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

Samankaltaiset tiedostot
Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

Toispuoleiset raja-arvot

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

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

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

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

Äärettömät raja-arvot

Positiivitermisten sarjojen suppeneminen

2 Funktion derivaatta

5 Differentiaalilaskentaa

6 Eksponentti- ja logaritmifunktio

Määrätty integraali. Markus Helén. Mäntän lukio

Seurauksia. Seuraus. Seuraus. Jos asteen n polynomilla P on n erisuurta nollakohtaa x 1, x 2,..., x n, niin P on muotoa

2 Funktion derivaatta

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

1 Määrittelyjä ja aputuloksia

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

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

Matematiikan tukikurssi

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

Matematiikan tukikurssi

Matematiikan peruskurssi 2

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

Integrointi ja sovellukset

Funktiot ja raja-arvo P, 5op

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

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,

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

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

Matematiikan tukikurssi

Derivaattaluvut ja Dini derivaatat

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

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

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

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

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

Fysiikan matematiikka P

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

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

Raja arvokäsitteen laajennuksia

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

Olkoon funktion f määrittelyjoukkona reaalilukuväli (erityistapauksena R). Jos kaikilla määrittelyjoukon luvuilla x 1 ja x 2 on voimassa ehto:

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

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

Matemaattisen analyysin tukikurssi

peitteestä voidaan valita äärellinen osapeite). Äärellisen monen nollajoukon yhdiste on nollajoukko.

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

4.3 Moniulotteinen Riemannin integraali

Luku 4. Derivoituvien funktioiden ominaisuuksia.

Epäyhtälöt 1/7 Sisältö ESITIEDOT: yhtälöt

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

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Reaalianalyysi I Harjoitus Malliratkaisut (Sauli Lindberg)

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 6 Maanantai

VASTAA YHTEENSÄ KUUTEEN TEHTÄVÄÄN

Kuinka määritellään 2 3?

Täydellisyysaksiooman kertaus

Integroimistekniikkaa Integraalifunktio

TAMPEREEN YLIOPISTO Luonnontieteiden kandidaatin tutkielma. Mika Kähkönen. L'Hospitalin sääntö

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

Tehtävä 1. Arvioi mitkä seuraavista väitteistä pitävät paikkansa. Vihje: voit aloittaa kokeilemalla sopivia lukuarvoja.

Analyysi I (sivuaineopiskelijoille)

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

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 2. viikolle /

Ratkaise tehtävä 1 ilman teknisiä apuvälineitä! 1. a) Yhdistä oikea funktio oikeaan kuvaajaan. (2p)

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 5 Maanantai

Tenttiin valmentavia harjoituksia

1 Supremum ja infimum

Sisältö. Funktiot 12. syyskuuta 2005 sivu 1 / 25

Reaaliarvoisen yhden muuttujan funktion raja arvo LaMa 1U syksyllä 2011

Sarjat ja integraalit

Jonot. Lukujonolla tarkoitetaan ääretöntä jonoa reaalilukuja a n R, kun indeksi n N. Merkitään. (a n ) n N = (a n ) n=1 = (a 1, a 2, a 3,... ).

Funktio 1. a) Mikä on funktion f (x) = x lähtöjoukko eli määrittelyjoukko, kun 0 x 5?

1.4 Funktion jatkuvuus

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

Yleisiä integroimissääntöjä

Lebesguen mitta ja integraali

0. Kertausta. Luvut, lukujoukot (tavalliset) Osajoukot: Yhtälöt ja niiden ratkaisu: N, luonnolliset luvut (1,2,3,... ) Z, kokonaisluvut

Ratkaisuehdotus 2. kurssikoe

Funktiojonon tasainen suppeneminen

Juuri 12 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Luentoesimerkki: Riemannin integraali

Juuri 12 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

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

b) Määritä/Laske (ei tarvitse tehdä määritelmän kautta). (2p)

Kompleksianalyysi, viikko 6

Talousmatematiikan perusteet: Luento 5. Käänteisfunktio Yhdistetty funktio Raja-arvot ja jatkuvuus

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

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

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

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

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

y = 3x2 y 2 + sin(2x). x = ex y + e y2 y = ex y + 2xye y2

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

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

1 sup- ja inf-esimerkkejä

Johdantoa INTEGRAALILASKENTA, MAA9

1 sup- ja inf-esimerkkejä

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

Rollen lause polynomeille

Transkriptio:

Sinin jatkuvuus Lemma Kaikilla x, y R, sin x sin y x y. Seuraus Sini on jatkuva funktio. Seuraus Kosini, tangentti ja kotangentti ovat jatkuvia funktioita. Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 22 / 53

Yhdistetyn funktion raja-arvo Lause Oletetaan että raja-arvo lim x x0 f (x) =: y 0 on olemassa ja että funktio g on jatkuva pisteessä y 0. Tällöin yhdistetyllä funktiolla g f on olemassa raja-arvo pisteessä x 0 ja lim (g f )(x) = g( lim f (x)) = g(y 0 ). x x 0 x x 0 Erityisesti jos f on jatkuva pisteessä x 0 ja g on jatkuva pisteessä f (x 0 ) niin g f on jatkuva pisteessä x 0. Huomautus: jos f on jatkuva, niin y 0 = f (x 0 ) ja täten g(y 0 ) = (g f )(x 0 ). Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 23 / 53

Alkeisfunktiot ovat jatkuvia Alkeisfunktiot ovat jatkuvia määrittelyalueellaan: polynomifunktiot rationaalifunktiot juurifunktiot trigonometriset funktiot eksponenttifunktiot (myöhemmin) logaritmifunktiot (myöhemmin) hyperboliset funktiot (myöhemmin) näiden äärelliset yhdistelmät (summat, tulot, osamäärät, yhdistetyt funktiot). Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 24 / 53

Alkeisfunktioiden äärelliset yhdistelmät ovat jatkuvia Esimerkki Funktio sin(x 2 ) + e x on jatkuva. Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 25 / 53

Puristuslause eli suppiloperiaate Seuraavan lauseen avulla voi laskea useita raja-arvoja. Lause Olkoot f, g ja h funktioita joille päätee 1 f (x) g(x) h(x) aina kun 0 < x x 0 < r 2 lim x x0 f (x) = lim x x0 h(x) =: a. Tällöin funktiolla g on raja-arvo pisteessä x 0 ja lim g(x) = a. x x 0 Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 26 / 53

Puristuslauseen sovellus Tutkitaan raja-arvoa sin x lim x 0 x. Geometrisesti voidaan päätellä että sin x < x < tan x kun 0 < x < π/2: (0, 1) (0, 0) sin x x tan x Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 27 / 53

Sovellus jatkuu... Jakamalla epäyhtälöt puolittain x:llä saadaan sin x x sin x < x < tan x < 1 < sin x x 1 cos x. Täten cos x < sin x < 1. x Koska lim x 0 cos x = 1 saadaan puristuslauseen nojalla että sin x lim x 0+ x = 1. Vasemmanpuoleinen raja-arvo saadaan vastaavasti joten sin x lim x 0 x = 1. Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 28 / 53

Raja-arvo äärettömyydessä Olkoon f reaalifunktio, joka on määritelty ainakin joukossa [M, + [ jollain M R. Määritelmä Luku a R on funktion f raja-arvo äärettömyydessä + mikäli kaikilla ɛ > 0 löytyy sellainen R > 0 että f (x) a < ɛ aina kun x > R. Vastaavasti a R on funktion f : ], M] R raja-arvo äärettömyydessä mikäli kaikilla ɛ > 0 löytyy sellainen R < 0 että Merkitään näitä raja-arvoja ( = + ). f (x) a < ɛ aina kun x < R. lim f (x) ja lim f (x). x + x Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 29 / 53

Asymptoottiesimerkki Tutkitaan funktion raja-arvoja äärettömyydessä. f (x) = 2x + 1 x 1 2x+1 x 1 Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 30 / 53

Asymptootit Määritelmä Suoraa y = c kutsutaan funktion f horisontaaliseksi asymptootiksi jos lim f (x) = c tai lim f (x) = c. x x + Vastaavasti suoraa x = c kutsutaan funktion f vertikaaliseksi asymptootiksi jos lim f (x) = + tai lim f (x) = tai x c x c lim f (x) = + tai lim f (x) =. x c+ x c+ Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 31 / 53

Äärettömät raja-arvot Määritelmä Funktion f oikeanpuoleinen raja-arvo pisteessä x 0 on + mikäli kaikilla R > 0 löytyy sellainen δ > 0 että f (x) > R aina kun x 0 < x < x 0 + δ. Funktion f oikeanpuoleinen raja-arvo pisteessä x 0 on mikäli kaikilla R < 0 löytyy sellainen δ > 0 että Näitä merkitään f (x) < R aina kun x 0 < x < x 0 + δ. lim f (x) = + ja lim f (x) =. x x 0 + x x 0 + Vasemmanpuoleiset raja-arvot määritellään käyttämällä f :n arvoja x 0 :n vasemmalla puolella (eli 0 < x x 0 < δ korvataan lausekkeella 0 < x 0 x < δ). Näitä merkitään lim x x0 f (x). Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 32 / 53

Jatkuvien funktioiden väliarvolause Lause Olkoon f : [a, b] R jatkuva. Tällöin funktio f saa kaikki arvot, jotka ovat lukujen f (a) ja f (b) välissä. Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 33 / 53

Integraalit 1 Määrätty integraali = oikea integraali: esim. 1 0 x 2 dx = reaaliluku 2 Määräämätön integraali = derivaatan käänteisoperaatio: esim. x 2 dx = joukko funktioita Huomautus Nämä kaksi eri käsitettä yhdistää Analyysin peruslause (the Fundamental Theorem of Calculus). Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 34 / 53

Integraali (määrätty) eli merkillä varustettu pinta-ala Funktion f (x) integraali välin [a, b] yli on funktion f (x) graan ja x-akselin välin [a, b] väliin jäävä netto pinta-ala kun x-akselin yläpuoliset osiot saavat merkin + ja alapuoliset merkin. b a f (x) dx = vihreä ala punainen ala Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 35 / 53

Miten pinta-ala määritellään? Positiivisen funktion f : [a, b] R kuvaajan ja x-akselin välistä pinta-alaa voidaan arvioida suorakulmioilla. Jaetaan tutkittava väli [a, b] osiin ja arvioidaan funktiota jokaisella osavälillä sekä alhaalta että ylhäältä päin. f (x) f (x) a b a b Oranssin alueen ala antaa alapuolisen arvion pinta-alalle ja vihreän alueen ala yläpuolisen arvion. Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 36 / 53

Esimerkki Tutkitaan funktion f (x) = x 2 kuvaajan ja x-akselin välistä pinta-alaa välillä [1, 2]. f (x) = x 2 1 2 1 2 1 2 1 2 A 1 = 1.625 Y 1 = 3.125 A 2 = 1.96875 Y 2 = 2.71875 Ylä- ja alapuoleisen arvion erotus: Y 1 A 1 = 1.5 Y 2 A 2 = 0.75 Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 37 / 53

Positiivisen funktion integraalin määritelmän idea Funktion f (x) 0 kuvaajan ja x-akselin väliin jäävä pinta-ala määritellään approksimoimalla suorakulmioiden avulla (nk. Riemannin integraali). f (x) f (x) a b a b Tihentämällä jakoa pinta-alalle saadaan tarkemmat ala- ja yläpuoleiset arviot, ja jos näillä on yhteinen raja-arvo, niin sanotaan, että f on integroituva (välillä [a, b]). Yhteistä raja-arvoa kutsutaan f :n integraaliksi yli välin [a, b] ja merkitään b a f (x) dx. Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 38 / 53

Integraali kun f ei välttämättä positiivinen Jokainen reaaliarvoinen funktio f : [a, b] R voidaan jakaa positiiviseen ja negatiiviseen osaan: f (x) = f + (x) f (x) kaikilla x [a, b] missä f + (x) 0 ja f (x) 0 kaikilla x [a, b]. Lisäksi vaaditaan, että f + ja f eivät ole samassa kohtaa 0 (täsmällinen määritelmä seuraavalla kalvolla). Määritelmä Funktion f integraali yli välin [a, b] määritellään asettamalla b a f (x) dx := b a b f + (x) dx f (x) dx, a olettaen että positiiviset funktiot f + ja f ovat integroituvia (tällöin sanotaan että f on integroituva). Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 39 / 53

(Lisäkalvo) Positiivinen ja negatiivinen osa täsmällisesti Olkoon f : [a, b] R. Määritellään kaikilla x [a, b] jolloin f + (x) = max{f (x), 0} = f (x) = max{ f (x), 0} = f (x) + f (x) 2 f (x) f (x) 2 f (x) = f + (x) f (x) ja f (x) = f + (x) + f (x). f (x) f (x) f + (x) f (x) Pekka Salmi FUNK 19. syyskuuta 2016 40 / 53