Painopiste. josta edelleen. x i m i. (1) m L A TEX 1 ( ) x 1... x k µ x k+1... x n. m 1 g... m n g. Kuva 1. i=1. i=k+1. i=1



Samankaltaiset tiedostot
11. MÄÄRÄTTY INTEGRAALI JA TILAVUUS

Integraalilaskentaa. 1. Mihin integraalilaskentaa tarvitaan? MÄNTÄN LUKIO

Ristitulo ja skalaarikolmitulo

10. MÄÄRÄTYN INTEGRAALIN KÄYTTÖ ERÄIDEN PINTA-ALOJEN LASKEMISESSA

VALTIOTIETEELLINEN TIEDEKUNTA TILASTOTIETEEN VALINTAKOE Ratkaisut ja arvostelu

Tasogeometriassa käsiteltiin kuvioita vain yhdessä tasossa. Avaruusgeometriassa tasoon tulee kolmas ulottuvuus, jolloin saadaan kappaleen tilavuus.

Riemannin integraalista

( ) Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 321 Päivitetty Saadaan yhtälö. 801 Paraabeli on niiden pisteiden ( x,

Matematiikan tukikurssi

763333A KIINTEÄN AINEEN FYSIIKKA Ratkaisut 1 Kevät 2014

TYÖ 30. JÄÄN TIHEYDEN MÄÄRITYS. Tehtävänä on määrittää jään tiheys.

5.4 Ellipsi ja hyperbeli (ei kuulu kurssivaatimuksiin, lisätietoa)

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ PISTEYTYSKOKOUS

8.4 Gaussin lause Edellä laskettiin vektorikentän v = rf(r) vuo R-säteisen pallon pinnan läpi, tuloksella

2.4 Pienimmän neliösumman menetelmä

Kertymäfunktio. Kertymäfunktio. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 2/2. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 1/2. Kertymäfunktio: Esitiedot

Esimerkki 8.1 Määritellään operaattori A = x + d/dx. Laske Af, kun f = asin(bx). Tässä a ja b ovat vakioita.

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM) Laskuharjoitus 4 / vko 47, mallivastaukset

Tehtävä 1. Jatka loogisesti oheisia jonoja kahdella seuraavaksi tulevalla termillä. Perustele vastauksesi

Viikon aiheet. Pinta-ala

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

.) (b) Vertaa p :tä vastaavaa kineettistä energiaa perustilan kokonaisenergiaan. ( ) ( ) = = Ek

MS-A010{2,3,4,5} (SCI, ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 9. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 9 () Numeeriset menetelmät / 29

VEKTORILASKENTA. Timo Mäkelä SISÄLTÖ: 1 VEKTORIN KÄSITE...1

LINSSI- JA PEILITYÖ TEORIAA. I Geometrisen optiikan perusaksioomat

θ 1 θ 2 γ γ = β ( n 2 α + n 2 β = l R α l s γ l s 22 LINSSIT JA LINSSIJÄRJESTELMÄT 22.1 Linssien kuvausyhtälö

II.1. Suppeneminen., kun x > 0. Tavallinen lasku

Matematiikan tukikurssi

x k 1 Riemannin summien käyttö integraalin approksimointiin ei ole erityisen tehokasta; jatkuvasti derivoituvalle funktiolle f virhe b

1. Derivaatan Testi. Jos funktio f on jatkuva avoimella välillä ]a, b[ ja x 0 ]a, b[ on kriit. tai singul. piste niin. { f (x) > 0, x ]a, x 0 [

766319A Sähkömagnetismi, 7 op Kertaustehtäviä, 1. välikokeen alue Vastaukset tehtävien jälkeen

Pythagoraan lause. Pythagoras Samoslainen. Pythagoraan lause

4 Pinta-alasovelluksia

Syksyn 2015 Pitkän matematiikan YO-kokeen TI-Nspire CAS -ratkaisut

Polynomien laskutoimitukset

Integraalilaskenta. Määrätty integraali

Näytä tai jätä tarkistettavaksi tämän jakson tehtävät viimeistään tiistaina ylimääräisessä tapaamisessa.

S Fysiikka III (EST), Tentti

Käydään läpi: ääriarvo tarkastelua, L Hospital, integraalia ja sarjoja.

Matematiikkaolympialaiset 2008 kuusi vaikeaa tehtävää

6 Integraalilaskentaa

lim + 3 = lim = lim (1p.) (3p.) b) Lausekkeen täytyy supistua (x-2):lla, joten osoittajan nollakohta on 2.

Lisää määrätystä integraalista Integraalin arvioimisesta. Osoita: VASTAUS: Osoita: Osoita:

5 ( 1 3 )k, c) AB 3AC ja AB AC sekä vektoreiden AB ja

Matematiikan tukikurssi. Hannu Kivimäki

Jouni Sampo. 28. marraskuuta 2012

Teoriaa tähän jaksoon on talvikurssin luentomonisteessa luvussa 10. Siihen on linkki sivulta

766328A Termofysiikka Harjoitus no. 12, ratkaisut (syyslukukausi 2014)

S Fysiikka IV (ES) Tentti RATKAISUT. 1,0*10 m. Kineettinen energia saadaan kun tästä vähennetään lepoenergia: 2

1.3 Toispuoleiset ja epäoleelliset raja-arvot

Tee B-osion konseptiin etusivulle pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Välivaiheet perustelevat vastauksesi!

Yläkoulun geometriaa. Yläkoulun geometriaa

Luku 15. Integraali. Esimerkki Suoraan edellisen luvun derivointikaavojen perusteella on voimassa

sin θ θ θ r 2 sin 2 θ φ 2 = 0.

MATEMATIIKAN HARJOITTELUMATERIAALI

MITEN MÄÄRITÄN ASYMPTOOTIT?

Sähkömagneettinen induktio

4 Taso- ja avaruuskäyrät

Pintaintegraali. i j k cos(θ) sin(θ) 1. = r cos(θ)i r sin(θ)j + rk, r sin(θ) r cos(θ) 0 joten

601 Olkoon tuntematon kateetti a ja tuntemattomat kulmat α ja β Ratkaistaan kulmat. 8,4 = 12. Ratkaistaan varjon pituus x. 14 x = 44,

LYHYEN MATEMATIIKAN SIMULOITU YO-KOE 2 RATKAISUT

5 Riemann-integraali ANALYYSI B, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Ala- ja yläintegraali

5 Epäoleellinen integraali

Kuva 1. n i n v. (2 p.) b) Laske avaimiesi etäisyys x altaan seinämästä. (4 p.) c) Kuinka paljon lunta voi sulaa enintään Lassen suksien alla?

Sinilause ja kosinilause

Matematiikan tukikurssi

Sisältö. Integraali 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 20

1.1. Laske taskulaskimella seuraavan lausekkeen arvo ja anna tulos kolmen numeron tarkkuudella: tan 60,0 = 2, ,95

VEKTOREILLA LASKEMINEN

OSA 1: POLYNOMILASKENNAN KERTAUSTA, BINOMIN LASKUSÄÄNTÖJÄ JA YHTÄLÖNRATKAISUA

Neliömatriisin A determinantti on luku, jota merkitään det(a) tai A. Se lasketaan seuraavasti: determinantti on

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Yhteenveto, osa II

Riemannin integraali

Tässä on vanhoja Sähkömagnetismin kesäkurssin tenttejä. Tentaattorina on ollut näissä tenteissä sama henkilö kuin tänä vuonna eli Hanna Pulkkinen.

Jäykän kappaleen tasokinetiikka harjoitustehtäviä

R4 Harjoitustehtävien ratkaisut

Kognitiivinen mallintaminen I, kevät Harjoitus 1. Joukko-oppia. MMIL, luvut 1-3 Ratkaisuehdotuksia, MP

S Fysiikka IV (ES) Tentti

6 Kertausosa. 6 Kertausosa

BM20A5820 Integraalilaskenta ja sovellukset

a = x 0 < x 1 < x 2 < < x n = b f(x) dx = I. lim f(x k ) x k=1

Analyysin perusteet kauppatieteilijöille P

TEHTÄVÄ 1. Olkoon (f n ) jono jatkuvia funktioita f n : [a, b] R, joka suppenee välillä [a, b] tasaisesti kohti funktiota f : [a, b] R.

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

RATKAISUT: 9. Pyörimisen peruslaki ja pyörimismäärä

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

7 Funktiosarjoista. 7.1 Funktiosarjojen suppeneminen

missä t on matkaan raosta varjostimelle kuluva aika. Jos suihkun elektronien liikemäärä x- sunnassa on p x,on min y0min 0min

Pinta-alan laskeminen

Mikrotalousteoria 2, 2008, osa III

Määritelmä Olkoon C R m yksinkertainen kaari ja γ : [a, b] R m sen yksinkertainen parametriesitys, joka on paloittain C 1 -polku.

BM20A5820 Integraalilaskenta ja sovellukset

7.lk matematiikka. Geometria 1

Monikulmion pinta-ala ylioppilaille

SATE.10xx Staattisen kenttäteorian laajentaminen Sähkömagneettiseksi kenttäteoriaksi

Numeerinen integrointi

Transkriptio:

Pinopiste Snomme ts-ineiseksi kpplett, jonk mteriliss ei ole sisäisiä tiheyden vihteluj. Tällisen kppleen pinopisteen sijinti voidn joskus päätellä kppleen muodon perusteell. Esimerkiksi ts-ineisen pllon pinopiste on selvästi pllon keskipiste. Jos ts-ineisell kppleell on symmetrikseli, niin pinopiste on kselill j jos kppleell on usempi symmetrikseleit, niin pinopiste on niiden leikkuspiste. Tutkimme pinopisteen lskemist siinä tpuksess, että kppleell on yksi symmetri-kseli. Ongelm joht integrlilskentn j trjo minioit mhdollisuuksi sovelt lukioss opittu lskutekniikk. Trvittvn perusfysiikn kertmiseksi tutkimme luksi suorll sijitsev diskreettiä mssjkum. Pistemäiset msst m 1,..., m n, joiden summ on m, sijitkoot x-kselin pisteissä x 1,..., x n. Mssjkumn pinopiste µ sijitsee josskin väleistä [x k, x k+1 [. Mssjkum on µ:n suhteen tspinoss jos pisteisiin x i vikuttvien voimien µ:n suhteen lskettujen momenttien summ on noll. Kosk msst ovt suorll, voimme merkitä µ:n molemmin puolin lskettujen momenttien itseisrvot keskenään yhtäsuuriksi. x 1... x k µ x k+1... x n m 1 g............ m n g Kuv 1. Smme yhtälön jost edelleen k n (µ x i )m i g = (x i µ)m i g, i=k+1 µ = 1 n x i m i. (1) m 1 ( )

Perehdymme seurvksi kppleisiin, joiden mssjkum on jtkuv. Integrlilskennn perusiden kertmiseksi ktsomme luksi, miten kppleen tilvuus lsketn. Olkoot j b kppleen ääripäiden projektiot x-kselill. Jos kpplett leiktn x-kseli vstn kohtisuorill tsoill j tunnetn leikkuskuvion pint-l A(x) jokisess pisteessä x [, b], niin kppleen tilvuus voidn lske. A(x) x Kuv 2. b Kohdss x olev tilvuuslkio on dv = A(x)dx j kppleen tilvuus sdn summmll välillä [, b] olevt tilvuuslkiot: V = dv = A(x)dx. Oletmme nyt, että kiinteällä kppleell on yksi symmetri-kseli, jonk vlitsemme x-kseliksi. Kppleen ääripäät sijitkoot pisteissä j b. Määritämme kppleen pinopisteen momenttiehto soveltmll. Jetn kpple x-kseli vstn kohtisuorill tsoill levymäisiksi mss-lkioiksi kuvn osoittmll tvll. dm µ dm b Kuv 3. Pisteissä x j x oleviin mss-lkioihin dm j dm vikuttvien voimien momenttilkiot (niiden itseisrvot) µ:n suhteen ovt (µ x)gdm j (x µ)gdm. Summmll ne µ:n molemmin puolin smme yhtälön µ (µ x)gdm = µ (x µ)gdm, 2 ( )

jost, merkitsemällä m = dm, edelleen µ = 1 m xdm. (2) Yhtälöt (1) j (2) näyttävät smnkltisilt, mutt niillä on eräs selkeä erovisuus: yhtälö (1) on vlmis lskukv, jonk vull voidn lske diskreetin mssjkumn pinopiste sijoittmll kvn msst j niiden koordintit kun ts yhtälö (2) on pikemminkin toimintohje lskun suorittmiseksi, sillä mss-lkio dm on muodostettv in tpuskohtisesti. Kv (2) toimii myös silloin, kun kppleen tiheys (mss pituusyksikköä kohti) vihtelee. Tiheys on tällöin tunnettv jokisess kohdss x eli on tunnettv tiheysfunktio f, jonk rvo ilmoitt kppleen tiheyden leikkuskohdss x. Jos y = f(x) on tällinen funktio, niin dm = f(x) j siis dx kohdss x olev mss-lkio on dm = f(x)dx. Esimerkki. Määritämme ts-ineisen r-säteisen puolipllon pinopisteen. Olkoon m kppleen mss jolloin tiheys on ρ = m/v, missä V = 2πr 3 /3. Puolipllon symmetri-kseli on hlkisijtso vstn kohtisuor säde. r h 0 x Kuv 4. Kuvn mukn kohdss x olev tilvuuslkio on dv = πh 2 dx = π(r 2 x 2 )dx j sitä vstv mss-lkio on Smme µ = 1 m dm = ρdv = 3m 2r 3 ( r 2 x 2) dx. r 0 xdm = 3 2r 3 r 0 ( r 2 x x 3) dx = 3 8 r. Pinopiste sijitsee siis hlkisijtso vstn kohtisuorll säteellä etäisyydellä 3r/8 hlkisijtsost. 3 ( )

Tutkimme vielä diskreettiä mssjkum yleisemmin. Sijitkoot pistemäiset msst m 1,..., m n pisteissä A 1,..., A n mssttomn tukirkenteen knnttelemin j olkoon m mssojen summ. Olkoon edelleen O mielivltisesti vlittu vruuden piste. Yhtälöiden (1) j (2) perusteell rvmme pinopisteen G sijinnin seurvsti: OG = 1 m n m i OAi. (3) Näemme G:n mssjkumn pinopisteeksi osoittmll, että pisteisiin A i vikuttvien voimien G:n suhteen lskettujen momenttien GA i m i ḡ summ on 0. Jätämme tämän hrjoitustehtäväksi. G A i m i ḡ O Kuv 5. Pisteen G sijinti riippuu näennäisesti myös pisteestä O, mutt voidn osoitt, että jos O G = 1 n m i O A i, (4) m niin G = G. Myös tämän yksityiskohtisemmn käsittelyn jätämme hrjoitustehtäväksi j totemme, että yhtälö (3) määrittelee pisteen G yksikäsitteisesti. 4 ( )

Pohdittv Seurvss muutmi si vlisevi jttelu- j lskutehtäviä. 1. Hhmottele muutmi kolmiulotteisi kppleit, joill on vähintään kksi symmetri-kseli. 2. Miksi ts-ineisest levystä leiktun tsokolmion pinopiste on kolmion medinien leikkuspiste? Ohje: Ajttele kolmio viiploiduksi jonkin sivun suuntisin leikkuksin. Missä sijitsevt viipleiden pinopisteet? Minkä jnn pinopisteet muodostvt? 3. Määritä ts-ineisest mterilist tehdyn mielivltisen nelithokkn pinopiste. Ohje: Voit hyödyntää edellisen tehtävän tulost viiploimll thokkn sopivsti. 4. Suorit yksityiskohtisesti yhtälöiden (1) j (2) johtminen tekstissä nnetuist momenttiehdoist lähtien. 5. Ts-ineisest mterilist vlmistetun pyörähdysprboloidin pohjn säde on r j korkeus on h. Määritä kppleen tilvuus j pinopiste. (0, h) (r, h) (r, 0) 6. Määritä ts-ineisest mterilist vlmistetun korkeusjnns suhteen symmetrisen krtion pinopiste. Mikä korkeusjn vstn kohtisuor leikkus jk krtion khteen yhtäsuureen osn? 7. Määritä ts-ineisest levystä tehdyn puoliympyrän pinopiste. 5 ( )

8. Oletetn, että x-kselin välissä [0, [ on lnk, jonk mssn tiheyden pisteissä x [0, [ ilmoitt tiheysfunktio f(x) = e x. Lske lngn mss sekä pinopiste. 9. Osoit, että jos G on yhtälön (3) määräämä piste, niin n GA i m i ḡ = 0. Osoit edelleen, että jos yhtälöt (3) j (4) ovt voimss, niin G = G. (060306 ) 6 ( )