MS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 9: Integroimismenetelmät

Samankaltaiset tiedostot
MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 9: Integroimismenetelmät

a = x 0 < x 1 < x 2 < < x n = b f(x) dx = I. lim f(x k ) x k=1

MS-A010{2,3,4,5} (SCI, ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

MS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 7: Integraali ja analyysin peruslause

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 7: Integraali ja analyysin peruslause

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

6 Integraalilaskentaa

Numeerinen integrointi.

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM) Laskuharjoitus 4 / vko 47, mallivastaukset

1. Derivaatan Testi. Jos funktio f on jatkuva avoimella välillä ]a, b[ ja x 0 ]a, b[ on kriit. tai singul. piste niin. { f (x) > 0, x ]a, x 0 [

x k 1 Riemannin summien käyttö integraalin approksimointiin ei ole erityisen tehokasta; jatkuvasti derivoituvalle funktiolle f virhe b

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 9. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 9 () Numeeriset menetelmät / 29

Sisältö. Integraali 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 20

Riemannin integraalista

Analyysin perusteet kauppatieteilijöille P

Ville Turunen: Mat Matematiikan peruskurssi P1 3. välikokeen alueen teoriatiivistelmä 2007

OSA 1: POLYNOMILASKENNAN KERTAUSTA, BINOMIN LASKUSÄÄNTÖJÄ JA YHTÄLÖNRATKAISUA

Matematiikan tukikurssi

Matematiikan tukikurssi. Hannu Kivimäki

10. MÄÄRÄTYN INTEGRAALIN KÄYTTÖ ERÄIDEN PINTA-ALOJEN LASKEMISESSA

Numeerinen integrointi

Käydään läpi: ääriarvo tarkastelua, L Hospital, integraalia ja sarjoja.

5 Epäoleellinen integraali

Integraalilaskenta. Määrätty integraali

Integraalilaskentaa. 1. Mihin integraalilaskentaa tarvitaan? MÄNTÄN LUKIO

Matematiikan tukikurssi

Syksyn 2015 Pitkän matematiikan YO-kokeen TI-Nspire CAS -ratkaisut

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1: tiivistelmä ja oheislukemista

Integroimistekniikkaa 1/5 Sisältö ESITIEDOT: integraalifunktio, määrätty integraali, derivointisäännöt Hakemisto

Matematiikan perusteet taloustieteilijöille P

sin θ θ θ r 2 sin 2 θ φ 2 = 0.

Matematiikan tukikurssi

5 Riemann-integraali ANALYYSI B, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Ala- ja yläintegraali

Integroimistehtävät, 10. syyskuuta 2005, sivu 1 / 29. Perustehtäviä. Tehtävä 1. Osoita, että vakiofunktio f(x) c on Riemann-integroituva välillä

2.4 Pienimmän neliösumman menetelmä

.) (b) Vertaa p :tä vastaavaa kineettistä energiaa perustilan kokonaisenergiaan. ( ) ( ) = = Ek

Määritelmä Olkoon C R m yksinkertainen kaari ja γ : [a, b] R m sen yksinkertainen parametriesitys, joka on paloittain C 1 -polku.

Riemannin integraali

1 Jonot. 2 Sarjat. 3 Jatkuvuus. 4 Derivaatta. 5 Taylor-polynomit ja -sarjat. 1.2 Jonot. jossa

4 Pinta-alasovelluksia

1 Jonot. 2 Sarjat. 3 Jatkuvuus. 4 Derivaatta. 5 Taylor-polynomit ja -sarjat. 1.2 Jonot. jossa

Lisää määrätystä integraalista Integraalin arvioimisesta. Osoita: VASTAUS: Osoita: Osoita:

lim + 3 = lim = lim (1p.) (3p.) b) Lausekkeen täytyy supistua (x-2):lla, joten osoittajan nollakohta on 2.

4. Reaalifunktioiden määrätty integraali

II.1. Suppeneminen., kun x > 0. Tavallinen lasku

MS-A0107 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM)

4 Taso- ja avaruuskäyrät

2 Epäoleellinen integraali

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

Analyysi 2. Harjoituksia lukuihin 1 3 / Kevät Anna sellainen välillä ] 2, 2[ jatkuva ja rajoitettu funktio f, että

Matematiikan tukikurssi

1 Jonot. 2 Sarjat. 3 Jatkuvuus. 4 Derivaatta. 5 Taylor-polynomit ja -sarjat. 1.2 Jonot. jossa

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

Sarjaratkaisun etsiminen Maplella

Matematiikan tukikurssi

11. MÄÄRÄTTY INTEGRAALI JA TILAVUUS

3 Integraali ja derivaatta

Viikon aiheet. Pinta-ala

funktion voi tarkistaa derivoimalla. Sijoitusmenettely perustuu ketjusääntöön.

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

Neliömatriisin A determinantti on luku, jota merkitään det(a) tai A. Se lasketaan seuraavasti: determinantti on

VALTIOTIETEELLINEN TIEDEKUNTA TILASTOTIETEEN VALINTAKOE Ratkaisut ja arvostelu

Matemaattiset menetelmät I. Seppo Hassi

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

Pinta-alan laskeminen

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

Tehtävä 1. Jatka loogisesti oheisia jonoja kahdella seuraavaksi tulevalla termillä. Perustele vastauksesi

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 5 Maanantai

Riemannin integraalista

4 DETERMINANTTI JA KÄÄNTEISMATRIISI

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

Mika Hirvensalo. Insinöörimatematiikka B 2014

2.1 Vaillinaiset yhtälöt

Reaalinen lukualue. Millainen on luku, jossa on päättymätön ja jaksoton desimaalikehitelmä?

Matematiikan tukikurssi

Kertymäfunktio. Kertymäfunktio. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 2/2. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 1/2. Kertymäfunktio: Esitiedot

Tee B-osion konseptiin etusivulle pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Välivaiheet perustelevat vastauksesi!

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

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

Analyysin perusteet kauppatieteilijöille P

5 ( 1 3 )k, c) AB 3AC ja AB AC sekä vektoreiden AB ja

763333A KIINTEÄN AINEEN FYSIIKKA Ratkaisut 1 Kevät 2014

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

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ PISTEYTYSKOKOUS

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

R4 Harjoitustehtävien ratkaisut

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

( ) Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 321 Päivitetty Saadaan yhtälö. 801 Paraabeli on niiden pisteiden ( x,

Sisältö. Funktiojonot ja -sarjat 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 15

2.4. Juurifunktio ja -yhtälöt

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2017 Harjoitus 6, ratkaisuista. 1. Onko jokin demojen 5 tehtävän 3 relaatioista

1 Jonot. 2 Sarjat. 3 Jatkuvuus. 4 Derivaatta. 5 Taylor-polynomit ja -sarjat. 1.2 Jonot. jossa

Polynomien laskutoimitukset

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

MITEN MÄÄRITÄN ASYMPTOOTIT?

Monikulmion pinta-ala ylioppilaille

Transkriptio:

MS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentili- j integrlilskent 1 Luento 9: Integroimismenetelmät Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen Alto-yliopisto, Mtemtiikn j systeeminlyysin litos November 27, 2017 Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- jnovember integrlilskent 27, 20171 Luento 1 / 19 9: In

Integroimismenetelmiä Helpoimmt integrlit voi lske suorn peruskvoj käyttämällä. Os hnklmmist tpuksist plutuu näihin, jos integrlist onnistuu tunnistmn sisäfunktion derivtn. Systemttisempi menetelmiä ovt osittisintegointi, sijoitusmenetelmä, j osmurtohjotelmt. Osittisintegrointi j sijoitusmenetelmä (eli muuttujnvihtomenetelmä) ovt tulon derivoimissäännön j ketjusäännön soveltmist tkperin. Lopuksi vilkistn numeerist integrointi. Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- jnovember integrlilskent 27, 20171 Luento 2 / 19 9: In

Osittisintegrointi I Luse Olkoot f j g jtkuvsti derivoituvi funktioit välillä [, b] (eli käytännössä hiemn suuremmll voimell välillä). Tällöin b f (x)g(x) dx = / b b f (x)g(x) f (x)g (x) dx. Vstvsti integrlifunktioille pätee f (x)g(x) dx = f (x)g(x) f (x)g (x) dx. Perustelu: Tulon derivoimissääntö, integrointi j termien ryhmittely. Ide: Toimii silloin, kun funktion f (x)g (x) integrointi on helpomp kuin lkuperäisen funktion f (x)g(x). Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- jnovember integrlilskent 27, 20171 Luento 3 / 19 9: In

Osittisintegrointi II Lske integrli π 0 x sin x dx. Rtkisu: Kokeilln osittisintegrointi j vlitn f (x) = sin x j g(x) = x, jolloin f (x) = cos x j g (x) = 1. Näin sdn π 0 x sin x dx = / π ( cos x) x 0 π 0 ( cos x) 1 dx = π cos π + 0 + / π sin x = π. 0 Huom: Jos f j g vlitn esimerkissä toisin päin, niin osittisintegrointi joht entistä hnklmpn integrliin. Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- jnovember integrlilskent 27, 20171 Luento 4 / 19 9: In

Osittisintegrointi III Lske integrlifunktio e x sin x dx. Rtkisu: Vlitse f (x) = e x j g(x) = sin x. Tulull. Lske integrli xe x dx. Rtkisu: Vlitse f (x) = e x j g(x) = x. Tulull. Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- jnovember integrlilskent 27, 20171 Luento 5 / 19 9: In

Osittisintegrointi IV Lske integrlifunktio x ln x dx. Rtkisu: Vlitse f (x) = x j g(x) = ln x. Tulull. Osittisintegroinniss on strtegisen iden vlit funktioksi g sellinen os integrndiss, että muodostettess g mhdollisimmn pljon phuutt poistuu integrlimerkin lt. Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- jnovember integrlilskent 27, 20171 Luento 6 / 19 9: In

Sijoitusmenetelmä I Luse Jos f on jtkuv j g jtkuvsti derivoituv suljetull välillä [, b], niin b kun A = g(), B = g(b). f (g(x))g (x) dx = Käytännössä: Sijoitus u = g(x), jolloin B A f (u) du, du dx = g (x) du = g (x) dx Rjojen muutos: x = u = g() = A, x = b u = g(b) = B. Huom, että sijoituksen jälkeen ei trvitse enää plt lkuperäiseen muuttujn x (pitsi integrlifunktiot lskettess; kts. ll). Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- jnovember integrlilskent 27, 20171 Luento 7 / 19 9: In

Sijoitusmenetelmä II Muunnos u = g(x) voidn (usein) kirjoitt myös käänteisfunktion vull: x = g 1 (u) dx = (g 1 ) (u) du = joten tulos on sm kuin ikisemmin. 1 g ( g 1 (u) ) du = 1 g (x) du, Integroimisrjojen vihtminen on helpomp lkuperäistä muunnost x u käyttämällä. Sen sijn differentilin muuttuminen dx du on joskus helpompi lske yllä nnetun käänteisen muodon vull. Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- jnovember integrlilskent 27, 20171 Luento 8 / 19 9: In

Sijoitusmenetelmä III Lske integrli π 2 0 sin x dx. Rtkisu: Neliöjuuren hävittämiseksi sijoitetn x = t 2, kun t 0. Tällöin dx = 2t dt j käänteisestä muodost t = x sdn: Kun x = 0, niin t = 0 = 0; kun x = π 2, niin t = π 2 = π. Näin ollen π 2 0 sin x dx = π 0 π 2t sin t dt = 2 t sin t dt = 2π. 0 (Viimeinen integrli lskettiin ikisemmss esimerkissä osittisintegroimll) Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- jnovember integrlilskent 27, 20171 Luento 9 / 19 9: In

Sijoitusmenetelmä IV Myös integrlifunktio voidn usein lske sijoitusmenetelmän vull. Tällöin säästytään integroimisrjojen muuttmiselt, mutt joudutn plmn uudest muuttujst t tkisin lkuperäiseen muuttujn x. Määritä integrlifunktio dx x(1 + x). Rtkisu: Sijoitetn x = t 2, t > 0, eli t = x, jolloin sdn dx 2t dt = x(1 + x) t(1 + t 2 ) = 2 rctn t + C = 2 rctn x + C. Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- j November integrlilskent 27, 2017 1 Luento 10 / 19 9: In

Osmurtohjotelm I Kikki relikertoimiset rtionlifunktiot R(x) = P(x)/Q(x) voidn integroid osmurtohjotelmien vull. Ensimmäinen vihe: Jkokulmss jkmll (ti muuten) plutetn tilnne siihen, että deg P(x) < deg Q(x). x x + 1 x 2 x 2 1 x 3 x 2 1 = (x + 1) 1 x + 1 = (x 2 1) + 1 x 2 1 = x 3 x x 2 1 + = x + 1 x + 1 1 x + 1 = 1 1 x + 1 = x 2 1 x 2 1 + 1 x 2 1 = 1 + 1 x 2 1 x x 2 1 = x(x 2 1) x 2 1 + x x 2 1 = x + x x 2 1 Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- j November integrlilskent 27, 2017 1 Luento 11 / 19 9: In

Osmurtohjotelm II Osmurtohjotelm voidn käyttää integroinniss seurvll tvll. ( x x + 1 dx = 1 1 ) dx = x ln x + 1 + C. x + 1 Toinen vihe: Jetn nimittäjässä olev polynomi Q(x) joko 1. ti 2. steen relikertoimisiin tekijöihin. Relijuurisess tpuksess trvitn vin helpoint tulost x + b (x x 1 )(x x 2 ) = A + B, x x 1 x x 2 kun kertoimet A, B vlitn sopivll tvll. Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- j November integrlilskent 27, 2017 1 Luento 12 / 19 9: In

Osmurtohjotelm III Muodost lusekkeen 2x + 3 (x 4)(x + 5) osmurtohjotelm. Rtkisu: Hjotelm on muoto 2x + 3 (x 4)(x + 5) = A x 4 + B x + 5. Kerrotn yhtälö puolittin lusekkeell (x 4)(x + 5), jolloin sdn 2x + 3 = A(x + 5) + B(x 4). Kertoimet A j B sdn tästä khdell eri tvll: Tp 1: Sijoitetn vuorotellen x = 4 ti x = 5. Tp 2: Verrtn x:n potenssien kertoimi yhtälön eri puolill. Molempien tpojen tuloksen sdn A = 11/9 j B = 7/9. Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- j November integrlilskent 27, 2017 1 Luento 13 / 19 9: In

Osmurtohjotelm IV Integroi rtionliluseke 2x + 1 x 2 + 2x + 2. Rtkisu: Nyt nimittäjän nollkohdt eivät ole relisi, joten ei yritetä pilkko sitä ensimmäisen steen tekijöihin (vikk se olisi mhdollist kompleksiluvuill). Sen sijn täydennetään neliöksi. Tulull. Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- j November integrlilskent 27, 2017 1 Luento 14 / 19 9: In

Numeerinen integrointi I Hnklien integrlien likirvoj voidn joskus lske kehittämällä integrndi Tylor-polynomiksi. Tämä edellyttää kuitenkin sitä, että integroitv funktio on nnettu jonkin lusekkeen vull, jot ostn derivoid. Mittusdtss funktiost tunnetn vin sen rvot tietyissä pisteissä y k = f (k x), j derivtoist ei oikein ole tieto. Toivotn, että funktio f ei kerrssn vlln villiydy smpluspisteiden k x, k N, välissä, ti kikki toivo on mennyttä. Ruhllisesti käyttäytyvissä tpuksiss integrli (reliluku) voidn lske likimääräisesti numeerisill menetelmillä, kvdrtuureill. Eri kvdrtuurit poikkevt toisistn trkkuuden j lskenttyömäärän knnlt, sekä sen knnlt, mitä ne edellyttävät funktiolt f. Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- j November integrlilskent 27, 2017 1 Luento 15 / 19 9: In

Numeerinen integrointi II Yksinkertisin tp on puolisuunnikssääntö eli trpetsikv, joss funktion kuvj pproksimoidn murtoviivll: b ( 1 f (x) dx T n = h 2 y 0 + y 1 + y 2 + + y n 1 + 1 ) 2 y n, joss h = (b )/n on skelpituus, n N jkovälien lukumäärä, x k = + kh, 0 k n, ovt jkopisteet j y k = f (x k ). y y = f (x) b x Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- j November integrlilskent 27, 2017 1 Luento 16 / 19 9: In

Numeerinen integrointi III Keskipistesääntö ( pylväsdigrmmipproksimtio ) b f (x) dx M n = h(f (m 1 ) + f (m 2 ) + + f (m n )), m k = (x k 1 + x k )/2, y y = f (x) b x Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- j November integrlilskent 27, 2017 1 Luento 17 / 19 9: In

Numeerinen integrointi IV Sileämmille funktioille f Simpsonin sääntö b f (x) dx S n = h 3 (y 0 + 4y 1 + 2y 2 + 4y 3 + 2y 4 + + 4y n 1 + y n ) tuott trkemmn lopputuloksen smll jkovälien lukumääräällä n. Simpsonin säännössä funktiot ensin interpoloidn 2. steen polynomill khdell peräkkäisellä jkovälillä. Tämän tki jkovälien lukumäärän n täytyy oll prillinen. Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- j November integrlilskent 27, 2017 1 Luento 18 / 19 9: In

Numeerinen integrointi V y y = f (x) Hienommiss kvdrtuureiss (Gussin kvdrtuuri, Guss-Lobtto, jne.) jkovälitkään eivät enää ole yhtä pitkiä, vn jko tihennetään kohdiss, joss funktion heilhtelu on suurt j/ti olln lähellä välin päätepistettä. Ken joutuu numeerisesti integrlin tietokoneell lskemn, tutustukoon sin trkemmin wikipedin j kirjllisuuden vull. b x Pekk Alestlo, Jrmo Mlinen (Alto-yliopisto, MS-A010{2,3,4,5} Mtemtiikn j (SCI,ELEC*, systeeminlyysin ENG*) litos) Differentili- j November integrlilskent 27, 2017 1 Luento 19 / 19 9: In