Osi*aisintegroin2. Osi*aisintegroin2: esimerkkejä. Osi*aisintegroin2tapauksia 1/29/13. f'(x)g(x)dx=f(x)g(x) f(x)g'(x)dx. f'(x)g(x)dx=f(x)g(x)

Samankaltaiset tiedostot
Osi$aisintegroin, Palautetaan mieleen tulon derivoimissääntö: d

Osi$aisintegroin, Palautetaan mieleen tulon derivoimissääntö: d

Osi+aisintegroin3. Palautetaan mieleen tulon derivoimissääntö:

Lisä,etopake3 2: ra,onaalifunk,on integroin,

H5 Malliratkaisut - Tehtävä 1

Muuttujan vaihto. Viikon aiheet. Muuttujan vaihto. Muuttujan vaihto. ) pitää muistaa lausua t:n avulla. Integroimisen työkalut: Kun integraali

Luoki?elua: tavallinen vs osi?ais. Osa 11. Differen0aaliyhtälöt. Luoki?elua: kertaluku. Luoki?elua: lineaarisuus 4/13/13

Osa 11. Differen-aaliyhtälöt

MS-A0107 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM)

4. Integraalilaskenta

Matematiikan tukikurssi

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

3. Differen*aalilaskenta

3. Differen*aalilaskenta

Mapu I Laskuharjoitus 2, tehtävä 1. Derivoidaan molemmat puolet, aloitetaan vasemmasta puolesta. Muistetaan että:

MATP153 Approbatur 1B Ohjaus 2 Keskiviikko torstai

4. Integraalilaskenta

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

H7 Malliratkaisut - Tehtävä 1

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

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 3

3. Reaalifunktioiden määräämätön integraali

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

, c) x = 0 tai x = 2. = x 3. 9 = 2 3, = eli kun x = 5 tai x = 1. Näistä

x = π 3 + nπ, x + 1 f (x) = 2x (x + 1) x2 1 (x + 1) 2 = 2x2 + 2x x 2 = x2 + 2x f ( 3) = ( 3)2 + 2 ( 3) ( 3) = = 21 tosi

Epäyhtälöt 1/7 Sisältö ESITIEDOT: yhtälöt

Funktioiden approksimointi ja interpolointi

PERUSASIOITA ALGEBRASTA

MAA2.3 Koontitehtävät 2/2, ratkaisut

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

Muista tutkia ihan aluksi määrittelyjoukot, kun törmäät seuraaviin funktioihin:

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

Rautaisannos. Simo K. Kivelä

VASTAA YHTEENSÄ KUUTEEN TEHTÄVÄÄN

Algebra. 1. Ovatko alla olevat väittämät tosia? Perustele tai anna vastaesimerkki. 2. Laske. a) Luku 2 on luonnollinen luku.

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

2 Yhtälöitä ja epäyhtälöitä

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

3 Yleinen toisen asteen yhtälö ja epäyhtälö

Lataa ilmaiseksi mafyvalmennus.fi/mafynetti. Valmistaudu pitkän- tai lyhyen matematiikan kirjoituksiin ilmaiseksi Mafynetti-ohjelmalla!

Integroimistekniikkaa Integraalifunktio

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

Differentiaalilaskenta 1.

1. Murtoluvut, murtolausekkeet, murtopotenssit ja itseisarvo

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

x 7 3 4x x 7 4x 3 ( 7 4)x 3 : ( 7 4), 7 4 1,35 < ln x + 1 = ln ln u 2 3u 4 = 0 (u 4)(u + 1) = 0 ei ratkaisua

dy dx = y x + 1 dy dx = u+xdu dx, u = y/x, u+x du dx = u+ 1 sinu eli du dx = 1 1 Erotetaan muuttujat ja integroidaan puolittain: y = xln(ln(cx 2 )).

Matematiikan tukikurssi

3. Differen/aalilaskenta

3 TOISEN KERTALUVUN LINEAARISET DY:T

KERTAUS KERTAUSTEHTÄVIÄ K1. P( 1) = 3 ( 1) + 2 ( 1) ( 1) 3 = = 4

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 5 Maanantai

Ensimmäisen ja toisen kertaluvun differentiaaliyhtälöistä

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

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

A B = (1, q, q 2 ) (2, 0, 2) = 2 2q q 2 = 0 q 2 = 1 q = ±1 A(±1) = (1, ±1, 1) A(1) A( 1) = (1, 1, 1) (1, 1, 1) = A( 1) A(1) A( 1) = 1

4 Yleinen potenssifunktio ja polynomifunktio

4 Integrointimenetelmiä

Differentiaaliyhtälöt I, kevät 2017 Harjoitus 3

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

2. Viikko. CDH: luvut (s ). Matematiikka on fysiikan kieli ja differentiaaliyhtälöt sen yleisin murre.

Matematiikan tukikurssi

Matematiikan pohjatietokurssi

BM20A5840 Usean muuttujan funktiot ja sarjat Harjoitus 7, Kevät 2018

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

Reaalilukuvälit, leikkaus ja unioni (1/2)

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

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

6. Toisen ja korkeamman kertaluvun lineaariset

Vektoreiden A = (A1, A 2, A 3 ) ja B = (B1, B 2, B 3 ) pistetulo on. Edellisestä seuraa

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 6 Maanantai

y + 4y = 0 (1) λ = 0

6*. MURTOFUNKTION INTEGROINTI

Viivaintegraali: "Pac- Man" - tulkinta

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

Matematiikan peruskurssi 2

Matemaattisten menetelmien hallinnan tason testi.

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 2. viikolle /

Toispuoleiset raja-arvot

Juuri 2 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

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

Mapu 1. Laskuharjoitus 3, Tehtävä 1

F {f(t)} ˆf(ω) = 1. F { f (n)} = (iω) n F {f}. (11) BM20A INTEGRAALIMUUNNOKSET Harjoitus 10, viikko 46/2015. Fourier-integraali:

Luvun π irrationaalisuus. Ilari Vallivaara

a 1 y 1 (x) + a 2 y 2 (x) = 0 vain jos a 1 = a 2 = 0

2. kl:n DY:t. Lause. Yleisesti yhtälöllä ẍ = f(ẋ, x, t) on (sopivin oletuksin) aina olemassa 1-käs. ratkaisu. (ẋ dx/dt, ẍ d 2 x/dt 2.

Juuri 12 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Integrointi ja sovellukset

VI. TAYLORIN KAAVA JA SARJAT. VI.1. Taylorin polynomi ja Taylorin kaava

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

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,

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

Matematiikan tukikurssi: kurssikerta 10

5. OSITTAISINTEGROINTI

Matematiikan pohjatietokurssi. Eija Jurvanen

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

Transkriptio:

/9/ Osi*aisintegroin Palautetaan mieleen tulon derivoimissääntö: d df(x) dg(x) (f(x) g(x)) g(x) + f(x) Integroidaan yhtälön molemmat puolet x:n suhteen: d (f(x) g(x)) df(x) g(x) + f(x) dg(x) f(x) g(x) f'(x)g(x) + f(x)g'(x) Järjestellään yhtälöä hieman: f'(x)g(x)f(x)g(x) f(x)g'(x) Osi*aisintegroin perustuu siihen e*ä derivoin on helpompaa kuin integroin. Osi*aisintegroinnin idea on määritellä funkot f(x) ja g(x) siten e*ä saadaan: f'(x)g(x)f(x)g(x) Integraali, joka halu*aisiin laskea (mu*a ei osata) f(x)g'(x) Oleellista osi*aisintegroinnin onnistumiselle on funkoiden valinta siten, e*ä f(x)g'(x) osataan laskea! Integraali, joka osataan laskea Osi*aisintegrointapauksia. Polynomi (esim x, x jne.) kertaa trigonometrinen funko tai eksponenjfunko. Osi*aisintegroina voidaan käy*ää polynomin asteen pu*amiseen, kunnes integraali osataan laskea. Saatetaan joutua osi*aisintegroimaan useammin kuin kerran.... Osi*aisintegroin (kerran tai useammin) tuo*aa alkuperäisen integraalin plus muita (laske*avissa tai integroitavissa olevia) termejä, alkuperäinen integraali voidaan näin ollen ratkaista yhtälöstä. Osi*aisintegroin: esimerkkejä Esim.. x sin(x) asetetaan: f'(x) sin x, jolloin f(x) cos x g(x) x, jolloin g'(x) x sin(x) x cos(x) cos(x) x cos(x) + sin(x) + C Tarkistus: f'(x)g(x) f(x)g(x) - f(x)g'(x) d ( x cos(x) + sin(x) + C) - cos(x) + x sin(x) + cos(x) + x sin(x)

/9/ f'(t)g(t)dt f(t)g(t) - f(t)g'(t)dt Esim.. te t dt asetetaan: f'(t) e t, jolloin f(t) e t g(t) t, jolloin g'(t) Huom: vaikka tätä lauseke*a ei integroida, te t pitää määrätyssä dt te t e t dt osi*aisintegroinnissa sil sijoi*aa integroinrajat! te t e t lim a ( a te t a e t ) lim a ( ae a e e a e ) lim a ( ae a e a +)++ Määrä*yä integraalia ei voi tarkistaa derivoimalla (tulos on numero eikä yhtälö), mu*a tarkistetaan e*ä itse integroinvaihe meni oikein. Äsken saain: te t dt te t e t + C Tarkistetaan derivoimalla: d ( te t e t + C) - e t te t e t + e t + te t + e t te t Oikein meni. Kanna$aa aina tarkistaa integroin.tulos derivoimalla! f'(t)g(t)dtf(t)g(t) f(t)g'(t)dt Esim.. t e t dt asetetaan: f'(t) e t, jolloin f(t) e t g(t) t, jolloin g'(t)t t e t dt t e t -te t dt t e t + te t dt Lasketaan te t dt osi*aisintegroimalla uudestaan. asetetaan: f'(t) e t, jolloin f(t) e t g(t) t, jolloin g'(t) te t dt te t e t dt te t e t + C Sijoitetaan alkuperäiseen yhtälöön, saadaan: t e t dt t e t + te t dt t e t te t e t + C Tarkistetaan derivoimalla: d ( t e t te t e t + C) te t t e t e t te t e t + te t + t e t e t + te t + e t t e t Yleises o*aen: funkot muotoa x n e x, x n sin(x), x n cos(x) jne voidaan integroida osi$aisintegroimalla n kertaa. (Käytännössä nämä integraalit löytyvät myös taulukkokirjoista.)

/9/ f'(t)g(t)dtf(t)g(t) f(t)g'(t)dt Esim. 4. sin(x)cos(x) asetetaan: f'(x) sin x, jolloin f(x) cos x g(x) cos x, jolloin g'(x) sin x Trigonometristen funkoiden integraalit Äskeinen tehtävä olisi voitu ratkaista myös toisella tavalla, esim käy*ämällä muunnoskaavaa: sin(x)cos(x) sin(x)cos(x) sin(x)cos(x) cos(x) cos(x) (-cos(x))( sin(x) sin(x)cos(x) cos (x) cos(x)sin(x) sin(x)cos(x) cos (x)+c Ä l ä u n o h d a l i s ä t ä integroinvakiota, vaikka sin(x)cos(x) cos (x)+c tässä ei eksplisiijses laske*ukaan auki yhtään Tarkistus: integraalia d ( cos (x) + C) - cos(x) sin(x) sin(x)cos(x) sin(x) 4 sin(x) cos(x) + C (cos (x) )+C cos (x)+ +C 4 4 4 cos (x)+c Huom: kaikki vakiotermit voidaan aina "imaista" integroinvakioon C Trigonometristen funkoiden integraalit Jos integroitavana on trigonometristen funkoiden kaksin- tai kolminkertaisia kulmia, puolikkaita kulmia tai trigonometristen funkoiden potensseja, muunnoskaavoista voi olla apua è taulukkokirja. Esim: cos (x) ( + cos(x)) + cos(x) 4 x + sin(x) + C 4 Muunnoskaavojen käy*ö voi hieman hankaloi*aa derivoimalla tarkistamista...

/9/ Trigonometristen funkoiden integraalit Huom: kaikki integraalit eivät ratkea (ainakaan helpoiten) muunnoskaavoilla, älä unohda myöskään helpompia kikkoja! Esim: cos(x)sin (x) sin 4 (x) + C 4 f' (x)f(x) 4

/9/ Sijoitusmene*ely eli mu*ujan vaihto Esim: x(x 4) Tehdään muu*ujanvaihto: u (x 4) jolloin saadaan du d (x 4) x huom: tämä muoto pitää tapauskohtaisesi keksiä, ei ole mitään yleistä sääntöä miten muu*ujanvaihto kanna*aa tehdä du x du x myös integroimisrajat pitää laskea u:n suhteen: x è u 4; x è u Seuraavaksi sijoitetaan alkuperäiseen integraaliin: (x 4) korvataa u:lla korvataan du/x:llä x:n integroinrajat korvataan u:n integroinrajoilla x(x du 4) x u 4 x udu 4 4 4 u ( 4 4 ( 4) ) 4 Tässä huomajin valitun muu*ujavaihdon "kikka": alkuperäisen muu*ujan x sisältävät termit hävisivät, kun u ja siten du valijin sopivas Ylläolevan integraalin olisi toki voinut laskea muutenkin, mu*a kohta nähdään vähän vaavampia esimerkkejä Muu*ujanvaihdossa askelta Muu*ujanvaihtoesimerkki. Sijoitetaan: e x + e x. Valitaan u u(x). lasketaan du/, tästä saadaan lauseke, jolla voidaan korvata du:lla. Lasketaan x:n integroimisrajat u:n suhteen (mikäli kyseessä on määrä*y integraali; muutoin tämä vaihe etys ohitetaan) Näiden jälkeen sijoitetaan alkuperäiseen integraaliin, ja lasketaan. e x u du d ex e x du e x e x u e x duu du e x + e u du x u + u arctan(u)+ C arctan(e x )+ C du u + Taulukkointegraali, löytyy esim. MAOL:ista Huom! Lopullinen vastaus annetaan alkuperäisen muu*ujan avulla. 5

/9/ Muu*ujanvaihtoesimerkki. Sijoitetaan: a x Raonaalifunkon integroin x a sin(u) sin(u) x a u arcsin(x a ) a cos(u) a cos(u) du du a x a cos(u) a a sin (u) du a cos(u) a ( sin (u)) du a cos(u) a cos (u) du cos(u) du du cos(u) u + C Raonaalifunko: kahden polynomin P(x) ja Q(x) osamäärä. Jos raonaalifunkossa P(x)/Q(x) osoi*ajan P(x) asteluku on suurempi tai yhtäsuuri kuin nimi*äjän Q(x), suoritetaan jakolasku. Jos osoi*ajan asteluku on pienempi kuin nimi*äjän asteluku, murtolauseke jaetaan osamurtolukuihin. Polynomien algebra on syytä olla hyvin "selkäymessä" kun raonaalifunkoita aletaan käsitellä! arcsin( x a ) + C Yksinkertaisia esimerkkejä Joskus jakolasku on hyvin helppo suori*aa. Esim. Esim. x + (+ x x ) x + ln x + C x - 4 x + x x + C (x + )(x - ) (x - ) x + x x x+ x - x+ x -x -(x +x) - x -x - 6

/9/ x x x+ x x+ x x -(x +x) - x -x - x x x+ x x+ x x -(x +x) - x -x - x x x+ x x+ x x -(x +x) - x -x - x x x+ x x+ x x (x +x) x -x - 7

/9/ x x x+ x x+ x x (x +x) x -x - x x x+ x x+ x x (x +x) x -x - x x x+ x x+ x x (x +x) x x x x x+ x x+ x x (x +x) x x 8

/9/ x x x+ x x+ x x (x +x) x x x x x+ x x+ x x (x +x) x ( x ) x x x+ x x x+ x x+ x x x x+ x x (x +x) x ( x ) x x (x )+ x+ x + (x +x) x ( x ) x x (x )+ x+ x + 9

/9/ x -x ((x )+ x+ x + ) x x + ln x + + C x x+ x x (x +x) x ( x ) x -x ((x )+ x+ x + ) x x + ln x + + C x x+ x x (x +x) x ( x ) Esim. 4: x x + Osoi*ajan asteluku on pienempi kuin nimi*äjän asteluku: jaetaan murtolauseke osamurtolukuihin. Aloitetaan etsimällä nimi*äjän nollakohdat, joiden avulla voidaan jakaa nimi*äjä osiin. x x + x ± 4 x tai x x + (x )(x ) Osamurtokehitelmä: x x + A (x ) + B (x ) Nyt pitää ratkaista A ja B. Aloitetaan sieventämällä. x x + A (x ) + B (x ) A (x ) + B (x ) A(x ) (x )(x ) + B(x ) Ax A + Bx B (x )(x ) (x )(x ) (A+B)x+( A B) x x + x x + IdenteeJ voi pitää paikkansa ainoastaan jos A + B ja A B Ratkaisemalla yhtälöryhmä (esim. yhteenlaskulla ensin B B, si*en sijoitus) saadaan: B, A. x x + ln x ln x + C (x ) + (x )

/9/ Osamurtokehitelmä: yleinen tapaus Jokaista nimi*äjän nollakohtaa x x vastaa osamurtokehitelmässä termi A x x Jokaista nimi*äjän n- kertaista nollakohtaa x x vastavat osamurtokehitelmässä termit A n (x x ) n, A n- (x x ) n,..., A x x Kemiallinen esimerkki Kemiallisen reakon A + B C nopeuslaki on d[ C] k[ A] [ B] dt Tehtävä: C:n alkukonsentraao on, ja A:n ja B:n alkukonsentraaot ovat a ja b. Esitä [C] ajan funkona. Ratkaisu: Merkitään: [C(t)] x [A(t)] a x [B(t)] b x Saadaan: [ ] dt d C dt k(a x) (b x) Ryhmitellään muu*ujan x sisältävät termit samalle puolelle kuin, ja integroidaan: dt k(a x) (b x) (a x) (b x) kdt k dt kt + C (a x) (b x) Vasemman puolen integraalin laskeminen edelly*ää osamurtoluku- kehitelmää. Nimi*äjä on valmiiksi jae*una juuriinsa, eli saadaan: (a x) (b x) A (a x) + A (a x) + B (b x) Sievennetään, ryhmitellään ja muodostetaan yhtälöryhmä: A (a x) + A (a x) + B (b x) A (b x) (a x) (b x) + A (a x)(b x) B(a x)(a x) + (a x) (b x) (a x) (b x) ba xa +x A axa bxa +aba + 4x B 4axB+ a B (a x) (b x) x (A + 4B) x(a + aa + ba + 4aB)+(bA +aba +a B) (a x) (b x) Koska alkuperäisen lausekkeen osoi*ajassa oli vain "", täytyy sekä x - e*ä x- termin kadota. Saadaan kolme yhtälöä:

/9/ x (A + 4B) x(a + aa + ba + 4aB)+(bA +aba +a B) (a x) (b x) (a x) (b x) A + 4B () A + aa + ba + 4aB () ba +aba +a B () Ratkaistaan esim. sijoi*amalla. Yhtälöstä () saadaan A B Sijoitetaan tämä yhtälöön, saadaan A + ( a 4b+4a)B A (4b a)b Sijoitetaan molemmat nämä tulokset yhtälöön, saadaan: b(4b a)b+ab( B)+a B (4b ab ab+a )B (a 4ab+4b )B B (a 4ab+4b ) (a b) Käy*äen aiempaa tulosta A B saadaan edelleen A (a b) Ja käy*äen tulosta A (4b a)b saadaan (4b a) (a b) A (a b) (a b) (a b) Nyt voidaan ratkaista alkuperäinen integraali: (a x) (b x) A (a x) + A (a x) + Itseisarvomerkkejä ei tarvita koska B stoikiometriasta johtuen (b x) pätee aina x <.5a ja x < b Muu*ujan x [C(t)] ratkaiseminen t:n funkona edellä annetusta yhtälöstä olisi hyvin hankalaa, mu*a jos edetään a, b ja k niin voidaan helpos laskea x(t), t pareja ja piirtää kuvaaja etokoneella. Tässä esimerkiksi [C] vs kt kuvaaja arvoilla a, b A (a x) A ln(a x) Bln(b x) ln(a x) ln(b x) + (a x)(a b) (a b) (a b) kt + C Integroimisvakion arvo saadaan esimerkiksi ase*amalla x kun t (oltaisiin myös voitu integroida x arvosta arvoon x, ja t arvosta arvoon t), jolloin saadaan: C (a ab) + ln(a) (a b) ln(b) (a b)

/9/ [C] vs kt kuvaaja arvoilla a, b [C] vs kt kuvaaja arvoilla a, b Huomaa, e*ä lausekkeen arvoa ei voida laskea, jos a on tarkalleen yhtä suuri b. Käytännössä voidaan kyllä valita arvoja, jotka ovat mielivaltaisen lähellä tätä suhde*a, ja saadaan sil järkeviä tuloksia, esim a, ja b,99999 tuo*aa tämän kuvaajan: