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

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

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 5: Gradientti ja suunnattu derivaatta. Vektoriarvoiset funktiot. Taylor-approksimaatio.

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

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 3: Osittaisderivaatta

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

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos. MS-A0203 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2, kevät 2016

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

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

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 6: Ääriarvojen luokittelu. Lagrangen kertojat.

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

Antti Rasila. Kevät Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto. Antti Rasila (Aalto-yliopisto) MS-A0204 Kevät / 16

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

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 1: Parametrisoidut käyrät ja kaarenpituus

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 6: Ääriarvojen luokittelu. Lagrangen kertojat.

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

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

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 3: Vektorikentät

Oletetaan, että funktio f on määritelty jollakin välillä ]x 0 δ, x 0 + δ[. Sen derivaatta pisteessä x 0 on

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 5: Kaarenpituus ja skalaarikentän viivaintegraali

Lisätehtäviä. Rationaalifunktio. x 2. a b ab. 6u x x x. kx x

Laskuharjoitus 2A ( ) Aihepiiri: Raja-arvot etc. Adams & Essex, 8th Edition, Chapter 12. z = f(x, 0) = x2 a z = f(0, y) = 02 a 2 + y2

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 11: Taso- ja tilavuusintegraalien sovellutuksia

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 10: Stokesin lause

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 2. viikolle /

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 1: Moniulotteiset integraalit

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

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

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 4: Ketjusäännöt ja lineaarinen approksimointi

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

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 7: Pintaintegraali ja vuointegraali

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 8: Divergenssi ja roottori. Gaussin divergenssilause.

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 4: Ketjusäännöt ja lineaarinen approksimointi

MS-A0102 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1

BM20A0300, Matematiikka KoTiB1

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 4: Taso- ja avaruuskäyrät

Matematiikka B1 - TUDI

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

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

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

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

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Ratkaisut viikko 3

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 8: Newtonin iteraatio. Taso- ja avaruusintegraalit

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

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 10: Moninkertaisten integraalien sovelluksia

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

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos. MS-A0203 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2, kevät 2016

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

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

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

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 7: Pienimmän neliösumman menetelmä ja Newtonin menetelmä.

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

Matemaattisen analyysin tukikurssi

Johdatus tekoälyn taustalla olevaan matematiikkaan

POHDIN - projekti. Funktio. Vektoriarvoinen funktio

Analyysi I (sivuaineopiskelijoille)

Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Ratkaisut: loppuviikko 2

a) on lokaali käänteisfunktio, b) ei ole. Piirrä näiden pisteiden ympäristöön asetetun neliöruudukon kuva. VASTAUS:

Positiivitermisten sarjojen suppeneminen

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Harjoitus 4/ Syksy 2017

Muutoksen arviointi differentiaalin avulla

1 Kompleksitason geometriaa ja topologiaa

5 Differentiaalilaskentaa

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

KERTAUSHARJOITUKSIA. 1. Rationaalifunktio a) ( ) 2 ( ) Vastaus: a) = = 267. a) a b) a. Vastaus: a) a a a a 268.

Äärettömät raja-arvot

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

Täydellisyysaksiooman kertaus

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 1: Moniulotteiset integraalit

1. Määritä funktion f : [ 1, 3], f (x)= x 3 3x, suurin ja pienin arvo.

Tekijä Pitkä matematiikka

d Todista: dx xn = nx n 1 kaikilla x R, n N Derivaatta Derivaatta ja differentiaali

Toispuoleiset raja-arvot

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI I Harjoitustehtäviä syksy Millä reaaliluvun x arvoilla. 3 4 x 2,

Vektoriarvoiset funktiot Vektoriarvoisen funktion jatkuvuus ja derivoituvuus

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

MS-A0202 Di erentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 8: Taso- ja avaruusintegraalit

Derivaatta: funktion approksimaatio lineaarikuvauksella.

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

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

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 10: Moninkertaisten integraalien sovelluksia

Kuva 1: Funktion f tasa-arvokäyriä. Ratkaisu. Suurin kasvunopeus on gradientin suuntaan. 6x 0,2

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

Vektorianalyysi I MAT Luennoitsija: Ritva Hurri-Syrjänen Luentoajat: ti: 14:15-16:00, to: 12:15-14:00 Helsingin yliopisto 21.

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

Differentiaali- ja integraalilaskenta

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

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 5 Maanantai

LUKU 6. Mitalliset funktiot

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

MS-A010{3,4,5} (ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 11: Lineaarinen differentiaaliyhtälö

Matematiikka B1 - avoin yliopisto

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

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos. MS-A0203 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2, kevät 2016

B-OSA. 1. Valitse oikea vaihtoehto. Vaihtoehdoista vain yksi on oikea.

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

Transkriptio:

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (CHEM) Luento 2: Usean muuttujan funktiot Harri Hakula Matematiikan ja systeemianalyysin laitos 1 Aalto-yliopisto Kevät 2018 1 Perustuu Antti Rasilan luentomonisteeseen vuodelta 2015 sekä Jarmo Malisen versioon vuodelta 2017. Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 1 / 18

Usean muuttujan funktiot Usean muuttujan (reaaliarvoisella) funktiolla tarkoitetaan funktiota f : D R, missä D R n, n 2 on funktion määrittelyjoukko. Tällainen funktio siis liittää reaalisiin parametreihin x 1,..., x n reaaliluvun y = f (x 1,..., x n ). Joskus (vars. fysiikassa) tällaista funktiota sanotaan skalaarikentäksi. Esim. Kaava f (r, h) = πr 2 h määrittelee kahden muuttujan r, h funktion. Tämän funktion arvo on sylinterin tilavuus, kun r on sen säde ja h korkeus. Tähän sovellukseen liittyvä funktion määrittelyjoukko on tason I neljännes, D = {(r, h) R 2 : r 0, h 0}. Funktion määräävä matemaattinen kaava on kuitenkin määritelty ja mielekäs kaikilla (r, h) R 2, siis myös negatiivisilla luvuilla. Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 2 / 18

Esimerkki 1 Funktion kuvaaja z = f (x, y), kun ( f (x, y) = 3 1 x 4 y ). 4 Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 3 / 18

Esimerkki 2 (paikallinen maksimi) Funktion kuvaaja z = f (x, y), kun f (x, y) = 9 x 2 y 2. Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 4 / 18

Esimerkki 3 (maksimi ja minimi) Funktion kuvaaja z = f (x, y), kun f (x, y) = 6x 2 + x 2 + y 2. Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 5 / 18

Esimerkki 4 (satulapinta) Funktion kuvaaja z = f (x, y), kun f (x, y) = x 2 y 2. Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 6 / 18

Tasa-arvokäyrät Olkoon c R vakio, D R 2 ja f : D R funktio. Tällöin joukko C = {(x, y) : f (x, y) = c} on usein tasokäyrä. Kyseinen pistejoukko voi olla myös tyhjä (jos f ei saa arvoa c) tai vaikkapa koko taso (jos f on vakio). Mikäli joukko C on tasokäyrä, sitä sanotaan funktion f arvoon c liittyväksi tasa-arvokäyräksi. Esim. Korkeuskäyrät kartalla ovat tasa-arvokäyriä funkiolle, joka liittää kartalla olevaan pisteeseen (x, y) korkeuden meren pinnasta ko. pisteessä. Kolmiulotteisessa tapauksessa pistejoukot S = {(x, y, z) : f (x, y, z) = c} ovat yleensä pintoja (eivät siis avaruuskäyriä). Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 7 / 18

Esimerkki 5 (vrt. Esim. 3) 4 2 0-2 - 4-4 - 2 0 2 4 Funktion z = f (x, y) tasa-arvokäyrät, kun f (x, y) = 6x 2 + x 2 + y 2. Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 8 / 18

Esimerkki 6 (vrt. Esim. 4) 4 2 0-2 - 4-4 - 2 0 2 4 Funktion z = f (x, y) tasa-arvokäyrät, kun f (x, y) = x 2 y 2. Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 9 / 18

Raja-arvo monen muuttujan tapauksessa Olkoon D R n, n 2 ja f : D R funktio. Oletetaan lisäksi, että piste y 0 R n on joukon D kasaantumispiste eli kaikilla r > 0 joukko D {x R n : 0 < x y 0 < r} on epätyhjä. Tällöin sanotaan, että funktiolla f on raja-arvo L pisteessä y 0 ja merkitään lim f (x) = L, missä x = (x 1,..., x n ) D, x y 0 jos kaikilla ε > 0 on olemassa luku δ = δ(ε) siten, että f (x) L < ε aina, kun 0 < x y 0 < δ ja D. Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 10 / 18

Laskusääntöjä Olkoot D R n, n 2, y 0 joukon D kasaantumispiste ja f, g : D R sellaisia funktiota, että lim x y0 f (x) = L ja lim x y0 g(x) = M. Tällöin: 1 2 ( ) lim f (x) ± g(x) = L ± M. x y 0 lim f (x)g(x) = LM. x y 0 3 f (x) lim x y 0 g(x) = L, jos M 0. M 4 Jos L (a, b) ja F : (a, b) R on jatkuva pisteessä L, niin lim F ( f (x) ) = F (L). x y 0 Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 11 / 18

Esimerkki 7 lim (2x y 2 ) = 4 9 = 5. (x,y) (2,3) lim (x,y) (a,b) x2 y = a 2 b. ( x ) ( π ) lim y sin = 2 sin = 1. (x,y) (π/3,2) y 6 Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 12 / 18

Raja-arvon tutkiminen käyrien avulla Yhden muuttujan tapauksessa raja-arvoa tutkitaan yleensä oikean- ja vasemmanpuoleisen raja-arvon avulla. Tämä ajatus ei kuitenkaan toimi usean muuttujan tapauksessa, koska yleensä on olemassa äärettömän monta suuntaa (eli ko. pisteen kautta kulkevaa käyrää), joista pistettä y 0 voidaan lähestyä joukossa D R n, n 2. Mikäli kuitenkin on olemassa kaksi käyrää r 1, r 2 : [a, b] D {y 0 }, siten että r 1 (b) = r 2 (b) = y 0 mutta lim f ( r 1 (t) ) lim f ( r 2 (t) ), t b t b tai jompaa kumpaa kyseisistä raja-arvoista ei ole määritelty, niin tällöin funktiolla f : D R ei voi olla raja-arvoa pisteessä y 0. Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 13 / 18

Esimerkki 8 1/2 4 2 0-2 - 4-4 - 2 0 2 4 Tutkitaan funktion f (x, y) raja-arvoa pisteen (0, 0) ympäristössä, kun f (x, y) = 2xy x 2 + y 2. Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 14 / 18

Esimerkki 8 2/2 Jos pistettä (0, 0) lähestytään x-akselin suunnasta eli pitkin käyrää r 1 (t) = ti, saadaan 2t 0 lim f (t, 0) = lim t 0 + t 0 + t 2 + 0 2 = 0. Toisaalta suoralla x = y, joka voidaan parametrisoida r 2 (t) = ti + tj, saadaan 2t t lim f (t, t) = lim t 0 + t 0 + t 2 + t 2 = lim 2t 2 t 0 + 2t 2 = 1. Näin ollen, funktiolla f ei ole raja-arvoa pisteessä (0, 0). Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 15 / 18

Esimerkki 9 Tutkitaan funktion raja-arvoa pisteessä (0, 0). f (x, y) = 2x2 y x 4 + y 2 Koska funktion arvo on 0 koordinaattiakseleille, raja-arvon on oltava 0 (jos se on olemassa). Itse asiassa kaikilla origon kautta kulkevilla suorilla r(t) = ti + ktj saadaan f (t, kt) = 2kt3 t 4 + k 2 t 2 = Kuitenkin valinnalla r 1 (t) = ti + t 2 j saadaan 2kt t 2 0, kun t 0. + k2 lim f (t, 2t 4 t 0 t2 ) = lim t 0 t 4 + t 4 = 1. Siten tällä funktiolla ei ole raja-arvoa origossa. Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 16 / 18

Esimerkki 10 Osoitetaan, että lim (x,y) (0,0) x 2 y x 2 + y 2 = 0. Käyttämällä epäyhtälöä x 2 x 2 + y 2 saadaan f (x, y) 0 = x 2 y x 2 + y 2 y x 2 + y 2 0, kun (x, y) (0, 0). Formaalisti: Raja-arvon määritelmän ehto toteutuu, jos valitaan δ = ε. Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 17 / 18

Jatkuvuus Olkoon D R n, n 2 ja x 0 D. Funktio f : D R on jatkuva pisteessä x 0, jos lim x x 0 f (x) = f (x 0 ). Funktio on jatkuva joukossa D, jos se on jatkuva jokaisessa joukon D pisteessä. Harri Hakula (Aalto-yliopisto) MS-A0207 Kevät 2018 18 / 18