fac = sqrt(2); w = (z-fac)*(cos(-pi/)+i*sin(-pi/) ); axis([ -5,5, -5,5 ]) f (z) = z + 3i (e) f (z) = 2 + 3i f (z) = 3iz (f) f (z) = (1 + i)z (c) f (z) = 2z i (g) f (z) = ( 1 i 3)z (d) f (z) = x (h) f (z) = y + 2 + 2i Aluetta siirretään 3 yksikön verran ylöspäin. Pisteet {3i, 1 + 3i, 1 + i, i}. Aluetta skaalataan faktorilla 3, ja kierretään 90 astetta (positiiviseen kiertosuuntaan). Pisteet {0,3i, 3 + 3i, 3}. (c) Alue skaalataan faktorilla 2, ja skaalattua aluetta siirretään 1 yksikön verran alas. Pisteet { i,2 i,2 + i,i}. (d) Tämä kuvaus on projektio x-akselille. Kompleksiluvusta z = x + iy tavallaan heitetään menemään tieto siitä, mikä sen imaginääriosa (y-arvo) oli, ja vain reaaliosa (x-arvo) pidetään tallessa. Pisteet {0, 1, 1, 0}. (e) Varsin tylsä kuvaus. Tämä on funktio, joka palauttaa luvun 2 + 3i vaikka syötteenä olisi mitä tahansa. Kyseessä on siis kompleksinen vakiofunktio, vertaa vaikkapa reaaliseen funktioon f (x) = 3. Annetun neliön kuva tämän kuvauksen läpi on siis toki vain piste 2 + 3i. (f) Tämä kuvaus voidaan kirjoittaa muodossa f (z) = 2 [ cos ( ) ( + isin ) ] z. Annettua pistejoukkoa siis skaalataan faktorilla 2, ja käännetään 5 astetta (positiiviseen kiertosuuntaan). (g) Tämä kuvaus voidaan kirjoittaa muodossa f (z) = 2 [ cos ( 2 ) ( ) ] 3 + isin 2 3 z. Annettua pistejoukkoa siis skaalataan faktorilla 2, ja käännetään 120 astetta (miinusmerkki edessä, eli käännetään negatiiviseen kiertosuuntaan). (h) Kuvaus ei tee pisteen x-koordinaatilla mitään. Kuvaus ottaa pisteen y-koordinaatin, ja tekee siitä uuden x-koordinaatin. Sen jälkeen näin saatua pistettä siirretään kaksi yksikköä ylös ja kaksi oikealle. On syytä huomata, että jos kuvaus olisi kirjoitettu f (z) = iy + 2 + 2i, kyseessä olisi ollut ensin projektio imaginääriakselille, ja sen jälkeen siirto kaksi yksikköä ylös ja kaksi oikealle. Pisteet {2 + 2i,2 + 2i,3 + 2i,3 + 2i}. 6. Tehtävän kussakin kohdassa on annettu jokin pistejoukko z-tasolta, ja tämän joukon kuva w-tasolla kuvauksen w = f (z) alla. Tehtävänäsi on päätellä, mikä kuvaus on kyseessä. Kukaan ei syytä epäurheilullisuudesta, jos ratkaiset tehtävän käyttäen Matlabia. Kolmio {0,1,1 + i} Kolmio {2i,3i, 1 + 3i}. Ympyrä z 1 = 3 Ympyrä w + i = 5. (c) Imaginääriakseli Suora, joka kulkee pisteiden i ja 1 + 2i kautta. (d) Neliö {1 + i, 1 + i, 1 i,1 i} Neliö {1,2 + i,1 + 2i,i}.

t = -pi:.1:pi; z = 1+3*( cos(t) + i*sin(t) ) ; w = (z-1)*(5/3)-i; axis([ -7,7, -7,7 ]) z = [ 1+i, 1-i, -1-i, -1+i ] ; w = (z+1+i)*(1/sqrt(2))*(cos(pi/) + i*sin(pi/)) +1 ; axis([ -3,3, -3,3 ]) f (z) = iz + 2i. f (z) = (z 1) 53 i. Alkuperäinen ympyrä siis siirretään origoon, skaalataan faktorilla 5 3, ja sen jälkeen sitä siirretään yhden yksikön verran alaspäin (tästä vastaa viimeinen operaatio, i). (c) f (z) = (z 2) [ cos ( ( ) ] ) + isin. Imaginääriakselia siis siirretään faktorilla 2 vasemmalle, ja tämän jälkeen kierretään 5 astetta negatiiviseen kiertosuuntaan. Toinen, varmaankin fiksumpi tapa, olisi ensin kiertää imaginääriakselia -5 astetta, ja tämän jälkeen siirtää yksi yksikkö ylöspäin. (d) f (z) = (z + 1 + i) ( 1 2 ) [ cos ( ) ( + isin ) ] + 1. Alkuperäistä neliötä siis siirretään yhden verran ylös ja yhden verran oikealle, sen jälkeen se skaalataan faktorilla 1 2, sen jälkeen sitä kierretään 5 astettan positiiviseen suuntaan, ja lopuksi vielä siirretään yhden verran oikealle. 7. Osoita derivaatan määritelmän avulla, että f (z 0 ) = z z0 f (z) f (z 0 ) z z 0 d dz ( ) 1 = 1 z z 2, z 0 f f (z) f (z 0 ) (z 0 ) = z z0 z z 0 = z z0 1 z z 1 = 0 z z0 z z 0 z 0 z zz 0 z z 0 = z z0 z z 0 zz 0 (z z 0 ) 1 = = 1 z z0 zz 0 z 2 0 Täten f (z) = 1 z 2 kun z 0