Lösningsskisser för TATA

Relevanta dokument
Lösningsskisser för TATA

6. Samband mellan derivata och monotonitet

Tentamen i Envariabelanalys 1

konstanterna a och b så att ekvationssystemet x 2y = 1 2x + ay = b

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.

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.

Moment 8.51 Viktiga exempel , 8.34 Övningsuppgifter 8.72, 8.73

Funktioner: lösningar

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.

Institutionen för Matematik, KTH Torbjörn Kolsrud

Några viktiga satser om deriverbara funktioner.

Lösningar till tentamen TEN1 i Envariabelanalys I (TNIU 22)

där x < ξ < 0. Eftersom ξ < 0 är högerledet alltid mindre än Lektion 4, Envariabelanalys den 30 september 1999 r(1 + 0) r 1 = r.

Svar till S-uppgifter Endimensionell Analys för I och L

Lektion 6, Envariabelanalys den 14 oktober Låt oss krympa f:s definitionsmängd till en liten omgivning av x = x 2.

Mälardalens högskola Akademin för utbildning, kultur och kommunikation

Tips : Vertikala asymptoter kan finnas bland definitionsmängdens ändpunkter och bland diskontinuitetspunkter.

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

TATA42: Föreläsning 2 Tillämpningar av Maclaurinutvecklingar

Lösningsförslag till Tentamen: Matematiska metoder för ekonomer

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

Lösningar kapitel 10

Lösningsförslag till tentan i 5B1115 Matematik 1 för B, BIO, E, IT, K, M, ME, Media och T,

Mälardalens högskola Akademin för utbildning, kultur och kommunikation

MA2001 Envariabelanalys

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 11 januari 2016

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

Kontinuerliga funktioner. Ytterligare en ekvivalent formulering av supremumaxiomet

Checklista för funktionsundersökning

Anteckningar för kursen "Analys i en Variabel"

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Mälardalens högskola Akademin för undervisning, kultur och kommunikation

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Lördagen den 11 januari, 2014

SF1625 Envariabelanalys

MA2001 Envariabelanalys

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

VÄXANDE OCH AVTAGANDE FUNKTIONER. STATIONÄRA(=KRITISKA) PUNKTER. KONVEXA OCH KONKAVA FUNKTIONER. INFLEXIONSPUNKTER

Kap Funktioner av flera variabler, definitionsmängd, värdemängd, graf, nivåkurva. Gränsvärden, kontinuitet.

Växande och avtagande

Svar till S-uppgifter Endimensionell Analys för I och L

Studietips inför kommande tentamen TEN1 inom kursen TNIU22

SAMMANFATTNING TATA41 ENVARIABELANALYS 1

Teorifrå gor kåp

Envariabel SF1625: Föreläsning 11 1 / 13

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

3.1 Derivator och deriveringsregler

TMV225 Kapitel 3. Övning 3.1

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

Envariabelanalys 5B1147 MATLAB-laboration Derivator

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

x 1 1/ maximum

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

EXISTENS AV EN UNIK LÖSNING TILL FÖRSTAORDNINGENS BEGYNNELSEVÄRDESPROBLEM

MATEMATIK Datum: Tid: förmiddag Hjälpmedel: inga. Mobiltelefoner är förbjudna. A.Heintz Telefonvakt: Christoffer Standar, Tel.

Tentamen SF e Januari 2016

Lösningsförslag till Tentamen: Matematiska metoder för ekonomer

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

x 4 a b X c d Figur 1. Funktionsgrafen y = f (x).

BASPROBLEM I ENDIMENSIONELL ANALYS 1 Jan Gustavsson

SF1625 Envariabelanalys

Tentamensuppgifter, Matematik 1 α

Studietips info r kommande tentamen TEN1 inom kursen TNIU22

TATA42: Föreläsning 2 Tillämpningar av Maclaurinutvecklingar

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 12 januari 2015

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

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

SF1625 Envariabelanalys

Prov 1 2. Ellips 12 Numeriska och algebraiska metoder lösningar till övningsproven uppdaterad a) i) Nollställen för polynomet 2x 2 3x 1:

Lösningsförslag obs. preliminärt, reservation för fel

KONTROLLSKRIVNING. Matematik C. Datum: Tid:

TATM79: Föreläsning 4 Funktioner

Lösningsförslag TATM

III. Analys av rationella funktioner

e x x + lnx 5x 3 4e x (0.4) x 0 e 2x 1 a) lim (0.3) b) lim ( 1 ) k. (0.3) c) lim 2. a) Lös ekvationen e x = 0.

11 Dubbelintegraler: itererad integration och variabelsubstitution

5. Förklara varför sannolikheten att en slumpvis vald lottorad har 7 rätt är x + x 2 innehåller termen 14x. Bestäm

Lösningar till tentamen i kursen Envariabelanalys

LÖSNINGSFÖRSLAG TILL TENTAMEN 2 SF1664

x = a är nödvändigt villkor för deriverbarhet i denna x = a } { f är högerkontinuerlig i punkten x = a } { f är vänsterkontinuerlig i punkten

Modul 4 Tillämpningar av derivata

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

Analys av funktioner och dess derivata i Matlab.

Kapitel 7. Kontinuitet. 7.1 Definitioner

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

LMA515 Matematik, del B Sammanställning av lärmål

6.2 Implicit derivering

TENTAMEN Kurs: HF1903 Matematik 1, moment TEN2 (analys) Datum: 26 okt 2016 Skrivtid 13:00-17:00

gränsvärde existerar, vilket förefaller vara en naturlig definition (jämför med de generaliserade integralerna). I exemplet ovan ser vi att 3 = 3 n n

Notera att ovanstående definition kräver att funktionen är definierad i punkten x=a.

Moment Viktiga exempel Övningsuppgifter I

En normalvektor till g:s nivåyta i punkten ( 1, 1, f(1, 1) ) är gradienten. Lektion 6, Flervariabelanalys den 27 januari z x=y=1.

Experimentversion av Endimensionell analys 1

vilket är intervallet (0, ).

LÖSNINGSFÖRSLAG TILL TENTAMEN 2 SF1664

I punkten x = 1 fås speciellt. Taylorpolynomet blir. f(x) = f(a) + f (a)(x a) + f (a)

Lösningsförslag. Högskolan i Skövde (JS, SK) Svensk version Tentamen i matematik

lim 1 x 2 lim lim x x2 = lim

Transkript:

Lösningsskisser för TATA4 7-3-7. Funktionen f() 5 arctan + 4 arctan(/), med den föreskrivna definitionsmängden D f { R : > }, ar derivatan f () 5 + () + 4 ( / ) + (/) + 4 4 + + (4 + 6 ) ( + )( + 4 ) Detta ger följande teckentabell: Gränsvärdena 6( )( + ) ( + )( + 4 ), >. + + ( relevant) + + ( + )( + 4 ) + + f () f() + lok. ma. lim f() 5 + 4 π π, lim + f() 5 π + 4 5π innebär att linjen 5π/ är en vågrät asmptot till grafen f(); lodräta asmptoter saknas. 5 arctan + π 5π/ π Svar: Lokalt maimum f() 5 arctan + π. Vågrät asmptot 5π/. Anm. f() är t.o.m. globalt maimum. Funktionen saknar däremot minsta värde. Anm. Uttrcket för f() är meningsfullt även för <, så man kan ställa samma fråga med definitionsmängden istället för >. I så fall skulle grafen se ut som till öger (en udda funktion, med olika gränsvärden från öger oc vänster i origo).

. Derivatans definition är f f( + ) f() () lim. (a) ( + )4 4 4 3 + 6 + 4 + 3 4 3 + + + då. + ln( + ) ln ln (b) ln( ) + / då. (c) / + / + ( + + ) + + ( + ) + ( + + ) ( + ) då. 3. Det går bra att t.e. sätta t e, men det blir ännu smidigare såär: ω d ω + e e d [ ] ω e + ln(e + ) ln(e ω + ) + ln(e + ) ln( + ) + ln ln, då ω. Svar: d ln. + e 4. (a) + 4 d [ ( + 4 ) 3/] ( 7 7). (b) 5 ( )( +) d ( ) [ + + d ln ln( + ) arctan ] (ln ln π 4 ) (ln ln ) 3 ln π. (c) π cos (/3) d π +cos(/3) d [ + 3 4 sin(/3)] π π 3 3 8. Svar: Se ovan. 5. Beteckningar enligt figuren, där vi antar 4. (Det är uppenbart att enbart detta intervall är av intresse, för man tjänar ju inget på att springa en omväg. ) Välj tidsenet så att astigeten i skogen blir km per tidsenet; då blir löptiden f() 4 + + 9 tidseneter, vilket vi vill minimera. Vi ar km 4 km Start 3 km f () + + 9 + 9 4 oc 3. Etremvärdena på intervallet [, 4] kan bara antas i ändpunkterna eller där derivatan är noll, så det räcker att jämföra funktionens värden i dessa punkter: samt f( 3) 4 3 f() + 9 5, f(4) + 5 5, + 3 + 9 + 3 3 3 4, vilket är mindre än + 5. Det minsta av dessa tre värden är alltså f( 3), dvs. 3 ger minimum. Svar: Linnea ska springa 4 3 km längs stigen. Om Linnea springer mer än 4 km norrut längs stigen så blir både stig- oc skogssträckan längre än om on ade svängt av efter 4 km, oc om on springer söderut i början så blir båda sträckorna längre än om on direkt ade sprungit raka vägen genom skogen. Mål

6. För att kunna antera f () beöver vi veta i vilka intervall som f () är positiv respektive negativ. Derivera f() ( 3 + )e, faktorisera oc gör teckentabell som vanligt: f () ( 3)e + ( 3 + )( e ) ( )( 4)e 4 + + 4 + e f () + Detta visar ur integralen ska delas upp, oc att räkna ut delintegralerna blir sedan en enkel matc eftersom f() såklart är en primitiv funktion till f (): f () d f () d + Svar: 5e + e + e 4 e 5. f () d + 4 4 f () d + f () d [ f() ] + [ f() ] 4 [ f() ] 5 4 f( ) f() + f(4) f(5). 4 4 f () d f () d 7. För att komma till ett läge där vi kan åberopa Rolles sats kan vi trcka iop funktionen f : R R till en funktion g : [ π, π ] R som är definierad på ett begränsat intervall istället för på ela R. Såär: sätt g() { f(tan ), π < < π, 7, ± π. Då blir g kontinuerlig ända ut i i intervallets ändpunkter, eftersom lim g() lim f(tan ) lim f(t) [enl. föruts.] 7 g(π/), (π/) (π/) t oc analogt för intervallets vänstra ändpunkt π/. Vidare är g deriverbar i intervallets inre; kedjeregeln ger g () f (tan ) cos. Oc för det tredje ar g samma värde i båda ändpunkterna: g(±π/) 7. Därmed uppfller funktionen g alla förutsättningarna för Rolles sats, som säger att det finns (minst) ett tal ξ ] π, π [ sådant att g (ξ ) f (tan ξ ) cos, ξ }{{ } dvs. f (tan ξ ). Genom att sätta ξ tan ξ eråller vi därmed ett tal ξ R som uppfller f (ξ), som önskat.

Alternativ lösning Man kan också föra ett resonemang som liknar det i beviset för Rolles sats, men man måste då vara noga med att tdligt förankra alla sina påståenden i andra satser oc definitioner från kursen. Om f är den konstanta funktionen f() 7 så är f (ξ) för alla ξ R, oc då är vi klara direkt. I annat fall finns det något tal sådant att f( ) 7. Antag först att f( ) > 7. Enligt förutsättning är lim f() 7. Per definition betder detta att det för varje ε > finns ett ω R sådant att 7 ε < f() < 7 + ε för alla < ω. Här är vi egentligen bara intresserade av den ögra oliketen f() < 7 + ε. Om vi sätter ε f( ) 7 > så får vi ju ur den oliketen att följande är sant, för något ω R: f() < f( ) för alla < ω. () Notera att eftersom uppenbart inte uppfller oliketen i () så kan inte < ω vara sant; alltså är ω. På samma sätt innebär lim f() 7 att det finns ett ω R sådant att f() < f( ) för alla > ω, () vilket speciellt medför att ω. Sammantaget ar vi därmed ω ω. (3) Låt nu a oc b vara två tal sådana att a < ω ω < b; enligt (3) måste då ligga strikt mellan a oc b, oc enligt () resp. () måste både f(a) oc f(b) vara strikt mindre än f( ). f( ) 7 a ω ω b Nu kan vi tillämpa satsen om största oc minsta värde: f:s restriktion till intervallet [a, b] är en kontinuerlig funktion (eftersom f enligt förutsättning är deriverbar, oc därmed kontinuerlig, på ela R), oc ar därmed ett största värde. Vi vet dessutom att inget av ändpunktsvärdena f(a) oc f(b) kan vara störst, eftersom det finns en punkt ]a, b[ där värdet f( ) är större. Alltså antar f sitt maimum på [a, b] i en inre punkt ξ, dvs. en punkt sådan att a < ξ < b. Oc vi ar ju en annan sats som säger att derivatan i en sådan punkt måste vara noll (om den eisterar, vilket den gör i alla punkter enligt förutsättning). Alltså f (ξ), som önskat.

(När vi ska åberopa satsen om största oc minsta värde måste vi specificera vilket intervall [a, b] vi använder, oc ela sftet med ovanstående resonemang var att itta ett intervall där vi är garanterade att största värdet inte antas i en ändpunkt. För om t.e. f(a) vore det största värdet på [a, b] så skulle det inte gå att dra slutsatsen att f (a).) [Alternativt, ta ett tal C strikt mellan ma ( f(a), f(b) ) oc f( ) oc åberopa satsen om mellanliggande värde (två gånger) för att få punkter A oc B sådana att a < A < < B < b oc f(a) f(b) C, oc använd sedan Rolles sats på intervallet [A, B].] Fallet f( ) < 7 beandlas på motsvarande sätt. Argument som inte fungerar Det kan också vara lärorikt att titta på några andra argument som inte riktigt åller. En idé är att tillämpa medelvärdessatsen på ett godtckligt intervall [a, b], såär: Om a < b finns det ett ξ mellan a oc b sådant att f (ξ) f(b) f(a). b a Om man låter a oc b så kommer ögerledet att gå mot noll: b a (f(b) f(a) ) (7 7). Detta ger i vänsterledet att även f (ξ), så det finns ett ξ med f (ξ ). Ett problem med detta är att vi inte ar definierat i kursen vad det egentligen innebär att samtidigt låta två variabler gå mot någonting, men det finns även allvarligare brister. Talet ξ beror på a oc b, men man ar ingen kontroll över ur ξ det beror på a oc b, så ur vet man att ξ konvergerar mot något tal ξ när a oc b? Oc även om man skulle veta det, ur vet man att f (ξ )? lim ξ ξ f (ξ)? (Det finns inte någon förutsättning i uppgiften om att derivatan f måste vara en kontinuerlig funktion.) Oc värst av allt: argumentet beror inte på att de två gränsvärdena i ± är lika! Allting skulle bli precis likadant om förutsättningen vore att f() A då oc f() B då, för även om A B så får man ju (B A). Oc då är det ju uppenbart inte sant att derivatan måste vara noll någonstans; ta t.e. f() arctan som moteempel. [Man kan försvaga förutsättningarna tterligare, oc bara anta att f är begränsad på R. Vad ovanstående argument då visar, om man stramar upp det lite, är att det för varje ε > finns någon punkt ξ där f (ξ) < ε.] En annan idé är följande motsägelsebevis: Antag att f aldrig är noll. Om f vore positiv överallt så skulle f vara strängt väande, men så kan det inte vara ifall f() 7 då ± (om man tänker efter lite). Likaså om f vore negativ överallt. Alltså måste f anta både positiva oc negativa värden. Någonstans däremellan, där f bter lutning, måste (väl?) f vara noll, vilket motsäger antagandet att f aldrig var noll. Det enda problemet med detta argument ligger i den sista meningen. Som vi nämnde ovan beöver f inte vara kontinuerlig, så man kan inte tillämpa satsen om mellanliggande värde för att rigoröst motivera att det verkligen finns ett ξ R där f (ξ). Det finns dock en annan sats, Darbou sats, som säger att en derivata f som är definierad i alla punkter i ett intervall alltid måste anta mellanliggande värden. Så det sista påståendet f (a) > oc f (b) < medför f (ξ) för något ξ mellan a oc b är faktiskt sant, men för att rättfärdiga det måste man änvisa till en icketrivial sats som inte ar tagits upp i kursen. (Eller bevisa den satsen från scratc med jälp av de satser vi ar gått igenom.)