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

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

Vastausehdotukset analyysin sivuainekurssin syksyn välikokeeseen

8 Potenssisarjoista. 8.1 Määritelmä. Olkoot a 0, a 1, a 2,... reaalisia vakioita ja c R. Määritelmä 8.1. Muotoa

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

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit laskuharjoitukseen 3 /

Sarja. Lukujonosta (a k ) k N voi muodostaa sen osasummien jonon (s n ): s 1 = a 1, s 2 = a 1 + a 2, s 3 = a 1 + a 2 + a 3,...,

MS-A010{3,4,5} (ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 2: Sarjat

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

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 2: Sarjat

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

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

Kertaus. Integraalifunktio ja integrointi. 2( x 1) 1 2x. 3( x 1) 1 (3x 1) KERTAUSTEHTÄVIÄ. K1. a)

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

MAA10 HARJOITUSTEN RATKAISUJA

V. POTENSSISARJAT. V.1. Abelin lause ja potenssisarjan suppenemisväli. a k (x x 0 ) k M

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

Matematiikan tukikurssi

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

Integroimistekniikkaa Integraalifunktio

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

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

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI II

Funktiojonot ja funktiotermiset sarjat Funktiojono ja funktioterminen sarja Pisteittäinen ja tasainen suppeneminen

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

Matemaattinen Analyysi

Pyramidi 10 Integraalilaskenta harjoituskokeiden ratkaisut sivu 298 Päivitetty

Sisältö. Sarjat 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 17

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

Matematiikan tukikurssi: kurssikerta 12

Yhtälön oikealla puolella on säteen neliö, joten r. = 5 eli r = ± 5. Koska säde on positiivinen, niin r = 5.

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

Tekijä Pitkä matematiikka

Ratkaisuja, Tehtävät

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

x (t) = 2t ja y (t) = 3t 2 x (t) + + y (t) Lasketaan pari käyrän arvoa ja hahmotellaan kuvaaja: A 2 A 1

läheisyydessä. Piirrä funktio f ja nämä approksimaatiot samaan kuvaan. Näyttääkö järkeenkäyvältä?

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI II

MATEMATIIKAN KOE PITKÄ OPPIMÄÄRÄ

Integrointi ja sovellukset

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

Sarjojen suppenemisesta

Tekijä Pitkä matematiikka Pisteen (x, y) etäisyys pisteestä (0, 2) on ( x 0) Pisteen (x, y) etäisyys x-akselista, eli suorasta y = 0 on y.

Matematiikan tukikurssi

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

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

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI II kevät 2018 Ratkaisut 1. välikokeen preppaustehtäviin. 1. a) Muodostetaan osasummien jono. S n =

BM20A5840 Usean muuttujan funktiot ja sarjat Harjoitus 7, Kevät 2018

Tenttiin valmentavia harjoituksia

Perusidea: Jaetaan väli [a, b] osaväleihin ja muodostetaan osavälejä vastaavat suorakulmiot/palkit, joiden korkeus funktion arvot kyseisellä välillä.

3.1 Väliarvolause. Funktion kasvaminen ja väheneminen

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

Helsingin, Itä-Suomen, Jyväskylän, Oulun, Tampereen ja Turun yliopisto Matematiikan valintakoe klo 10-13

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

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 10: Napa-, sylinteri- ja pallokoordinaatistot. Pintaintegraali.

funktiojono. Funktiosarja f k a k (x x 0 ) k

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

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

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

Matematiikan tukikurssi

Ratkaisu: Tutkitaan derivoituvuutta Cauchy-Riemannin yhtälöillä: f(x, y) = u(x, y) + iv(x, y) = 2x + ixy 2. 2 = 2xy xy = 1

infoa Viikon aiheet Potenssisarja a n = c n (x x 0 ) n < 1

Helsingin, Itä-Suomen, Jyväskylän, Oulun, Tampereen ja Turun yliopisto Matematiikan valintakoe klo 10 13

nyky-ymmärryksemme mukaan hajaantuvaan sarjaan luvun 1 2 kun n > N Huom! Määritelmä on aivan sama C:ssä ja R:ssä. (Kuva vain on erilainen.

Kompleksianalyysi, viikko 5

Diskreetti derivaatta

2 Pistejoukko koordinaatistossa

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

PRELIMINÄÄRIKOE. Pitkä Matematiikka

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

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

Mat Matematiikan peruskurssi K2

x n e x dx = n( e x ) nx n 1 ( e x ) = x n e x + ni n 1 x 4 e x dx = x 4 e x +4( x 3 e x +3( x 2 e x +2( xe x e x ))) = e x

Analyysi III. Jari Taskinen. 28. syyskuuta Luku 1

H5 Malliratkaisut - Tehtävä 1

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

5 Differentiaalilaskentaa

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Ratkaisut viikko 3

Sarjoja ja analyyttisiä funktioita

Vektorilaskenta, tentti

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

Matematiikan tukikurssi

Matematiikan tukikurssi

Helsingin, Itä-Suomen, Jyväskylän, Oulun, Tampereen ja Turun yliopisto Matematiikan valintakoe klo Ratkaisut ja pisteytysohjeet

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

2 Raja-arvo ja jatkuvuus

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit 2 (alkuviikko) / Syksy 2016

Ratkaisut vuosien tehtäviin

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

Helsingin, Itä-Suomen, Jyväskylän, Oulun, Tampereen ja Turun yliopisto Matematiikan valintakoe klo Ratkaisut ja pisteytysohjeet

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

= ( F dx F dy F dz).

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

JYVÄSKYLÄN YLIOPISTO. Integraalilaskenta 2 Harjoitus Olkoon A := {(x, y) R 2 0 x π, sin x y 2 sin x}. Laske käyräintegraali

Pythagoraan polku , ratkaisut

Fr ( ) Fxyz (,, ), täytyy integroida:

Transkriptio:

Calculus Kurssikoe..7. Laske (a) x sin x, (b) x x + x. (a) Merkitään u(x) = x ja v (x) = sin x, jolloin u (x) =, v(x) = cos x ja osittaisintegroimalla saadaan x sin x = u(x)v (x) = u(x)v(x) u (x)v(x) = x cos x ( cos x) = x cos x + cos x (b) = sin x x cos x + C, C R. Pisteytys: Huomattu osittaisintegroida, mutta laskussa virheitä: p. Lasku oikein, mutta integroimisvakio puuttuu: p. Laskussa on virhe, mutta vakio huomattu ottaa mukaan: p. Virheetön ratkaisu tai vain pieni virhe laskussa: p. x x + x = x + x x + x x x + x = + x x + x. Vakiofunktio on helppo integroida, mutta toisen osan integrointiin osamurtokehitelmästä on hyötyä. Toisen asteen ratkaisukaavasta (tai arvaamalla ja tarkistamalla) saadaan Osamurtokehitelmä: x + x = (x ) (x + ). x (x ) (x + ) = A B x + x + x + (x ) (x + ) = A (x + ) B (x ) + (x ) (x + ) (x ) (x + ) x + = (A + B) x + A B A + B = ja A B = A = / ja B = 4/. Siis x x + x = + x 4 x + = x + log x 4 log x + + C, missä C R ja integroimisväli ei saa sisältää lukuja x = tai x =.

Pisteytys: Vastausten monimuotoisuuden takia tiiviitä pisteytysehtoja ei voi antaa. Jonkinlainen edistyminen tehtävässä, esimerkiksi onnistunut osamurtokehitelmä, antaa yhden pisteen. Pitkälle viety ratkaisu tai laskuvirheet poislukien onnistunut ratkaisu antaa kaksi pistettä. Virheetön ratkaisu antaa kolme pistettä.. (a) Käyrien y = +x, y =, x = ja x = väliin jäävä tasoalue pyörähtää suoran x = ympäri. Laske syntyvän pyörähdyskappaleen tilavuus. (b) Laske epäoleellinen integraali tai osoita, että se hajaantuu. x( x) (a) Tapa : Voidaan yhtäpitävästi tarkastella tilannetta, jossa kaksi yksikköä oikealle siirretty tasoalue pyörähtää y-akselin ympäri. Lasketaan siis sen kappaleen tilavuus, joka muodostuu, kun käyrien x =, x =, y = ja y = +(x ) rajaama tasoalue pyörähtää y-akselin (eli suoran x = ) ympäri. Kysytty tilavuus saadaan tällöin soveltamalla kaavaa V = π V = π b a xf(x), missä a =, b = ja f(x) = [ x = π + (x ) x 4 + (x ) + Huomaamalla, että d ( + (x ) ) = x 4, saadaan x 4 + (x ) = / + (x ) ; ] + (x ). log( + (x ) ) = log log = log. Muuttujanvaihtoa u = x ja tietoa d du arctan u = +u soveltamalla saadaan + (x ) = + u du = Pyörähdyskappaleen tilavuus on siten ( V = π log + π ) = π log + π. / arctan u = arctan = π. Tapa : Pyörähdyskappale muodostuu sellaisten lieriöiden vaipoista, joiden pohjan säde on x ( ) = x + ja korkeus f(x) =. Tilavuus on siis +x V = π (x+) + x = π x + x +4π + x =... = π log +π. Pisteytys: Tilannetta vastaava kuva:,5p. Tilannetta vastaava kuva ja tilavuudelle johdettu lauseke on oikein: p.

(b) Kyseessä on epäoleellinen integraali, sillä funtio f(x) = x( x) pisteen x = läheisyydessä. Koska x( x) = x x = (x ), sijoittamalla u = x ja käyttämällä tietoa d du arcsin u = u x( x) = (x ) = c du = lim = lim c u c du u / c arcsin u = lim arcsin c arcsin = arcsin c = π. Epäoleellinen integraali siis suppenee, ja sen arvo on π. kasvaa rajatta saadaan Pisteytys: Lasku osittain oikein: p. Lasku oikein, mutta rajankäynti tekemättä: p. Laskussa virhe, mutta epäoleellisuus huomattu: p. Lasku sisältää korkeintaan pienen virheen: p.. (a) Tasokäyrän koordinaatit ovat x = t t, y = t + t, t R. Selvitä, missä pisteissä (jos missään) käyrällä on vaaka-, missä pystysuora tangentti sekä hahmottele käyrä. (b) Tasokäyrän yhtälö napakoordinaateissa on r = sin θ cos θ. Selvitä käyrän yhtälö karteesisissa koordinaateissa sekä hahmottele käyrä. (a) Pystysuora tangentti löytyy ainakin pisteistä, joissa dt = ja dy dt. = dt = t = (t ) t = t = tai t =. (Lisäksi pystysuora tangentti voisi löytyä myös pisteistä, joissa dt jos näitä olisi, ne olisi tutkittava erikseen.) Vaakasuora tangentti löytyy ainakin pisteistä, joissa dy dt dy dt = t + >, joten aina dy dt. = ja dt. = ja dy dt = ; Käyrällä ei siis ole vaakasuoria tangentteja, ja pystysuora tangentti löytyy, kun t = eli pisteestä (x,y) = (,4) ja kun t = eli pisteestä (x,y) = (, 4).

5 - -5 5-5 - Pisteytys: Jokaisesta seuraavista yksi piste: Pystysuorat tangentit löytyivät. Vaakasuoria tangentteja ei ole. Kuva. Jos tangentit menivät väärin päin, piste. (b) Napakoordinaattimuunnoksen x = r cos θ, y = r sin θ ja tiedon r = x + y avulla saadaan r = sin (θ) cos (θ) r = r sin (θ) r cos (θ) x + y = y x r x + x + y y = neliöiksi täydentäminen ( (x + ) + y ) = 5 4 ( (x + ) + y ( ) 5 =. ) Kyseessä on ympyrä, jonka keskipiste on (, /) ja säde on 5/ (= hiukan yli ). (Kuvan piirtämisessä auttaa myös havainto, että origo (,) toteuttaa yhtälön.) - - - - - 4

Pisteytys: Jokaisesta seuraavista yksi piste: Muunnos karteesisiin koordinaatteihin. Ympyrän yhtälö näkyviin. Kuva. 4. Tutki perustellen, suppeneeko lukusarja (a) n= n + n + 7, (b) n + n 4n 5 + 6n 7. n= (a) Sarja n+ hajaantuu, sillä sarjan termien a n= n+7 n = n+ muodostama n+7 lukujono (a n ) n=,,... ei suppene nollaan: lim a n + n = lim n n n + 7 = lim + n n + 7 n =. (b) Sovelletaan osamäärätestiä vertaamalla sarjaa n +n n= 4n 5 +6n 7 sarjaan n=. Koska n yliharmoniseen a n b n = n +n 4n 5 +6n 7 n = n5 + n4 n 4n 5 + 6n 7 = + n n 4 + 6 n 4 7 n 5 n 4 (, ), sarjat käyttäytyvät samalla tavalla. Tutkittava sarja siis suppenee, sillä vertailusarja n= n suppenee yliharmonisena sarjana (p = > ). Pisteytys: Myös muita hyväksyttäviä ratkaisutapoja. 5. Missä potenssisarja n= suppenee (a) itseisesti, (b) ehdollisesti? (x )k k Tehtävässä oli kirjoitusvirhe. Tehtävän voi ratkaista täsmälleen kirjoitetussa muodossa: Jos k =, niin sarjan termejä ei ole määritelty. Muutoinkin ongelmia voi olla; esimerkiksi kun x < ja k ei ole kokonaisluku. Oletetaan jatkossa, että sarja on määritelty ja sen termit ovat reaalilukuja. Jos x =, niin kyseessä on nollasarja, joka suppenee itseisesti. Tällöin se ei suppene ehdollisesti (ehdollinen suppeneminen tarkoittaa, että sarja ei suppene itseisesti, mutta suppenee tavallisesti ). 5

Jos x, niin kyseessä on vakiosarja (vakiolukujonosta muodostettu sarja), missä vakio ei ole nolla. Se hajaantuu, koska riippumatta muuttujasta n termi k (x )k ei lähesty nollaa. Sarja ei siis suppene itseisesti eikä ehdollisesti. Oletetaan nyt, että tehtävän sarja on korjattu sarjaksi k= k (x )k. Tapa, suoraan suhdetestillä: Käytetään merkintää a k = k (x )k ja suhdetestiä: a k+ a k = x k+ x k k (k + ) = x k k + x, kun k. Siis sarja suppenee itseisesti ainakin, kun x < eli kun x ],4[. Lisäksi testistä voi päätellä, että sarja hajaantuu kun x >. Pitää siis vielä tutkia yllä löydetyn välin päätepisteet x = ja x = 4. Tapa : Etsitään suppenemissäde R sarjan kertoimien a k = k avulla: R = lim a k+ k a k k = lim k (k + ) = lim k + k Siis suppenemissäde on. Koska sarjan kehityskeskus on, sarja suppenee itseisesti ainakin avoimella välillä ],4[ ja hajaantuu vastaavan suljetun välin ulkopuolella. Lisäksi on tutkittava välin päätepisteet: suppeneeko sarja itseisesti tai ehdollisesti, kun x = ja/tai kun x = 4. =. Oikea päätepiste x = 4: Sijoittamalla x = 4 sarja saadaan muotoon k= k k = joka on vakiokerrointa vaille harmoninen sarja ja siksi hajaantuu. k= k, Vasen päätepiste x = : Sarja saa muodon k= k ( )k = ( ) k, k= k joka on vakiolla kerrottu vuorotteleva harmoninen sarja joka suppenee ehdollisesti, mutta ei itseisesti. Vakiolla kertominen ei vaikuta suppenemiseen (koska vakio ei tässä ole nolla). Vuorottelevan sarjan suppenemisen voi todeta Leibnizin testillä:. a k = /k, kun k. Sarja on vuorotteleva eli termin etumerkki vaihtuu joka välissä; perusteluksi voidaan laskea a k a k+ = ( ) k+ / (k + k) = / (k + k) < kaikilla k =,,... 6

. a k+ = k+ < k = a k kaikilla k =,,... eli termin itseisarvo vähenee. Näistä kolmesta ehdosta seuraa, että sarja suppenee. Suppenemisen ehdollisuutta tai itseisyyttä testi ei kerro. Sarja ei suppene itseisesti, koska itseisarvojen kanssa sarja on, kuten oikeassa päätepisteessä x = 4, vakiolla kerrottu harmoninen sarja, joka hajaantuu. Siis sarja suppenee ehdollisesti pisteessä x =. Vastaus: Sarja suppenee itseisesti, kun x ],4[, ja ehdollisesti, kun x =. Pisteytys karkeasti: Tehtävässä annetun sarjan tutkiminen oikein: 6 pistettä. Kirjoitusvirheen havaitseminen antoi yleensä yhden pisteen lisänä allaoleviin. Jokaisesta seuraavista yksi piste: Suppenemissäde laskuineen. (Jos suppenemissädettä ei laskettu erikseen, niin seuraava kohta oli kahden pisteen arvoinen.) Suppenemisväli ],4[ laskuineen. Päätepisteen x = tarkastelu Leibnizin testin kanssa. Päätepisteen x = 4 tarkastelu. Ehdollinen suppeneminen. Itseinen suppeneminen. Nimen Leibniz kirjoittamisesta väärin ei pistevähennyksiä. 7