3 Integraali ja derivaatta

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

Analyysi 2. Harjoituksia lukuihin 1 3 / Kevät Anna sellainen välillä ] 2, 2[ jatkuva ja rajoitettu funktio f, että

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

5 Epäoleellinen integraali

Kertausta ja täydennystä

2 Riemann-integraali. 2.1 Porrasfunktion integraali. Aloitetaan integraalin täsmällinen määrittely tutkimalla porrasfunktion integraalia.

7 Funktiosarjoista. 7.1 Funktiosarjojen suppeneminen

i 2 n 3 ( (n 1)a (i + 1) 3 = 1 +

2 Epäoleellinen integraali

Riemannin integraali

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

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 7: Integraali ja analyysin peruslause

Analyysi B. Derivaatta ja integraali. Pertti Koivisto

Pertti Koivisto. Analyysi B

MS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 7: Integraali ja analyysin peruslause

Riemannin integraalista

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

4. Reaalifunktioiden määrätty integraali

Integroimistehtävät, 10. syyskuuta 2005, sivu 1 / 29. Perustehtäviä. Tehtävä 1. Osoita, että vakiofunktio f(x) c on Riemann-integroituva välillä

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

SARJAT JA DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT Funktiojonot 1

6 Integraali ja derivaatta

Sisältö. Integraali 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 20

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

Newtonin, Riemannin ja Henstock-Kurzweilin integraalit

ANALYYSI I, kevät 2009

ANALYYSI 2. Tero Kilpeläinen

Pertti Koivisto. Analyysi C

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.

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

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

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

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

ANALYYSI I, kevät 2009

Sarjat ja integraalit

Riemannin integraalista

Lebesguen integraali - Rieszin määritelmä

Analyyttinen lukuteoria

Integraalilaskenta. Määrätty integraali

ANALYYSI I, kevät 2009

ANALYYSI 2. Camilla Hollanti. Tampereen yliopisto x 3. a x 1. x 4 x 11. x 2

6 Integraalilaskentaa

Analyysin perusteet kauppatieteilijöille P

ANALYYSI 3. Tero Kilpeläinen

HELSINGIN YLIOPISTO HELSINGFORS UNIVERSITET UNIVERSITY OF HELSINKI

ANALYYSIN TEORIA A JA B

Matematiikan peruskurssi. Seppo Hassi

2.4 Pienimmän neliösumman menetelmä

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

Sisältö. Funktiojonot ja -sarjat 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 15

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 [

Matemaattiset menetelmät I. Seppo Hassi

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

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2017 Harjoitus 6, ratkaisuista. 1. Onko jokin demojen 5 tehtävän 3 relaatioista

Riemann-integraalin ja mittaintegraalin vertailua

5.1. Reaalifunktioiden määräämätön integraali

Ville Turunen: Mat Matematiikan peruskurssi P1 3. välikokeen alueen teoriatiivistelmä 2007

Säännöllisten operaattoreiden täydentäviä muistiinpanoja

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

Lebesguen integraali

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

Integraalilaskennasta lukiossa ja lukion oppikirjasarjoissa

Analyysi III S

Sarjojen tasainen suppeneminen

Matematiikan tukikurssi

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

Matematiikan tukikurssi

Numeerinen integrointi.

Kuvausta f sanotaan tällöin isomorfismiksi.

Muita määrätyn integraalin sovelluksia

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

Viikon aiheet. Pinta-ala

2 Funktion derivaatta

Integraalilaskentaa. 1. Mihin integraalilaskentaa tarvitaan? MÄNTÄN LUKIO

Luku 4. Derivoituvien funktioiden ominaisuuksia.

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

Reaalinen lukualue. Millainen on luku, jossa on päättymätön ja jaksoton desimaalikehitelmä?

VEKTOREILLA LASKEMINEN

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

Matematiikan perusteet taloustieteilijöille P

Matematiikan tukikurssi

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

Sinilause ja kosinilause

1 Jonot. 2 Sarjat. 3 Jatkuvuus. 4 Derivaatta. 5 Taylor-polynomit ja -sarjat. 1.2 Jonot. jossa

funktion voi tarkistaa derivoimalla. Sijoitusmenettely perustuu ketjusääntöön.

Numeerinen integrointi

1 Jonot. 2 Sarjat. 3 Jatkuvuus. 4 Derivaatta. 5 Taylor-polynomit ja -sarjat. 1.2 Jonot. jossa

1 Jonot. 2 Sarjat. 3 Jatkuvuus. 4 Derivaatta. 5 Taylor-polynomit ja -sarjat. 1.2 Jonot. jossa

Tasaväli-integraali. Mikko Rautiainen. matematiikan Pro Gradu-tutkielma

Mika Hirvensalo. Insinöörimatematiikka B 2014

1.3 Toispuoleiset ja epäoleelliset raja-arvot

2.2 Monotoniset jonot

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 9: Integroimismenetelmät

1. Yhtälöiden ratkaisemisesta Olkoon f välillä [a, b] jatkuva funktio, jolle f(a) f(b) < 0. Bolzanon lauseen [A1]

10. MÄÄRÄTYN INTEGRAALIN KÄYTTÖ ERÄIDEN PINTA-ALOJEN LASKEMISESSA

4 Taso- ja avaruuskäyrät

Matematiikan tukikurssi: kurssikerta 12

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

Laskennan mallit (syksy 2007) Harjoitus 5, ratkaisuja

Transkriptio:

3 Integrli j erivtt 3.1 Integrli ylärjns funktion Olkoon funktio f Riemnn-integroituv välin I jokisell suljetull osvälillä j välin I jokin kiinteä luku. Tällöin integrli määrittelee funktion G(): I R, (3.1) G() = f(t) t, I, f(t) t. Siis jokist muuttujn rvo vst jokin tietty reliluku, jok on kyseessä olevn integrlin rvo. Esimerkki 3.1. Olkoon f() = 3, kun [, 5]. Vkiofunktion f on Riemnnintegroituv välillä [, 5] (j smll jokisell välin [, 5] suljetull osvälillä). Jos =, niin ehon (3.1) funktioksi sn G: [, 5] R, Jos ts = 2, niin G() = 3 t = 3 ( ) = 3. j jos = 5, niin G() = G() = 2 5 3 t = 3 ( 2) = 3 6, 3 t = 3 ( 5) = 3 15. Luse 3.1. Ehon (3.1) funktio G on jtkuv välillä I. Toistus. Olkoon I. Vlitn mielivltinen ε >. Olkoon eelleen [, b] jokin sellinen välin I suljettu osväli, että on välin [, b] sisäpiste (jos on välin I päätepiste, vlitn = ti b = ). Riemnn-integroituvn funktion f on rjoitettu välillä [, b]. Siis on olemss sellinen M >, että f(t) M t [, b]. 44

Jos nyt + h [, b], niin G( + h) G() = = = +h f(t) t f(t) t +h f(t) t + f(t) t f(t) t +h f(t) t +h f(t) t +h M t = M ( + h) = M h < ε in, kun h < δ = ε M. Siis jtkuvuuen määritelmän1 nojll funktio G on jtkuv pisteessä j siis myös välillä I. Esimerkki 3.2. Olkoon, kun 1 <, f() = 1, kun 1, j [ 1, ]. Porrsfunktion f on Riemnn-integroituv välillä [ 1, 1] (j jokisell sen suljetull osvälillä). Jos nyt <, niin f(t) t = t =, j jos, niin f(t) t = t + 1 t = + 1 ( ) =. 1 Jos =, trkstelln oikelt jtkuvuutt, j jos = b, trkstelln vsemmlt jtkuvuutt. 45

Siis ehon (3.1) funktioksi sn G: [ 1, 1] R, G() = f(t) t =, kun 1 <,, kun 1. Luse 3.2. Jos funktio f on jtkuv välillä I, niin ehon (3.1) funktio G on pitsi jtkuv myös erivoituv välillä I j G () = f() I. Toistus. Olkoon I. Olkoon eelleen [, b] jokin sellinen välin I suljettu osväli, että on välin [, b] sisäpiste (jos on välin I päätepiste, vlitn = ti b = ). Olkoon + h [, b] (h ). Kosk f on jtkuv välillä [, b], niin integrlilskennn välirvoluseen nojll on olemss sellinen ξ h ], + h[ (jos h > ) ti ξ h ] + h, [ (jos h < ), että G( + h) G() h = 1 h = 1 h ( +h f(t) t +h f(t) t ) f(t) t IVAL = 1 h f(ξ h) (( + h) ) = f(ξ h ). Lisäksi ξ h, kun h. Kosk f on jtkuv välillä [, b], niin tällöin lim h G( + h) G() h = lim h f(ξ h ) = lim f(ξ ξh h) = f(). Täten erivtn määritelmän 1 nojll funktio G on erivoituv pisteessä j siis myös välillä I j G () = f() I. 1 Jos =, trkstelln oikenpuoleist erivtt, j jos = b, trkstelln vsemmnpuoleist erivtt. 46

Huomutus 3.3. Luseess 3.2 (kuten yleisestikin) erivoituvuus suljetun välin I päätepisteissä (ti puolivoimen välin toisess päätepisteessä) trkoitt oikenpuolisen (välin lkupiste) ti vsemmnpuolisen (välin loppupiste) erivtn olemssolo. Huomutus 3.4. Luseen 3.2 tulos voin esittää myös seurvss muooss. Jos funktio f on jtkuv välillä I j I, niin Esimerkki 3.3. Kosk f(t) t = f() I. f(t) = t 1 + sin t on jtkuv kikill t R, niin luseen 3.2 nojll ( t 1 + sin t) t = 1 + sin R. Huomutus 3.5. Jos funktio f on jtkuv välillä I j I, niin f(t) t = Huomutus 3.6. Vikk funktio ( G() = f(t) t ) = f() I. f(t) t. riippuu pisteen vlinnst, niin erivtt G () ei riipu pisteen vlinnst. Toistus. Kosk 1 f(t) t = 2 f(t) t + f(t) t = vkio + f(t) t 1, 2 I, 1 2 2 niin 1 f(t) t = f(t) t 1, 2 I. 2 47

Huomutus 3.7. Olkoon h() = yh.funktio {}}{ G(r()) = r() f(t) t, missä r() on funktion f jtkuvuuslueeseen 1 kuuluv erivoituv funktio. Tällöin h () = r() f(t) t = r () G (r()) = r () f(r()). Eelleen vstvin oletuksin r 2 () r 1 () f(t) t = ( r 1 () f(t) t + r 2 () f(t) t ) = r 1() f(r()) + r 2() f(r 2 ()) = r 2() f(r 2 ()) r 1() f(r 1 ()). Esimerkki 3.4. Kosk 1 + t 2 on jtkuv kikill t R, niin huomutuksen 3.7 nojll 2 1 + t2 t = 2 1 + 4 R. Esimerkki 3.5. Vstvsti kuin esimerkissä 3.4 sn huomutuksen 3.7 nojll 3 2 sin t t = 3 sin 3 2 sin 2. Sm tulos stisiin tietysti myös hjoittmll integrli ensin osiin 3 2 sin t t = 2 sin t t + 3 sin t t = 3 sin t t 2 sin t t j erivoimll sitten näin sut integrlit. 1 Jos r on erivoituv pisteessä j G on erivoituv pisteessä r(), niin yhistetty funktio G r on erivoituv pisteessä. 48

Esimerkki 3.6. Määritetään Nyt lim 1 os t 2 t. lim os t 2 t =, joten käytetään l Hospitlin sääntöä. Kosk os t 2 t = os 2, niin lim 1 os t 2 t = H lim os 2 1 = 1. 49

3.2 Integrlifunktio Määritelmä 3.1. Olkoon funktio f määritelty välillä I. Jos on olemss sellinen funktio F, että F () = f() I, niin F on funktion f integrlifunktio (primitiivi, ntierivtt) välillä I. Esimerkki 3.7. Funktio F () = log on funktion f() = 1 välillä I = R +, sillä tällöin D(log ) = 1. integrlifunktio Huomutus 3.8. Jos on olemss sellinen F, että F () = f() kikill I, niin F on jtkuv välillä I. Huomutus 3.9. Luseen 3.2 (s. 46) nojll välillä I jtkuvll funktioll f on inkin yksi integrlifunktio välillä I, nimittäin funktio F () = f(t) t, I. Huomutus 3.1. Jos funktio ei ole jtkuv välillä I, niin funktioll ei välttämättä ole integrlifunktiot kyseisellä välillä, vikk funktio olisi Riemnn-integroituv välillä I (ks. esimerkki 3.2, s. 45). 1 Luse 3.11. Jos F on funktion f integrlifunktio välillä I, niin funktion f kikkien integrlifunktioien joukko välillä I on funktiojoukko {F + C C R}. Toistus. 1 : Jokinen muoto F + C olev funktio on funktion f integrlifunktio välillä I, sillä = {}}{ D(F + C) = D(F ) + D(C) = D(F ) = f. 2 : Olkoon G jokin funktion f integrlifunktio välillä I eli G () = f() I. Tällöin D(G() F ()) = f() f() = I, 1 Vihtoehtoisesti voitisiin kutsu sivun 44 ehon (3.1) funktiot G funktion f integrlifunktioksi. Tällöin integrlifunktio j primitiivi (ntierivtt) merkitsisivät eri si j kikill Riemnn-integroituvill funktioill olisi integrlifunktio. Jtkuvill funktioill tällisi eroj ei synny, joten käsitteitä ei tällä kurssill erotell. 5

joten integrlilskennn perusluseen nojll G F on vkio. Siis on olemss sellinen C R, että G() F () = C I. Täten G = F + C. Luse 3.12 (Integrlilskennn pääluse 1 ). Olkoon funktio f jtkuv välillä [, b] j F jokin sen integrlifunktio tällä välillä. Tällöin b f() = F (b) F (). Toistus. Kosk f on jtkuv välillä [, b], niin huomutuksen 3.9 nojll funktio G() = f(t) t on funktion f integrlifunktio välillä [, b]. Siis luseen 3.11 nojll jokinen funktion f integrlifunktio välillä [, b] voin esittää muooss Nyt joten F () = F () = f(t) t + C, C R. f(t) t + C = C, f(t) t = F () F () Sijoittmll tähän lusekkeeseen = b sn b f(t) t = F (b) F (). [, b]. 1 Luse tunnetn myös nimellä nlyysin perusluse ti trkemmin snotttun nlyysin perusluse, os II. Tällöin nlyysin perusluseen os I on luse 3.2 (s. 46). 51

Huomutus 3.13. Luseen 3.12 tulos pätee myös, kun b. Jos b =, niin yhtälön kumpikin puoli on noll, j jos b <, niin b f() = b f() = (F () F (b)) = F (b) F (). Huomutus 3.14. Funktion f jtkuvuuen sijst luseess 3.12 riittää olett (hrjoitustehtävä), että f on Riemnn-integroituv välillä [, b] j F on on sellinen välillä [, b] jtkuv j välillä ], b[ erivoituv funktio, että Huomutus 3.15. Usein merkitään F () = f() ], b[. F (b) F () = / b F (). Tällöin luseen 3.12 tulos voin esittää muooss Esimerkki 3.8. Kosk b f() = / b F (). D(e ) = e R, niin e on funktion e (jokin) integrlifunktio (millä thns välillä I R). Kosk e on jtkuv millä thns välillä I R, niin luseen 3.12 nojll b e = / b e = e b e = e b 1 b R. Esimerkki 3.9. Vstvsti D(log ) = 1 >, joten 1 = / 1 log = log log 1 = log ( > ). Esimerkki 3.1. Kosk niin D( 2 π 1 π os 2 ) = 2 π ( sin π 2 ) π 2 sin π 2 = / 1 2 π os π 2 52 = sin π 2 R, = ( 2 π 1) = 2 π.

Huomutus 3.16. Yhteyet kurssien Anlyysi 1 j 2 joienkin perusluseien välillä: A A 1 A 2 A 3 A 4 B1 B 2 B 3 C 1, missä A = R:n täyellisyysksioom, A 1 = Suljetull välillä jtkuvn funktion ominisuuet, 1 A 2 A 3 A 4 B 1 B 2 B 3 C 1 = Rollen luse, = Differentililskennn välirvoluse, = Integrlilskennn perusluse, = Jtkuvn funktion integroituvuus, = Integrlilskennn välirvoluse, = Jtkuvn funktion integrlifunktion erivoituvuus, = Integrlilskennn pääluse. 1 Suljetull välillä jtkuv funktio on kyseisellä välillä rjoitettu j svutt suurimmn sekä pienimmän rvons j jokisen niien välissä olevn rvon. Eelleen suljetull välillä jtkuv funktio on tällä välillä tsisesti jtkuv. 53