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

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

12. Derivointioperaattoreista geometrisissa avaruuksissa

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

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

BM20A0300, Matematiikka KoTiB1

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

Vektoriarvoiset funktiot Vektoriarvoisen funktion jatkuvuus ja derivoituvuus

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 3: Vektorikentät

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

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

Matematiikka B1 - TUDI

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Esimerkkejä ym., osa I

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Esimerkkejä ym., osa I

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

Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 TFM Laskuharjoitus 2L

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

Derivaatta: funktion approksimaatio lineaarikuvauksella.

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

Matematiikan tukikurssi

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

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

Vektorianalyysi I MAT Luennoitsija: Ritva Hurri-Syrjänen Luentoajat: ti: 14:15-16:00, to: 12:15-14:00 Helsingin yliopisto 21.

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

Matematiikan perusteet taloustieteilij oille I

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

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

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

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

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

Vektorianalyysi II (MAT21020), syksy 2018

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

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

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

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

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI II

Matematiikka B1 - avoin yliopisto

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

BM20A5810 Differentiaalilaskenta ja sovellukset Harjoitus 5, Syksy 2016

2 Osittaisderivaattojen sovelluksia

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

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

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI II

Johdatus tekoälyn taustalla olevaan matematiikkaan

Differentiaalilaskenta 1.

2 Funktion derivaatta

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

1.7 Gradientti ja suunnatut derivaatat

Mapu 1. Laskuharjoitus 3, Tehtävä 1

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

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

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

Differentiaalilaskennan tehtäviä

Differentiaali- ja integraalilaskenta

3 x 1 < 2. 2 b) b) x 3 < x 2x. f (x) 0 c) f (x) x + 4 x Etsi käänteisfunktio (määrittely- ja arvojoukkoineen) kun.

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

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

BM20A0900, Matematiikka KoTiB3

BM20A5840 Usean muuttujan funktiot ja sarjat Harjoitus 1, Kevät 2018

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

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 9: Muuttujanvaihto taso- ja avaruusintegraaleissa

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 5 Maanantai

(d) f (x,y,z) = x2 y. (d)

Vanhoja koetehtäviä. Analyyttinen geometria 2016

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Tentti ja välikokeiden uusinta

(a) avoin, yhtenäinen, rajoitettu, alue.

Kompleksianalyysi viikko 3

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

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

Luento 8: Epälineaarinen optimointi

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 1: Parametrisoidut käyrät ja kaarenpituus

763101P FYSIIKAN MATEMATIIKKAA Seppo Alanko Oulun yliopisto Fysiikan laitos Syksy 2012

Ratkaisuja, Tehtävät

Matematiikan tukikurssi. Toinen välikoe

Differentiaali- ja integraalilaskenta 2

= + + = 4. Derivointi useammassa ulottuvuudessa

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

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 2. viikolle /

Ratkaisut vuosien tehtäviin

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

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

Tehtävä 1. Näytä, että tason avoimessa yksikköpallossa

F dr = F NdS. VEKTORIANALYYSI Luento Stokesin lause

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

Matematiikan tukikurssi

Muutoksen arviointi differentiaalin avulla

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 8: Divergenssi ja roottori. Gaussin divergenssilause.

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

Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (CHEM) MS-A0207 Hakula/Vuojamo Kurssitentti, 12.2, 2018, arvosteluperusteet

(b) = x cos x 1 ( cos x)dx. = x cos x + cos xdx. = sin x x cos x + C, C R.

Matematiikan tukikurssi

4. Derivointi useammassa ulottuvuudessa

Vastaa kaikkiin kysymyksiin (kokeessa ei saa käyttää laskinta)

6. Toisen ja korkeamman kertaluvun lineaariset

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

Anna jokaisen kohdan vastaus kolmen merkitsevän numeron tarkkuudella muodossa

Transkriptio:

2. Reaaliarvoiset funktiot 2.1. Jatkuvuus 23. Tutki funktion f (x,y) = xy x 2 + y 2 raja-arvoa, kun piste (x,y) lähestyy origoa pitkin seuraavia xy-tason käyriä: a) y = ax, b) y = ax 2, c) y 2 = ax. Onko funktiolla raja-arvoa origossa? a) a/(1 + a 2 ); b) 0; c) 0; ei ole raja-arvoa origossa. 24. Tutki, onko seuraavilla kahden reaalimuuttujan reaaliarvoisilla funktioilla raja-arvoa origossa: 25. a) x x + y, b) x 2 x + y, c) x 3 x 2 + y 2, d) y 2 x 4 + y 2. Tarkastellaan funktiota f (x,y) = x y, missä x 0, y 0, (x,y) (0,0). Osoita, että funktiolla ei ole raja-arvoa origossa. Mitä arvoja funktio saa jokaisessa origon ympäristössä? Piirrä funktion kuvaaja origon ympäristössä. 26. Olkoon geometrisessa avaruudessa E 3 määriteltynä reaaliarvoinen funktio f (r) = a r b r, b r 0, missä a ja b ovat lineaarisesti riippumattomia vakiovektoreita. Tutki, onko olemassa raja-arvoa Ei ole. 27. lim f (r). r o Funktio f : R 2 R määritellään asettamalla f (0,0) = a ja origon ulkopuolella funktiolla on lauseke a) x 2 y x 4 + y 2, b) xy(x3 + y) xy (1 + x x 4 + y 2, c) x 2 + y, d) 2 )(1 + y 2 ) 1 2 x 2 + y 2, e) ln(1 + x2 + y 2 ) x 2 + y 2. Voidaanko a valita siten, että f on jatkuva origossa? a) Ei voida; b) a = 0; c) a = 0; d) a = 2 1 ; e) a = 1. 28. Tutki, voidaanko funktiot a) ysin(x2 + y 2 ) x 2 + y 2, b) x 2 y 1 cos(x + y) x 4, c) + y2 x 2 + y 2, d) x 4 y 2 (x 4 + y 2 ) 2

määritellä origossa siten, että niistä tulee jatkuvia. Piirrä funktioiden kuvaajat origon ympäristössä. 29. Olkoon f : R 2 R, f (x,y) = { 1, kun x 2 < y < 2x 2, 0 muulloin. Osoita, että funktiolla on sama raja-arvo origossa lähestyttäessä mitä tahansa suoraa pitkin, mutta siitä huolimatta varsinainen raja-arvo ei ole olemassa. Missä pisteissä funktio ei ole jatkuva? 30. Funktio f : R n R olkoon jatkuva avoimessa joukossa G R n ; olkoon x 0 G ja f (x 0 ) > 0. Osoita, että on olemassa ympäristö U ε (x 0 ) siten, että f (x) > 0, kun x U ε (x 0 ). 31. Funktio f : R n R olkoon kaikkialla jatkuva; olkoot a ja b reaalilukuja, a < b. Osoita, että joukko S = {x R n a < f (x) < b} on avoin. Määritä S tapauksessa f : R 2 R, f (x,y) = e x+2y, a = 1, b = 2. 32. Funktio f : R n R olkoon kaikkialla jatkuva. Todista, että joukko S = {x R n f (x) = 0} on suljettu. Määritä S tapauksessa f : R 3 R, f (x,y,z) = x 2 + y 2 z 2. 33. Funktio f : R n R olkoon jatkuva ja 0 kompaktissa joukossa S R n. Päättele, että on olemassa reaaliluku a > 0 siten, että f (x) a kaikilla x S. Onko tulos voimassa, jos S ei ole kompakti? Esitä esimerkkejä. 34. Funktio f : R n R olkoon kaikkialla jatkuva ja sillä olkoon ominaisuudet lim f (x) = 0, x 1,x 2 R n siten, että f (x 1 ) f (x 2 ) < 0. x Päättele, että funktion arvojoukolla { f (x) x R n } on maksimi ja minimi. Päteekö tulos, jos luovutaan funktion jatkuvuudesta tai jommastakummasta lisäominaisuudesta? Esitä esimerkkejä. 35. Funktio f : R 2 R olkoon kaikkialla jatkuva ja sillä olkoon ominaisuus f (x,y) < 1 1 + x 2 x,y R. + y2

Osoita, että on olemassa reaaliluku a < 1 siten, että f (x,y) a kaikilla (x,y) R 2. 2.2. Osittaisderivaatat 36. Muodosta seuraavien funktioiden osittaisderivaatat kaikkien esiintyvien muuttujien suhteen: a) xy 3 + xsin(xy), b) lnsin(x 2y), c) arcsin y x, d) log y x, e) (xy) z, f) z xy, g) x yx, h) x yz. a) y 3 + sin(xy) + xycos(xy), 3xy 2 + x 2 cos(xy); b) cot(x 2y), 2cot(x 2y); c) y/( x x 2 y 2 ), (sgnx)/ x 2 y 2 ; d) 1/(xlny), log y x/(ylny); e) z(xy) z /x, z(xy) z /y, (xy) z ln(xy); f) yz xy lnz, xz xy lnz, xyz xy 1 ; g) x yx y x (lnxlny + 1/x), x yx xy x 1 lnx; h) y z x yz 1, x yz zy z 1 lnx, x yz y z lnxlny. 37. Laske kunkin funktion tapauksessa annettu osittaiderivaattalauseke ja saata se mahdollisimman yksinkertaiseen muotoon: a) 1/2; b) 3/(x + y + z); c) 0. 38. a) f (x,y) = ln( x + y), x f x + y f y, b) f (x,y,z) = ln(x 3 + y 3 + z 3 3xyz), f x + f y + f z, ( ) x x/z c) f (x,y,z) =, x f x + y f y + z f z. y Tutki, ovatko funktiot a) f (x,y) = x 2 + y 2, b) (x + y) x + y derivoituvia origossa? Entä jatkuvasti derivoituvia? a) Ei ole; 39. b) on kumpaakin. Missä suoran y = x pisteissä funktiolla f (x,y) = x 2 y 2 on osittaisderivaatat f x ja f y? 40. Määritä funktion f (x,y) = ysin(x2 + y 2 ) x 2 + y 2, kun (x,y) (0,0), f (0,0) = 0 osittaisderivaatat kaikkialla ja osoita, että ne ovat jatkuvia. 41. Olkoon f (x,y) = x 3 y 2 + x 4 siny + cos(xy). Laske osittaisderivaatat f xxy, f xyx, f yxx ja totea, että nämä ovat yhtä suuria.

Yhteinen lauseke 12xy + 12x 2 cosy 2ycos(xy) + xy 2 sin(xy). 42. Laske funktion f (x,y) = x y ensimmäisen ja toisen kertaluvun osittaisderivaatat, kun x > 0, y R. Ovatko toisen kertaluvun sekaderivaatat yhtä suuria? 43. Laske funktion f (x,y) = xy x2 y 2 x 2, kun (x,y) (0,0), f (0,0) = 0 + y2 ensimmäisen kertaluvun osittaisderivaatat origossa ja muualla. Laske toisen kertaluvun sekaderivaatat f xy (0,0) ja f yx (0,0); totea, että nämä ovat eri suuret. Piirrä funktion kuvaaja. 44. Osoita, että funktiot a) ln(x 2 + y 2 ), b) arctan y x, c) eax cos(ay) (a vakio) ovat Laplacen differentiaaliyhtälön ratkaisuja eli ns. harmonisisia funktioita. 45. 2 f x 2 + 2 f y 2 = 0 Osoita, että funktio f (x,t) = u(x + at) + v(x at), missä u ja v ovat kahdesti derivoituvia funktioita R R ja a vakio, toteuttaa osittaisdifferentiaaliyhtälön f tt = a 2 f xx. 46. Olkoot f ja g kahdesti jatkuvasti derivoituvia funktioita R R. Määritä vakiot a ja k siten, että funktio u(x,y) = x f (x + ay) + yg(x + ay) toteuttaa osittaisdifferentiaaliyhtälön 2 u x 2 + 2 u y 2 = k 2 u x y. 47. Osoita, että funktio u(x, y) = x f (x + y) + yg(x + y) toteuttaa osittaisdifferentiaaliyhtälön 2 u x 2 + 2 u y 2 = 2 2 u x y olivatpa f ja g mitä tahansa kahdesti jatkuvasti derivoituvia funktioita R R.

48. Olkoot u ja v derivoituvia funktioita R R. Osoita, että funktio f : R 2 R, f (x,y) = u(x) + v(y), toteuttaa differentiaaliyhtälön 2 f x y = 0. Osoita kääntäen, että jokaisella tämän differentiaaliyhtälön ratkaisulla on em. muoto. 2.3. Differentiaalikehitelmä 49. Laske funktion lisäys f, differentiaali d f ja korjaustermi, kun f (x,y) = x 2 y, x = 1, y = 3, x = 0.2 ja y = 0.1. 50. Muodosta seuraavien funktioiden (kokonais)differentiaalit: a) arctanyx, b) x yz, c) xylnz, d) lntan y x. 51. Arvioi differentiaalin avulla lausekkeen arvoa, kun x = 1 ± 0.001 ja y = 30 ± 0.02. z = e xsiny arctanx z eπ/4 ± e(36 + 9π + 3π 2 /72000 1.2949 ± 0.0019. 52. Osoita suoraan differentioituvuuden määritelmän perusteella, että funktio f (x, y) = x cos y on differentioituva koko tasossa R 2. 53. Olkoon f : R R jatkuvasti derivoituva funktio. Määritellään funktio g : R 2 R asettamalla { f (x) f (y) g(x,y) = x y, kun x y, f (x), kun x = y. Osoita, että g on differentioituva pisteessä (a,a), jos f (a) on olemassa. 54. Missä tason R 2 pisteissä funktio f (x,y) = max{ x, y } on differentioituva?

55. Määritä funktion f : R 2 R, f (x,y) = (x 2 + y 2 1 )sin, kun (x,y) (0,0), f (0,0) = 0 x 2 + y2 osittaisderivaatat origossa. Osoita, että funktio on differentioituva. Osoita, että osittaisderivaatat eivät ole jatkuvia origossa. f x (0,0) = f y (0,0) = 0; ratkaise funktion differentiaalikehitelmästä ε-funktio ja tutki sen raja-arvoa; 1 f x (x,y) = 2xsin x 2 + y x 2 x 2 + y cos 1 2 x 2 + y, 2 1 f y (x,y) = 2ysin x 2 + y y 2 x 2 + y cos 1 2 x 2 + y, 2 kun (x,y) (0,0). 56. Olkoon f (x,y) = xy, kun (x,y) (0,0), f (0,0) = 0. x 2 + y2 Määritä funktion osittaisderivaatat origossa ja osoita, että funktio ei ole differentioituva origossa. Piirrä funktion kuvaaja. f x (0,0) = f y (0,0) = 0. Ratkaise funktion differentiaalikehitelmästä ε-funktio ja tutki sen raja-arvoa. 57. Olkoon reaaliarvoinen funktio f määritelty avoimessa joukossa G R n ja differentioituva pisteessä x 0 G. Todista, että tällöin f toteuttaa Lipschitzin ehdon pisteessä x 0 : On olemassa vakio M > 0 ja ympäristö U ε (x 0 ) siten, että f (x) f (x 0 ) M x x 0 x U ε (x 0 ). 58. Laske funktion f : R 2 R, f (x,y) = x 4 + 2y 2 + 4xy differentiaali pisteessä ( 3,2). Mikä on tämän yhteys pinnan z = f (x, y) tangenttitasoon? 59. Laske seuraavien funktioiden suunnatut derivaatat annettuihin suuntiin annetuissa pisteissä: a) f (x,y) = e x+y, i + j, (0,0), b) f (x,y) = sin(πx)cos(πy 2 ), i 2j, (1,2), c) f (x,y,z) = xy 2 z 3, 6i 2j + 3k, ( 3,2,1), d) f (x,y,z) = xy 2 + yz 3, i + j 2k, (3, 1,4). a) 2; b) π/ 5; c) 60/7; d) 155/ 6.

60. 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? 61. Mihin suuntaan funktio f (x,y,z) = x 3 2xy 2 z+5yz 4 kasvaa nopeimmin pisteessä (2, 2,1)? Mikä on funktion derivaatta tähän suuntaan? Piirrä funktion kuvaaja, kun se rajoitetaan tämän suuntaiselle ko. pisteen kautta kulkevalle suoralle. 62. Olkoon f : R 3 R, f (x,y,z) = xy 2 + yz 3. Tutki, mihin suuntaan pisteestä (3, 1,4) on edettävä, jotta a) funktio kasvaisi mahdollisimman nopeasti, b) funktio ei kasvaisi lainkaan. Mikä on funktion derivaatta nopeimman kasvun suuntaan? a) i+58j 48k; b) kohtisuoraan eo. suuntaa vastaan. Derivaatta nopeimman kasvun suuntaan 5669 75.29. 63. Tutki, mihin suuntaan v funktio f (x,y,z) = xy 2 + yz 3 kasvaa nopeimmin pisteessä P = (3, 1,2). Muodosta yhden muuttujan funktio, joka kuvaa funktion f käyttäytymistä pisteen P kautta kulkevalla vektorin v suuntaisella suoralla; valitse argumentiksi etäisyys pisteestä P (positiivisena vektorin v suuntaan, negatiivisena vastakkaiseen suuntaan). 64. Etsi pisteet, joissa funktion f (x,y,z) = xy + cosx + y 2 z gradientti on yz-tason suuntainen. 65. Tutki gradienttia käyttäen, missä pisteissä käyrän x 3 + y 3 3xy = 0 tangentti on a) pystysuora, b) vaakasuora, c) kaltevuudeltaan 45. 66. Mihin suuntiin funktion f (x,y) = 2x y 2 suunnattu derivaatta origossa on = 0? 67. Mihin suuntiin funktion f : R 2 R, f (x,y) = x2 y x 4, kun (x,y) (0,0), f (0,0) = 0, + y2 origossa muodostettu suunnattu derivaatta on olemassa? Onko f differentioituva origossa?

68. Olkoon f : R n R differentioituva pisteessä x 0 R n ja grad f (x 0 ) O. Osoita, että on olemassa täsmälleen yksi yksikkövektori w R n siten, että suunnattu derivaatta suuntaan w pisteessä x 0 on = grad f (x 0 ). 69. Graafisen esityksen perusteella on käyrän y = f (x) ensimmäiselle ja toiselle derivaatalle saatu tarkastelukohdan ympäristössä arviot 2.995 < f (x) < 3.005, 1.99 < f (x) < 2.01. Määritä differentiaalia käyttäen likimääräiset virherajat käyrän kaarevuussäteelle kyseisessä kohdassa. R 5 10 ± 19 10/400 15.81 ± 0.15. 70. Helsingin ja Tokion maantieteelliset koordinaatit asteen tarkkuudella ovat seuraavat: Helsinki: 60 N, 25 E ; Tokio: 36 N, 140 E. Maapallon säde on 6370 km kymmenen kilometrin tarkkuudella. Arvioi kokonaisdifferentiaalia käyttäen, millä tarkkuudella kaupunkien lyhin etäisyys maapallon pintaa pitkin mitattuna voidaan näistä tiedoista laskea, kun oletetaan maa täysin pallonmuotoiseksi. 71. Pisteen B etäisyys pisteestä A määritettiin kolmannen pisteen C avulla. Mittaustulokset olivat BC = 265 ± 0.5 m, ACB = 45 ± 0.1, ABC = 105 ± 0.1. Laske pisteiden A ja B välinen etäisyys ja sille suhteellinen virheraja. 72. Pystysuoran lipputangon varjo vaakasuoralla kentällä havaitaan kahtena ajankohtana. Tänä aikana varjo on kiertynyt kulman 21 30, auringon korkeuskulma vähentynyt arvosta 35 30 arvoon 29 0 ja varjon pää piirtänyt kaaren, jonka jänteen pituus on 784 cm. Mikä on tangon korkeus ja millä tarkkuudella se em. arvoista saadaan, kun kulmamittausten tarkkuus on 15 ja pituusmittauksen 2 cm? 73. Miten tarkkoja lukujen e ja π likiarvoja on käytettävä, jotta luvun a) eπ, b) e π virhe olisi < 0.005? 74. Karttapaperi kutistuu x-akselin suunnassa 1 % ja y-akselin suunnassa 0.6 %. Arvioi kokonaisdifferentiaalia käyttäen, kuinka monta prosenttia on korjattava sellaista etäisyyttä, joka kutistuneella kartalla muodostaa 30 asteen kulman x-akselin kanssa? Montako astetta kulmaa on korjattava?

0.9 %, 0.1. 2.4. Väliarvolause 75. Olkoon f (x,y) = x 2 + 2y 2 xy. Etsi väliarvolausessa mainittu piste (ξ,η), jolle pätee f (x,y) f (0,0) = f x (ξ,η)x + f y (ξ,η)y. 76. Funktiot f : R n R ja g : R n R olkoot differentioituvia alueessa G R n. Osoita, että jos kaikilla x G pätee f xk (x) = g xk (x), k = 1,...,n, niin on olemassa vakio C siten, että f (x) = g(x) +C alueessa G. 2.5. Ketjusääntö 77. Laske ketjusääntöä käyttäen dw dt, kun a) w = xy + yz + zx, x = e t, y = 2t 2, z = e t, b) w = 2xy x 2 + y 2, x = 2t, y = t2, c) w = ln(x 2 + 3xy 2 + 4y 4 ), x = 2t 2, y = 3t. 78. Laske ketjusääntöä käyttäen w s ja w t, kun a) w = xln(x 2 + y 2 ), x = s +t, y = s t, b) w = e x+2y sin(2x y), x = s 2 + 2t 2, y = 2s 2 t 2. 79. Kappale kulkee pinnalla F(x, y, z) = 0 siten, että sen x- ja y-koordinaattien aikariippuvuus tunnetaan: x = x(t), y = y(t). Lausu kappaleen nopeusvektori funktioiden F, x ja y derivaattojen avulla. Sovella tulosta tapaukseen, missä pinta on yksikkösäteinen pallo ja x- ja y-koordinaatit kasvavat aikaan verrannollisesti: x(t) = y(t) = t. Liike alkaa hetkellä t = 0. Hahmottele nopeusvektorin itseisarvon kuvaaja. Nopeusvektori i + j (F x x + F y y )/F z k; sovelluksessa i + j 2t/ 1 2t 2 k.

80. Olkoon u(x,y) = sinx+ f (siny sinx), missä f : R R on differentioituva funktio. Osoita, että lauseke u y cosx+ u x cosy on riippumaton funktiosta f. Lauseke on cos x cos y. 81. Olkoot f ja g kaksi kahdesti derivoituvaa funktiota R R ja olkoon h(x, y) = f (xg(y)). Laske funktion h toisen kertaluvun osittaisderivaatat. 82. Osoita, että funktio z = arctan x y, missä x = u + v, y = u v, toteuttaa osittaisdifferentiaaliyhtälön 83. z u + z v = u v u 2 + v 2. Kahdesti jatkuvasti derivoituva funktio f (x,t) toteuttaa aaltoyhtälön 2 f t 2 = c2 2 f x 2. Merkitään u = x + ct, v = x ct, f (x, t) = F(u, v). Etsi osittaisdifferentiaaliyhtälö funktiolle F. 84. Olkoon u(x,y) kahdesti jatkuvasti derivoituva reaaliarvoinen funktio, joka tasossa R 2 toteuttaa osittaisdifferentiaaliyhtälön 2 u x 2 = 2 u y 2. Merkitään x = s +t, y = s t ja u(x,y) = u(s +t,s t) = U(s,t). Muunna osittaisdifferentiaaliyhtälö funktiota U koskevaksi ja ratkaise se. Millainen ratkaisu tästä saadaan alkuperäisen yhtälön tuntemattomalle funktiolle u? 85. Olkoon f koko xy-tasossa määritelty funktio ja olkoon tämän esitys napakoordinaattien avulla f (x, y) = f (r cos ϕ, r sin ϕ) = F(r, ϕ). a) Lausu funktion f osittaisderivaatat funktion F osittaisderivaattojen ja muuttujien r, ϕ avulla. b) Lausu funktion F osittaisderivaatat funktion f osittaisderivaattojen ja muuttujien x, y avulla. 86. Lausutaan funktio f (x,y) napakoordinaattien avulla: f (x,y) = f (r cosϕ,r sinϕ) = F(r,ϕ).

Esitä lauseke ( ) f 2 ( ) f 2 + x y napakoordinaattien ja funktion F osittaisderivaattojen avulla. ( F r )2 + 1 r 2 ( F ϕ )2. 87. Suure S voidaan esittää sekä suorakulmaisten että napakoordinaattien avulla: S = f (x, y) = F(r, ϕ). Se toteuttaa suorakulmaisten koordinaattien suhteen osittaisdifferentiaaliyhtälön ( ) S 2 ( ) S 2 + = 1. x y Millaisen napakoordinaattien suhteen muodostetun osittaisdifferentiaaliyhtälön se toteuttaa? ( S r )2 + 1 r 2 ( S ϕ )2 = 1. 88. Funktio u(x,y) on tason R 2 pisteissä määritelty skalaarikenttä; napakoordinaattien avulla lausuttuna tämä on U(r,ϕ). Lausu napakoordinaateissa a) x u x y u y, b) x u x + y u y, c) 2 u x 2 + 2 u y 2. 89. Muunna osittaisdifferentiaaliyhtälö x u x + y u y = x2 + y 2 napakoordinaatteihin. Merkitse tällöin u(x, y) = U(r, ϕ). Millaisia ratkaisuja yhtälöllä on? Oletetaan lisäksi, että ratkaisufunktio saa xy-tason yksikköympyrällä arvot u(x,y) = x. Onko u tällöin jatkuva origossa? u(x,y) = 2 1(x2 + y 2 ) + x/ x 2 + y 2 1 2 ; ei ole jatkuva origossa. 90. Funktio f (x, y) toteuttaa alueessa {(x, y) x > 0, y > 0} osittaisdifferentiaaliyhtälön x f x = y f y. Lisäksi pätee f (x,x) = x, kun x > 0. Muunna yhtälö sijoituksella u = xy, v = y/x funktiota F(u,v) = f (x,y) koskevaksi ja ratkaise f (x,y). Onko funktiolla f raja-arvoa origossa? F v = 0, f (x,y) = xy, lim (x,y) (0,0) f (x,y) = 0. 91. Olkoon skalaarikenttä u muotoa u(x,y,z) = f (r), missä r = x 2 + y 2 + z 2 ja f on derivoituva. Kenttä toteuttakoon osittaisdifferentiaaliyhtälön x u x + y u y + z u z = u.

Muunna tämä funktiota f koskevaksi differentiaaliyhtälöksi, jossa muuttujana on r. Ratkaise yhtälö. Minkälainen lauseke saadaan kentälle u? 92. Olkoon f geometrisessa avaruudessa E 3 määritelty funktio: f (r) = f (x,y,z) = g(r), missä g : R R on derivoituva yhden muuttujan funktio ja paikkavektorin r = xi + yj + zk pituus on r = x 2 + y 2 + z 2. Funktio f riippuu siis vain origosta mitatusta etäisyydestä. Osoita: grad f = g (r) r r. 93. Funktio f (x, y) toteuttaa osittaisdifferentiaaliyhtälön 2 f x 2 4x 2 f x y + 4x2 2 f y 2 2 f y = 0. Olkoot u = x 2 + y ja v = x uudet muuttujat; siis x = v, y = u v 2. Merkitään f (x,y) = f (v,u v 2 ) = F(u,v). Millaisen osittaisdifferentiaaliyhtälön toteuttaa funktio F?