Johdantoa INTEGRAALILASKENTA, MAA9

Samankaltaiset tiedostot
Yleisiä integroimissääntöjä

2 Funktion derivaatta

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

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

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,

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

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

Ratkaisuehdotus 2. kurssikokeeseen

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

Ratkaisuehdotus 2. kurssikoe

2 Funktion derivaatta

3.1 Väliarvolause. Funktion kasvaminen ja väheneminen

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

Analyysi I (sivuaineopiskelijoille)

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

Talousmatematiikan perusteet: Luento 16. Integraalin käsite Integraalifunktio Integrointisääntöjä

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

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

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

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

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

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

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

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

Integraalifunktio. Pohdittavaa: Minkä funktion derivaattafunktio on a) 3x 2, b) 2x? MiH (Ivalon lukio) MAA kesäkuuta / 5

Derivaattaluvut ja Dini derivaatat

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 5: Gradientti ja suunnattu derivaatta. Vektoriarvoiset funktiot. Taylor-approksimaatio.

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

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

SARJAT JA DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT

integraali Integraalifunktio Kaavoja Integroimiskeinoja Aiheet Linkkejä Integraalifunktio Kaavoja Integroimiskeinoja Määrätty integraali

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

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

VEKTORIANALYYSIN HARJOITUKSET: VIIKKO 4

1 Määrittelyjä ja aputuloksia

Integraalilaskenta. Markus Hähkiöniemi Satu Juhala Petri Juutinen Sari Louhikallio-Fomin Erkki Luoma-aho Terhi Raittila Tommi Tikka

Perusidea: Jaetaan väli [a, b] osaväleihin ja muodostetaan osavälejä vastaavat suorakulmiot/palkit, joiden korkeus funktion arvot kyseisellä välillä.

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

Matematiikan peruskurssi 2

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

x = π 3 + nπ, x + 1 f (x) = 2x (x + 1) x2 1 (x + 1) 2 = 2x2 + 2x x 2 = x2 + 2x f ( 3) = ( 3)2 + 2 ( 3) ( 3) = = 21 tosi

4.3 Moniulotteinen Riemannin integraali

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

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

Funktion suurin ja pienin arvo DERIVAATTA,

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 2. viikolle /

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

Funktion raja-arvo. lukumäärien tutkiminen. tutkiminen

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

Ristitulolle saadaan toinen muistisääntö determinantin avulla. Vektoreiden v ja w ristitulo saadaan laskemalla determinantti

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

Rollen lause polynomeille

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

Luku 4. Derivoituvien funktioiden ominaisuuksia.

Matematiikan tukikurssi

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

Toispuoleiset raja-arvot

1 sup- ja inf-esimerkkejä

7. PINTA-ALAFUNKTIO. A(x) a x b

Reaaliarvoisen yhden muuttujan funktion derivaatta LaMa 1U syksyllä 2011

3 Derivoituvan funktion ominaisuuksia

Derivaatat lasketaan komponenteittain, esimerkiksi E 1 E 2

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 8: Newtonin iteraatio. Taso- ja avaruusintegraalit

Analyysin peruslause

VASTAA YHTEENSÄ KUUTEEN TEHTÄVÄÄN

3.4 Käänteiskuvauslause ja implisiittifunktiolause

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

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 4 Maanantai

Matematiikan tukikurssi

Kompleksianalyysi, viikko 4

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2018 Insinöörivalinnan matematiikan koe, , Ratkaisut (Sarja A)

Differentiaalilaskenta 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

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

Matematiikan tukikurssi

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

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

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

Antti Rasila. Kevät Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto. Antti Rasila (Aalto-yliopisto) MS-A0204 Kevät / 16

KOMPLEKSIANALYYSI I KURSSI SYKSY 2012

Konvergenssilauseita

3 Määrätty integraali

MAA10 HARJOITUSTEN RATKAISUJA

Matematiikan tukikurssi

Lineaarikuvauksen R n R m matriisi

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

Määrätty integraali. Markus Helén. Mäntän lukio

14. Juurikunnat Määritelmä ja olemassaolo.

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

Diskreetti derivaatta

e int) dt = 1 ( 2π 1 ) (0 ein0 ein2π

LUKU 3. Ulkoinen derivaatta. dx i 1. dx i 2. ω i1,i 2,...,i k

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

Todistusmenetelmiä Miksi pitää todistaa?

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

NELIÖJUURI. Neliöjuuren laskusääntöjä

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

Alkulukujen harmoninen sarja

5. OSITTAISINTEGROINTI

Transkriptio:

Lyhyehkö johdanto integraalilaskentaan. Johdantoa INTEGRAALILASKENTA, MAA9 Integraalilaskennan lähtökohta 1: Laskutoimitukset + ja ovat keskenään käänteisiä, samoin ja ovat käänteisiä, kunhan ei jaeta nollalla. Edelleen operaatiot n n ja tai a ja log a ovat käänteisoperaatioita toisilleen (määrittelyehdot huomioiden). Differentiaalilaskennan alkuaikoina, noin 1600 1700, opittiin määrittämään hetkellisiä muutoksia (muutosnopeuksia), eli osattiin derivoida. Luontevaa olikin kysyä: Jos derivaattafunktio tiedetään, niin mistä funktiosta se on saatu. Eli mikä olisi käänteinen laskutoimenpide derivoimiselle? f tunnettu mikä on f? Integraalilaskennan lähtökohta 2: Jo antiikin aikoina osattiin määrittää geometristen muotojen ja kappaleiden pinta-aloja/tilavuuksia, kunhan muodoissa/kappaleissa oli jonkinlaista symmetriaa tai se voitiin palauttaa symmetriseksi. Esimerkiksi mielivaltainen kolmio voitiin täydentää suunnikkaaksi jne. Mutta annetun mielivaltaisen muodon pinta-ala tai tilavuus tuotti haastetta ja niinpä sellaisten tapauksissa tyydyttiin arvioihin. Eli mikä on mielivaltaisen muodon/kappaleen pinta-ala/tilavuus? PINTA-ALA: 1 2 KANTA KANTA KORKEUS K O R K E U S PINTA-ALA: ÖÖÖ ei edes laskin tiedä. 1

Integraalilaskenta Määräämätön Etsitään funktiota Derivoinnille käänteistoimenpide integroiminen Integraalifunktio F(), jolle F f, lisäksi integraalifunktioille G F + C. Vakion C lisäys (merkitys), kun G F + C niin G F Havainto: K() on eräs f:n integraalifunktio, eli Määrätty Etsitään reaalilukua Pinta-alan/tilavuuden ratkaiseminen tai määrittäminen Välin jako ja porrasfunktiot arviointi ja rajankäynti, jolloin, Δ d Kertymäfunktion määritelmä K f(t) dt y f(t) 0 0 f t Kertynyt pinta-ala vastaa funktion K arvoa, tässä viivoitettu pinta-ala on funktion K arvo K() muuttujan t arvolla. ANALYYSIN PERUSLAUSE b f() a d F b F a f f 0 + f (t) 0 dt Lukiomatematiikan yksi tärkeimmistä (ellei peräti tärkein) yhtälöistä ja kurssin päätulos, joka todistetaan myöhemmin. (HUOM! Emme ollenkaan ole vielä pohtineet ko. funktioiden olemassaoloa, jatkuvuutta jne., joten mielenkiintoisia asioita on tiedossa.) 2

Derivoinnin kertausta Derivoi: a) 3 4 5 7 + : D 3 4 5 7 + b) 2 : D 2 c) f(), kun tiedetään, että f on olemassa kaikilla : D f() TAI määritelmän kautta d) Osoita, että derivoituva funktio on myös jatkuva. Eli implikaatio f olemassa f jatkuva pätee aina. Muista, että implikaatio toisen suuntaan ei päde, siis f jatkuva f olemassa Tästä esimerkkinä käy itseisarvofunktio kohdassa 0 0. Derivoi: Kotitehtävät a) 3e 3 7 b) sin c) 4 d) 5 3 2 3, > 0 e) f g, missä f ja g ovat kahdesti jatkuvasti derivoituvia funktioita, eli f, g C 2. Jatkuvasti derivoituva tarkoittaa, että funktiot ovat derivoituvia ja derivaatat ovat jatkuvia. Lisäksi g 0. Derivoi määritelmän kautta: a) 2 3 b) 3

Integraalifunktio INTEGRAALILASKENTA, MAA9 Kun halutaan määrätä funktio, jonka derivaatta tunnetaan, niin kyseistä toimenpidettä sanotaan integroimiseksi ja saatua funktiota integraalifunktioksi. Määritelmä, integraalifunktio: Olkoon funktio f hyvin määritelty välillä I ]a, b[ R (hyvin määriteltävyys tarkoittaa, ettei esim. jaeta nollalla). Jos on olemassa sellainen funktio F, jolle I pätee F f, niin F on funktion f integraalifunktio tai lyhyesti f:n integraali. HUOM Koska integraalifunktio F on määritelmän nojalla derivoituva I, niin edellä käydyn todistuksen myötä F on jatkuva I. Huomaa, ettei funktion f F jatkuvuudesta tiedetä mitään. Vain se, että f on määritelty välillä I. Jos I R, niin väliä I ei tavallisesti mainita. Esimerkkejä: a) Funktio F: F 1 3 3 + 5 on funktion f: f() 2 integraalifunktio, koska R F 3 1 3 2 + 0 2 f() b) Onko F: F ln 1 ln + 1 funktion f: f() 2 2 1 integraalifunktio, kun > 1? VASTAUS: On, sillä F 1 1 1 1 + 1 1 1 2 + 1 1 + 1 2 1 f() c) Funktio F: F 2 + 1 ei ole funktion f: f() 2 integraalifunktio, 2 +1 koska DF D 2 + 1 D 2 + 1 1 2 1 2 2 + 1 1 2 2 2 + 1 1 2 2 + 1 2 2 + 1 f() 4

Tarkastellaan esimerkkiä a) tarkemmin. Koska vakion ( R) derivaatta on nolla, niin myös funktio G: G() 1 3 3 + 7 on funktion f: f() 2 integraalifunktio, koska G 3 1 3 2 + 0 2 f. Selvästikään ei ole väliä vakion arvolla, joten pätee tulos: Lause, annetun funktion integraalifunktiot: Olkoon f määritelty välillä I (voi olla koko R). Jos F on funktion f eräs integraalifunktio ja C R vakio, niin f:n kaikki integraalifunktiot ovat tällöin muotoa F + C. Vakiota C sanotaan integroimisvakioksi. Esimerkki Olkoon G F + C G F f G on f:n integraalifunktio. Saadaan ns. parvi integraalifunktioita kirjan kuvat. Herää tietysti kysymys: Onko olemassa vielä muita f:n integraalifunktioita, kuin muotoa G F + C olevat? VASTAUS: Ei ole. Todistus ois kiva käydä nyt, mutta jätetään väliin. Vaatii väliarvolausetta kurssi 13, ehkäpä sit kurssilla 13. Todistus kuitenkin nojautuu integraalilaskennan peruslauseeseen, joka kuuluu (Huom! Ei ole sama kuin analyysin peruslause, älä sekoita.) Lause, integraalilaskennan peruslause: Olkoon funktio h jatkuva suljetulla välillä [a, b] ja derivoituva vastaavalla avoimella välillä ]a, b[. Jos h () 0 ]a, b[, niin h on vakiofunktio välillä [a, b]. Eli jos nyt G ja F ovat f:n integraalifunktioita, niin ne ovat määritelmän nojalla jatkuvia ja täten myös erotusfunktio G F : h on jatkuva. Lisäksi h() D G F Jos ei väliä, niin tulos ei päde, h: h h () G F G,F ovat f:n int.funk. joten G F h on vakiofunktio, toisin sanoen 1, kun < 0 1, kun > 0 f f 0, G F + C, ja näin ollen ei ole muita kuin aiemmin saadut integraalifunktiot. 5

Väli-jutut hoituu oletuksen G ja F ovat f:n integraalifunktioita myötä kuntoon. Summa summarum: Annetun funktion f kaikkien integraalifunktioiden löytämiseksi riittää, että löydetään jokin integraalifunktio F. Muut ovat muotoa G: G() F() + C, C R. Tälle on annettu oma merkintätapa, luetaan: integraali fd f() d F + C, C R Merkintä tulee määrätyn integraalin laskennasta: Integroitava funktio eli integrandi Integroimismuuttuja, jonka suhteen integroidaan, esim. f(, y) d: Määräämätön eli yleinen integraali 2y 2 d 2 y 2 + C f(, y) dy: 2y 2 dy 2 3 y3 + C 6