Mer om generaliserad integral

Relevanta dokument
cos( x ) I 1 = x 2 ln xdx I 2 = x + 1 (x 1)(x 2 2x + 2) dx

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Kap 5.7, Beräkning av plana areor, rotationsvolymer, rotationsareor, båglängder.

x 2 = lim x 2 x 2 x 2 x 2 x x+2 (x + 3)(x + x + 2) = lim x 2 (x + 1)

Frågorna 1 till 6 ska svaras med sant eller falskt och ger vardera 1

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 12 januari 2015

Namn Klass Personnummer (ej fyra sista)

ENDIMENSIONELL ANALYS A3/B kl INGA HJÄLPMEDEL. Lösningarna ska vara försedda med ordentliga motiveringar. lim

MA2001 Envariabelanalys 6 hp Mikael Hindgren Tisdagen den 9 januari Skrivtid:

Typexempel med utförliga lösningar TMV130. Matem. Analys i En Var.. V, AT.

TNA004 Analys II Tentamen Lösningsskisser

SF1625 Envariabelanalys

ENDIMENSIONELL ANALYS DELKURS A3/B kl HJÄLPMEDEL. Lösningarna skall vara försedda med ordentliga motiveringar.

UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Michael Melgaard. Prov i matematik Prog: Datakand., Frist. kurser Derivator o integraler 1MA014

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Christoffer Standar LMA033a Matematik BI

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A. e x2 /4 2) = 2) =

Lösningsförslag till Tentamen i SF1602 för CFATE 1 den 20 december 2008 kl 8-13

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

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Jonny Lindström MVE475 Inledande Matematisk Analys

v0.2, Högskolan i Skövde Tentamen i matematik

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

TENTAMEN. Ten2, Matematik 1 Kurskod HF1903 Skrivtid 13:15-17:15 Fredagen 25 oktober 2013 Tentamen består av 4 sidor

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Namn Klass Personnummer (ej fyra sista)

4x 2 dx = [polynomdivision] 2x x + 1 dx. (sin 2 (x) ) 2. = cos 2 (x) ) 2. t = cos(x),

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

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

) 2 = 1, där a 1. x + b 2. y + c 2

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Meningslöst nonsens. December 14, 2014

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.

Lösningsförslag, preliminär version 0.1, 23 januari 2018

Högskolan i Skövde (SK, YW) Svensk version Tentamen i matematik

SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen DEL A

Prov 1 c) 1 a) x x x. x cos = + 2π 0 = 2 cos cos = + + = = = = 7 7 2,3. Svar a) 4 b) 7 c) 4 d) 9

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

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Christoffer Standard LMA515 Matematik KI, del B.

Tentamen i Envariabelanalys 2

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

Generaliserade integraler. Definitionen. J amf orelsesatser. Vad skall vi j amf ora med? Absolutkonvergens Dagens amnen 1 / 10

Tentamen i Matematisk analys MVE045, Lösningsförslag

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

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tillämpningar av integraler: Area, skivformeln för volymberäkning, båglängd, rotationsarea, integraler och summor

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Prov i matematik Distans, Matematik A Analys UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen

Matematik 5 Kap 3 Derivator och Integraler

Kursens Kortfrågor med Svar SF1602 Di. Int.

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

Gamla tentemensuppgifter

LMA515 Matematik, del B Sammanställning av lärmål

Matematiska Institutionen L osningar till v arens lektionsproblem. Uppgifter till lektion 9:

Studietips inför kommande tentamen TEN1 inom kursen TNIU23

Tentamen : Lösningar. 1. (a) Antingen har täljare och nämnare samma tecken, eller så är täljaren lika med noll. Detta ger två fall:

Inlämningsuppgift nr 2, lösningar

KOMPLETTERANDE UPPGIFTER TILL MATEMATISK ANALYS - EN VARIABEL AV FORSLING OCH NEYMARK

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen SF1626, Analys i flera variabler, Svar och lösningsförslag. 2. en punkt på randkurvan förutom hörnen, eller

INGA HJÄLPMEDEL. Lösningarna skall vara försedda med ordentliga och tydliga motiveringar. f(x) = arctan x.

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

+ 5a 16b b 5 då a = 1 2 och b = 1 3. n = 0 där n = 1, 2, 3,. 2 + ( 1)n n

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

20 Gamla tentamensuppgifter

KOKBOKEN. Håkan Strömberg KTH STH

b) Vi använder cylindriska skal och snittar därför upp området i horisontella snitt.

1. (a) Los ekvationen z 2 4iz 7 + 4i = 0: Rotterna ska ges pa formen a + bi. (b) Rita i det komplexa talplanet alla komplexa tal z som uppfyller

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

Kap Generaliserade multipelintegraler.

Modul 4 Tillämpningar av derivata

SF1625 Envariabelanalys

Meningslöst nonsens. November 19, 2014

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

Ledtrådar till lektionsuppgifter

10x 3 4x 2 + x. 4. Bestäm eventuella extrempunkter, inflexionspunkter samt horizontella och vertikala asymptoter. y = x 1 x + 1

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 11 januari 2016

Vi ska titta närmare på några potensfunktioner och skaffa oss en idé om hur deras kurvor ser ut. Vi har tidigare sett grafen till f(x) = 1 x.

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

M0043M Integralkalkyl och Linjär Algebra, H14,

Anteckningar för kursen "Analys i en Variabel"

med angivande av definitionsmängd, asymptoter och lokala extrempunkter. x 2 e x =

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Genomgånget på föreläsningarna

Övningstenta: Lösningsförslag

TATA42: Föreläsning 7 Differentialekvationer av första ordningen och integralekvationer

Lösningsförslag obs. preliminärt, reservation för fel

MVE465. Innehållsförteckning

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A. 1. En svängningsrörelse beskrivs av

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Planering för Matematik kurs D

Rotationsarea Pappos-Guldins regler Tyngdpunkt Dagens amnen 1 / 7

Generaliserade integraler. Definitionen. J amf orelsesatser. Vad skall vi j amf ora med? Absolutkonvergens Dagens amnen 1 / 12

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson, Sebastian Pöder

Chalmers tekniska högskola Datum: kl Telefonvakt: Milo Viviani MVE500, TKSAM-2

Institutionen för matematik SF1626 Flervariabelanalys. Lösningsförslag till tentamen Måndagen den 5 juni 2017 DEL A

Betygskriterier Matematik E MA p. Respektive programmål gäller över kurskriterierna

Högskolan i Skövde (SK, JS) Svensk version Tentamen i matematik Lösningsförslag till del I

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 16 mars 2015

Prov i matematik Distans, Matematik A Analys UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen

Transkript:

Föreläsning XI Mer om generaliserad integral Ex 64: Givet h(x) = ( x 2 5x + 2 ) e x/2. (a) Bestäm en p.f. till h(x). (b) Beräkna h(x)dx. (a) Vi har här en integrand som är en produkt av ett polynom av grad 2 och en exponentialfunktion. Vi kan använda P.I. för att beräkna en primitiv funktion. Tidigare har vi beräknat (x 2)e x/2 dx = {P.I.} = 2xe x/2 + C. Vi deriverar polynomet x 2 =: g(x) i integralen i HL vid P.I. Detta resulterar i att den primitiva funktionen har ett polynom (= 2x), som faktor av samma graal som polynomet faktorn(x 2) i integranden. Det är lätt att övertyga sig om, att en primitiv funktion till h(x) är ånyo en produkt mellan ett polynom Ax 2 + Bx + C och e x/2. Man kan då ansätta en p.f. som (Ax 2 + Bx + C) e x/2. För att bestämma koefficienterna A, B och C, skriver vi upp sambandet med integralen: (x 2 5x + 2 ) e x/2 dx = (Ax 2 + Bx + C)e x/2 + C. Därefter deriveras båda led: VL ( x 2 5x + 2 ) e x/2 = HL [ ( (Ax 2 + Bx + C) ) ] + 2Ax + B e x/2. 2 Nu är VL och HL identiska (som vid PBU) och således är koefficienterna lika. VL HL x 2 : = 2 A x : 5 = 2 B + 2A A = 2 B = 2 x : 2 = 2 C + B C = Svar: En p.f. är 2x( x)e x/2.

(b) För att beräkna har i (a). h(x)dx, använder vi givetvis den p.f. som vi h(x)dx = lim b [2x( x)e x/2 ] b = lim b (2b( b)e b/2 2 ( )e /2 ) = =. Att gränsvärdet lim 2b( 2b( b) b b)e b/2 lim = b e b/2 beror på att exponentalfunktonen e b/2 går mot snabbare än varje potensfunktion (Standardgränsvärde). Sats: är konvergent omm a < och är konvergent omm a >. Bevis: Om α = får vi, för a >, integralen a x a dx x a dx dx = ln ln a x Som divergerar (mot ) eftersom ln a då a +. Dessutom får vi b För α är en primitiv funktion Om α < är α >, så att a dx = ln b ln då b. x α x α. x α dx = α α α a α. α a α då a +, alltså konvergent. Om α > är α <, så att Beviset i fallet α a α då a +, alltså divergent. dx görs på liknande sätt. xα 2

Integral: Beräkning av längd, area och volym Att beräkna volymen av en del kroppar klarar man med endimensionell analys. Vi har två metoder, Skivmetoden och Skalmetoden. Ex 65: Beräkna volymen av en ellipsoid(-kroppen) med halvaxlar a, b och c. Ellipsoidens yta kan skrivas med ekvationen (x/a) 2 + (y/b) 2 + (z/c) 2 =. () Vi skivar upp ellipsoiden i cylindrar med tjocklek dx och area A(x). En sådan cylinder har då volymen dv = A(x)dx. Hur stor är A(x) för a x a? Vi utgår från att en ellips med halvaxlar α och β och medelpunkt i (, ) kan skrivas (y/α) 2 + (z/β) 2 = och har area παβ. För fixt x beskriver () en ellips. Det ser vi om vi flyttar över (x/a) 2 till HL och får (y/b) 2 + (z/c) 2 = (x/a) 2 =: h(x). Genom att dividera båda led med h(x) erhålls alltså en ellips med halvaxlar y 2 (b h(x)) + z 2 2 (c h(x)) = 2 b h(x) och c h(x). Motsvarande Ellipskivas area A(x) är A(x) = πb h(x) c h(x) = πbc( (x/a) 2 ). Ellipsoidkroppens volym V fås med följande integral V = a a πbc( (x/a) 2 )dx = {Jämn integrand} = 2πbc ] a ] = 2πbc [x x a 2 = 2πbc [a a a 2 = 4πabc. a ( (x 2 /a 2 ))dx = Kommentarer: För a = b = c = r är ellipsoiden en sfär som innesluter klotet med volym V = 4πr. Motsvarande sfärs area är S := V (r) = d dr 4πr = 4πr 2.

Ex 66: Det finns inget enkelt exakt uttryck för arean av en ellipsoids yta. (a) Rita och beräkna aeran av ytan som begränsas av kurvan, (b) samt beräkna längden av kurvan given av (x, y) = (cos t, sin t), t 2π. En kurva där x och y är funktioner av (ytterligare) en variabel beror på parametern t är en kurva på parameterform. Vi ser att kurvan går genom punkterna (x, y) = (±, ) och (x, y) = (, ±). Det är här möjligt att uttrycka y som en funktion av x i övre halvplanet. Men vi beräknar derivatan y (x) genom följande. y (x) = dy dx = cos t sin2 t sin t cos 2 = tan t. t Speciellt i punkten (, ), som motsvarar t = (och t = 2π) är y =. För t = π/2 är y = ± och för < t < π/2 är y <. Av symmetriskt ser kurvan likadan ut i alla fyra kvadranterna. En skiss av kurvan är som nedan...5..5.5..5. Astroid. Den streckade kurvan består av fyra kvartscirklar. Det framgår att astroidens längd är mindre än enhetscirkelns längd. 4

(a) Arean A som begränsas av kurvan. x = cos t dx = cos2 t( sin t) A = 4 ydx = x= V.S. x π/2 t = 2 π/2 2A = 2 = π/2 sin 4 t cos 2 t = {Symmetri} = 2 π/2 sin 2 2t = 2 A = π 8 (Svar). (b) Kurvans längd är π/2 [sin 4 t cos 2 t + sin 2 t cos 4 ]t = 2 π/2 ( cos 2t) = 2π 4 = sin 2 t cos 4 t π/2 cos 2 t sin 2 t = L = 2π (dx ) 2 + ( dy ) 2 = 2π 9 sin 2 t cos 4 t + 9 sin 4 t cos 2 t = Kommentarer: = = 6 2π π/2 2π (cos t sin t)2 = cos t sin t = 4 sin 2t = 6 [cos 2t]π/2 = 6. 2 Svar (b): Längden på kurvan är 6 l.e. π/2 Vi ser att beräkningarna underlättas genom användning av symmetri. Kurvan kallas astroid. Längden på kurvan är alltså 6 l.e. Längden på enhetscirkeln är 2π 6.28 alltså lite längre. Detta visar att astroiden inte är fyra kvartscirklar som är vända inåt. Ex 67: Vi betraktar nu kurvan y = g(x) = x x + 2, 2 x 2. Den begränsar en yta, tillsammans med x axeln (y = ) i talplanet som delvis ligger under x axeln. Ytan roterar kring x axeln och genererar på så sätt en (rotations- )kropp. Dess volym kan vi beräkna med skivmetoden. Volymen är alltså A(x) = π[f(x)] 2 = πf(x) 2. cos t sin t = 2 V = π x 2 (x + 2)dx = 4π 2 2 x 2 dx = 4π 2 = 2π v.e. 5

Ex 68: Kurvan y = f(x) = e x, y =, x = samt x = begränsar en yta i talplanet. (a) Ytan roterar kring x axeln och genererar en kropp med volym V. Beräkna volymen. (b) Ytan roterar kring y axeln och genererar en kropp med volym V. Beräkna volymen. (a) V = π [ e f(x) 2 2x dx = π 2 ] = e 2. (b) Vi ser att kroppen i detta fall är en cylinder minus en skål. Cylinderns volym V = π 2 e = π e. Skålens volym får vi genom att se den som en rotationskropp runt y axeln: funkion: x = f (y) = ln y Motsvarande volym är V 2 = π e x gränser:, x gränser:, e (ln y) 2 dy = {P.I.} = π[y(ln y) 2 ] e π = π(e 2[y ln y y] e ) = πe 2π. e y 2 ln y y dy = Ex 69: V = V V 2 = π e (πe 2π) = 2π (v.e.) (Svar) Beräkna tyngdpunktens för en homogen, rät cirkulär kon. Vi ser cylindern genererad av ytan y = kx, x h. Då är h konens höjd. k=r/h, där r är radien. Tyngdpunkten ligger på x axeln. Den beräknas som xdm x T = dm där dm är en infinitesimal massa, massan av en cylinderskiva med bredd dx. Låt ρ var den konstanta densiteten. Då är V = V (x) = (rx/h) 2 x, volymen mellan x = och x = x. Det ger Alltså är täljaren dm = ρ dv och dv = r2 x 2 dx x dm = π ρr2 h 2 6 h h 2 x dx = πρr 2 h2 4

och nämnaren dm = π ρr2 h 2 h Tyngdpunktens x koordinat är således x T = πρr2 h 2 4 πρr 2 h x 2 dx = πρr 2 h. = 4 h. Tyngdpunken är alltså belägen /4 av höjden räknat från basen. 7