SF1625 Envariabelanalys



Relevanta dokument
SF1625 Envariabelanalys

SF1625 Envariabelanalys

Envariabel SF1625: Föreläsning 11 1 / 13

Modul 4 Tillämpningar av derivata

SF1625 Envariabelanalys

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 11 januari 2016

6. Samband mellan derivata och monotonitet

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

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

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

LMA515 Matematik, del B Sammanställning av lärmål

Dagens ämnen. Entydighet hos Taylor- och Maclaurinpolynom

Moment 8.51 Viktiga exempel , 8.34 Övningsuppgifter 8.72, 8.73

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.

Viktiga begrepp, satser och typiska problem i kursen MVE460, 2015.

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

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL 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.

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

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Genomgånget på föreläsningarna

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

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 + x 2 b.) lim x 15 8x + x 2 c.) lim x 2 5x + 6 x 3 + y 3 xy = 7

För teknologer inskrivna H06 eller tidigare. Skriv GAMMAL på omslaget till din anomyna tentamen så att jag kan sortera ut de gamla teknologerna.

MA2001 Envariabelanalys

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

Mälardalens högskola Akademin för utbildning, kultur och kommunikation

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

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

H1009, Introduktionskurs i matematik Armin Halilovic ============================================================

2. (a) Skissa grafen till funktionen f(x) = e x 2 x. Ange eventuella extremvärden, inflektionspunkter

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

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

Checklista för funktionsundersökning

SF1625 Envariabelanalys

Några viktiga satser om deriverbara funktioner.

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

5 Om f (r) = 0 kan andraderivatan inte avgöra vilken typ av extrempunkt det handlar om. Återstår att avgöra punktens typ med teckenstudium.

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

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

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

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

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

Teorifrå gor kåp

TMV225+TMV176 Inledande matematik M, TD Sammanfattning. Läsanvisningar inför tentamen.

LÖSNINGSFÖRSLAG TILL TENTAMEN 2 SF1664

Växande och avtagande

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Mälardalens högskola Akademin för utbildning, kultur och kommunikation

Funktionsstudier med derivata

När vi ritar grafen kan vi bestämma om funktionen har globalt maximum ( =största värde)

SF1664 Tillämpad envariabelanalys med numeriska metoder Lösningsförslag till tentamen DEL A

f(x) = x 2 g(x) = x3 100 h(x) = x 4 x x 2 x 3 100

f(x) = x 2 g(x) = x3 100

Mälardalens högskola Akademin för undervisning, kultur och kommunikation

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.

x +y +z = 2 2x +y = 3 y +2z = 1 x = 1 + t y = 1 2t z = t 3x 2 + 3y 2 y = 0 y = x2 y 2.

7x 2 5x + 6 c.) lim x 15 8x + 3x Bestäm eventuella extrempunkter, inflexionspunkter samt horizontella och vertikala asymptoter

6 Derivata och grafer

Mälardalens högskola Akademin för utbildning, kultur och kommunikation

x 1 1/ maximum

SF1625 Envariabelanalys

SF1626 Flervariabelanalys

Viktigaste begrepp, satser och typiska problem från kursen ALA-A år 2013.

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen

Meningslöst nonsens. December 14, 2014

Studietips infö r kömmande tentamen TEN1 inöm kursen TNIU22

SF1625 Envariabelanalys Tentamen Måndagen den 12 januari 2015

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

Blandade A-uppgifter Matematisk analys

Lösningar och kommentarer till uppgifter i 3.1

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Instuderingsfrågor för Endimensionell analys kurs B1

LÖSNINGSFÖRSLAG TILL TENTAMEN 2 SF1664

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

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

MATEMATIK Datum: Tid: eftermiddag Hjälpmedel: inga. Mobiltelefoner är förbjudna. A.Heintz Telefonvakt: Tim Cardilin Tel.

x sin(x 2 )dx I 1 = x arctan xdx I 2 = x (x + 1)(x 2 2x + 1) dx

Kursens Kortfrågor med Svar SF1602 Di. Int.

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

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

Envariabelanalys 5B1147 MATLAB-laboration Derivator

MATEMATIK Datum: Tid: förmiddag. A.Heintz Telefonvakt: Jacob Leander, Tel.:

TATA42: Föreläsning 2 Tillämpningar av Maclaurinutvecklingar

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

Kap Implicit givna funktioner

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

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Lösningar till kryssproblemen 1-5. Uppgifter till lektion 1: = 10 x. = x 10.

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.

SF1625 Envariabelanalys

Håkan L. (Skriv som en produkt. Gör uppdelningen i faktorer så långt det går.) 1. Faktorisera 25x Faktorisera 1. 3.

MATEMATIK Datum: Tid: förmiddag. A.Heintz Telefonvakt: Tel.:

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

Tentamensuppgifter, Matematik 1 α

Instuderingsfrågor för Endimensionell analys kurs B1 2011

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

Module 4 Applications of differentiation

Modul 1: Funktioner, Gränsvärde, Kontinuitet

III. Analys av rationella funktioner

Transkript:

Modul 4: Tillämpningar av derivata Institutionen för matematik KTH 22-23 september 2015

Översikt över några viktiga derivatatillämningar 1. Förändringstakt. Derivata mäter förändringstakt, till exemel (men inte bara) hastighet. 2. Linjär approximation. Två exempel: Newton-Raphsons metod för ekvationslösning, L Hopitals regel för gränsvärden. 3. Max/min-problem. Derivata kan användas för hitta funktioners största och minsta värden. 4. Kurvritning. Derivatan ger underlag för att rita grafen y = f (x) och svara på en mängd frågor om f. 5. Taylors formel. Som linjär approximation fast med polynom av högre grad.

Tillämpningar av linjär approximation Linjär approximation f (x) f (a) + f (a)(x a) kan användas för att lösa ekvationer. Om man vill lösa ekvationen f (x) = 0, så kan man börja med att gissa ett startvärde x 0, göra linjär approximation kring x 0 och ta reda på när den linjära approximationen blir 0. Med andra ord: Man ersätter ekvationen f (x) = 0 med ekvationen f (x 0 ) + f (x 0 )(x x 0 ) = 0 och löser ut x. Man får x = x 0 f (x 0) f (x 0 ). Sedan kan man upprepa proceduren få en följd av successiva (och förhoppningsvis bättre och bättre) approximationer av lösningen. Detta är Newton-Raphsons metod (se kapitel 4.2): x n+1 = x n f (x n) f (x n ).

Tillämpningar av linjär approximation Linjär approximation f (x) f (a) + f (a)(x a) kan användas för att räkna ut gränsvärden. Säg att f och g är två gånger deriverbara och f (a) = g(a) = 0. Då får vi (efter felanalys): f (x) lim x a g(x) = lim f (a) + f (a)(x a) x a g(a) + g (a)(x a) = lim f (a)(x a) x a g (a)(x a) = f (a) g (a). Det här är en tillämpning av Taylors formel (egentligen behövs felanalys!). I bokens kapitel 4.3 står att läsa om l Hopitals regel: f (x) lim x a g(x) = [ ] 0 f (x) = lim 0 x a g (x) som gäller under vissa förutsättningar på f och g.

Teori om max och min Definition. Om f (a) f (x) för alla x i definitionsmängden så sägs f (a) vara f :s största värde, eller globalt maximum. Definition. Om det finns en omgivning I till a sådan att f (a) f (x) för alla x I som tillhör definitionsmängden till f, så sägs f (a) vara ett lokalt maximum till f. Och a sägs då vara en lokal maxpunkt. Motsvarande definitioner med ger betydelserna av globalt och lokalt minimum.

Lokala extrempunkter Definition. En global extrempunkt är en punkt som antingen är en global maxpunkt eller en global minpunkt. Definition. En lokal extrempunkt är en punkt som antingen är en lokal maxpunkt eller en lokal minpunkt. Motsvarande definitioner görs för extremvärden. (Varning: se upp för terasspunkter!)

Teori Definition. Om f (a) = 0 så sägs a vara en kritisk eller stationär punkt till f.

Att hitta extremvärden Sats. Om funktionen f antar ett lokalt eller globalt extremvärde (max eller min) i en inre punkt a till definitionsmängden och f är deriverbar i a så är f (a) = 0 Bevis. Om f har ett max i a så finns en omgivning till a så att f (a) f (x) för alla x i omgivningen. Det betyder att om h är positivt och tillräckligt litet så är f (a + h) f (a) 0. h Men om h är negativt och nära 0 så är istället f (a + h) f (a) 0. h Om vi tar gränsvärdet när h 0 av dessa så får vi derivatan f (a). Men då måste f (a) 0 och f (a) 0 samtidigt. Alltså är f (a) = 0. Motsvarande för min. Se också bild!

Gör så här! Alltså: Om vi letar efter en funktions lokala eller globala max/min-punkter så är det ingen mening att leta i inre punkter där derivatan existerar och är 0. Sats. De enda punkter där f kan anta lokala/globala max/min är kritiska punkter, randpunkter och punkter där derivata saknas. Obs. Det finns ingen garanti för att f har max/min! Det krävs alltid ett argument för detta!

Kurvritning Låt f vara given av f (x) = xe 2x. Skissa grafen y = f (x). (Skissa grafen betyder: bestäm definitionsmängden för f, finn f (x) och ange var f är deriverbar. Hitta derivatans nollställen och gör ett teckenschema för derivatan. Bestäm med hjälp av detta var f är strängt växande resp strängt avtagande och hitta alla lokala och globala extrempunkter. Beräkna ev intressanta gränsvärden, i det här fallet gränsvärdena när x går mot ±. Kontrollera var grafen skär koordinataxlarna. Ibland kan man också behöva studera andraderivatan, hitta asymptoter mm. Sen kan man rita kurvan.)

Svarar på massor av frågor Nyss skissade vi grafen till f (x) = xe 2x. Med hjälp av det arbete vi gjorde då kan vi nu svara på massor av frågor om f : Vad är f :s största resp minsta värde? Vad är värdemängden till f? Är det sant att f (x) 1 för alla x? Hur många lösningar har ekvationen f (x) = 1/2? Hur många lösningar har ekvationen f (x) = 1/2? För denna typ av frågor krävs oftast en komplett derivataundersökning av funktionen.

Medelvärdessatsen och vidare! Medelvärdessatsen. Om f är kontinuerlig på [a, b] och deriverbar på (a, b) så finns en punkt c mellan a och b sådan att f f (b) f (a) (c) =. b a Bevis. Låt oss hitta på en ny funktion g som ges av g(x) = f (x) f (b) f (a) (x a). b a Då gäller att g(a) = g(b) och g är deriverbar på (a, b). Av detta följer (hur?) att g måste anta ett största eller ett minsta värde i någon punkt mellan a och b. I en sådan punkt, kalla den c, måste g:s derivata vara noll. Med andra ord gäller att 0 = g (c) = f (c) Detta är precis slutsatsen i satsen. f (b) f (a). b a

Feltermen i linjär approximation Linjär approximation. Om f är deriverbar i a så gäller att f (x) f (a) + f (a)(x a), för x nära a. Nu ska vi undersöka vad nära egentligen betyder!

Feltermen i linjär approximation Sats. Om f är 2 gånger deriverbar i ett intervall som innehåller a och x så gäller för något c mellan a och x att f (x) = f (a) + f (a)(x a) + f (c) (x a) 2. 2! Alltså: Felet i den linjära approximationen, dvs skillnaden mellan f (x) och f (a) + f (a)(x a), är precis f (c) (x a) 2. 2!

Upp till Bevis! Bevis av feltermen i linjär approximation. Vi söker felet i approximationen f (x) f (a) + f (a)(x a). Nu är alltså x fixerat. Vi hittar på en ny funktion g som beror på t och ges av g(t) = f (t) f (a) f (a)(t a) f (x) f (a) f (a)(x a) (x a) 2 (t a) 2. Man kollar lätt att g(a) = 0 och g(x) = 0. Då finns enligt medelvärdessatsen en punkt b mellan a och x sådan g (b) = 0. Nu kan vi upprepa samma resonemang för funktionen g, dvs g (a) = 0 och g (b) = 0, så det måste finnas en punkt c mellan a och b sådan att g (c) = 0. Men om vi deriverar g två gånger ser vi att g (c) = f (c) 2 f (x) f (a) f (a)(x a) (x a) 2. Att detta är noll ger oss precis vad vi skulle bevisa.

Taylors formel Taylors formel. Om f är n + 1 gånger deriverbar i ett intervall som innehåller a och x så gäller att f (x) f (a) + f (a)(x a) + f (a) 2! Felet i approximationen ges av (x a) 2 + + f (n) (a) (x a) n. n! f (n+1) (c) (x a) n+1 n! för något c mellan a och x. Det approximerande polynomet kallas Taylorpolynomet av grad n till f kring punkten a. Om a = 0 så talar man ofta om Maclaurinpolynom.

Exempel på Taylors formel Några standardutvecklingar. För x nära 0 gäller att e x 1 + x 1! + x 2 2! + x 3 3! +... ln(1 + x) x x 2 2 + x 3 3 x 4 sin x x x 3 3! + x 5 5! x 7 cos x 1 x 2 2! + x 4 4! x 6 (1 + x) α 1 + αx + 7! +... 4 +... 6! +... α(α 1) x 2 + 2! α(α 1)(α 2) x 3 +... 3!

Andraderivatans betydelse Konvexitet. Om man tar två punkter på funktionsgrafen och drar en linje genom dem ligger då grafen mellan punkterna över eller under linjen? Under: konvex. Över: konkav. Andraderivatan. Om f (x) > 0 för alla x i ett intervall I så är f konvex i I. Om f (x) < 0 för alla x i ett intervall I så är f konkav i I.

Asymptoter En asymptot är "en linje som funktionsgrafen kommer hur nära som helst". Det finns tre fall: 1. Lodrät asymptot. Om lim x a ± f (x) = ± så är linjen x = a en lodrät asymptot. 2. Vågrät asymptot. Om lim x ± f (x) = L så är linjen y = L en vågrät asymptot. 3. Sned. Om lim x ± (f (x) ax b) = 0 så är linjen y = ax + b en sned asymptot.