Matemaattisen analyysin tukikurssi

Samankaltaiset tiedostot
Ratkaisuehdotus 2. kurssikokeeseen

Ratkaisuehdotus 2. kurssikoe

5 Differentiaalilaskentaa

Matemaattisen analyysin tukikurssi

Reaalilukuvälit, leikkaus ja unioni (1/2)

JATKUVUUS. Funktio on jatkuva jos sen kuvaaja voidaan piirtää nostamatta kynää paperista.

Matematiikan tukikurssi

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

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 3

Matematiikan tukikurssi

DIFFERENTIAALI- JA INTEGRAALILASKENTA I.1. Ritva Hurri-Syrjänen/Syksy 1999/Luennot 6. FUNKTION JATKUVUUS

Vastausehdotukset analyysin sivuainekurssin syksyn välikokeeseen

Injektio (1/3) Funktio f on injektio, joss. f (x 1 ) = f (x 2 ) x 1 = x 2 x 1, x 2 D(f )

Matematiikan tukikurssi

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIa, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.

MATP153 Approbatur 1B Ohjaus 2 Keskiviikko torstai

Sinin jatkuvuus. Lemma. Seuraus. Seuraus. Kaikilla x, y R, sin x sin y x y. Sini on jatkuva funktio.

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

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

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

Raja arvokäsitteen laajennuksia

Matemaattisen analyysin tukikurssi

5 Funktion jatkuvuus ANALYYSI A, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Määritelmä ja perustuloksia

Matematiikan tukikurssi

Y ja

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

Toispuoleiset raja-arvot

Funktion raja-arvo. lukumäärien tutkiminen. tutkiminen

saadaan kvanttorien järjestystä vaihtamalla ehto Tarkoittaako tämä ehto mitään järkevää ja jos, niin mitä?

1. Olkoon f :, Ratkaisu. Funktion f kuvaaja välillä [ 1, 3]. (b) Olkoonε>0. Valitaanδ=ε. Kun x 1 <δ, niin. = x+3 2 = x+1, 1< x<1+δ

2 Raja-arvo ja jatkuvuus

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2016 Harjoitus 11, ratkaisuista

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 2. viikolle /

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 4

Matematiikan peruskurssi 2

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 2

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 5 Maanantai

3.4 Rationaalifunktion kulku ja asymptootit

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 4 Maanantai

Topologia I Harjoitus 6, kevät 2010 Ratkaisuehdotus

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

5 Funktion jatkuvuus ANALYYSI A, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Määritelmä ja perustuloksia. 1. Tarkastellaan väitettä

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

Matemaattisen analyysin tukikurssi

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

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 3, ratkaisut Maanantai

1.4 Funktion jatkuvuus

Epäyhtälöt 1/7 Sisältö ESITIEDOT: yhtälöt

Luku 4. Derivoituvien funktioiden ominaisuuksia.

Rationaalilauseke ja -funktio

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 6 Maanantai

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

Matemaatiikan tukikurssi

Analyysi I (mat & til) Demonstraatio IX

Diskreetti derivaatta

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 1

Matemaattisen analyysin tukikurssi

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

Matematiikan tukikurssi

Tehtävänanto oli ratkaista seuraavat määrätyt integraalit: b) 0 e x + 1

2 Funktion derivaatta

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

0 kun x < 0, 1/3 kun 0 x < 1/4, 7/11 kun 1/4 x < 6/7, 1 kun x 1, 1 kun x 6/7,

Matematiikan tukikurssi

Esitetään tehtävälle kaksi hieman erilaista ratkaisua. Ratkaisutapa 1. Lähdetään sieventämään epäyhtälön vasenta puolta:

Seurauksia. Seuraus. Seuraus. Jos asteen n polynomilla P on n erisuurta nollakohtaa x 1, x 2,..., x n, niin P on muotoa

Matematiikan tukikurssi

f(x) f(y) x y f f(x) f(y) (x) = lim

Algebra I, harjoitus 5,

Matematiikan tukikurssi

2 Funktion derivaatta

2 Yhtälöitä ja epäyhtälöitä

Matematiikan tukikurssi

Analyysi 1. Harjoituksia lukuihin 1 3 / Syksy Osoita täsmällisesti perustellen, että joukko A = x 4 ei ole ylhäältä rajoitettu.

Tehtäväsarja I Tehtävät 1-5 perustuvat monisteen kappaleisiin ja tehtävä 6 kappaleeseen 2.8.

1 Supremum ja infimum

e int) dt = 1 ( 2π 1 ) (0 ein0 ein2π

Funktion. Käänteisfunktio. Testi 3. Kauhava Aiheet. Funktio ja funktion kuvaaja. Funktion kasvaminen ja väheneminen.

1 Peruslaskuvalmiudet

Linkkejä kurssi2 / Etälukio (edu.) kurssi8 / Etälukio (edu.) (Suurinta osaa tämän linkin takana olevasta materiaalista pohdimme vasta huomenna!

Ratkaisu: Ensimmäinen suunta. Olkoon f : R n R m jatkuva eli kaikilla ε > 0 on olemassa sellainen δ > 0, että. kun x a < δ. Nyt kaikilla j = 1,...

VASTAA YHTEENSÄ KUUTEEN TEHTÄVÄÄN

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

TAMPEREEN YLIOPISTO Luonnontieteiden kandidaatin tutkielma. Mika Kähkönen. L'Hospitalin sääntö

1 sup- ja inf-esimerkkejä

6 Eksponentti- ja logaritmifunktio

Matematiikan tukikurssi: kurssikerta 12

Rollen lause polynomeille

MATA172 Sami Yrjänheikki Harjoitus Totta vai Tarua? Lyhyt perustelu tai vastaesimerkki!

Matematiikan tukikurssi

Talousmatematiikan perusteet: Luento 5. Käänteisfunktio Yhdistetty funktio Raja-arvot ja jatkuvuus

1. Logiikan ja joukko-opin alkeet

Insinöörimatematiikka A

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

=p(x) + p(y), joten ehto (N1) on voimassa. Jos lisäksi λ on skalaari, niin

Tenttiin valmentavia harjoituksia

Matematiikan tukikurssi

Matematiikan tukikurssi

Kuinka määritellään 2 3?

Transkriptio:

Matemaattisen analyysin tukikurssi 4. Kurssikerta Petrus Mikkola 4.10.2016

Tämän kerran asiat Funktion raja-arvo Raja-arvon määritelmä Toispuolinen raja-arvo Laskutekniikoita Rationaalifunktion esityksen supistaminen Neliöjuurilavennus Kuristusperiaate Laajennetut reaaliluvut (Äärettömyyksien kanssa toimiminen) Funktion jatkuvuus

Funktion raja-arvo Olkoot f : A R funktio, missä A on R:n osajoukko. Tutkitaan pistettä x0, jonka ei välttämättä tarvitse kuulua joukkoon A, mutta sen ympärillä (ympäristössä) tulee olla joukon A pisteitä. Raja-arvon määritelmä: Olkoot ε mielivaltainen luku, kunhan se on suurempaa kuin nolla. Sanotaan, että funktiolla f on raja-arvo lim x x0 f x = a pisteessä x0, jos voidaan löytää luku δ ε (eli riippuu epsilonista), joka on suurempaa kuin nolla, ja jolla pätee seuraavaa: x x 0 < δ ε f x a < ε Huomaa, että raja-arvon määritelmä mukaan raja-arvo ei riipu siitä, miten funktio on määritelty kyseisessä pisteessä.

Esimerkki Olkoot funktio f: R\{1} R, f(x) = 2x Osoita, että funktion raja-arvo pisteessä x 0 = 1 on 2. Eli osoita, että: f(x) = 2. lim x 1 Osoitetaan tämä raja-arvon määritelmää käyttäen: Olkoot ε > 0. Valitaan deltaksi luku δ = ε 2. Tämä on sallittua, koska ε 2 > 0. Nyt, oletetaan, että x x 0 = x 1 < δ Tällöin seuraa: f x 2 = 2x 2 = 2(x 1) = 2 x 1 = 2 x 1 < 2δ = 2 ε 2 = ε Raja-arvon määritelmän nojalla siis: lim f(x) = 2 x 1 Mistä tiesimme valita deltaksi ε? Vastaus: Sopiva delta yleensä löytyy, 2 kun lähestyy todistusta takaperin.

Toispuolinen raja-arvo Olkoot f : A R funktio, missä A on R:n osajoukko. Nyt tutkitaan pistettä x 0, jonka ei välttämättä tarvitse kuulua joukkoon A, mutta sen oikealla(vasemmalla) puolella tulee olla joukon A pisteitä. Tällöin voidaan määritellä oikean(vasemman)-puoleinen raja-arvo. Määritelmä on muuten sama raja-arvon määritelmän kanssa, mutta nyt rajoituksen x x 0 < δ sijaan tyydymme käsittelemään oikeanpuoleisessa raja-arvossa tapausta x 0 < x < x 0 + δ ja vasemmanpuoleisessa raja-arvossa tapausta x 0 δ < x < x 0. Toispuolisia raja-arvoja merkitään: Oikeanpuoleinen: lim f(x) Vasemmanpuoleinen: lim f(x) x x 0 + x x 0 Esimerkiksi, kun f x = x, voisimme olla kiinnostuneita oikeanpuoleisesta raja-arvosta lim f(x), koska raja-arvoa lim f(x) ei x 0+ x 0 ole olemassa

Rationaali esityksen supistaminen Tutkitaaan funktiota f: R\{2} R, f(x) = x2 4x + 4 x 2 Raja-arvon tutkimiseksi pisteessä x 0 = 2, tulee rationaalifunktion esityksen lauseketta supistaa. Tähän on eri tekniikoita: Käytetään polynomien jakokulmaa Hieman työläs tapa, mutta toimii varmasti. Arvaillaan nollakohtia ja käytetään tunnettuja kaavoja

Rationaali esityksen supistaminen Tutkitaaan funktiota f: R\{2} R, f(x) = x2 4x + 4 x 2 Raja-arvon tutkimiseksi pisteessä x 0 = 2, tulee rationaalifunktion esityksen lauseketta supistaa. Tähän on eri tekniikoita: Käytetään polynomien jakokulmaa Hieman työläs tapa, mutta toimii varmasti. Arvaillaan nollakohtia ja käytetään tunnettuja kaavoja x 2 4x + 4 x 2 = x2 2x 2 + 2 2 x 2 = (x 2)2 x 2 = x 2 x 2 2 2 = 0, eli lim x 2 f(x) = 0

Neliöjuurilavennus Laske raja-arvo lim x 4 f(x) Olkoot funktio f: R\{4} R, f(x) = 1 x 3 x 2 16 Lavennetaan funktion lauseketta tekijällä: 1 + x 3 1 x 3 = x 2 16 = = (1 x 3)(1 + x 3) (x 2 16)(1 + x 3) 1 x 3 2 (x 4)(x + 4)(1 + x 3) = 1 (x 3) (4 x)(x + 4)(1 + x 3) 4 x 4 x x + 4 1 + x 3 = 1 x + 4 1 + x 3 x 4 1 16

Kuristusperiaate Olkoot f : A R funktio, missä A on R:n osajoukko. Tutkitaan taas pistettä x0, jonka ympäristössä tulee olla joukon A pisteitä. Kuvitellaan tilanne, jossa olemme löytäneet kaksi muuta funktiota g ja h siten, että kun tarkastelemme funktioita pisteen x0 ympäristössä, niin pätee: g x f x h x Jos tämän lisäksi tiedämme, että funktioilla g ja h on samat raja-arvot lim g(x) = a = lim h(x), niin tällöin tiedämme, että: x x 0 x x0 Ns. kuristusperiaatteen mukaan pätee: lim f(x) = a x x0

Esimerkki Laske raja-arvo lim x 0 f(x), kun f x = xcos( 1 x ) Funktiossa f esiintyy trigonometrinen funktio cos(x), jolle tiedämme, että pätee: cos x 1,1 kaikilla x R Tiedämme siis myös, että cos( 1 x ) saa arvoja vain väliltä miinus yhdestä plus yhteen. Tällöin tämän funktion itseisarvolle pätee tietenkin: cos( 1 ) 1 kaikilla x R x Tätä tieto hyväksikäyttäen tiedämme, että on pakko päteä: cos( 1 x ) 1 x cos 1 x x 1 xcos( 1 x ) x Valitaan siis kaksi funktiota: h x = x ja g x = x, joille pätee: g x f x h x ja lim x 0 g(x) = 0 = 0 = 0 = lim x 0 h(x) Nyt kuristusperiaatteen mukaan: lim f(x) = 0 x 0

Laajennetut reaaliluvut Raja-arvot ovat käyttökelpoisia nimenomaan silloin, kun haluamme tutkia miten jonkin funktio käyttäytyy argumentin mentäessä äärettömyyksiin. Tällöin on hyvä tietää, mitä on sallittua tehdä suorittaessa laskutoimituksia äärettömyyksillä. Laajennettu reaalilukujen joukko on: R = R Näiden kahden äärettömyys alkion lisäksi sovimme äärettömyyksiä koskevista laskutoimituksista. Sen sijaan, että luettelisin niitä tässä (katso luentomoniste sivu 29), tyydyn mainitsemaan, mitkä ovat kiellettyjä muotoja :, ja 0 Näitä ei siis ole määritelty laajennetuissa reaaliluvuissa.

Esimerkki Laske raja-arvo lim x (x 2 x) Nyt, emme voi laskea raja-arvo sijoittamalla, sillä muuten saamme kielletyn muodon: Muokataan siis lauseketta hieman: x 2 x = x x 1 x 1 = = Lopussa saadut muodot + a ja ovat sallittuja laajennetuissa reaaliluvuissa sopimuksin + a =, a R ja =. Laske raja-arvo lim x ( x3 + 2 x ) x 3 + 2 x = x(x2 + 2 x ) x = x 2 + 2 x x 2 + 0 = Suoraan sijoittamalla olisimme saaneet kielletyn muodon:

Funktion jatkuvuus Olkoot f : I R funktio, missä I on väli tai välien yhdiste. Tutkitaan pistettä x0, joka kuuluu I:hin. Jatkuvuuden määritelmä: Funktio f on jatkuva pisteessä x0, jos sen raja-arvo x0 :ssa on sen arvo f(x0). Funktion kuvaaja ei siis katkea, kun lähestymme pistettä x0 kummasta tahansa suunnasta. Formaalisti: f on jatkuva pisteessä x 0 I lim x x0 f(x) = f(x 0 ) Huomio. Yleensä jatkuvuudesta puhutaan toteamalla, että f on jatkuva joukossa A tai vaan f on jatkuva. Ensimmäisellä tarkoitetaan sitä, että jos f on jatkuva jossain joukossa A, niin se on jatkuva kaikissa joukon A pisteissä. Jälkimmäisellä tarkoitetaan sitä, että f on jatkuva koko määrittelyjoukossaan.

Esimerkki Osoita, että funktio f R R, f(x) = x on jatkuva Osoitetaan, että: lim x x0 f x = f(x 0 ) = x 0 Olkoot ε > 0. Valitaan deltaksi δ = ε. Nyt, jos x x 0 < δ, niin seuraa: f x f(x 0 ) = x x 0 < δ = ε Koska x 0 on tässä mielivaltainen, niin yllä oleva pätee kaikilla x 0 R. Funktio f on siis jatkuva (eli jatkuva R:ssä), koska funktion raja-arvo on sama kuin funktion arvo jokaisessa pisteessä. Osoita, että funktio f R R, f(x) = (2x 2 + x 5) 17 on jatkuva Nyt kannattaa hyödyntää valmiiksi todistettuja tietoja: (i) Polynomifunktiot ovat jatkuvia (ii) Yhdistettyfunktio jatkuvista funktioista on jatkuva Koska f voidaan esittää yhdistettynä funktiona jatkuvista funktioista: f = g h, missä h x = 2x 2 + x 5 ja g x = x 17, niin f on tällöin jatkuva