Harjoitus 7 -- Ratkaisut

Samankaltaiset tiedostot
Kevään 2011 pitkän matematiikan ylioppilastehtävien ratkaisut Mathematicalla Simo K. Kivelä /

MS-A0104 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (ELEC2) MS-A0106 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (ENG2)

Juuri 12 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Juuri 12 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 6 Maanantai

n. asteen polynomilla on enintään n nollakohtaa ja enintään n - 1 ääriarvokohtaa.

mlnonlinequ, Epälineaariset yhtälöt

5 Differentiaalilaskentaa

Harjoitus 4 -- Ratkaisut

Mitä symbolilaskentaohjelmalta voi odottaa ja mitä ei? Tapaus Mathematica

Numeeriset menetelmät Pekka Vienonen

Harjoitus 1 -- Ratkaisut

Teknillinen tiedekunta, matematiikan jaos Numeeriset menetelmät

Numeeriset menetelmät

Kun yhtälöä ei voi ratkaista tarkasti (esim yhtälölle x-sinx = 1 ei ole tarkkaa ratkaisua), voidaan sille etsiä likiarvo.

Matematiikan tukikurssi

Harjoitus 1 -- Ratkaisut

Harjoitus 5 -- Ratkaisut

Epälineaaristen yhtälöiden ratkaisumenetelmät

Matematiikan tukikurssi

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

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

Yhtälöryhmät 1/6 Sisältö ESITIEDOT: yhtälöt

Mapu 1. Laskuharjoitus 3, Tehtävä 1

sin x cos x cos x = sin x arvoilla x ] π

jakokulmassa x 4 x 8 x 3x

x j x k Tällöin L j (x k ) = 0, kun k j, ja L j (x j ) = 1. Alkuperäiselle interpolaatio-ongelmalle saadaan nyt ratkaisu

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 8: Newtonin iteraatio. Taso- ja avaruusintegraalit

Kertaus. x x x. K1. a) b) x 5 x 6 = x 5 6 = x 1 = 1 x, x 0. K2. a) a a a a, a > 0

Muista tutkia ihan aluksi määrittelyjoukot, kun törmäät seuraaviin funktioihin:

Muutoksen arviointi differentiaalin avulla

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

Funktioiden approksimointi ja interpolointi

Harjoituskokeiden ratkaisut Painoon mennyt versio.

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

Yhtälön ratkaiseminen

Todellinen vuosikorko. Efektiivinen/sisäinen korkokanta. Huomioitavaa

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 5: Taylor-polynomi ja sarja

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

Juuri 2 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

4 Yleinen potenssifunktio ja polynomifunktio

Yhden muuttujan funktion minimointi

Differentiaalilaskenta 1.

Tee kokeen yläreunaan pisteytysruudukko. Valitse kuusi tehtävää seuraavista kahdeksasta. Perustele vastauksesi!

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 7. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 7 () Numeeriset menetelmät / 43

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

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

Epälineaaristen yhtälöiden ratkaisumenetelmät

1 Kompleksiluvut. Kompleksiluvut 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 7

FUNKTION KUVAAJAN PIIRTÄMINEN

MATP153 Approbatur 1B Ohjaus 2 Keskiviikko torstai

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

MITEN RATKAISEN POLYNOMIYHTÄLÖITÄ?

FUNKTION KUVAAJAN PIIRTÄMINEN

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 2. viikolle /

Reaalilukuvälit, leikkaus ja unioni (1/2)

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

y=-3x+2 y=2x-3 y=3x+2 x = = 6

Harjoitus 3 -- Ratkaisut

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 6. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 6 () Numeeriset menetelmät / 33

MAA2.3 Koontitehtävät 2/2, ratkaisut

Ohjelmoinnin perusteet Y Python

Numeeriset menetelmät

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 3, ratkaisut Maanantai

Matematiikkaa kauppatieteilijöille

Kertaus. x x x. K1. a) b) x 5 x 6 = x 5 6 = x 1 = 1 x, x 0. K2. a) a a a a, a > 0

Matematiikan peruskurssi 2

8. Yhtälöiden ratkaisuja Newtonilla, animaatioita

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

2 Raja-arvo ja jatkuvuus

2 Yhtälöitä ja epäyhtälöitä

Matematiikan tukikurssi: kurssikerta 12

Differentiaaliyhtälöryhmä

f[x i ] = f i, f[x i,..., x j ] = f[x i+1,..., x j ] f[x i,..., x j 1 ] x j x i T n+1 (x) = 2xT n (x) T n 1 (x), T 0 (x) = 1, T 1 (x) = x.

Ratkaisuja, Tehtävät

ja λ 2 = 2x 1r 0 x 2 + 2x 1r 0 x 2

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

Kokelaan sukunimi ja kaikki etunimet selväsi kirjoitetuna. Kaava 1 b =2a 2 b =0,5a 3 b =1,5a 4 b = 1a. 4 5 b =4a 6 b = 5a

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

Differentiaaliyhtälöt I, kevät 2017 Harjoitus 3

Matriisit ovat matlabin perustietotyyppejä. Yksinkertaisimmillaan voimme esitellä ja tallentaa 1x1 vektorin seuraavasti: >> a = 9.81 a = 9.

Paraabeli suuntaisia suoria.

Matematiikan peruskurssi (MATY020) Harjoitus 7 to

Johdatus diskreettiin matematiikkaan Harjoitus 5, Ratkaise rekursioyhtälö

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

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2018 Insinöörivalinnan matematiikan koe, , Ratkaisut (Sarja A)

Matematiikan tukikurssi

Ohjelmoinnin perusteet Y Python

Matemaattisen analyysin tukikurssi

Kaikkia alla olevia kohtia ei käsitellä luennoilla kokonaan, koska osa on ennestään lukiosta tuttua.

MAA02. A-osa. 1. Ratkaise. a) x 2 + 6x = 0 b) (x + 4)(x 4) = 9 a) 3x 6x

13. Ratkaisu. Kirjoitetaan tehtävän DY hieman eri muodossa: = 1 + y x + ( y ) 2 (y )

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

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

TEHTÄVIEN RATKAISUT. Luku a) Merkintä f (5) tarkoittaa lukua, jonka funktio tuottaa, kun siihen syötetään luku 5.

Potenssi eli potenssiin korotus on laskutoimitus, jossa luku kerrotaan itsellään useita kertoja. Esimerkiksi 5 4 = Yleisesti.

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.

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

plot(f(x), x=-5..5, y= )

Transkriptio:

Harjoitus 7 -- Ratkaisut 1 Solve osaa ratkaista polynomiyhtälöitä, ainakin astelukuun 4 asti. Erikoistapauksissa korkeammankin asteen yhtälöt ratkeavat. Clear a, b, c, d, e, x ; Solve a x 3 b x 2 c 0, x Solve x 7 x 6 x x 4 x 3 x 2 x 1 0, x x b 3 a 21 3 b2 3 a 2 b 3 27 a 2 c 3 3 4 a 2 b 3 c 27 a 4 c 2 1 3 2 b 3 27 a 2 c 3 3 4 a 2 b 3 c 27 a 4 c 2 1 3 x b 3 a 3 2 1 3 a 1 3 b 2 3 2 2 3 a 2 b 3 27 a 2 c 3 3 4 a 2 b 3 c 27 a 4 c 2 1 3, 1 3 2 b 3 27 a 2 c 3 3 4 a 2 b 3 c 27 a 4 c 2 1 3 x b 3 a 6 2 1 3 a 1 3 b 2 3 2 2 3 a 2 b 3 27 a 2 c 3 3 4 a 2 b 3 c 27 a 4 c 2 1 3, 1 3 1 3 2 b 3 27 a 2 c 3 3 4 a 2 b 3 c 27 a 4 c 2 6 2 1 3 a x 1, x, x, x 1 1 4, x 1 1 4, x 1 3 4, x 1 3 4 Esim. trigonometristen funktioiden ja eksponenttifunktion kanssa Solve saattaa kohdata vaikeuksia, mutta voi pärjätäkin. Solve Exp x 2 2, x Solve::ifun : Inverse functions are being used by Solve, so some solutions may not be found; use Reduce for complete solution information. x Log 2, x Log 2 NSolve toimii kuten Solve, mutta antaa numeerisen approksimaation: q NSolve 10 x 3 x, x x 0.41783 0.6098, x 0.41783 0.6098, x 0.83661 Ratkaisu voidaan ottaa käyttöön sijoitusoperaattorilla /.

2 h07ratk.nb x0 x. q 1 q 1 antaa edellisen sääntölistan 1. alkion, x 0.417830 0.6098 0.41783 0.6098 Reduce muokkaa loogisia väittämiä yksinkertaisempaan muotoon, mikä joissain tapauksissa voi vaikuttaa yhtälön ratkaisemiselta. Reduce x 2 x x 0 x 1 Reduce x x 4, x 2 x a x 2 && a 6 Hankalan mallisia yhtälöitä voi ratkaista numeerisesti FindRoot-funktiolla. Se toimii kaikenlaisiin yhtälöihin, myös useammasta käskystä koostuvien funktioiden nollakohtien etsimiseen. Se vaatii alkuarvauksen (vrt. Newtonin menetelmä) tai kaksi (välinpuolitusmenetelmä). In[4]:= Plot x Tan x, x, 0, 4 Π 20 1 Out[4]= 10 2 4 6 8 10 12 10 In[]:= Out[]= FindRoot x Tan x, x, 4 x 4.49341 Seuraava funktio on täysin hatusta vedetty. In[31]:= f Ε : Module Γ,, Γ, x. Solve Ε x 2 Ε x 1 0, x ; If Abs 0, 2, Γ Γ 2 ; Im Γ N ;

h07ratk.nb 3 In[32]:= Plot f Ε, Ε, 10, 10 1. 1.0 Out[32]= 0. 10 10 0. In[33]:= Out[33]= FindRoot f Ε, Ε, 4, 2 Ε 2. 2 f x Cot x 2 x; Plot f x, x, 0, Π 1 10 0. 1.0 1. 2.0 2. 3.0 10 1 Etsitään 1. nollakohta. x0 0.6; alkuarvaus Tangentti pisteeseen x 0, f x 0 : y f' x0 x x0 f x0 ; Tangentin ja x-akselin leikkauspiste: (ensimmäisen asteen polynomilla (suoralla) on vain yksi nollakohta, joten Solve-funktio antaa varmasti vain yhden ratkaisun. Se antaa ratkaisun muodossa {{x->...}}. Flatten-funktion poistaa ylimääräisen aaltosulkeet. x1 x. Flatten Solve y 0, x 0.792761 Piirretään tangentti pisteeseen x 1, f x 1, lasketaan sen nollakohta x 2, jne... Etsitään nollakohta tarkkuuteen 10 10 asti.

4 h07ratk.nb 0.897138 0.91166 xi x1; While Abs f xi 10 10 jatketaan etsintään jos f xi poikkeaa nollasta yli 10 10, y f' xi x xi f xi ; tangentin yhtälöä ja sen nollakohdan ratkaisua ei tarvitsisi kirjoittaa, sillä nollakohdallekin on olemassa kaava xi x. Flatten Solve y 0, x ; Print xi Algoritmi vaati vain muutaman kierroksen. Newtonin menetelmä voidaan kirjoittaa omaksi funktiokseen, joka ottaa argumentikseen alkuarvauksen. Käytetään tässä tangentin nollakohdan kaavaa (ks. luennot) newton z : xi z; While Abs f xi 10 10, xi xi f xi ; xi f' xi newton 0.3 3 Lähtien liikkeelle jostain muuttujan arvosta z 0, lasketaan funktion arvoja pisteissä z i z 0 i h, kunnes löydetään pari, jolle f z i f z i 1 0, ts. funktio vaihtaa merkkiään välillä z i, z i 1. Sovelletaan sitten Newtonin menetelmää alkuarvona z i. 0.1 0.2 0.3 0.4 0. 0.6 0.7 0.8 z0 0.1; h 0.1; While f z0 h f z0 0, Print z0 ; z0 h newton z0 Huom. Newtonin menetelmä ei suppene epäjatkuvuuskohtaan. Funktio cot x 2 x vaihtaa merkkiään välillä 1.7, 1.8, mutta jos em. hakua sovelletaan tähän väliin, Newtonin menetelmä peruuttaa edelliseen nollakohtaan (ks. kuvaaja) z0 1.0;

h07ratk.nb While f z0 h f z0 0, z0 h newton z0 Kirjoitetaan koko hakuprosessi omaksi funktiokseen: newtonhaku z : Module z0, z0 z; While f z0 h f z0 0, z0 h ; newton z0 newtonhaku 1.9 1.904 4 Muodostetaan interpoloiva funktio tasaväliseen datapisteistöön. (huom. interpoloivalla funktiolla ei ole epäjatkuvuuskohtia) a 0.1; b 2.0; fx Table x, f x, x, a, b, 0.1 ; j Interpolation fx ; Plot j x, f x, x, a, b 1 10 1.0 1. 10 Muutetaan ratkaisufunktion rakennetta. Funktio voi ottaa argumentikseen toisen funktion. findroot g, w : Module xi, xi w; While Abs g xi 10 10, xi xi xi g xi g' xi ; findroot f, 0.9 Interpoloivalle funktiolle: findroot j, 0.8 0.911817 Jotta tätä funktiota voisi käyttää, on nimettävä tutkittava funktio.

6 h07ratk.nb findroot Cos, 1. 1.708 Välinpuolitusmenetelmä. Kaksi alkuarvausta a ja b, a b, joissa f saa erimerkkiset arvot: a 1.8; b 2.4; f a f b 8.32902 4.13371 Etsitään nollakohta tarkkuudella 10 10. Lasketaan funktion arvo välin keskipisteessä x 0. Jos f x 0 f a 0, niin f x 0 ja f a ovat erimerkkiset, ja f vaihtaa merkkiään välillä a, x 0. Tarkasteltavan välin siirto tapahtuu sijoittamalla välin keskipiste toiseksi päätepisteeksi. Yo. tapauksessa asetettaisiin b x 0. While Abs a b 10 10, xi a b 2; If f xi f a 0, b xi, a xi ; ; xi 1.904 Kirjoitetaan tämä omaksi funktiokseen: bisection f, z, w : Module a, b, xi, a z; b w; While Abs a b 10 10, xi a b 2; If f xi f a 0, b xi, a xi ; ; xi bisection f, 1.8, 2.4 1.904