R AKNE OVNING VECKA 2 David Heintz, 13 november 2002

Relevanta dokument
R AKNE OVNING VECKA 1 David Heintz, 31 oktober 2002

SAMMANFATTNING TATA41 ENVARIABELANALYS 1

LMA222a. Fredrik Lindgren. 17 februari 2014

Kapitel 5: Primitiva funktioner

SF1625 Envariabelanalys

TATA42: Föreläsning 7 Differentialekvationer av första ordningen och integralekvationer

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Matematik 3c Kap 2 Förändringshastighet och derivator

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen

Föreläsning 7. SF1625 Envariabelanalys. Hans Thunberg, 13 november 2018

6.2 Implicit derivering

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

y y 1 = k(x x 1 ) f(x) = 3 x

Tentamen i matematik. f(x) = ln(ln(x)),

4 Fler deriveringsregler

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 11 januari 2016

Tavelpresentation - Flervariabelanalys. 1E January 2017

Institutionen för Matematik, KTH Lösningar till tentamen i Analys i en variabel för I och K (SF1644) 1/ e x h. (sin x) 2 1 cos x.

Lektion 3. Partiella derivator, differentierbarhet och tangentplan till en yta, normalen i en punkt till en yta, kedjeregeln

5B1134 Matematik och modeller Lösningsförslag till tentamen den 11 oktober 2004

5B1134 Matematik och modeller Lösningsförslag till tentamen den 29 augusti 2005

1 Primitiva funktioner

Upphämtningskurs i matematik

LÖSNINGSFÖRSLAG TILL TENTAMEN 2 SF1664

Endast kommenterade svar!!! OBS: Inte alla delsteg är redovisade!

8.4. Integration av trigonometriska uttryck

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

M0038M Differentialkalkyl, Lekt 17, H15

LMA515 Matematik, del B Sammanställning av lärmål

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A. e 50k = k = ln 1 2. k = ln = ln 2

Moment Viktiga exempel Övningsuppgifter Ö , Ö1.25, Ö1.55, Ö1.59

Meningslöst nonsens. December 14, 2014

MAA7 Derivatan. 2. Funktionens egenskaper. 2.1 Repetition av grundbegerepp

MVE035. Sammanfattning LV 1. Blom, Max. Engström, Anne. Cvetkovic Destouni, Sofia. Kåreklint, Jakob. Hee, Lilian.

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1620 (5B1134) Matematik och modeller Uppgifter från kontrollskrivningar och tentamina under tiden

Modul 5: Integraler. Det är viktigt att du blir bra på att integrera, så träna mycket.

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Lördagen den 11 januari, 2014

= 0. Båda skärningsvinklarna är således π/2 (ortogonala riktningsvektorer).

Tentamen i matematik. f(x) = 1 + e x.

Några saker att tänka på inför dugga 2

SF1625 Envariabelanalys

Lösningsförslag till Tentamen: Matematiska metoder för ekonomer

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 12 januari 2015

5B1134 Matematik och modeller Uppgifter från kontrollskrivningar och tentamina under läsåren , och

v0.2, Högskolan i Skövde Tentamen i matematik

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

ENDIMENSIONELL ANALYS B1 FÖRELÄSNING XV. Föreläsning XV. Mikael P. Sundqvist

Institutionen för Matematik. SF1625 Envariabelanalys. Modul 5 Integraler

Mer om generaliserad integral

Moment Viktiga exempel Övningsuppgifter. t 4 3t 2 +2 = 0. x 2 3x+2 = 0

Avsnitt 4, introduktion.

Växande och avtagande

FÖ: MVE045, Riemann integral, tekniker Zoran Konkoli, HT 2018

MVE465. Innehållsförteckning

5B1134 Matematik och modeller Lösningsförslag till tentamen den 12 januari 2005

5B1134 Matematik och modeller Uppgifter från kontrollskrivningar och tentamina under läsåren och

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Onsdagen den 5 juni, 2013

Föreläsning 8 för TNIU23 Integraler och statistik

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

Läsanvisningar till kapitel 4 i Naturlig matematik

Tavelpresentation. Gustav Hallberg Jesper Strömberg Anthon Odengard Nils Tornberg Fredrik Blomgren Alexander Engblom. Januari 2018

MA2001 Envariabelanalys

LYCKA TILL! //Mattehjälpen. Hej! Här kommer ett dokument till dig som pluggar inför envarre1.

Kapitel 4. Funktioner. 4.1 Definitioner

Namn Klass Personnummer (ej fyra sista)

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

10.1 Linjära första ordningens differentialekvationer

DERIVATA. = lim. x n 2 h h n. 2

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A

Introduktion. Exempel Övningar Lösningar 1 Lösningar 2 Översikt

Maclaurins och Taylors formler. Standardutvecklingar (fortsättning), entydighet, numerisk beräkning av vissa uttryck, beräkning

SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen DEL A

Läsanvisningar till kapitel 6 i Naturlig matematik. Avsnitt 6.6 ingår inte.

1. Bestäm definitionsmängden och värdemängden till funktionen f(x,y) = 1 2x 2 3y 2. Skissera definitionsmängden, nivålinjerna och grafen till f.

x 2 5x + 4 2x 3 + 3x 2 + 4x + 5. d. lim 2. Kan funktionen f definieras i punkten x = 1 så att f blir kontinuerlig i denna punkt? a.

Dagens tema är exponentialfunktioner. Egentligen inga nyheter, snarare repetition. Vi vet att alla exponentialfunktioner.

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

Envariabelanalys 5B1147 MATLAB-laboration Derivator

Tentamen SF e Januari 2016

Repetitionsfrågor i Flervariabelanalys, Ht 2009

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK. LÖSNINGAR FLERDIMENSIONELL ANALYS, FMA kl 8 13

Matematik 4 Kap 3 Derivator och integraler

Lösningsförslag, version 1.0, 13 september 2016

Lösningsförslag till tentamen Torsdag augusti 16, 2018 DEL A

4. Bestäm eventuella extrempunkter, inflexionspunkter samt horisontella och vertikala asymptoter till y = 1 x 1 + x, och rita funktionens graf.

Envariabelanalys: Vera Koponen. Envariabelanalys, vt Uppsala Universitet. Vera Koponen Föreläsning 5-6

MMA127 Differential och integralkalkyl II

TNA003 Analys I för ED, MT, KTS

Lösningsförslag: Preliminär version 8 juni 2016, reservation för fel! Högskolan i Skövde. Tentamen i matematik

Teorifrå gor kåp

Lösningsförslag v1.1. Högskolan i Skövde (SK) Svensk version Tentamen i matematik

Kursens Kortfrågor med Svar SF1602 Di. Int.

x 1 1/ maximum

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

2 Funktioner från R n till R m, linjära, inversa och implicita funktioner

MATEMATIKPROV, LÅNG LÄROKURS BESKRIVNING AV GODA SVAR

Föreläsningen ger en introduktion till differentialekvationer och behandlar stoff från delkapitel 18.1, 18.3 och 7.9 i Adams. 18.

Transkript:

RÄKNEÖVNING VECKA 2 David Heintz, 3 november 22

Innehåll Uppgift 29.4 2 Uppgift 29. 3 3 Uppgift 29.2 5 4 Uppgift 3. 7 5 Uppgift 3. 9 6 Uppgift 3.2

Uppgift 29.4 Prove that ln( + x) x for x >, and that ln( + x) < x for x and x >. Notera att jag använder beteckningen ln(x) för den naturliga logaritmen (med basen e) istället för log(x). I den första deluppgiften skall vi visa påståendet för x >. Låt oss ta hjälp av definitionen ln(x) = vilken tillåter att vi skriver x ln( + x) = dy, för x > () y +x y dy. Men eftersom y för y, och integralen är monoton, dvs. att f(x) g(x) på [a, b] = b a f(x) dx b a g(x) dx, får vi att ln( + x) = +x y dy +x dy = [y] +x = ( + x ) = x, med likhet för x = (kom ihåg att ln() = ). Återstår gör att visa olikheten för < x <. Vi sätter därför z = x > (ty x var negativ) och får via () att Vidare minns vi definitionen ln( + x) = ln( z) = b a f(x) dx = a b z y dy. f(x) dx, (2) som säger att vid byte av integrationsgränserna byter integralen även tecken. Man har dessutom att

b a α f(x) dx = α b där α är en konstant. Genom (2) och (3) fås a f(x) dx, (3) ln( z) = z y dy = z y dy = { } y då < z < = ( + z) = z = x. z z y dy dy = [ y] z = Vi har nu lyckats visa olikheten för hela intervallet x > och är klara. Ett annat sätt att närma sig lösningen (se tipset till uppgiften) är att derivera de båda funktionerna ln( + x) samt x, vilket ger D ln( + x) = +x Dx =. Vi har att funktionerna är strängt växande för x > (ty deras derivator är positiva), och eftersom +x < för x > (dvs. att x här växer snabbare än ln( + x)) följer påståendet för dessa x-värden. För < x < har vi å andra sidan att kvoten +x > (lutningen blir tydligen brantare för ln( + x) än för x). Men då båda funktionerna antar negativa värden på intervallet måste det gälla att ln( + x) < x (utom i nollan där de är lika). Därmed är den givna olikheten visad. 2

2 Uppgift 29. Solve the following equations a) ln(x 2 ) + ln(3) = ln( x) + ln(5) b) ln(7x) 2 ln(x) = ln(3) c) ln(x 3 ) ln(x) = ln(7) ln(x 2 ) Först och främst minns vi räknelagarna (för a, b R) ln() = ln(ab) = ln(a) + ln(b), ( a ) ln = ln(a) ln(b), ( b ln a b) = b ln(a), som gäller även för logaritmer med andra baser än e. De kommer att utnyttjas flitigt när vi löser uppgifterna. Låt oss ta dem i tur och ordning. a) ln(x 2 ) + ln(3) = ln( x) + ln(5) 2 ln(x) + ln(3) = ln(x) + ln(5) 2 3 ln(x) = ln(5) ln(3) 2 ln(x) = 2 ( ) 5 3 ln 3 ln(x) = ( ) 2 5 3 ln 3 x = 3 ( ) 2 5 3, där vi i första steget bl.a. har att x = x 2. 3

b) ln(7x) 2 ln(x) = ln(3) ln(7) + ln(x) 2 ln(x) = ln(3) ln(x) = ln(3) ln(7) ( ) 3 ln(x) = ln 7 ( ) 7 ln(x) = ln 3 x = 7 3. c) ln(x 3 ) ln(x) = ln(7) ln(x 2 ) 3 ln(x) ln(x) = ln(7) 2 ln(x) 4 ln(x) = ln(7) ln(x) = 4 ln(7) ln(x) = ln(7 4 ) x = 7 4. Lösningarna ges utan vidare kommentarer med hänvisning till räknelagarna. 4

3 Uppgift 29.2 Compute the derivatives of the following functions a) f(x) = ln ( x 3 + 6x ) b) f(x) = ln(ln(x)) c) f(x) = ln ( x + x 2) d) f(x) = ln ( ) x e) f(x) = x ln(x) x Derivatan av den naturliga logaritmen ges av D ln(x) = x, (4) för x >. Vi får därför att a) enligt kedjeregeln. D ln ( x 3 + 6x ) = x 3 + 6x (3x 2 + 6 ) = 3x2 + 6 x 3 + 6x, b) D ln(ln(x)) = ln(x) x = x ln(x), där den inre derivatan blev x. c) D ln ( x + x 2) = + 2x ( + 2x) = x + x2 x + x 2, 5

på samma sätt som ovan. d) enligt tidigare. D ln ( ) = x x ( x ) 2 = x x 2 = x, e) D (x ln(x) x) = ln(x) + x = ln(x) + = ln(x), x där vi använt oss av såväl produkt- som kedjeregeln för derivatan. 6

4 Uppgift 3. Find a primitive function to a) f(x) = x e x2 b) f(x) = x 3 e x2 Innan vi ger oss i kast med övningarna repeterar vi hur man beräknar differentialer samt begreppet variabelsubstitution. Givet en funktion f(x) av en variabel ges differentialen df enligt df = f (x) dx, (5) medan en funktion f(x, x 2,..., x n ) av n variabler får sin differential bestämd genom df = f x dx + f x 2 dx 2 +... + f x n dx n. (6) Vi kommer att få nytta av detta t.ex. i samband med variabelbyten vid beräkning av integraler. Vidare vet vi att F (x) = f(x) dx + C (7) betecknar primitiva funktioner till f(x). Genom substitutionen x = g(t) erhålles istället F (g(t)) = f(g(t)) g (t) dt + C, (8) ty enligt (5) ges att x = g(t) = dx = g (t) dt. Att de båda leden i (8) verkligen överensstämmer ser man genom att derivera VL D F (g(t)) = F (g(t)) g (t) = f(g(t)) g (t) 7

och vi får integranden i HL (i enlighet med definitionen av primitiv funktion). Meningen med variabelbytet (från x till g(t)) är att den primitiva funktionen till den nya integranden ska bli lättare att beräkna. Om så är fallet löser vi integralen och avslutar med att återgå till den ursprungliga variabeln x. Förfarandet är OK så länge substitutionen x = g(t) är injektiv. Med det menas att varje funktionsvärde g(t) ges av ett entydigt t (med andra ord får två värden ur definitionsmängden inte ge upphov till samma funktionsvärde). En typiskt injektiv funktion har vi i en strängt växande eller avtagande funktion. Vi låter de givna deluppgifterna exemplifiera hur man praktiskt använder sig av variabelsubstitution vid lösning av integraler. a) Vi har i (7) att F (x) = x e x2 dx + C = 2 e x2 + C, via direkt identifikation. b) [ F (x) = x 3 x e x2 dx + C = 2 ] = t = 2x dx = dt 2 t e t dt + C = {partiell integration} = ( [ e t t ] ) + e t dt + C 2 = 2 ( e t t + [ e t]) + C = 2 e t ( + t) + C = {återgå till variabeln x} = 2 e x2 ( + x 2 ) + C, där vi i första steget använt oss av variabelsubstitutionen x 2 = t. 8

5 Uppgift 3. Compute the derivatives of the following functions a) f(x) = a x, a > b) f(x) = e x+ c) f(x) = x e x2 d) f(x) = x 3 e x2 e) f(x) = e x2 Innan vi löser uppgifterna minns vi att exponentialfunktionen e x är deriverbar med derivatan D e x = e x. Något som är bra att komma ihåg är att e ln(x) = x, (9) vilket i ord innebär att ln(x) är det tal e skall upphöjas till för att ge x. a) Vi utnyttjar omskrivningen i (9) och får f(x) = a x = e ln(ax) = e x ln(a), varefter D a x = D e x ln(a) = ln(a) e x ln(a) = ln(a) a x. Vi har funnit derivatan till de allmänna exponentialfunktionerna a x. Notera att en funktion av typen x a med fix exponent a och variabel bas x kallas potensfunktion, medan vi i det omvända fallet med fix bas samt variabel exponent har en exponentialfunktion. 9

b) D e x+ = e x+, ty den inre derivatan är fortfarande. c) D x e x2 = e x2 + x 2x e x2 = e x2 ( + 2x 2 ), enligt produktregeln. d) D x 3 e x2 = 3x 2 e x2 + x 3 2x e x2 = e x2 ( 3x 2 + 2x 4) = x 2 e x2 ( 3 + 2x 2 ), på samma sätt som ovan. e) D e x2 = 2x e x2, och vi är klara.

6 Uppgift 3.2 Compute the integrals f(x) dx of the functions in the previous exercise, except for the last one. Why do you think this one is left out? Vi rundar av med ytterligare ett par integraler. I c) och d) använder vi oss av variabelsubstitution. a) a x dx = = e x ln(a) dx = (a ). ln(a) [ ] ln(a) ex = ln(a) ln(a) ( ) e ln(a) b) e x+ dx = [ e x+] = e2 e = e (e ). c) x e x2 dx = = [ x 2 = t x = t = 2x dx = dt x = t = 2 et dt = 2 [ e t ] = (e ), 2 ] = där vi noterar att även integrationsgränser kan ändras (även om de inte gjorde det här) i samband med variabelbyten. Vi behöver inte återgå till x i slutändan, eftersom uttrycket redan är bestämt. Givetvis går det även bra att direkt finna en primitiv enligt x e x2 dx = [ ] 2 ex2 = 2 (e ),

vilket måhända är lite enklare. Ovan fick vi lite extra träning på variabelsubstitution, vilket säkert inte skadar, eller? d) x 3 e x2 dx = [ x 2 = t x = ] t = 2x dx = dt x = t = = 2 t et dt = {partiell integration} = ( [e t t ] ) 2 e t dt = ( e [ e t] ) 2 = 2 (e (e )) = 2, och vi är klara. Anledningen till att vi inte kan beräkna integralen över [, ] för integranden i e) från förra uppgiften, är att man helt enkelt inte kan uttrycka en primitiv funktion till e x2. Vad göra? Kan vi inte beräkna integralen analytiskt, kanske vi kan rå på den numeriskt? Med era MATLAB-program är det gjort i en handvändning (eller rättare sagt efter justeringar i funktionsfilen samt i anropet av huvudprogrammet). Resultatet borde bli.746824. Samma integral över hela reella axeln (dvs. från till ) ger svaret π. 2