Lukujoukot. Luonnollisten lukujen joukko N = {1, 2, 3,... }.

Samankaltaiset tiedostot
Jonot. Lukujonolla tarkoitetaan ääretöntä jonoa reaalilukuja a n R, kun indeksi n N. Merkitään. (a n ) n N = (a n ) n=1 = (a 1, a 2, a 3,... ).

Reaaliluvut. tapauksessa metrisen avaruuden täydellisyyden kohdalla. 1 fi.wikipedia.org/wiki/reaaliluku 1 / 13

reaalifunktioiden ominaisuutta, joiden perusteleminen on muita perustuloksia hankalampaa. Kalvoja täydentää erillinen moniste,

MS-C1540 Euklidiset avaruudet

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

1 sup- ja inf-esimerkkejä

Todista raja-arvon määritelmään perustuen seuraava lause: Jos lukujonolle a n pätee lima n = a ja lima n = b, niin a = b.

1 sup- ja inf-esimerkkejä

Analyysi III. Jari Taskinen. 28. syyskuuta Luku 1

MS-A010X Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

3 Lukujonon raja-arvo

MS-A010X Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

1 Supremum ja infimum

MS-A010X Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

3 Lukujonon raja-arvo

1 Reaaliset lukujonot

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 2: Sarjat

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

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

Täydellisyysaksiooman kertaus

MS-A010X Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

MS-A010X Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

MS-A010X Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

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

Sarjojen suppenemisesta

Euklidiset avaruudet. MS-C1540 Euklidiset avaruudet. Tavoitteet. Perusongelma. Esimerkki. Solmussa vai ei? Linkissä vai ei?

MS-C1540 Euklidiset avaruudet

Matemaattisen analyysin tukikurssi

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

MS-A010X Di erentiaali- ja integraalilaskenta 1

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 3, ratkaisut Maanantai

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 5

x > y : y < x x y : x < y tai x = y x y : x > y tai x = y.

Outoja funktioita. 0 < x x 0 < δ ε f(x) a < ε.

MS-C1540 Euklidiset avaruudet. MS-C1540 Sisältö. Euklidiset avaruudet. Tavoitteet. Perusongelma. Esimerkki. Linkissä vai ei? Solmussa vai ei?

MS-C1540 Sisältö. 7 Jonot. 1 Johdanto. 8 Funktiojonot. 2 Reaaliluvut. 9 Täydellisyys. 3 Jatkuvat funktiot R:ssä. 10 Kompaktius. 4 Sisätulo ja normi

Kuinka määritellään 2 3?

Positiivitermisten sarjojen suppeneminen

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

Matematiikan tukikurssi

Raja-arvot ja jatkuvuus

Funktiot ja raja-arvo. Pekka Salmi

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

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

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

Reaalilukujonoista ja niiden merkityksestä kouluopetuksessa

Konvergenssilauseita

Olkoon funktion f määrittelyjoukkona reaalilukuväli (erityistapauksena R). Jos kaikilla määrittelyjoukon luvuilla x 1 ja x 2 on voimassa ehto:

Fourier-analyysi, I/19-20, Mallivastaukset, Laskuharjoitus 7

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

Osa 5. lukujonot ja sarjat.

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

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

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

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

Vastausehdotukset analyysin sivuainekurssin syksyn välikokeeseen

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 6: Alkeisfunktioista

Matematiikan tukikurssi

Lukujonon raja-arvo 1/7 Sisältö ESITIEDOT: lukujonot

Lukujonot lukiossa ja yliopistossa

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

Talousmatematiikan perusteet: Luento 2. Sarjat Sovelluksia korkolaskentaan

Matematiikan tukikurssi

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

Funktiojonon tasainen suppeneminen

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

Analyysi 1. Pertti Koivisto

Äärettömät raja-arvot

Kompleksianalyysi, viikko 5

Matematiikan tukikurssi

Alkulukujen harmoninen sarja

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

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 1. viikolle /

802328A LUKUTEORIAN PERUSTEET OSA III BASICS OF NUMBER THEORY PART III. Tapani Matala-aho MATEMATIIKKA/LUTK/OULUN YLIOPISTO

(iv) Ratkaisu 1. Sovelletaan Eukleideen algoritmia osoittajaan ja nimittäjään. (i) 7 = , 7 6 = = =

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

Funktion raja-arvo. lukumäärien tutkiminen. tutkiminen

Sarjoja ja analyyttisiä funktioita

Funktiot ja raja-arvo P, 5op

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

Sisältö. Sarjat 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 17

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

Talousmatematiikan perusteet: Luento 2. Lukujonot Sarjat Sovelluksia korkolaskentaan

1. Viikko. K. Tuominen MApu II 1/17 17

DIFFERENTIAALI- JA INTEGRAALILASKENTA I.1 1. ALUKSI. Joukko-oppia

Funktion määrittely (1/2)

Analyysi A. Raja-arvo ja jatkuvuus. Pertti Koivisto

802328A LUKUTEORIAN PERUSTEET OSA III BASICS OF NUMBER THEORY PART III

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.

Yleiset ketjumurtoluvut ja piin irrationaalisuus

Kompleksiluvut., 15. kesäkuuta /57

Johdatus matematiikkaan

Matematiikka kaikille, kesä 2017

derivaatta pisteessä (YOS11) a) Näytä, että a n+1 > a n, kun n = 1, 2, 3,.

ANALYYSI 2. Camilla Hollanti. Tampereen yliopisto x 3. a x 1. x 4 x 11. x 2

1 Peruslaskuvalmiudet

Vaihtoehtoinen tapa määritellä funktioita f : N R on

Rekursio. Funktio f : N R määritellään yleensä antamalla lauseke funktion arvolle f (n). Vaihtoehtoinen tapa määritellä funktioita f : N R on

Transkriptio:

Lukujoukot Luonnollisten lukujen joukko N = {1, 2, 3,... }. N 0 = {0, 1, 2, 3,... } = N {0}. Kokonaislukujen joukko Z = {0, 1, 1, 2, 2,... }. Rationaalilukujen joukko Q = {p/q p Z, q N}. Reaalilukujen joukko R. Täsmällinen konstruointi palautuu rationaalilukuihin, jossa eri mahdollisuuksia: Dedekindin leikkaukset, rationaaliset Cauchy-jonot, desimaaliapproksimaatiot. Suurin osa reaaliluvuista ei ole rationaalisia, esimerkiksi 2, π, Neperin luku e. Desimaaliapproksimaatioista hetken kuluttua lisää. 1 / 12

Jonot Lukujonolla tarkoitetaan ääretöntä jonoa reaalilukuja a n R, kun indeksi n N. Merkitään (a n ) n N = (a n ) n=1 = (a 1, a 2, a 3,... ). Lukujonon täsmällinen tulkinta on funktio f : N R, jolle f (n) = a n. Jonon indeksöinti voi alkaa myös jostakin muusta arvosta kuin 1. Jos indeksin alkuarvo ei ole tärkeä tai tilanne on muuten selvä, voidaan käyttää merkintää (a n ). 2 / 12

Käytännössä Jonoja voidaan määritellä antamalla yleisen termin lauseke; esimerkiksi a n = 2 n, kun n N lukujono (2, 4, 8, 16,... ). rekursiivisesti palautuskaavojen avulla, erityisesti monissa numeerisissa menetelmissä. Esimerkiksi f 0 = 0, f 1 = 1, f n = f n 2 + f n 1, kun n 2 Fibonaccin lukujono (0, 1, 1, 2, 3, 5,... ). tekemällä mittauksia jostakin systeemistä; esimerkiksi äänen voimakkuus tasaisin aikavälein (idealisoituna äärettömäksi jonoksi). 3 / 12

Perusongelmat Mitä jonon ominaisuuksia saadaan selville yleisen termin tai palautuskaavojen avulla? Miten palautuskaavasta saadaan yleisen termin lauseke? Esimerkiksi Fibonaccin jonolle jossa f n = 1 5 ( ϕ n ( ϕ) n), ϕ = 1 + 5 2 on ns. kultaisen leikkauksen suhde. 4 / 12

Jonojen ominaisuuksia Määritelmä 1 Lukujono (a n ) on ylhäältä rajoitettu, jos on olemassa sellainen C R, että a n C kaikilla n alhaalta rajoitettu, jos on olemassa sellainen c R, että a n c kaikilla n rajoitettu, jos se on sekä ylhäältä että alhaalta rajoitettu nouseva, jos a n+1 a n kaikilla n laskeva, jos a n+1 a n kaikilla n monotoninen, jos se on nouseva tai laskeva 5 / 12

Suppeneminen Määritelmä 2 Lukujono (a n ) suppenee kohti raja-arvoa L R, jos lausekkeen a n L arvo lähestyy nollaa, kun n ; täsmällisemmin: Jokaista ε > 0 vastaa sellainen indeksi n ε N, että a n L < ε aina, kun n n ε. Tällöin merkitään lim a n = L tai lim a n = L tai lyhyesti a n L. Jos lukujono ei suppenee, niin se hajaantuu. Idea: Mitä pienempi ε, sitä suurempi n ε tarvitaan. Piirrä kuvio! 6 / 12

Täydellisyysaksioma Reaalilukujen joukon erottaa rationaalilukujen joukosta Täydellisyysaksioma: Nouseva ja ylhäältä rajoitettu reaalilukujono (a n ) n N suppenee. Täydellisyysaksioma voidaan muotoilla eri tavoilla. Aiheesta lisää kurssilla MS-C1540. Aksioma tarjoaa mahdollisuuden reaaliluvun täsmälliseen määritelmään: Reaaliluku n,d 1 d 2..., jossa kokonaisosa n on kokonaisluku ja desimaalit d 1, d 2, {0, 1, 2,..., 9}, on monotonisen rationaalilukujonon (n; n,d 1 ; n,d 1 d 2 ; n,d 1 d 2 d 3,... ) raja-arvo. Rationaalijonojen kohdalla ongelma on se, ettei raja-arvo ole aina rationaaliluku! 7 / 12

Yleisiä tuloksia 8 / 12 Laskeva ja alhaalta rajoitettu jono suppenee. Suppeneva jono on rajoitettu. Suppiloperiaate: Jos a n b n c n jostakin indeksistä alkaen ja lim a n = lim c n = L, niin jono (b n ) suppenee ja lim b n = L. Geometrinen jono (q n ) suppenee, jos suhdeluku 1 < q 1, jolloin sen raja-arvo on joko 0 tai 1. Muissa tapauksissa geometrinen jono hajaantuu. Jonon suppenemista kohti nollaa voi tutkia lausekkeen a n+1 /a n avulla: jos jostakin indeksistä alkaen on a n+1 /a n q ja 0 q < 1, niin lim a n = 0. Tämä seuraa kahdesta edellisestä kohdasta.

Laskusääntöjä 9 / 12 Jos lim a n = a, lim b n = b ja c R, niin lim (a n + b n ) = a + b, lim (a nb n ) = ab, lim (c a n) = c a (edellisen erikoistapaus), lim (a n/b n ) = a/b, jos b 0 (jolloin myös b n 0 jostakin indeksistä alkaen). Perustelu: Ensimmäinen ja kolmas kaava ovat suoraviivaisia. Toisen kohdalla käytetään epäyhtälöä a n b n ab = (a n b n a n b) + (a n b ab) a n b n b + a n a b ja sitä, että a n C jollakin vakiolla C. Neljännen kaavan kohdalla osoitetaan aluksi, että 1/b n b, ja käytetään sen jälkeen tulokaavaa.

Esimerkkejä lim n a = 1, kun a > 0 lim n n = 1 lim ( 1 + 1 n) n = e = Neperin luku 2,7182818... Tähän palataan myöhemmin. Stirlingin kaava (jolle ei helppoa todistusta!): lim n! 2πn(n/e) n = 1. Idea: Ensimmäinen seuraa toisesta suppiloperiaatteen avulla. Toisen kohdalla merkitään x n = n n 1 > 0 ja sovelletaan binomikaavaa: n = (1 + x n ) n = 1 + nx n + n(n 1)x 2 n/2 + > 1 + n(n 1)x 2 n/2, joten 0 < x n < 2/n. 10 / 12

Ympyrän kaarenpituus ja kulma Kaarenpituus yksikköympyrällä x 2 + y 2 = 1 määritellään seuraavalla tavalla: jaetaan tutkittava kaari tasavälisesti 2 n :ään osaan ja lasketaan vastaavan murtoviivan pituus a n. Näin saadaan nouseva ja ylhäältä rajoitettu jono, jonka raja-arvo on kyseessä olevan kaaren pituus. Määritelmä 3 Luku π on yksikköympyrän puolikkaan kaarenpituus. Kaarenpituuden avulla määritellään kulman yksikkö radiaani (lyh. rad), joka on dimensioton. Trigonometriset funktiot sin x ja cos x määritellään yksikköympyrän kaarenpituuden avulla kaikille x R. 11 / 12

Raja-arvon yleistykset Myös käsitteet lim a n = ja voidaan määritellä täsmällisesti. Esimerkiksi lim a n = lim a n = jokaista lukua M vastaa sellainen indeksi n M, että a n M aina kun n n M. Sanotaan: Jono (a n ) hajaantuu kohti ääretöntä. 12 / 12