Pinta-alojen ja tilavuuksien laskeminen 1/6 Sisältö ESITIEDOT: määrätty integraali

Samankaltaiset tiedostot
PYÖRÄHDYSKAPPALEEN PINTA-ALA

Kertaus. Integraalifunktio ja integrointi. 2( x 1) 1 2x. 3( x 1) 1 (3x 1) KERTAUSTEHTÄVIÄ. K1. a)

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

Tekijä Pitkä matematiikka

Integrointi ja sovellukset

11 MATEMAATTINEN ANALYYSI

Sovellutuksia Pinta-alan ja tilavuuden laskeminen Keskiö ja hitausmomentti

2 Pistejoukko koordinaatistossa

1. a) b) Nollakohdat: 20 = c) a b a b = + ( a b)( a + b) Derivaatan kuvaajan numero. 1 f x x x g x x x x. 3. a)

5 Rationaalifunktion kulku

y=-3x+2 y=2x-3 y=3x+2 x = = 6

Määrätty integraali. Markus Helén. Mäntän lukio

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

3.3 Paraabeli toisen asteen polynomifunktion kuvaajana. Toisen asteen epäyhtälö

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

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

4. Kertausosa. 1. a) 12

Pyramidi 10 Integraalilaskenta harjoituskokeiden ratkaisut sivu 298 Päivitetty

RATKAISUT a + b 2c = a + b 2 ab = ( a ) 2 2 ab + ( b ) 2 = ( a b ) 2 > 0, koska a b oletuksen perusteella. Väite on todistettu.

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2017 Insinöörivalinnan matematiikan koe , Ratkaisut (Sarja A)

Yhtälön oikealla puolella on säteen neliö, joten r. = 5 eli r = ± 5. Koska säde on positiivinen, niin r = 5.

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

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

Vanhoja koetehtäviä. Analyyttinen geometria 2016

3 TOISEN ASTEEN POLYNOMIFUNKTIO

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

Ympyrän yhtälö

2 Raja-arvo ja jatkuvuus

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

Paraabeli suuntaisia suoria.

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

Tekijä Pitkä matematiikka Pisteen (x, y) etäisyys pisteestä (0, 2) on ( x 0) Pisteen (x, y) etäisyys x-akselista, eli suorasta y = 0 on y.

Tekijä Pitkä matematiikka Suoran pisteitä ovat esimerkiksi ( 5, 2), ( 2,1), (1, 0), (4, 1) ja ( 11, 4).

1 Rationaalifunktio , a) Sijoitetaan nopeus 50 km/h vaihtoaikaa kuvaavan funktion lausekkeeseen.

A-osio. Ilman laskinta. MAOL-taulukkokirja saa olla käytössä. Maksimissaan yksi tunti aikaa. Laske kaikki tehtävät:

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

Ympyrä 1/6 Sisältö ESITIEDOT: käyrä, kulma, piste, suora

Anna jokaisen kohdan vastaus kolmen merkitsevän numeron tarkkuudella muodossa

yleisessä muodossa x y ax by c 0. 6p

MAA4 - HARJOITUKSIA. 1. Esitä lauseke 3 x + 2x 4 ilman itseisarvomerkkejä. 3. Ratkaise yhtälö 2 x x = 2 (yksi ratkaisu, eräs neg. kokon.

Koontitehtäviä luvuista 1 9

kartiopinta kartio. kartion pohja, suora ympyräkartio vino pyramidiksi

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.

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

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

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

Laudatur 4 MAA4 ratkaisut kertausharjoituksiin

Tekijä MAA2 Polynomifunktiot ja -yhtälöt = Vastaus a)

Ratkaisut vuosien tehtäviin

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 7: Pintaintegraali ja vuointegraali

TEHTÄVIEN RATKAISUT. Luku a) Merkintä f (5) tarkoittaa lukua, jonka funktio tuottaa, kun siihen syötetään luku 5.

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2017 Arkkitehtimatematiikan koe , Ratkaisut (Sarja A)

3 Määrätty integraali

x 5 15 x 25 10x 40 11x x y 36 y sijoitus jompaankumpaan yhtälöön : b)

Tasogeometria. Tasogeometrian käsitteitä ja osia. olevia pisteitä. Piste P on suoran ulkopuolella.

Differentiaalilaskenta 1.

Apua esimerkeistä Kolmio teoriakirja. nyk/matematiikka/8_luokka/yhtalot_ yksilollisesti. Osio

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

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

f x da, kun A on tason origokeskinen yksikköympyrä, jonka kehällä funktion f arvot saadaan lausekkeesta f (x, y) = 2x 3y 2.

Differentiaalilaskennan tehtäviä

Jakso 1: Pyörimisliikkeen kinematiikkaa, hitausmomentti

4 Polynomifunktion kulku

Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 352 Päivitetty Pyramidi 4 Luku Ensimmäinen julkaistu versio

Kertaus. x x x. K1. a) b) x 5 x 6 = x 5 6 = x 1 = 1 x, x 0. K2. a) a a a a, a > 0

4 TOISEN ASTEEN YHTÄLÖ

Hyvä uusi opiskelija!

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

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

A Lausekkeen 1,1 3 arvo on 1,13 3,3 1,331 B Tilavuus 0,5 m 3 on sama kuin 50 l 500 l l C Luvuista 2 3, 6 7

Tästä saadaan (määrittelyehdon täyttävät) yhtälön ratkaisut x 3 tai x 3.

Juuri 12 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Kartio ja pyramidi

x = 6 x = : x = KERTAUSHARJOITUKSIA Funktion nollakohdat ja merkki 229.a) Funktio f ( x) = 2x+ Nollakohta f x b) Funktio gx ( ) = x

4.1 Urakäsite. Ympyräviiva. Ympyrään liittyvät nimitykset

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

B-OSA. 1. Valitse oikea vaihtoehto. Vaihtoehdoista vain yksi on oikea.

Luentoesimerkki: Riemannin integraali

Kuva 1: Tehtävä 1a. = 2π. 3 x3 1 )

Ratkaisuja, Tehtävät

Tekijä Pitkä matematiikka

Lataa ilmaiseksi mafyvalmennus.fi/mafynetti. Valmistaudu pitkän- tai lyhyen matematiikan kirjoituksiin ilmaiseksi Mafynetti-ohjelmalla!

Harjoituksia MAA4 - HARJOITUKSIA. 6. Merkitse lukusuoralle ne luvut, jotka toteuttavat epäyhtälön x 2 < ½.

Ratkaisut vuosien tehtäviin

MAA7 HARJOITUSTEHTÄVIÄ

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

PRELIMINÄÄRIKOE. Pitkä Matematiikka

MAA10 HARJOITUSTEN RATKAISUJA

ClassPad 330 plus ylioppilaskirjoituksissa apuna

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

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

Transkriptio:

Pinta-alojen ja tilavuuksien laskeminen 1/6 Sisältö ESITIEDOT: Tasoalueen pinta-ala Jos funktio f saa välillä [a, b] vain ei-negatiivisia arvoja, so. f() 0, kun [a, b], voidaan kuvaajan y = f(), -akselin ja suorien = a, = b rajaaman alueen pinta-ala laskea suoraan sta b f() d. a Jos välillä [a, b] on f() 0, antaa vastaavan pinta-alan negatiivisena. Jos funktio vaihtaa merkkiään välillä [a, b], ottaa -akselin ylä- ja alapuolella olevien alueiden alat huomioon positiivisina ja negatiivisina kuvan osoittamalla tavalla. Jos kaikkien osa-alueiden alat halutaan positiivisina, on väli [a, b] jaettava osiin funktion f nollakohdissa, laskettava erikseen jokaisen osavälin yli ja tuloksia yhteenlaskettaessa otettava osaen merkit huomioon. funktio (reaali-) väli (reaaliakselin) kuvaaja y a + y = f() b Usein on yksinkertaisinta ajatella, että laskettava ala jaetaan kapeisiin pystysuoriin suorakulmioihin ja summeerataan näiden pinta-alat positiivisina. Tällöin saadaan Riemannin, joka jakoa tihennettäessä, so. suorakulmioita kavennettaessa johtaa määrättyyn in. Tämä ajattelu toimii myös, kun laskettavana on kahden käyrän väliin jäävä ala. käyrä (taso-)

Pinta-alojen ja tilavuuksien laskeminen 2/6 Sisältö ESITIEDOT: Esimerkki pinta-alan laskemisesta Olkoon laskettavana sen segmentin ala, joka jää paraabelin y = a 2 ja suoran y = k + b väliin. Tällöin oletetaan, että vakiot a, k ja b ovat siten valitut, että suora todella on paraabelin sekantti; oletetaan lisäksi, että paraabeli aukeaa ylöspäin, ts. a>0. Ratkaisemalla yhtälöryhmä { y = a 2 y = k + b segmentti paraabeli (ykoordinaateissa) suora (yhtälö) sekantti (suora) yhtälöryhmä saadaan paraabelin ja suoran leikkauspisteiden -koordinaateiksi Tässä 1 < 2. 1 = k k 2 +4ab 2a, 2 = k + k 2 +4ab. 2a y y=a 2 y = k + b 1 v j 2 Koska segmentti sijaitsee välillä [ 1, 2 ]ja tällä välillä suora on paraabelia ylempänä, on kohdassa = v j sijaitsevan suorakulmion korkeus kv j + b avj 2 ja kanta j, mikä johtaa alaa approksimoivaan Riemannin an n j=1 (kv j + b avj 2 ) j. Jakoa tihennettäessä tämä lähestyy a 2 Integraalin laskeminen antaa pinta-alaksi 1 (k + b a 2 ) d. (k 2 +4ab) 3/2. 6a 2 Tulos on pätevä myös, jos a < 0. Riemannin ssa tosin suorakulmion korkeus kv j + b avj 2 on tällöin negatiivinen, mutta tästä aiheutuva merkkivirhe kumoutuu siinä, että rajojen 1 ja 2 suuruusjärjestys muuttuu päinvastaiseksi, kun a<0. väli (reaaliakselin) (sijoitus) (osittais-)

Pinta-alojen ja tilavuuksien laskeminen 3/6 Sisältö ESITIEDOT: Tilavuuden laskeminen Olkoon tarkasteltavana kappale, jonka läpi -akseli kulkee. Jaetaan tämä ohuisiin viipaleisiin -akselia vastaan kohtisuorilla tasoilla. Olkoon kappaleen tasoleikkauksen pinta-ala A(v j ), kun leikkaava taso on kohdassa = v j. Jos tässä kohdassa olevan viipaleen paksuus on j, on viipaleen tilavuus A(v j ) j.koko kappaleen tilavuutta approksimoi Riemannin n j=1 A(v j) j, missä summeeraus ulotetaan kaikkiin viipaleisiin. Viipaleita ohennettaessa tämä johtaa kappaleen tilavuutta esittävään määrättyyn in 2 1 A() d, missä 1 ja 2 ovat kappaleen äärimmäisten pisteiden -koordinaatit. Yleensä -akseli mielletään vaakasuoraksi. Edellä olevassa tarkastelussa akselin ei välttämättä tarvitse olla vaakasuora, vaan aivan yhtä hyvin kelpaa minkä suuntainen akseli tahansa, kunhan akselia vastaan kohtisuorien tasoleikkausten pinta-ala on laskettavissa.

Pinta-alojen ja tilavuuksien laskeminen 4/6 Sisältö ESITIEDOT: Esimerkki tilavuuden laskemisesta Pallonmuotoisen öljysäiliön säde on R ja säiliössä on öljyä korkeuteen h saakka; 0 h 2R. Mikä on öljyn tilavuus? Sijoitetaan kolmiulotteinen yz-koordinaatisto siten, että origo on pallonmuotoisen säiliön keskipisteessä. Symmetria-akseliksi valitaan pystysuora z-akseli. koordinaatisto (yz-) z v j R Korkeudella z = v j oleva vaakasuora tasoleikkaus on tällöin ympyrä, jonka säde on Pythagoraan mukaan R 2 vj 2. Tasoleikkauksen ala on siten A(v j )= π(r 2 vj 2). Vaakasuoran öljyviipaleen tilavuutta esittää tällöin lauseke A(v j) z j ja koko öljymäärää Riemannin n j=1 A(v j) z j, missä summeerataan kaikki öljykerrokset huomioon ottaen. Öljymäärä sijaitsee säiliössä alueella, missä z-koordinaatit ovat välillä [ R, h R]. (Josh=0, saadaan vain säiliön alin piste z = R; josh=2r, on öljyä välillä [ R, R], so. koko pallossa.) Riemannin a vastaa tällöin mikä antaa öljytilavuudeksi h R R π(r 2 z 2 ) dz, π 3 h2 (3R h). Jos erityisesti h =2R, saadaan pallon tilavuus 4 3 πr3. ympyrä Pythagoraan lause väli (reaaliakselin) (sijoitus) (osittais-) (tilavuus)

Pinta-alojen ja tilavuuksien laskeminen 5/6 Sisältö ESITIEDOT: Pyörähdyspinnan ala Pyörähtäköön käyrä y = f(), 1 2, -akselin ympäri, jolloin syntyy pyörähdyspinta. Tämän pinta-ala voidaan laskea jakamalla pinta ympyränmuotoisiin suikaleisiin -akselia vastaan kohtisuorilla tasoilla. Jokainen suikale on likimain katkaistu kartio. Tämän ala on π(r 1 +r 2 )s, missä r 1 ja r 2 ovat ala- ja yläpohjan säteet sekä s sivujanan pituus. Jos leikkaustasot sijaitsevat kohdissa = j, ovat pohjien säteet f( j 1 ) ja f( j ). Sivujanan pituus on Pythagoraan mukaan ( j j 1 ) 2 +(f( j ) f( j 1 )) 2 ( j j 1 ) 2 + f ( j 1 ) 2 ( j j 1 ) 2 = 1+f ( j 1 ) 2 j, missä on käytetty differentiaalikehitelmää ja merkintää j = j j 1. Summeeraamalla suikaleiden pinta-alat saadaan n j=1 π(f( j 1 )+f( j )) 1+f ( j 1 ) 2 j. Tämä ei ole Riemannin (koska funktioiden arvoja on laskettu sekä pisteessä j 1 että pisteessä j ), mutta voidaan kuitenkin osoittaa, että jakoa tihennettäessä päädytään in käyrä (taso-) pinta kartio (katkaistu) (pintojen) (pintojen) pohja (katkaistun kartion) sivujana (kartion) Pythagoraan lause differentiaalikehitelmä 2 1 joka siis esittää pyörähdyspinnan alaa. 2πf() 1+f () 2 d,

Pinta-alojen ja tilavuuksien laskeminen 6/6 Sisältö ESITIEDOT: Esimerkki pyörähdyspinnan alan laskemisesta Pallopinta syntyy ympyränkaaren y = f() = R 2 2 pyörähtäessä -akselin ympäri välillä [ R, R]. Koska f () = R2 2, (tilavuus) (ala) saadaan pyörähdyspinnan alaksi R 2π R 2 2 1+ 2 R 2 d = 2 R R R 2πR d =4πR 2. Myös pallon tilavuus voidaan laskea sen pinta-alan perusteella. Pallo jaetaan tällöin samankeskisiksi pallokuoriksi, joiden paksuus on r j. Kuoren tilavuus on tällöin likimain 4πrj 2 r j, jolloin pallon tilavuutta approksimoi Riemannin sum- tilavuus ma n k=1 4πr2 j r j. Pallon tilavuus saadaan siis sta: R 0 4πr 2 dr = 4 3 πr3. Lasku on samanlainen kuin ympyrän alan laskeminen kehän pituuden perusteella. Ei siis myöskään ole sattuma, että pallon pinta-ala on tilavuuden derivaatta! ympyrän ala (integroimalla) ympyrän ala (integroimalla)