a) on lokaali käänteisfunktio, b) ei ole. Piirrä näiden pisteiden ympäristöön asetetun neliöruudukon kuva. VASTAUS:

Samankaltaiset tiedostot
4 (x 1)(y 3) (y 3) (x 1)(y 3)3 5 3

Vektorianalyysi II (MAT21020), syksy 2018

Tutki, onko seuraavilla kahden reaalimuuttujan reaaliarvoisilla funktioilla raja-arvoa origossa: x 2 + y 2, d) y 2. x + y, c) x 3

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

Matematiikan perusteet taloustieteilij oille I

Matematiikka B1 - TUDI

Kuva 1: Funktion f tasa-arvokäyriä. Ratkaisu. Suurin kasvunopeus on gradientin suuntaan. 6x 0,2

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

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

Oletetaan ensin, että tangenttitaso on olemassa. Nyt pinnalla S on koordinaattiesitys ψ, jolle pätee että kaikilla x V U

Antti Rasila. Kevät Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto. Antti Rasila (Aalto-yliopisto) MS-A0204 Kevät / 16

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 6: Ääriarvojen luokittelu. Lagrangen kertojat.

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

Vanhoja koetehtäviä. Analyyttinen geometria 2016

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

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 3: Osittaisderivaatta

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

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

, on säännöllinen 2-ulotteinen pinta. Määrää T x0 pisteessä x 0 = (0, 1, 1).

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

Matematiikka B1 - avoin yliopisto

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 5: Gradientti ja suunnattu derivaatta. Vektoriarvoiset funktiot. Taylor-approksimaatio.

BM20A0300, Matematiikka KoTiB1

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

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.

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

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

3.4 Käänteiskuvauslause ja implisiittifunktiolause

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

Matematiikan peruskurssi (MATY020) Harjoitus 10 to

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

Vektoriarvoiset funktiot Vektoriarvoisen funktion jatkuvuus ja derivoituvuus

1.7 Gradientti ja suunnatut derivaatat

Differentiaalilaskenta 1.

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

Tilavuus puolestaan voidaan esittää funktiona V : (0, ) (0, ) R,

Anna jokaisen kohdan vastaus kolmen merkitsevän numeron tarkkuudella muodossa

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 5 Maanantai

Vastaa kaikkiin kysymyksiin (kokeessa ei saa käyttää laskinta)

2 Funktion derivaatta

Toisen asteen käyrien ja pintojen geometriaa Ympyrän ja pallon ominaisuuksia

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)

Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Laskuharjoitus 4 / vko 40

BM20A5840 Usean muuttujan funktiot ja sarjat Harjoitus 1, Kevät 2018

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

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

Osoita, että kaikki paraabelit ovat yhdenmuotoisia etsimällä skaalauskuvaus, joka vie paraabelin y = ax 2 paraabelille y = bx 2. VASTAUS: , b = 2 2

2 Osittaisderivaattojen sovelluksia

Kertausosa. 5. Merkitään sädettä kirjaimella r. Kaaren pituus on tällöin r a) sin = 0, , c) tan = 0,

VASTAA YHTEENSÄ KUUTEEN TEHTÄVÄÄN

x = sinu z = sin2u sinv

Todista suoraan integraalin määritelmään perustuen tasointegraalin ominaisuus. λ f = λ f,

Laudatur 4 MAA4 ratkaisut kertausharjoituksiin

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 6: Ääriarvojen luokittelu. Lagrangen kertojat.

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

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

2 Pistejoukko koordinaatistossa

12. Hessen matriisi. Ääriarvoteoriaa

Matematiikan tukikurssi

MATEMATIIKAN KOE PITKÄ OPPIMÄÄRÄ Merkitään f(x) =x 3 x. Laske a) f( 2), b) f (3) ja c) YLIOPPILASTUTKINTO- LAUTAKUNTA

yleisessä muodossa x y ax by c 0. 6p

Matematiikan tukikurssi

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

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

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

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

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

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

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

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 2: Usean muuttujan funktiot

LUKU 4. Pinnat. (u 1, u 2 ) ja E ϕ 2 (u 1, u 2 ) := ϕ u 2

Sovellutuksia Pinta-alan ja tilavuuden laskeminen Keskiö ja hitausmomentti

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

Selvästi. F (a) F (y) < r x d aina, kun a y < δ. Kolmioepäyhtälön nojalla x F (y) x F (a) + F (a) F (y) < d + r x d = r x

Luento 8: Epälineaarinen optimointi

f(x 1, x 2 ) = x x 1 k 1 k 2 k 1, k 2 x 2 1, 0 1 f(1, 1)h 1 = h = h 2 1, 1 12 f(1, 1)h 1 h 2

r > y x z x = z y + y x z y + y x = r y x + y x = r

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

Derivaatta: funktion approksimaatio lineaarikuvauksella.

A-osa. Ratkaise kaikki tämän osan tehtävät. Tehtävät arvostellaan pistein 0-6. Taulukkokirjaa saa käyttää apuna, laskinta ei.

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 7: Pienimmän neliösumman menetelmä ja Newtonin menetelmä.

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

Ratkaisut vuosien tehtäviin

Laskuharjoitus 2A ( ) Aihepiiri: Raja-arvot etc. Adams & Essex, 8th Edition, Chapter 12. z = f(x, 0) = x2 a z = f(0, y) = 02 a 2 + y2

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

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (CHEM) Luento 2: Usean muuttujan funktiot

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

1 Kompleksitason geometriaa ja topologiaa

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

MATEMATIIKAN KOE PITKÄ OPPIMÄÄRÄ

Matematiikan tukikurssi

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

MAA15 Vektorilaskennan jatkokurssi, tehtävämoniste

Suorien ja tasojen geometriaa Suorien ja tasojen yhtälöt

ja B = 2 1 a) A + B, b) AB, c) BA, d) A 2, e) A T, f) A T B, g) 3A (e) A =

w + x + y + z =4, wx + wy + wz + xy + xz + yz =2, wxy + wxz + wyz + xyz = 4, wxyz = 1.

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

= 9 = 3 2 = 2( ) = = 2

Johdatus tekoälyn taustalla olevaan matematiikkaan

Transkriptio:

6. Käänteiskuvaukset ja implisiittifunktiot 6.1. Käänteisfunktion olemassaolo 165. Määritä jokin piste, jonka ympäristössä funktiolla f : R 2 R 2, f (x,y) = (ysinx, x + y + 1) a) on lokaali käänteisfunktio, b) ei ole. Piirrä näiden pisteiden ympäristöön asetetun neliöruudukon kuva. 166. Tutki, minkä pisteiden ympäristössä kuvauksella f : R 2 R 2, f (x,y) = (x 3 + xy, x 2 /10 + y), on lokaali käänteiskuvaus. Tarkastele aluetta {(x,y) 1.5 x 1.5, 1 y 1} ja muodosta siihen piirretyn neliöruudukon kuva. Laske funktion f Jacobi n determinantti. Missä pisteissä tämä on = 0? Miten nämä pisteet kuvautuvat? 167. Funktio f : R 2 R 2 määritellään asettamalla f (x,y) = ((x +y) 3 +ax +ay, x y). Tutki lokaalin käänteisfunktion olemassaoloa tapauksissa a) a = 3, b) a = 3. Selosta, miten funktio kuvaa xy-tason. Piirrä kuvia. a) Globaali ja siis myös lokaali käänteisfunktio on olemassa; jos x + y ±1. 168. Laske funktion f : R 2 R 2, f (x,y) = (x 3 + y 3, x 3 y 3 ) b) lokaali käänteisfunktio on olemassa, funktionaalideterminantti. Onko funktiolla globaalia käänteisfunktiota? Ratkaise (x,y) yhtälöstä (u,v) = f (x,y). det(j f (x,y)) = 18x 2 y 2 ; globaali käänteisfunktio on olemassa: g(u,v) = ( 3 1 2 (u + v), 3 1 2 (u v)). 169. Funktio f : R 2 R 2, f (x 1,x 2 ) = (y 1,y 2 ), olkoon määritelty yhtälöillä { y1 = (x 1 + x 2 ) 3, y 2 = (x 1 x 2 ) 3. Laske funktion f Jacobi n matriisi (funktionaalimatriisi) pisteessä (x 1,x 2 ). Osoita, että funktiolla f on käänteisfunktio g ja määritä sen lauseke. Onko funktio g kaikkialla differentioituva? Määritä funktion g Jacobi n matriisi pisteessä (1,8). 170. Olkoon f : R 2 R 2, f (x,y) = (e x cosy, e x siny).

Määritä suorakulmion S = {(x,y) r 1 x r 2, 0 y 2π} kuva f (S) ja tutki, onko kuvaus f : S f (S) injektio. Määritä suurin injektiivisesti kuvautuva origon ympyräympäristö. 171. Kuvaus f : R 2 R 2, f (x,y) = (u,v) = (e x cosy, e x siny), kuvaa pisteen P = (1,π/6) erään ympäristön pisteen Q = (e 3/2,e/2) eräälle ympäristölle bijektiivisesti, jolloin on olemassa lokaali käänteiskuvaus x = g 1 (u,v), y = g 2 (u,v). Laske funktion h(u,v) = g 1 (u,v)g 2 (u,v) osittaisderivaatat h h ja pisteessä Q. u v h u = (π 3 6)/(12e), h v = (π + 6 3)/(12e). 6.2. Implisiittifunktioista 172. Osoita, että yhtälö x 6 + 2y 4 3x 2 y = 0 eräässä pisteen (1,1) ympäristössä määrittelee funktion y = f (x). Määritä funktion kuvaajan tangentin yhtälö kyseisessä pisteessä. 173. Määritä Cartesiuksen lehden x 3 + y 3 = 3xy kaarevuussäde niissä pisteissä, missä käyrä leikkaa suoran y = x. 174. Yhtälö F(cx az,cy bz) = 0, missä F on differentioituva funktio sekä a, b ja c vakioita, määritelköön differentioituvan funktion z = f (x,y). Laske a f x + b f y. 175. Osoita, että yhtälö sin(yz)+y 2 e z = x määrittelee eräässä pisteen (π 2,π,0) ympäristössä funktion z = f (x,y). Arvioi differentiaalia käyttäen tämän funktion arvo pisteessä (π 2 + 0.01, π 0.03). 176. Funktiot F : R 3 R ja G : R 2 R olkoot jatkuvasti derivoituvia. Oletetaan, että yhtälöllä F(x,y,G(y,z)) = 0 on ratkaisu z = f (x,y). Lausu f x ja f y funktioiden F ja G osittaisderivaattojen avulla. 177. Oletetaan, että yhtälö x = f (y,z) määrittelee funktion z = g(x,y) ainakin jossakin tarkastelupisteen (x,y,z) ympäristössä. Lausu derivaatat g x, g y ja g xy funktion f derivaattojen avulla. Oletetaan, että funktio f on riittävän monta kertaa differentioituva.

178. Osoita, että yhtälö x = z + ysinz eräässä origon ympäristössä määrittelee funktion z = g(x,y). Laske g xy (0,0). 179. Osoita, että yhtälö ye x + sin(x y + z) = 0 määrittelee eräässä origon ympäristössä pinnan. Määritä pinnan tangenttitaso origossa. 180. Osoita, että yhtälöt (a, b, c > 0) määrittävät käyrän pisteen ( 2 a, b 2, ja z-akselin välisen kulman kosini. 181. x 2 a 2 + y2 b 2 + z2 c 2 = 1 ja (x a 2 )2 ( a 2 )2 + y2 ( b 2 )2 = 1 c 2 ) ympäristössä. Laske tähän pisteeseen asetetun käyrän tangentin Laske funktion f (x,y,z) = xy + cosx + y 2 z ensimmäisen kertaluvun osittaisderivaatat ja gradientti pisteessä (π/2, 1, π/2). Mitä gradientti ilmaisee funktiosta f? Entä pinnasta f (x, y, z) = 0? Mitä osittaisderivaattojen avulla voidaan päätellä siitä, määritteleekö yhtälö f (x, y, z) = 0 jossakin em. pisteen ympäristössä funktiot x = x(y,z), y = y(z,x), z = z(x,y)? 182. Osoita implisiittifunktiolauseen avulla, että yhtälöt 2x 2 + 3y 2 + z 2 47 = 0 ja x 2 + 2y 2 z = 0 määrittävät pisteen ( 2,1,6) ympäristössä derivoituvat funktiot y = f (x) ja z = g(x). Laske näiden derivaatat pisteessä x = 2. 183. Tutki, voidaanko yhtälöistä x + y z = 1 ja x 2 + y 2 2z = 0 ratkaista funktiot y = f (x) ja z = g(x) sopivassa pisteen (1, 1, 1) ympäristössä. Mikä on probleeman geometrinen sisältö? Ei voida; elliptinen paraboloidi ja sen tangenttitaso. 184. Tutki sopivaa Jacobi n determinanttia käyttäen, voidaanko yhtälöistä x + y + z = 1 ja x 2 + y 2 + z 2 = 1 ratkaista funktiot y = f (x) ja z = g(x) sopivassa pisteen ( 1 2, 1 4 (1+ 5), 1 4 (1 5)) ympäristössä. Mikä on probleeman geometrinen sisältö?

185. Osoita, että yhtälöt y 5 + xy + z 2 = 4 ja e xz = y 2 määrittävät jossakin pisteen (3,1,0) ympäristössä funktiot x = f (z) ja y = g(z). Laske f (0) ja g (0). f (0) = 12, g (0) = 3 2. 186. Olkoon f differentioituva funktio R 2 R ja olkoon (a,b,c) piste, joka toteuttaa yhtälöt { f ( f (x,y),z) = 0, f (x, f (y,z)) = 0. Millä funktion f osittaisderivaattoja koskevalla ehdolla yhtälöt implisiittifunktiolauseen mukaan määrittävät pisteen (a,b,c) ympäristössä funktiot x = u(z) ja y = v(z)? Merkitse osittaisderivaattoja f 1 ja f 2 sekä merkitse myös niiden argumentit näkyviin. 187. Piste (x 1,...,x n,y 1,...,y p ) toteuttakoon yhtälöryhmän f 1 (x 1,...,x n,y 1,...,y p ) = 0,. f p (x 1,...,x n,y 1,...,y p ) = 0. Selosta, millä ehdolla ko. pisteen ympäristössä yhtälöistä voidaan periaatteessa ratkaista riippuvuus y 1 = g 1 (x 1,...,x n ),. y p = g p (x 1,...,x n ). Sovella teoriaa yhtälöihin x 2 + y 2 1 2y 2 = 0, x + y 1 y 2 1 = 0 pisteen (1,1,1) ympäristössä. 188. Oletetaan, että yhtälö F(x,y,z) = 0 määrittää tarkastelupisteen (x 0,y 0,z 0 ) eräässä ympäristössä funktiot x = x(y,z), y = y(z,x) ja z = z(x,y). Todista termodynamiikassa tarvittava yhtälö x y z y z x = 1. 189. Totea edellisen tehtävän yhtälön x y z y z x = 1

voimassaolo tapauksessa F(x,y,z) = x 3 y 2 z 1, ts. muodosta funktiot x, y, z, laske näistä tarvittavat osittaisderivaatat ja niiden tulo. 6.3. Sidotut ääriarvot 190. Etsi pisteen (a,0) lyhin etäisyys paraabelista y 2 = 4x käyttämällä Lagrangen kertoimia. 191. Etsi origon lyhin etäisyys hyperbelistä x 2 + 8xy + 7y 2 = 45 käyttäen Lagrangen kertoimia. 5. 192. Määritä origon suurin ja pienin etäisyys käyrästä 193. Määritä se ellipsin x 4 a 4 + y4 b 4 = 1. x 2 a 2 + y2 b 2 = 1 ensimmäisessä neljänneksessä oleva piste, johon asetettu tangentti muodostaa koordinaattiakseleiden kanssa mahdollisimman pienialaisen kolmion. 194. Olkoot α, β ja γ kolmion kulmat. Etsi suurin arvo lausekkeelle sin α 2 sin β 2 sin γ 2. 195. Puolisuunnikkaan sivut b ja d ovat yhdensuuntaiset, sivut a ja c yhtä pitkät; puolisuunnikkaan ala on annettu. Määritä suhde a : b : c : d siten, että summa a + b + c on mahdollisimman pieni. 196. Pisteen P = (a, b, c) kaikki koordinaatit ovat positiivisia. Määritä pisteen kautta kulkevan tason ja kaikkien koordinaattitasojen rajoittaman tetraedrin pienin mahdollinen tilavuus.

197. Suuntaissärmiön särmien pituuksien summa olkoon 12a. Määritä särmiön suurin mahdollinen tilavuus. 198. Halutaan rakentaa suorakulmaisen särmiön muotoinen laatikko, jonka tilavuus a 3 on annettu. Laatikon pohja ja sivuseinät ovat puuta ja kansi lasia. Kuinka särmien pituudet on valittava, jotta hinta olisi mahdollisimman alhainen, kun lasi on kaksi kertaa niin kallista kuin puu? 199. Määritä funktion f (x,y,z) = x 3 + y 3 + z 3 suurin ja pienin arvo tason x + y + z = 3 ja pallon x 2 + y 2 + z 2 = 27 leikkausympyrällä. Maksimi 123, minimi 27. 200. Määritä Lagrangen kertojaa käyttäen funktion f (x 1,...,x n ) = (x 1...x n ) 2 suurin arvo yksikköpallolla x 2 1 +...x2 n = 1. Päättele tuloksesta aritmeettisen ja geometrisen keskiarvon välinen epäyhtälö n a 1...a n 1 n (a 1 + + a n ), missä a k 0. 1/n n. Merkitse x 2 k = a k/(a 1 + + a n ). 201. Etsi lausekkeen n k=1 xp k ääriarvot, kun side-ehtona on n k=1 x k = a. 202. Määritä funktion f (x,y) = x 2 + y 2 suurin ja pienin arvo käyrällä x 3 + y 3 = 3xy. 203. Määritä funktion f (x,y,z) = x 2 + y 2 + z 2 suurin ja pienin arvo pallon x 2 + y 2 + z 2 + 4x + 4y = 10 ja lieriön x 2 + y 2 + 2x + 2y = 6 leikkauskäyrällä. 204. Määritä funktion f (x,y,z) = x 3 + y 3 + z 3 suurin ja pienin arvo pallon x 2 + y 2 + z 2 + 4x + 4y = 10 ja lieriön x 2 + y 2 + 2x + 2y = 6 leikkauskäyrällä.