Derivaatta: Johdanto. Jatkuvan funktion arvojen muuttumisnopeutta voidaan mitata tangentin kulmakertoimella eli derivaatan arvolla (jos olemassa).



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

(x 0 ) = lim. Derivoimissääntöjä. Oletetaan, että funktiot f ja g ovat derivoituvia ja c R on vakio. 1. Dc = 0 (vakiofunktion derivaatta) 2.

Matematiikan tukikurssi

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

3 x 1 < 2. 2 b) b) x 3 < x 2x. f (x) 0 c) f (x) x + 4 x Etsi käänteisfunktio (määrittely- ja arvojoukkoineen) kun.

Funktion määrittely (1/2)

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

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

MAA10 HARJOITUSTEHTÄVIÄ

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

Johdatus yliopistomatematiikkaan, 2. viikko (2 op)

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

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

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

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

Kaikkia alla olevia kohtia ei käsitellä luennoilla kokonaan, koska osa on ennestään lukiosta tuttua.

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

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

Derivaatta Maarit Järvenpää Puhtaaksikirjoitus Markus Harju

Funktion derivaatta. Derivaatan määritelmä. Johdanto derivaatan määritelmään

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

k-kantaisen eksponenttifunktion ominaisuuksia

Esimerkkejä derivoinnin ketjusäännöstä

Derivaatta. Joukko A C on avoin, jos jokaista z 0 A kohti on olemassa ǫ > 0: jos z z 0 < ǫ, niin z A. f : A C on yksiarvoinen.

Derivaatta, interpolointi, L6

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

Matematiikan perusteet taloustieteilij oille I

( ) ( ) ( ) ( ( ) Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 271 Päivitetty a) = keskipistemuoto.

1. Murtoluvut, murtolausekkeet, murtopotenssit ja itseisarvo

2.7 Neliöjuuriyhtälö ja -epäyhtälö

Integroimistekniikkaa Integraalifunktio

30 + x ,5x = 2,5 + x 0,5x = 12,5 x = ,5a + 27,5b = 1,00 55 = 55. 2,5a + (30 2,5)b (27,5a + 27,5b) =

1.1. YHDISTETTY FUNKTIO

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

MAT Laaja Matematiikka 1U. Hyviä tenttikysymyksiä T3 Matemaattinen induktio

Matematiikan tukikurssi

3. Reaalifunktioiden määräämätön integraali

Pyramidi 9 Trigonometriset funktiot ja lukujonot HK1-1. Dsin3 x. 3cos3x. Dsinx. u( x) sinx ja u ( x) cosx. Dsin. Dsin

Preliminäärikoe Tehtävät Pitkä matematiikka / 3

, c) x = 0 tai x = 2. = x 3. 9 = 2 3, = eli kun x = 5 tai x = 1. Näistä

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 6: Alkeisfunktioista

Matematiikan tukikurssi

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

Matematiikan peruskurssi 2

Differentiaalilaskenta 1.

TRIGONOMETRISET JA HYPERBOLISET FUNKTIOT

cos x cos 2x dx a) symbolisesti, b) numeerisesti. Piirrä integroitavan funktion kuvaaja. Mikä itse asiassa on integraalin arvo?

Matematiikan tukikurssi

1 2 x2 + 1 dx. (2p) x + 2dx. Kummankin integraalin laskeminen oikein (vastaukset 12 ja 20 ) antaa erikseen (2p) (integraalifunktiot

Pythagoraan polku

1.7 Gradientti ja suunnatut derivaatat

Analyysi I (sivuaineopiskelijoille)

Hyvä uusi opiskelija!

763101P FYSIIKAN MATEMATIIKKAA Seppo Alanko Oulun yliopisto Fysiikan laitos Syksy 2012

f(x, y) = x 2 y 2 f(0, t) = t 2 < 0 < t 2 = f(t, 0) kaikilla t 0.

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

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 5 Maanantai

2 x 5 4x + x 2, [ 100,2].

6.8 Erityisfunktioiden sovelluksia

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

y (0) = 0 y h (x) = C 1 e 2x +C 2 e x e10x e 3 e8x dx + e x 1 3 e9x dx = e 2x 1 3 e8x 1 8 = 1 24 e10x 1 27 e10x = e 10x e10x

Talousmatematiikan perusteet: Luento 16. Integraalin käsite Integraalifunktio Integrointisääntöjä

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

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

integraali Integraalifunktio Kaavoja Integroimiskeinoja Aiheet Linkkejä Integraalifunktio Kaavoja Integroimiskeinoja Määrätty integraali

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

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

c) Määritä paraabelin yhtälö, kun tiedetään, että sen huippu on y-akselilla korkeudella 6 ja sen nollakohdat ovat x-akselin kohdissa x=-2 ja x=2.

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

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

PRELIMINÄÄRIKOE. Pitkä Matematiikka

Matematiikan tukikurssi

Talousmatematiikan perusteet: Luento 7. Derivointisääntöjä Yhdistetyn funktion, tulon ja osamäärän derivointi Suhteellinen muutosnopeus ja jousto

MATEMATIIKAN JAOS Kompleksianalyysi

Reaaliarvoisen yhden muuttujan funktion derivaatta LaMa 1U syksyllä 2011

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

* Trigonometriset funktiot suorakulmaisessa kolmiossa * Trigonometristen funktioiden kuvaajat

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

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 4: Ketjusäännöt ja lineaarinen approksimointi

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

Funktion derivoituvuus pisteessä

6 Eksponentti- ja logaritmifunktio

Matemaattisten menetelmien hallinnan tason testi.

2 dy dx 1. x = y2 e x2 2 1 y 2 dy = e x2 xdx. 2 y 1 1. = ex2 2 +C 2 1. y =

Integrointi ja sovellukset

VASTAA YHTEENSÄ KUUTEEN TEHTÄVÄÄN

f (28) L(28) = f (27) + f (27)(28 27) = = (28 27) 2 = 1 2 f (x) = x 2

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

Anna jokaisen kohdan vastaus kolmen merkitsevän numeron tarkkuudella muodossa

3 = Lisäksi z(4, 9) = = 21, joten kysytty lineaarinen approksimaatio on. L(x,y) =

monissa laskimissa luvun x käänteisluku saadaan näyttöön painamalla x - näppäintä.

Viikon aiheet. Funktion lineaarinen approksimointi

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

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

Sivu 1 / 8. A31C00100 Mikrotaloustieteen perusteet: matematiikan tukimoniste. Olli Kauppi

BM20A5810 Differentiaalilaskenta ja sovellukset

läheisyydessä. Piirrä funktio f ja nämä approksimaatiot samaan kuvaan. Näyttääkö järkeenkäyvältä?

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

c) Määritä paraabelin yhtälö, kun tiedetään, että sen huippu on y-akselilla korkeudella 6 ja sen nollakohdat ovat x-akselin kohdissa x=-2 ja x=2.

Transkriptio:

Derivaatta: Johdanto Kuva: Tangentteja. Jatkuvan funktion arvojen muuttumisnopeutta voidaan mitata tangentin kulmakertoimella eli derivaatan arvolla (jos olemassa).

Derivaatta: Määritelmä (1/2) Sekantin kulmakerroin eli erotusosamäärä y x f (x+h) f (x) = h. Tästä saadaan tangentin kulmakerroin raja-arvona lim h 0 f (x+h) f (x) h. Määritelmä Jatkuvan funktion f (x) derivaatta f (x) on tangentin kulmakerroin eli f f (x + h) f (x) (x) = lim, h 0 h jos raja-arvo on olemassa. Jos f (x) on olemassa, sanotaan että f on differentoituva pisteessä x.

Derivaatta: Määritelmä (2/2) Erilaisia derivaattafunktion merkintöjä: f (x) = Df (x) = y = dy dx = d f (x), jne dx Ja derivaattafunktion arvojen merkintöjä kohdassa x = a: f (a) = Df (a) = y (a) = dy = d dx x=a dx f (x) x=a

Derivaatta: graafisia esimerkkejä (1/2) Kuvassa olevat funktiot eivät ole differentoituvia origossa

Derivaatta: graafisia esimerkkejä (2/2) 1) Ei yksikäsitteistä tangenttia (kärki) ( f (0) = 1 f +(0) = 1 ) 2) Ei raja-arvoa (± ) 3) Tangenttisuora pystysuora ( f (x) = )

Derivaatta: Tangentti ja normaali Tangenttisuora: y f (a) = f (a)(x a) Normaali: y f (a) = 1 f (a)(x a)

Derivaatta: Normaalin ja tangentin esimerkkejä Esimerkki 28 Määrää funktion f (x) = x 2 + 1 pisteeseen (2, 5) asetetun tangentin yhtälö ja tangentin yhtälö, joka kulkee origon kautta. Esimerkki 29 Etsi käyrän y = tan ( πx ) pisteeseen (1,1) piirretyn tangentin ja 4 normaalin yhtälöt.

Derivaatta: Nopeus ja kiihtyvyys (1/2) Jos s = s(t) on ajan funktio, joka ilmoittaa partikkelin paikan, niin v k = s t = s(t + h) s(t) h on keskimääräinen nopeus. Kun annetaan h 0, saadaan partikkelin hetkellinen nopeus Edelleen v(t) = ds dt = s (t). a(t) = v (t) = dv dt = d2 s dt 2 on partikkelin k iihtyvyys.

Derivaatta: Nopeus ja kiihtyvyys (2/2) Esimerkki 30 Teknillisissä suureissa usein suureen (absoluuttista) muuttumisnopeutta tärkeämpi on suureen suhteellinen muuttumisnopeus (esim. määrä pienenee 2% viikossa). Suureen F = f (t) suhteellinen muuttumisnopeus muuttujan t funktiona asetetaan suhteena F /F. Erityisen mielenkiintoisia ovat tapaukset, joissa suhteellinen muuttumisnopeus on vakio. Minkä yksinkertaisen lausekkeen F /F saa, kun suhteellinen muuttumisnopeus on vakio a? Laske myös F /F ja F /F funktiolle F (t) = ke (at+b), missä k, a ja b ovat vakioita.

Derivaatta: Derivoimissääntöjä (1/2) (f ± g) (x) = f (x) ± g (x), (cf ) (x) = cf (x) (fg) (x) = f (x)g(x) + f (x)g (x) ( f ) (x) f (x)g(x) f (x)g (x) = g g(x) 2 (f g) (x) = Df ( g(x) ) = f ( g(x) ) g (x) d dx x r = rx r 1, d 1 x = dx 2 x, d 1 dx x = 1 x 2 d dx x = x x

Derivaatta: Derivoimissääntöjä (2/2) d d sin x = cos x, dx cos x = sin x dx d dx tan x = 1 cos 2 x = 1 + tan2 x f differentoituva f jatkuva Esimerkki 31 Osoita todeksi derivoimissääntö (fg) (x) = f (x)g(x) + f (x)g (x).

Derivaatta: Ketjusääntö Merkitään D(f g)(x) = f ( g(x) ) g (x) y = f (u), u = g(x) y = f ( g(x) ) = f g(x) Leibnitzin merkintä: dy dx = dy du du dx Esimerkki 32 Derivoi ketjusäännön avulla a) y = x 2 + 1 b) y = (cos x) 2 + 1.

Matemaattinen Induktio Menetelmällä todistetaan väite todeksi jokaisella n n 0 N, kun väite pätee arvolla n 0. Todistus vaiheet: 1) Todetaan väite todeksi, kun n = n 0 2) Induktio-oletus: väite voimassa, kun n = k ja k n 0 3) Osoitetaan, että väite on voimassa, kun n = k + 1 Esimerkki 33 Osoita, että Dx n = nx n 1. Esimerkki 34 Osoita oikeaksi summakaava n 1 x k = x n 1 x 1, x 1 k=0

Trigonometrisiä kaavoja (1/2) cos(s ± t) = cos s cos t sin s sin t sin(s ± t) = sin s cos t ± cos s sin t sin 2t = 2 sin t cos t cos 2t = cos 2 t sin 2 t = 1 2 sin 2 t = 2 cos 2 t 1 cos 2 t = 1 (cos 2t + 1) 2 sin 2 t = 1 (1 cos 2t) 2 sin t lim t 0 t = 1

Trigonometrisiä kaavoja (2/2) Sinilause: Kosinilause: sin A a = sin B b = sin C c a 2 = b 2 + c 2 2bc cos A. Esimerkki 35 Mikä on viisikannan pinta-ala kun etäisyys keskipisteestä jokaiseen kärkeen on 10 metriä?

Implisiittinen differentiointi Tarkastellaan xy-koordinaatiston käyrää jolle voidaan kirjoittaa lauseke, esim. ympyrää (x 1) 2 + y 2 = 4. Jos nyt ajatellaan että käyrä määrittelee jonkin funktion, niin selvästi ehdokkaita on oleellisesti kaksi erilaista: y 1 (x) = 4 (x 1) 2 ja y 2 (x) = 4 (x 1) 2. Tason käyrän voidaan siis ajatella määrittävän joukon funktioita. Niillä alueilla joissa käyrä on sileä, derivaatta voidaan ratkaista implisiittisesti differentioimalla, eli derivoimalla käyrän lauseketta puolittain ja muistamalla että y = y(x). Derivaatan lauseke sisältää yleensä myös termejä joissä esiintyy y. Esimerkki 36 a) Määritä y (x) kun y noudattaa käyrää y sin(x) = x 3 + cos(y). b) Määritä y kun y noudattaa käyrää xy + y 2 = 2x. Sovelluksia mm. Käyrän kuvaajan hahmottaminen Differentiaaliyhtälöiden ratkaiseminen

Käänteisfunktion derivaatta Käänteisfunktiolle päti lauseke f (f 1 (x)) = x. Derivoimalla tämä puolittain, ja jakamalla termillä f (f 1 (x)) saadaan kaava Esimerkki 37 ( f 1 ) (x) = 1 f (f 1 (x)) Olkoon f (x) = 4x + 1. Laske ( f 1) (5) a) ratkaisemalla käänteisfunktio ensin ja derivoimalla saatua lauseketta b) yläpuolella esitetyllä kaavalla. Esimerkki 38 a) Olkoon f (x) = x x+1. Laske ( f 1) (1/2). b) Olkoon f (x) = x 3 + x 2. Laske ( f 1) ( 2).

Ongelmia eksponenttien kanssa Ongelmia: Kuinka laskea 1 Mitä on x, jos a x = y ja a sekä y tunnetaan? 2 Miten määrittää lukuarvo a x kun a > 0 ja x R? Osittaisia ratkaisuja: 1 x = log a (y). Mutta kuinka tämä logaritmi funktio konkreettisesti määritellään? 2 Olkoon luvut q i rationaalilukuja siten että lim i q i = x. Lasketaan lukuja a q i. Ei erityisen tehokasta eikä määrittele funktiota f (x) = a x siten että esim. derivaattaan päästäisiin helposti käsiksi. Seuraavaksi tutkitaan kuinka mm. nämä ongelmat ovat tyydyttävästi ratkaistavissa.

Luonnollinen logaritmi ln(x) Määritelmä Ajatellaan yt-koordinaatistoa. Olkoon x piste positiiviselta t-akseliltaa ja A x on se pinta-ala (katso kuva) joka jää suorien t = x ja t = 1, sekä t-akselin ja käyrän y = 1/t väliin. Luonnollinen logaritmi { Ax, x 1 ln(x) = A x, 0 < x < 1 Luonnollisen logaritmin f (x) = ln(x) ominaisuuksia: Määrittelyjoukko D(f ) =]0, [. Arvojoukko R(f ) =], [ Tämän osoittamiseksi tarvitsisimme määrätyn integraalin käsitettä. Aidosti kasvava koko määrittelyjoukossaan ( f (x) > 0 kaikilla x D(f )) ln 1 = 0

Eksponenttifunktio e x Määritelmä Luonnollisen logaritmin ln x käänteisfunktio on eksponenttifunktio e x, eli y = e x ln(y) = x. Exponettifunktion f (x) = e x ominaisuuksia: Määrittelyjoukko D(f ) =], [. Arvojoukko R(f ) =]0, [ Aidosti kasvava koko määrittelyjoukossaan ( f (x) > 0 kaikilla x D(f )) e 1 = e = lim n (1 + 1/n) n = 2.721828... e ln(x) = x kaikille x 0 ja ln(e x ) = x kaikille x R

Funktioiden ln(x) ja e x laskusääntöjä Funktiolle ln(x) pätee ( ) 1 i) ln(xy) = ln(x) + ln(y) ii) ln x y = ln(x) ln(y) iii) ln(x t ) = t ln(x) 2 i) lim x ln(x) = ii) lim x 0+ ln(x) = 3 Derivaatta: D(ln(x)) = 1/x Funktiolle e x pätee 1 i) e xy = (e x ) y ii) e x+y = e x e y iii) e x = 1 e x 2 i) lim x e x = ii) lim x e x = 0 3 Derivaatta: D(e x ) = e x

Yleiset logaritmi- ja eksponenttifunktiot (1/3) Yleiset logaritmi ja eksponenttifunktiot saadaan funktioiden ln(x) ja e x avulla Määritelmä i) Eksponenttifunktio a x määritellään kaavalla a x = e x ln(a). ii) log a (x) on a x :n käänteisfuntio eli y = a x log a (y) = x, eli log a (x) = ln(x) ln(a).

Yleiset logaritmi- ja eksponenttifunktiot (2/3) Seurauksena määritelmistä, seuraavat laskukaavat ovat selvästi voimassa kun a > 0, b > 0, x > 0, y > 0, a 1 ja b 1 i) log a 1 = 0 ii) log a (xy) = log a (x) + log a (y) iii) log a ( 1 x ) = loga (x) iv) log a (x/y) = log a (x) log a (y) v) log a (x y ) = y log a (x) vi) log a (x) = log b (x) log b (a) Vastaavasti jos a > 0 ja b > 0 niin i) a 0 = 1 ii) a x+y = a x a y iii) a x = 1/a x iv) a x y = ax a y v) (a x ) y = a xy vi) (ab) x = a x b x

Yleiset logaritmi- ja eksponenttifunktiot (3/3) Esimerkki 39 Etsi f (x) kun f (x) on a) log 4 (x 1/2 ) b) ( (1.6) 1/(x+1)) x 2 1 c) ln( g(x) ) Esimerkki 40 a) Laske lim x log 1/2 (x). b) Mitä on x jos log 2 (x 0.7 ) = 10? Esimerkki 41 Sievennä ( lausekkeet a) log a x 4 + 3x 2 + 2 ) ( + log a x 4 + 5x 2 + 6 ) ( x ) 4 log 2 a + 2 b) log π (1 cos x) + log π (1 + cos x) 2 log π (sin x)

Logaritminen differentiointi Jos funktio f (x) on muotoa f (x) = g 1 (x)g 2 (x) g n (x) = n g i (x) niin derivaatan laskeminen on työläs prosessi peruskaavalla D(g(x)h(x)) = g (x)h(x) + h (x)g(x). Laskentaa voidaan usein helpottaa ottamalla (luonnollinen) logaritmi puolittain. Logaritmin puolittain ottaminen voi auttaa myös tilanteessa jossa f on muotoa i=1 f (x) = g 1 (x) g 2(x), g 1 (x) > 0 Esimerkki 42 a) Laske f (1) ja f ( 1) kun f (x) = (x+1)(2x+1)(3x+1) 4x+1 b) f (t) kun f (t) = (sin t) ln(t), 0 < t < π.

Funktioiden kasvuominaisuuksia ja asymptootteja (1/2) Olkoon a positiivinen vakio. x i) lim a ln(x) x e = 0 ii) lim x x x = 0 a iii) lim x x a e x = 0 iv) lim x 0+ x a ln(x) = 0 Määritelmä Funktiolla on pystysuora asymptootti x = a jos lim f (x) = ± tai lim f (x) = ± x a x a+ Funktiolla on vaakasuora asymptootti y = L jos lim f (x) = L tai lim f (x) = L x x Funktiolla on vino asymptootti y = ax + b jos lim (f (x) (ax + b)) = 0 tai lim (f (x) (ax + b)) = 0 x x

Funktioiden kasvuominaisuuksia ja asymptootteja (2/2) Esimerkki 43 Olkoon a > 0 ja b > 0. Määritä edellisten ominaisuuksien perusteella lim x log b x a x. Esimerkki 44 Määritä mahdolliset asymptootit funktiolle a) xex 1+e b) x x2 2x+5 x 1 Esimerkki 45 Muodosta funktio f (x) jolla on vaakasuora asymptootti muuta jonkä derivaatta ei lähesty nollaa kun x.

Eksponentiaalinen kasvu ja väheneminen malleissa Oletetaan että y = y(t) kuvaa jonkin suureen arvoa ajan hetkellä t. Jos ajatellaan että suureen muutosnopeus on suoraan verrannollinen suureen arvoon, eli dy dt = ky, missä k on vakio, niin tällöin y = Ce kt missä C on jokin vakio. Mallissa on siis kaksi parametria jotka voidaan määrittää kulloisenkin tilanteen mukaan. Esimerkki 46 Nopeasti lisääntyvän eliöpopulaation lisääntymisnopeuden voidaan ajatella olevan suoraan verrannollinen populaation kokoon. Eräs populaatio on kolminkertaistanut lukumääränsä 2 päivän kuluttua tarkkailun aloittamisesta. Kuinka kauan populaatiolta kestää kaksinkertaistaa kokonsa?

Eksponentiaalinen kasvu ja väheneminen malleissa Esimerkki 47 Kappaleen lämpötilan muutosnopeus on suoraan verrannollinen sen lämpötilan ja ympäristön lämpotilojen erotukseen. Verrannollisuuskertoimen voidaan ajatella riippuvan vain ympäristön ja kappaleen materiaaleista. Jos kahvikuppi jäähtyy viidessä minuutissa 80 celsiuksesta 50 celsiukseen huoneessa jonka lämpotila on 20 celsiusta, niin kuinka paljon kauemmin kestää vastaava jäähtyminen huoneessa jonka lämpötila on 40 celsiusta?

Määräämätön integraali (1/2) Määritelmä Derivoinnin käänteisoperaatiota kutsutaan integroinniksi. Funktion f (x) integraalia merkitään f (x)dx = F (x) + C, Missä F (x) = f (x) jokaiselle x ja C on (integroimis) vakio. Integraali ei siis ole aivan yksikäsitteinen koska vakio C voi vaihdella. Derivaatalle pätee f (x)dx = f (x) + C. Esimerkki 48 Määritä funktion 6x 3 + x integraali. Mikä on integroimisvakio jos integraalifunktio kulkee pisteen (0, 1) kautta?

Määräämätön integraali (2/2) Integrointikaavoja: ( ) D f (x)dx = f (x) (af (x) ± bg(x)) dx = a f (x)dx ± b x r dx = x r+1 r + 1 + C, r 1 sin xdx = cos x + C cos xdx = sin x + C tan xdx = cos 2 x + C f (g(x))g (x)dx = F (g(x)) + C g(x)dx

Trigonometristen funktioiden käänteisfunktiot (1/2) Funktioila f on käänteisfunktio f 1 jos ja vain jos f on injektio. Trigonometriset funktiot eivät selvästi ole injektioita. Joudumme rajoittamaan määrittelyjoukkoa. Jos jokin muu alue kiinnostaa niin voidaan käyttää trigonometristen funktioiden π-jaksollisuutta eli jos f on trigonometrinen funktio, niin f (x) = f (x + π). Merkitsemme nyt näiden käänteisfunktioita arcsin x, arccos x ja arctan x, tai lyhyemmin sin 1 x, cos 1 x ja tan 1 x.

Trigonometristen funktioiden käänteisfunktiot (2/2) Alla on lueteltu käänteisfunktioiden perus ominaisuuksia f (x) D(f ) R(f ) f (x) f (x)dx arcsin x [ 1, 1] [ π 2, π 2 ] 1 1 x x arcsin x + 1 x 2 2 arccos x [ 1, 1] [0, π] 1 1 x 2 x arccos x 1 x 2 arctan x R ] π 2, π 2 [ 1 1 x 2 x arctan x 1 2 ln ( 1 + x 2) (1) Esimerkki 49 Sievennä a) sin ( cos 1 ( 1/3) ) b) sin sin 1 (0.6) c) tan 1 ( 1) Esimerkki 50 Derivoi ja sievennä a) ( a 2 x 2 + a sin 1 (x/a), a > 0 b) cos 1 ) a a 2 +x 2

Hyperboliset funktiot Määritelmä Hyperboliset funktioit cosh x ja sinh x määritellään kaavoilla cosh x = ex + e x, sinh = ex e x 2 2 Laskukaavoja on esim. Beta pullollaan, kaikki aika triviaaleja varmistaa exponenttifunktion laskusääntöjen avulla. Esimerkki 51 Osoita että cosh 2 x sinh 2 x = 1 Esimerkki 52 Etsi funktion cosh x a) käänteisfunktio b) derivaatta c) integraali.

Ääriarvojen määrittäminen (1/3) Yleisesti on hyvä tarkistaa 1 Kriittiset pisteet 2 Singulaaripisteet 3 Välin päätepisteet 4 Raja-arvot jos avoimia välejä Jos raja-arvo suurempi (pienempi) kuin mikään arvoista e.m. pisteistä niin ei abs. maksimikohtaa (minimikohtaa).

Ääriarvojen määrittäminen (2/3) Lause Jos funktio f (x) on jatkuva suljetulla välillä [a, b] niin mahdollisia lokaaleja maksimi- ja minimikohtia ovat Välin päätepisteet a ja b. Derivaatan nollakohdat f (x), eli kriittiset pisteet. Pisteet joissa derivaatta ei ole määritelty, eli singulaaripisteet Suljetulla välillä jatkuvan funktion abs. eli globaalit maksimija minimikohdat löytyvät lokaalien maksimi- ja minimikohtien joukosta. Avoimella välillä jatkuvalla funktiolla ei välttämättä ole globaalia (tai edes lokaalia) maksimia tai minimiä, mutta jos sillä on niin ne löytyvät singulaaripisteistä tai kriittisistä pisteistä.

Ääriarvojen määrittäminen (3/3) Esimerkki 53 Määritä funktion f (x) = x 2 e x absoluuttiset maksimit ja minimit välillä a) ], 0], b) ], 0[ c) ] 1000, 0[ d) ] 1000, 0] e) D(f ). Esimerkki 54 Määritä sen pinta-alaltaan suurimman tasakylkisen kolmion sivujen pituudet, jonka sivujen pituuksien summa on 10 metriä. Esimerkki 55 Määritä funktion f (a) = log a (e) + ln a lokaalit ja globaalit minimit ja maksimit joukoissa a) ]0, 1[, b) ]2, e[ c) D(f ).