Rozdział 9. Funkcja pierwotna. 9.1 Funkcja pierwotna

Wielkość: px
Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Rozdział 9. Funkcja pierwotna. 9.1 Funkcja pierwotna"

Transkrypt

1 Rozdział 9 Funkcja pierwotna 9. Funkcja pierwotna Definicja funkcji pierwotnej. Niech f będzie funkcją określoną na przedziale P. Mówimy, że funkcja F : P R jest funkcją pierwotną funkcji f w przedziale P, gdy F jest funkcją różniczkowalną i F (x) = f(x) dla x P. Własność 9... Niech P będzie przedziałem oraz niech F : P R będzie funkcją pierwotną funkcji f w przedziale P. Wówczas funkcja F : P R jest funkcją pierwotną funkcji f w przedziale P wtedy i tylko wtedy, gdy F F jest funkcją stałą (w P ). Dowód. Załóżmy, że F jest funkcją pierwotną funkcji f w przedziale P. Wówczas mamy, że F (x) = f(x) = F (x) dla x P. Zatem z wniosku 7.3. dostajemy, że F F jest funkcją stałą. Odwrotnie, jeśli F F iest funkcją stałą, to F (x) = F (x) = f(x) dla x P, czyli F jest funkcją pierwotną funkcji f w przedziale P. Wniosek 9... Jeśli funkcja f ma w przedziale P funkcję pierwotną, to dla każdego x 0 P oraz y 0 R istnieje dokładnie jedna funkcja pierwotna F : P R funkcji f w przedziale P taka, że F (x 0 ) = y 0. Dowód. Weźmy dowolne x 0 P oraz y 0 R. Niech F : P R będzie funkcją pierwotną funkcji f w przedziale P. Kładąc F (x) = F (x) + y 0 F (x 0 ), x P, w myśl własności 9.. mamy, że F jest funkcją pierwotną funkcji f w przedziale P oraz F (x 0 ) = y 0. Pokażemy, że funkcją pierwotna F funkcji f w P taka, że F (x 0 ) = y 0 jest określona jednoznacznie. Istotnie, niech F : P R będzie funkcją pierwotną funkcji f w P taką, że F (x 0 ) = y 0. W myśl własności 9.. mamy, że istnieje C R, że F (x) F (x) = C dla x P. Ponieważ F (x 0 ) F (x 0 ) = 0, więc C = 0. To daje tezę. Z własności pochodnej funkcji dostajemy poniższe własności funkcji pierwotnej. Twierdzenie Niech P będzie przedziałem oraz α, β R. Jeśli F, F : P R są funkcjami pierwotnymi odpowiednio funkcji f, f w przedziale P, to αf + βf jest funkcją pierwotną funkcji αf + βf w przedziale P. 07

2 08 ROZDZIAŁ 9. FUNKCJA PIERWOTNA Dowód. Bezpośrednio z twierdzenia o działaniach na pochodnej funkcji (twierdzenie 7..) dostajemy (αf + βf ) = αf + βf = αf + βf w przedziale P. Uwaga Odpowiednik twierdzenia 9..3 dla iloczynu funkcji nie zachodzi. Mianowicie, w punkcie 9. pokażemy że, istnieją funkcje posiadające funkcje pierwotne w przedziale, których iloczyn nie ma funkcji pierwotnej. Twierdzenie Niech P będzie przedziałem oraz niech f, g będą funkcjami różniczkowalnymi w przedziale P. Jeśli F : P R jest funkcją pierwotną funkcji f g w przedziale P, to fg F jest funkcją pierwotną funkcji f g w przedziale P. Dowód. Istotnie, bezpośrednio z twierdzenia o pochodnej iloczynu dwóch funkcji (twierdzenie 7..) dostajemy (fg) = f g + fg, więc (fg F ) = f g w przedziale P. Twierdzenie Niech P, Q będą przedziałami oraz niech ϕ : Q R będzie funkcją różniczkowalną taką, że ϕ(q) P. Jeśli F : P R jest funkcją pierwotną funkcji f w przedziale P, to F ϕ : Q R jest funkcją pierwotną funkcji f ϕ ϕ w przedziale Q. Dowód. Z twierdzenia 7..3, mamy (F ϕ) = (F ϕ) ϕ = (f ϕ) ϕ w P. Uwaga Niech f będzie funkcją różniczkowalną w przedziale P taką, że f(x) > 0 dla x P. Wprost z definicji funkcji pierwotnej mamy (a) Funkcja F (x) = ln f(x), x P jest funkcją pierwotnę funkcji f w przedziale P. f f (b) Funkcja F (x) = f(x), x P jest funkcją pierwotnę funkcji f w przedziale P. Uwaga Niech f będzie funkcją różniczkowalną w przedziale P taką, że f(x) < 0 dla x P. Wprost z definicji funkcji pierwotnej mamy (a) Funkcja F (x) = ln f(x), x P jest funkcją pierwotnę funkcji f w przedziale P. f (b) Funkcja F (x) = f(x), x P jest funkcją pierwotnę funkcji f w P. Twierdzenie Jeśli funkcja f ma funkcję pierwotną w przedziale P, to f spełnia w P własność Darboux, to znaczy dla każdych x, x P, x < x oraz każdego c R, (a) jeśli f(x ) < c < f(x ), to istnieje x 0 (x, x ), że f(x 0 ) = c, (b) jeśli f(x ) > c > f(x ), to istnieje x 0 (x, x ), że f(x 0 ) = c. Dowód. Niech F : P R będzie funkcją pierwotną funkcji f w przedziale P. Wówczas F (x) = f(x) dla x P i z twierdzenia Darboux dostajemy, że f spełnia (a) i (b). Uwaga W myśl twierdzenia 9..9 mamy, że funkcja f(x) = [x], x R, gdzie [x] oznacza całość z liczby x, nie ma funkcji pierwotnej, bowiem funkcja ta nie spełnia warunków (a) i (b) w twierdzeniu Można rẃnież udowodnić, że istnieją funkcje spełniające powyższe warunki (a) i (b), które nie mają funkcji pierwotnych. f

3 9.. O FUNKCJI PIERWOTNEJ FUNKCJI CIĄGŁEJ 09 Własność 9... Niech P będzie przedziałem, x 0 P będzie takim punktem, że zbiory P = {x P : x x 0 }, P = {x P : x x 0 } są przedziałami. Niech f : P R. Jeśli (i) F : P R jest funkcją pierwotną funkcji f w przedziale P, (ii) F : P R jest funkcją pierwotną funkcji f w przedziale P, (iii) F (x 0 ) = F (x 0 ), to funkcja F : P R określona wzorami F (x) = F (x) dla x P i F (x) = F (x) dla x P jest funkcją pierwotną funkcji f w przedziale P. Dowód. Wobec (iii) mamy, że funkcja F jest poprawnie określona. Weźmy dowolny x P. Jeśli x < x 0, to z (i) mamy F (x) = F (x) = f(x). Jeśli x > x 0, to z (ii) mamy F (x) = F (x) = f(x). Jeśli x = x 0, to z określenia F i z (i) oraz (iii) mamy lim x x 0 F (x) F (x 0 ) x x 0 = lim x x 0 F (x) F (x 0 ) x x 0 = f(x 0 ) oraz z (ii) lim x x + 0 F (x) F (x 0 ) x x 0 = lim x x + 0 F (x) F (x 0 ) x x 0 = f(x 0 ). Zatem F (x 0 ) = f(x 0 ). Reasumując F jest funkcją pierwotną funkcji f w przedziale P. 9. O funkcji pierwotnej funkcji ciągłej Twierdzenie 9... Jeśli ciąg funkcyjny f n : [a, b] R, n N, jest jednostajnie zbieżny do funkcji f : [a, b] R oraz każda funkcja f n, n N ma w przedziale [a, b] funkcję pierwotną F n : [a, b] R, to funkcja f ma funkcję pierwotną w przedziale [a, b]. Jeśli dodatkowo dla pewnego x 0 [a, b], ciąg (F n (x 0 )) n= jest zbieżny, to ciąg (F n ) n= jest jednostajnie zbieżny i jego granica jest funkcją pierwotną funkcji f w przedziale [a, b]. Dowód. Niech x 0 [a, b]. Przyjmując F n (x) = F n (x) F n (x 0 ), x [a, b], z wniosku 9.., mamy, że F n jest funkcją pierwotną funkcji f n dla n N. Zatem ciąg funkcji różniczkowalnych ( F n ) n= jest zbieżny w punkcie x 0 i ciąg jego pochodnych (f n ) n= jest jednostajnie zbieżny do funkcji f w przedziale [a, b]. W myśl twierdzenia 8.5., ciąg ( F n ) n=k jest, więc jednostajnie zbieżny do pewnej funkcji różniczkowalnej F : [a, b] R oraz F (x) = lim n F n (x) = lim n f n (x) = f(x) dla x [a, b]. W konsekwencji F jest funkcją pierwotną funkcji f w przedziale [a, b] oraz Fn F. Jeśli dodatkowo ciąg (F n (x 0 )) n= jest zbieżny, to analogicznie jak powyżej, w myśl twierdzenia 8.5., ciąg (F n ) n=k jest jednostajnie zbieżny do pewnej funkcji różniczkowalnej F : [a, b] R oraz F jest funkcją pierwotną funkcji f w [a, b]. To kończy dowód. Z twierdzenia 9.. dostajemy natychmiast

4 0 ROZDZIAŁ 9. FUNKCJA PIERWOTNA Wniosek 9... Jeśli szereg funkcyjny n= f n, gdzie f n : [a, b] R, n N, jest jednostajnie zbieżny do funkcji f : [a, b] R oraz każda funkcja f n, n N ma w przedziale [a, b] funkcję pierwotną F n : [a, b] R, to funkcja f ma funkcję pierwotną w przedziale [a, b]. Jeśli dodatkowo dla pewnego x 0 [a, b], szereg n= [a, b]. n= F n (x 0 ) jest zbieżny, to szereg F n jest jednostajnie zbieżny i jego suma jest funkcją pierwotną funkcji f w przedziale W oparciu o twierdzenie 9.., pokażemy, że każda funkcja ciągła w przedziale ma funkcję pierwotną w tym przedziale. Udowodnimy najpierw lemat. Lemat Jeśli f : R R jest wielomianem postaci f(x) = n wielomian F (x) = n j=0 j=0 a j j+ xj+, x R jest funkcją pierwotną funkcji f w R. a j x j, x R, to Dowód. Przy oznaczeniach lematu dostajemy F = f w R. To daje tezę. Twierdzenie (o istnieniu funkcji pierwotnej funkcji ciągłej). Jeśli P jest przedziałem, to każda funkcja ciągła f : P R ma funkcję pierwotną w przedziale P. Dowód. Niech f : P R będzie funkcją ciągłą. Załóżmy najpierw, że P jest przedziałem domkniętym. Wówczas z twierdzenia Weierstrassa mamy, że istnieje ciąg wielomianów (W n ) n= zbieżny jednostajnie do funkcji f na przedziale P. W myśl lematu 9..3, każdy wielomian W n, n N ma funkcję pierwotną w P. Zatem z twierdzenia 9.. dostajemy tezę w tym przypadku. Niech teraz P będzie dowolnym przedziałem oraz niech a, b, a < b będą końcami przedziału P. Niech x 0 P będzie ustalonym punktem takim, że a < x 0 < b. Jeśli b P, to z przypadku rozważonego na początku dowodu, istnieje funkcja pierwotna F funkcji f w przedziale [x 0, b]. Ponadto, wobec wniosku 9.., można założyć, że F (x 0 ) = 0. Jeśli b P, to istnieje ciąg rosnący (x n ) n= P taki, że x 0 < x n dla n N oraz lim x n = b. W myśl poprzedniego, w każdym przedziale [x 0, x n ] istnieje funkcja n pierwotna F n : [x 0, x n ] R funkcji f. Ponadto można założyć, że F n (x 0 ) = 0. Wówczas, z własności 9.. mamy F n (x) = F m (x) dla n < m oraz x [x 0, x n ]. Ponieważ [x 0, x n ] = [x 0, b), n N więc funkcja F : [x 0, b) R określona wzorem F (x) = F n (x), jeśli x [x 0, x n ], jest poprawnie określona. Ponadto F (x 0 ) = 0 oraz F (x) = f(x) dla x [x 0, b), czyli dla x P, x x 0. Reasumując istnieje funkcja pierwotna F funkcji f w przedziale {x P : x x 0 } taka, że F (x 0 ) = 0.

5 9.. O FUNKCJI PIERWOTNEJ FUNKCJI CIĄGŁEJ Analogicznie jak powyżej pokazujemy, że istnieje funkcja pierwotna F funkcji f w przedziale {x P : x x 0 } taka, że F (x0 ) = 0. Ponieważ F (x 0 ) = F (x0 ), więc biorąc funkcję F : P R określoną wzorami F (x) = F (x) dla x P, x x 0 oraz F (x) = F (x) dla x P, x x0, w myśl własności 9.. dostajemy, że F jest funkcją pierwotną funkcji f w przedziale P. Uwaga Niech (f n ) n= będzie ciągiem funkcji określonych na przedziale P. Załóżmy, że każda funkcja f n ma w P funkcję pierwotną. W dowodzie twierdzenia 9..4 pokazaliśmy, że jeśli ciąg (f n ) n= jest zbieżny jednostajnie na każdym przedziale domkniętym zawartym w P, to granica ciągu (f n ) n= ma funkcję pierwotną. Uwaga Funkcja f : R R określona wzorem f(x) = x sin x cos x dla x 0 oraz f(0) = 0 posiada funkcję pierwotnę F : R R określoną wzorami F (x) = x sin x dla x 0 oraz F (0) = 0. Funkcja f nie jest jednak funkcją ciągłą w punkcie 0. Uwaga Istnieją funkcje posiadające funkcje pierwotne w przedziale, których iloczyn nie ma funkcji pierwotnej w tym przedziale. Pokażemy, że funkcja f : R R określona wzorami f(x) = cos dla x 0 oraz f(0) = 0. x ma funkcję pierwotną w R lecz f nie ma w R funkcji pierwotnej. Niech F : R R, g : R R będą funkcjami określonymi wzorami F (x) = x sin x dla x 0 oraz F (0) = 0, g(x) = x sin dla x 0 oraz g(0) = 0. x Funkcja g, jako funkcja ciągła, ma funkcję pierwotną G : R R (twierdzenie 9..4). Wtedy F (x) = g(x) f(x) dla x R, więc F = G F jest funkcją pierwotną funkcji f w R. Przypuśćmy teraz, że funkcja f ma w R funkcję pierwotną F : R R. Pokażemy, że istnieje C R, że (9.) F (x) = F (x) + x + C dla x R. Istotnie, ponieważ cos α = cos α dla α R, więc (9.) f (x) = f(x) + dla x 0. Funkcja F (x) + x jest w R funkcją pierwotną funkcji f + oraz z twierdzenia 9..6 mamy, że funkcja F (x) jest w R funkcją pierwotną funkcji f (x). Stąd, z (9.) i własności 9.., istnieją C, C R, że F (x) = F (x) + x + C dla x (, 0) oraz F (x) = F (x) + x + C dla x (0, + ). Wobec ciągłości funkcji F, F, przechodząc do granicy przy x 0 dostajemy F (0) = F (0) + C oraz F (0) = F (0) + C. Stąd wynika, że C = C. Reasumując pokazaliśmy (9.). Z (9.) i określenia funkcji F, F mamy 0 = f (0) = F (0) = F (0) + = f(0) + =, co jest niemożliwe. Z otrzymanej sprzeczności wynika, że przypuszczenie o istnieniu w R funkcji pierwotnej funkcji f było fałszywe.

6 ROZDZIAŁ 9. FUNKCJA PIERWOTNA 9.3 Całka nieoznaczona Dla uproszczenia zapisu wprowadzimy pojęcie całki nieoznaczonej. Definicja całki nieoznaczonej. Niech P będzie przedziałem oraz f funkcją określoną na P. Jeśli funkcja f ma funkcję pierwotną w przedziale P, to zbiór wszystkich funkcji pierwotnych funkcji f w przedziale P nazywamy całką nieoznaczoną funkcji f w przedziale P i oznaczamy fdx lub f(x)dx. Jeśli funkcja f nie ma funkcji pierwotnej w przedziale P, to mówimy, że funkcja ta nie ma całki nieoznaczonej w tym przedziale. Uwaga Jeśli F : P R jest funkcją pierwotną funkcji f w przedziale P, to wobec własności 9.. mamy, że f(x)dx = {G : P R : istnieje stała C R, że G = F +C}. W związku z tym, w dalszym ciągu będziemy pisali f(x)dx = F (x) + C, gdzie C R jest dowolną stałą. Aby wyznaczyć całkę nieoznaczoną funkcji w przedziale wystarczy więc obliczyć jedną funkcję pierwotną tej funkcji w tym przedziale. Uwaga W literaturze wyznaczanie funkcji pierwotnej oraz całki nieoznaczonej nazywa się całkowaniem. Uwaga Oznaczenie f(x)dx, całki nieoznaczonej funkcji f w przedziale P, pochodzi od Leibniza. W oznaczeniu tym nie występuje oznaczenie przedziału P. Należy jednak pamiętać, że proces szukania całki nieoznaczonej jest ściśle związany z przedziałem. Symbol dx, w oznaczeniu całki, ma ułatwić rozróżnienie po której zmiennej całkujemy funkcję, jeśli funkcja zależy od wielu zmiennych. Podamy teraz twierdzenia o całce nieoznaczonej sumy dwóch funkcji. Zgodnie z definicją będziemy musieli dodawać rodziny funkcji. Przyjmijmy więc następujące oznaczenia. Definicja Dla zbiorów A, B R X, funkcji określonych na zbiorze X, przyjmujemy A + B = {f + g : f A g B}, aa = {af : f A}, gdzie a R. g + A = {g + f : f A}, gdzie g : X R. A ϕ = {f ϕ : f A}, gdzie ϕ : Y R, ϕ(y ) X. Bezpośrednio z twierdzenia 9..3 i powyższej definicji dostajemy Twierdzenie Jeśli funkcje f i g mają całki nieoznaczone w przedziale P, to funkcje f + g oraz αf, gdzie α R, mają całki nieoznaczone w przedziale P i (f + g)dx = fdx + gdx oraz αfdx = α fdx. Z twierdzenia 9..5 mamy Twierdzenie (o całkowaniu przez części). Niech P będzie przedziałem oraz niech f, g będą funkcjami różniczkowalnymi w przedziale P. Jeśli funkcja f g ma w przedziale P całkę nieoznaczoną, to funkcja f g ma w przedziale P całkę nieoznaczoną oraz f gdx = fg f g dx.

7 9.3. CAŁKA NIEOZNACZONA 3 Z twierdzenia 9..6 mamy Twierdzenie (o całkowaniu przez podstawienie). Niech P, Q będą przedziałami oraz niech ϕ : Q R będzie funkcją różniczkowalną taką, że ϕ(q) P. Jeśli funkcja f ma w przedziale P całkę nieoznaczoną, to funkcja f ϕ ϕ ma w przedziale Q całkę nieoznaczoną oraz ( ) f ϕ(x) ϕ (x)dx = f(t)dt ϕ(x). Bepośrednio z twierdzeń 7.. oraz 7.. dostajemy Twierdzenie Niech α, a R. Wówczas w odpowiednim przedziale, mamy x α dx = xα+ α+ x α dx = xα+ α+ x α dx = xα+ α+ + C, w (0, + ), gdy α R \ { } + C, w R, gdy α N + C, w (, 0), gdy α Z \ { } x dx = ln x + C, w (0, + ), x dx = ln( x) + C, w (, 0), e x dx = e x + C, w R, a x dx = ax + C, w R, gdy a > 0, a, ln a sin xdx = cos x + C, w R, cos xdx = sin x + C, w R, cos x dx = tg x + C, w ( π + kπ, π + kπ), gdzie k Z, dx = ctg x + C, w (kπ, π + kπ), gdzie k Z, sin x +x dx = arctg x + C, w R x dx = arcsin x + C, w (, ). gdzie C R jest dowolną stałą. Przykład Bezpośrednio z definicji całki nieoznaczonej sprawdzamy, że ln xdx = x ln x x + C w przedziale (0, + ),

8 4 ROZDZIAŁ 9. FUNKCJA PIERWOTNA gdzie C R jest dowolną stałą. Z punktu widzenia obliczania całek nieoznaczonych ważny jest również sposób w jaki można taką całkę zgadnąć. Stosując mianowicie twierdzenie o całkowaniu przez części 9.3.5, dla funkcji f(x) = x, g(x) = ln x, x (0, + ), dostajemy ln xdx = x ln x dx = x ln x x + C w przedziale (0, + ), gdzie C R jest dowolną stałą. Przykład Z definicji całki nieoznaczonej sprawdzamy łatwo, że (9.3) e x sin xdx = ex (sin x cos x) + C, w zbiorze R, gdzie C R jest dowolną stałą. Stosując zaś dwa razy twierdzenie o całkowaniu przez części 9.3.5, dostajemy e x sin xdx = e x sin x e x cos xdx = e x sin x e x cos x e x sin xdx w zbiorze R, przy czym całki w powyższym wzorze istnieją. Oznaczając przez F : R R dowolną funkcję pierwotną funkcji e x sin x dostajemy, że istnieje C 0 R, że Stąd dostajemy (9.3). F (x) = e x (sin x cos x) F (x) + C 0, x R. Przykład Z definicji całki nieoznaczonej sprawdzamy łatwo, że (9.4) arcsin xdx = x arcsin x + x + C, w przedziale (, ), gdzie C R jest dowolną stałą. Stosując zaś twierdzenie o całkowaniu przez części mamy (9.5) arcsin xdx = x arcsin x x dx, w przedziale (, ). x Przyjmując ϕ(x) = x, x (, ) dostajemy ϕ(x) (0, ] oraz x x = ϕ(x) ϕ (x) dla x (, ). Ponadto t dt = t + C w przedziale (0, ], gdzie C R jest dowolną stałą. Zatem stosując twierdzenie o całkowaniu przez podstawienie dostajemy x dx = x ϕ(x) ϕ (x)dx = ϕ(x) + C = x + C w przedziale (, ), gdzie C R jest dowolną stałą. Stąd i z (9.5) wynika (9.4).

9 9.4. INFORMACJE O OBLICZANIU FUNKCJI PIERWOTNYCH Informacje o obliczaniu funkcji pierwotnych W punkcie 9. pokazaliśmy istnienie funkcji pierwotnych funkcji ciągłych w przedziale. W tym punkcie podamy metody efektywnego obliczania funkcji pierwotnych pewnych funkcji. Podamy najpierw metodę obliczania funkcji pierwotnych funkcji wymiernych a następnie pokażemy, jak sprowadzić pewne inne rodziny funkcji do tego przypadku. Wszystkie rozważane tutaj funkcje będą miały funkcje pierwotne, które można zapisać przy użyciu funkcji elementarnych. Na uwagę zasługuje fakt, że nie wszystkic funkcje elementarne mają funkcje pierwotne będące funkcjami elementarnymi. Można na przykład pokazać (lecz nie jest to łatwe), że funkcje określone wzorami f(x) = + x 3, x, g(x) = sin x x, x > 0, h(x) = ln x, x >, p(x) = e x, x R, mają funkcje pietrwotne, które jednak nie są funkcjami elementarnymi. Dla uproszczenia zapisu będziemy w tym punkcie stosowali całki nieoznaczone Całkowanie ułamków prostych Definicja ułamków prostych. Niech n N oraz a, b, c, d, p, q R. Ułamkami prostymi nazywamy funkcje wymierne postaci (9.6) f(x) = a (x b) n, x b, (9.7) g(x) = cx + d (x + px + q) n, x R, gdzie p 4q < 0. Uwaga Funkcja g w powyższej definicji jest poprawnie określona, bowiem z warunku p 4q < 0 wynika, że x + px + q > 0 dla wszystkich x R. Pokażemy, że funkcje pierwotne ułamków prostych (w odpowiednich przedziałach) są funkcjami elementarnymi. Bezpośrednio z definicji całki nieoznaczonej mamy dwie poniższe własności. Własność Niech a, b R, Wówczas gdzie C R jest dowolną stałą. a dx = a ln(b x) + C, w przedziale (, b), x b a dx = a ln(x b) + C, w przedziale (b, + ), x b

10 6 ROZDZIAŁ 9. FUNKCJA PIERWOTNA Własność Niech n N, n > oraz a, b R. Wówczas a (x b) dx = a + C, w przedziale (, b), n ( n)(x b) n a (x b) dx = a + C, w przedziale (b, + ), n ( n)(x b) n gdzie C R jest dowolną stałą. Przejdźmy teraz do ułamków prostych postaci (9.7). Lemat Niech n N, c, d, p, q R oraz p 4q < 0 oraz niech g(x) = cx + d (x + px + q) n, x R. Wówczas przyjmując mamy, że b > 0 oraz a = p, 4q p b = 4 g(x + a) = c x (x + b) + ca + d n (x + b), x R. n Dowód. Ponieważ x + px + q = ( x + p ) 4q p +, 4 więc przyjmując a = p, b = 4q p 4, dostajemy g(x + a) = xc + ca + d = c x (x + b) n (x + b) + ca + d n (x + b), x R, n co daje tezę. Lemat Niech g : R R będzie funkcją ciągłą, a R oraz niech funkcja ϕ : R R będzie określona wzorem ϕ(x) = x a, x R. Wówczas ( g(x)dx = ) g(t + a)dt ϕ(x). Dowód. Ponieważ g(x)dx = g(ϕ(x) + a)ϕ (x)dx, więc z twierdzenia o całkowaniu przez podstawienie dostajemy tezę. Z lematów i dostajemy

11 9.4. INFORMACJE O OBLICZANIU FUNKCJI PIERWOTNYCH 7 Własność Niech n N, c, d, p, q R oraz p 4q < 0. Wówczas oznaczając mamy a = p, 4q p b = 4 ( cx + d ) c (x + px + q) dx = t n (t + b) dt ϕ + n oraz ϕ(x) = x a, x R ( ) ca + d (t + b) dt ϕ, w R. n W świetle własności dla obliczania całek nieoznaczonych ułamków prostych wystarczy rozważyć ułamki proste postaci x (x + b) n oraz (x + b) n. Bezpośrednio z definicji całki nieoznaczonej mamy Własność Niech b R, b > 0. Wówczas x x + b dx = ln(x + b) + C, w zbiorze R, x (x + b) dx = + C, w zbiorze R, gdzie α R \ {}, α ( α)(x + b) α gdzie C R jest dowolną stałą. Pozostaje rozważyć ułamki proste postaci (x +b) n. Własność Niech b R, b > 0 oraz niech ϕ : R R będzie funkcją określoną wzorem ϕ(x) = x b, x R. Wówczas (x + b) n dx = b b n ( ) (t + ) dt ϕ w zbiorze R. n Dowód. Ponieważ (x + b) n = b b n (( x b ) + ) n b = b b n ((ϕ(x)) + ) n ϕ (x), więc z twierdzenia o całkowaniu przez podstawienie dostajemy tezę. W świetle powyższej własności pozostaje rozważyć ułamki proste postaci (x +) n. Całki nieoznaczone takich funkcji obliczamy przy pomocy następujących wzorów rekurencyjnych.

12 8 ROZDZIAŁ 9. FUNKCJA PIERWOTNA Twierdzenie Oznaczmy Wówczas I n = dx, w zbiorze R, gdzie n N. (x + ) n (9.8) I = arctg x + C w zbiorze R, gdzie C R jest dowolną stałą oraz (9.9) I n+ = x n (x + ) + n n n I n dla n N. Dowód. Z twierdzenia dostajemy (9.8). Funkcje f n (x) =, x R, gdzie n N, (x + ) n jako funkcje ciągłe mają funkcje pierwotne w R. Niech więc F n : R R będzie funkcją pierwotną funkcji f n dla n N. Wtedy dla x R mamy oraz F n+(x) = f n+ (x) ( x n (x + ) + n ) ( ) n n F x n(x) = + n n (x + ) n n (x + ) = f n+(x). n Z powyższych dwóch równości dostajemy (9.9). Zbierając wyniki tego punktu dostajemy Wniosek Funkcje pierwotne ułamków prostych (w przedziałach, w których ułamki te są określone) są funkcjami elementarnymi Całkowanie funkcji wymiernych Pokażemy, że każda funkcja wymierna ma funkcję pierwotną w każdym przedziale w którym jest określona i funkcja pierwotna jest funkcją elementarną. W świetle wyników poprzedniego punktu wystarczy pokazać, że zachodzi następujące twierdzenie. Twierdzenie Dla każdej funkcji wymiernej f istnieje wielomian W oraz skończony ciąg ułamków prostych g,..., g k, że w punktach, gdzie funkcja f jest określona. f = W + g + + g k,

13 9.4. INFORMACJE O OBLICZANIU FUNKCJI PIERWOTNYCH 9 Dowód powyższego twierdzenia jest czysto algebraiczny. Można więc go pominąć, odwołując się do algebray. Przyjmując za znane, że każdy niezerowy wielomian o współczynnikach rzeczywistych jest iloczynem wielomianów pierwszego i drugiego stopnia, podajemy jednak szkic dowodu twierdzenia Kluczowym w dowodzie twierdzenia 9.4. jest następujący fakt algebraiczny. Twierdzenia tego dowodzi się również w Analizie Zespolonej. Lemat Każdy wielomian dodadniego stopnia (o współczynnikach rzeczywistych) jest iloczynem skończonej ilości wielomianów stopnia pierwszego oraz wielomianów stopnia, które nie mają pierwiastków. Następnym ważnym twierdzeniem w dowodzie twierdzenia 9.4. jest poniższy Algorytmu Euklidesa. Lemat Niech P, Q będą wielomianami niezerowymi. Wówczas istnieją wielomiany W i R takie, że deg R < deg Q oraz (9.0) P = W Q + R. Dowód. Niech P = a m x m + a m x m + a 0, Q(x) = b k x k + b k x k + + b 0, a m 0, b k 0. Wtedy m = deg P, k = deg Q. Jeśli m < k, to kładąc W = 0, R = P dostajemy tezę. Załóżmy, że m k. Oznaczmy m = m 0, R 0 = P oraz α 0 = am b k. Wtedy wielomian R = R 0 α 0 x m k Q ma stopień mniejszy od m 0. Jeśli m = deg R < k, to dla W (x) = αx m k oraz R = R, dostajemy tezę. Jeśli m k, to analogicznie jak powyżej, istnieje α R, że R = R α x m k Q oraz m = deg R < m. Postępując tak dalej znajdziemy skończony ciąg liczb α i R oraz wielomianów R i, że R i = R i α i x mi k Q dla i = 0,..., n oraz m i = deg R i jest ciągiem malejącym, k m n, k > m n. Wtedy dla W = α 0 x m0 k + α x m=k + α n x mn k oraz R = R n dostajemy (9.0). Lemat Niech P, Q będą wielomianami oraz a R, k N. Jeśli Q(a) 0, to przyjmując A = P (a) Q(a), istnieje wielomian P taki, że (9.) P (x) (x a) k Q(x) = A (x a) k + P (x) (x a) k, gdzie x R, (x a)q(x) 0. Q(x) Dowód. Ponieważ P (a) AQ(a) = 0, więc z twierdzenia Bezouta istnieje wielomian P taki, że P (x) AQ(x) = (x a)p (x). Dzieląc tę ostatnią równość przez (x a) k Q(x) dostajemy (9.). Definicja. Niech P, Q będą wielomianami. Mówimy, że wielomian Q dzieli wielomian P, gdy istnieje wielomian W, że P = W Q. W przeciwnym razie mówimy, że wielomian Q nie dzieli wielomianu P. Lemat Niech P, Q będą wielomianami oraz p, q R, k N. Jeśli wielomian x +px+q nie dzieli żadnego z wielomianów P i Q oraz p 4q < 0, to istnieją B, C R oraz istnieje wielomian P taki, że (9.) P (x) (x + px + q) k Q(x) = Bx + C (x + px + q) k + P (x) (x + px + q) k, gdzie x R, Q(x) 0. Q(x) Dowód. Wystarczy pokazać, że istnieją B, C R oraz istnieje wielomian P taki, że (9.3) P (x) (Bx + C)Q(x) = (x + px + q)p (x) dla x R. Z lematu i założenia, że wielomiany P, Q nie dzielą się przez x + px + q wynika, że istnieją a, b, c, d R oraz wielomiany F, W takie, że a 0 lub b 0 oraz c 0 lub d 0 i dla x R mamy P (x) = (x + px + q)f (x) + (ax + b), Q(x) = (x + px + q)w (x) + (cx + d).

14 0 ROZDZIAŁ 9. FUNKCJA PIERWOTNA Zatem dla dowolnych B, C R oraz x R mamy (9.4) P (x) (Bx + C)Q(x) = (x + px + q)(f (x) (Bx + C)W (x)) + (ax + b) (Bx + C)(cx + d), ponadto dzieląc (ax + b) (Bx + C)(cx + d) przez x + px + q dostajemy (9.5) (ax + b) (Bx + C)(cx + d) = (x + px + q)( Bc) + (a Bd Cc + Bcp)x + b Cd + Bcq. Zauważmy, że istnieją B, C R, że (9.6) a Bd Cc + Bcp = 0 i b Cd + Bcq = 0. Układ (9.6) jest układem równań liniowych zmiennych B, C o wyznaczniku głównym A równym d cpd + c q. Wyznacznik ten jest różny od zera. Istotnie, jeśli c = 0, to d 0 i wyznacznik A = d jest różny od zera. Jeśli zaś c 0, to A = c [( d c ) + p( d c ) + q] 0, gdyż d c nie może być pierwiastkiem wielomian x + px + q, bo p 4q < 0. Reasumując układ (9.6) ma rozwiącanie (B, C). Biorąc to rozwiązanie, z (9.5) i (9.4) dostajemy P (x) (Bx + C)Q(x) = (x + px + q)(f (x) (Bx + C)W (x)) + (x + px + q)( Bc). Oznaczając więc P = F (x) (Bx + C)W (x) Bc dostajemy (9.). Dowód twierdzenia Niech f = P Q, gdzie P, Q są wielomianami nie posiadającymi wspólnych dzielników (tzn. P i Q nie dzielą się przez ten sam wielomian dodatniego stopnia). Zgodnie, z lematem 9.4. istnieją wielomiany stopnia pierwszego L i (x) = x a i, liczby k i N, i =,..., r oraz wielomiany stopnia drugiego K i (x) = x + p i x + q i, nie posiadające pierwiastków, liczby l i N, i =,..., s oraz α R \ {0}, że Q(x) = α(x a ) k (x a r ) kr (x + p x + q ) l (x + p s x + q s ) ls, przy czym w powyższym wzorze czynniki pierwszego lub drugiego stopnia mogę nie występować, jeśli Q jest iloczynem czynników liniowych lub, gdy jest iloczynem czynników stopnia drugiego. Ponadto czynniki L i są różne między sobą i czynniki K i są różne między sobą. Można założyć, że α =. Stosując teraz k + k r razy lemat oraz l + + l s razy lemat dostajemy tezę twierdzenia Z twierdzenia 9.4., wniosku i faktu, że funkcja pierwotna wielomianu jest wielomianem, dostajemy Wniosek Funkcje pierwotne funkcji wymiernych (w przedziałach, w których są określone) są funkcjami elementarnymi. Uwaga Z twierdzenia 9.4. dostajemy algorytm wyliczania całki nieoznaczonej dowolnej funkcji wymiernej f = P. Należy mianowicie przedstawić funkcję f w postaci sumy wielomianu i ułamków prostych, a następnie zastosować algorytmy wyliczania funkcji Q pierwotnych dowolnego ułamka prostego, podane w poprzednim podpunkcie. Główną trudnością w tym algorytmie jest rozłożenie wielomianu Q na iloczyn wielomianów stopnia pierwszego i drugiego. Nie mamy efektywnych metod uzyskiwania tego rozkładu. Metodę rozkładu funkcji wymiernej na ułamki proste przedstawimy na przykładzie. Przykład Niech (9.7) f(x) = x6 + 4x 4 3x 3 + 5x x +, x R \ {, }. (x + ) (x ) (x + )

15 9.4. INFORMACJE O OBLICZANIU FUNKCJI PIERWOTNYCH Mianownik jest iloczynem wielomianów pierwszego i drugiego stopnia. Przy czym wielomian x + nie ma pierwiastków rzeczywistych. Przedstawimy funkcję f w postaci sumy ułamków prostych postaci (9.8) f(x) = Ax + B x + + Cx + D (x + ) + E x + H (x ) + T x +, gdzie A, B, C, D, E, H, T R. Sprowadzając prawą stronę (9.8) do wspólnego mianownika, przyjmuje ona postać (Ax + B)(x + )(x ) (x + ) + (Cx + D)(x ) (x + ) + E(x + ) (x )(x + ) (x + ) (x ) (x + ) + H(x + ) (x + ) + T (x + ) (x ). (x + ) (x ) (x + ) Porównując współczynniki przy odpowiednich potęgach liczników w powyższym i (9.7) otrzymujemy układ równań liniowych. Rozwiązując ten układ dostajemy A = 0, B =, C = 0, D =, E =, H =, T =. W konsekwencji z (9.8), (9.9) f(x) = x + + (x + ) + x + (x ) + x +, Przykład Obliczymy całkę nieoznaczoną funkcji wymiernej z przykładu w przedziale (, + ). Z twierdzenia mamy dx = arctg x + C x + oraz (x + ) dx = x x + + x + dx = x x + + arctg x + C, gdzie C R jest dowolną stałą. Ponadto dx = ln(x ) + C, x W konsekwencji z (9.9) mamy f(x)dx = x x + gdzie C R jest dowolną stałą. dx = (x ) x + C i dx = ln(x + ) + C. x + arctg x + ln(x ) + ln(x + ) + C, x Całkowanie funkcji trygonometrycznych Definicja funkcji wymiernej dwóch zmiennych. Funkcję f : R R R dwóch zmiennych x, y postaci f(x, y) = ax k y l, (x, y) R R, gdzie k, l Z, k, l 0 nazywamy jednomianem dwóch zmiennych. Funkcje W : R R R będące sumami skończonej ilości jednomianów dwóch zmiennych x, y nazywamy wielomianami dwóch zmiennych. Jeśli F, G są wielomianami dwóch zmiennych takimi, że G nie znika tożsamościowo, to funkcję W (x, y) = F (x,y) określoną w zbiorze {(x, y) R R : G(x, y) 0} nazywamy funkcją G(x,y) wymierną dwóch zmiennych.

16 ROZDZIAŁ 9. FUNKCJA PIERWOTNA Uwaga Niech W będzie funkcją wymierną dwóch zmiennych oraz ϕ, ψ funkcjami wymiernymi jednej zmiennej. Niech P będzie przedziałem. Bezpośrednio z definicji (jednomianu, wielomianu dwóch zmiennych i funkcji wymiernej) dostajemy, że jeśli funkcje ϕ, ψ są określone w każdym punkcie x P, przy czym punkt (ϕ(x), ψ(x)) należy do dziedziny funkcji W, to funkcja f(x) = W (ϕ(x), ψ(x)), x P jest obcięciem funkcji wymiernej. Pokażemy, że każda funkcja postaci f(x) = W (sin x, cos x), gdzie W jest funkcją wymierną dwóch zmiennych, ma w każdym przedziale w którym jest określona funkcję pierwotnę będącą funkcją elementarną. Lemat Niech ϕ : ( π, π) R będzie funkcją określoną wzorem ϕ(x) = tg x, x ( π, π). Wtedy dla x ( π, π) mamy (9.0) sin x = ( t +t ) ϕ(x), cos x = ( t +t ) ϕ(x), = ( +t ) ϕ(x) ϕ (x). Dowód. Ponieważ dla x ( π, π) zachodzi sin x = tg x + tg x oraz cos x = tg x + tg x, więc mamy pierwsze dwie części (9.0). Podobnie dostajemy ϕ (x) = + ϕ (x), więc mamy ostatnią część (9.0). Twierdzenie Niech (a, b) ( π, π) oraz niech f : (a, b) R będzie funkcją postaci f(x) = W (sin x, cos x), x (a, b), gdzie W jest funkcją wymierną dwóch zmiennych ( ). Jeśli ϕ : (a, b) R jest funkcją określoną wzorem ϕ(x) = tg x, x (a, b), to (9.) f(x) = ) +t W ( t, t +t + t ϕ(x) ϕ (x), x (a, b). W szczególności (9.) f(x)dx = W ( ) t, t +t +t dt ϕ(x) w przedziale (a, b). + t zakładamy oczywiście, że dla każdego x (a, b), punkt (sin x, cos x) należy do dziedziny funkcji W.

17 9.4. INFORMACJE O OBLICZANIU FUNKCJI PIERWOTNYCH 3 Dowód. Ponieważ dla każdego x (a, b), punkt (sin x, cos x) należy do dziedziny funkcji W, więc z lematu 9.4. dla każdego t ϕ((a, b)), punkt ( t, t ) należy do +t +t dziedziny funkcji W, zatem funkcja W ( t +t, t +t ) jest funkcją wymierną określoną na przedziale ϕ((a, b)). W konsekwencji z lematu 9.4. dostajemy (9.). Z (9.) i twierdzenia o całkowaniu przez podstawienie dostajemy (9.). Z twierdzenia 9.4. i wniosku dostajemy natychmiast Wniosek Niech (a, b) ( π, π) oraz niech f : (a, b) R będzie funkcją postaci f(x) = W (sin x, cos x), x (a, b), gdzie W jest funkcją wymierną dwóch zmiennych. Wówczas każda funkcja pierwotna funkcji f jest funkcją elementarną. Uwaga Niech (a, b) (0, π) oraz f : (a, b) R będzie funkcją postaci f(x) = W (sin x, cos x), x (a, b), gdzie W jest funkcją wymierną dwóch zmiennych. Jeśli ϕ : (a, b) R jest funkcją określoną wzorem ϕ(x) = ctg x, x (a, b), to analogicznie jak lematu 9.4. dowodzimy, że dla x (a, b) mamy sin x = ( ) t ϕ(x), cos x = + t ( ) + t ϕ(x), + t ( ) = ϕ(x) ϕ (x). + t Zatem, analogicznie jak w twierdzeniu 9.4., ) +t t W (, +t f(x) = +t + t ϕ(x) ϕ (x), x (a, b), w szczególności f(x)dx = W ( t, +t ) +t +t dt ϕ + t w przedziale (a, b). Uwaga Z uwagi na okresowość funkcji postaci f(x) = W (sin x, cos x), gdzie W jest funkcją wymierną dwóch zmiennych, wystarczy umieć obliczać całki nieoznaczone takich funkcji w przedziałach (a, b) ( π, π) oraz przedziałach (a, b) (0, π). Przykład Pokażemy, że (9.3) ( ( x cos x dx = ln tg + π )) + C, w przedziale 4 ( π, π ), gdzie C R jest dowolną stałą. Można sprawdzić bezpośrednio, że (9.3) zachodzi. Można również zastosować twierdzenie Biorąc funkcję ϕ : ( π, π ) R określoną wzorem ϕ(x) = tg x, x ( π, π), mamy ϕ(x) (, ) dla x ( π, π ) oraz wobec twierdzenia 9.4., ( ) + t ( ) ( cos x = ϕ(x)ϕ (x) = ϕ(x)ϕ (x) dla x π t + t t, π ).

18 4 ROZDZIAŁ 9. FUNKCJA PIERWOTNA Ponieważ w przedziale (, ) mamy t dt = t dt + gdzie C R jest dowolną stałą, więc cos x dx = ln + tg x tg x Podstawienia Eulera + t dt = ln( t) + ln( + t) + C = ln + t t + C, ( ( x + C = ln tg + π )) + C, w przedziale 4 ( π, π ). Niech w tym punkcie: W będzie funkcją wymierną dwóch zmiennych, niech a, b, c będą ustalonymi liczbami rzeczywistymi oraz niech P będzie przedziałem. Załóżmy, że dla każdego x P zachodzi ax + bx + c > 0 oraz punkt (x, ax + bx + c) należy do dziedziny funkcji W. Niech f : P R będzie funkcją postaci (9.4) f(x) = W ( x, ax + bx + c ), x P. Pokażemy, że każda funkcja pierwotna funkcji f w przedziale P jest funkcją elementarną. Twierdzenie Niech f będzie funkcją postaci (9.4). Jeśli a = 0 i b 0, to funkcja ϕ : P R określona wzorem ϕ(x) = bx + c, x P jest różniczkowalna, ( t ) c (9.5) x = ϕ(x), = b oraz (9.6) f(x)dx = [ W ( t c b ( ) t ϕ(x)ϕ (x) dla x P b ) ] t, t b dt ϕ, w przedziale P. Dowód. Ponieważ dla x P mamy bx + c > 0, więc ϕ(x) > 0 oraz ϕ jest funkcją różniczkowalną, jako złożenie funkcji różniczkowalnych. Ponadto dla x P mamy To daje pierwszą część (9.5). Ponadto ϕ (x) = ϕ (x) = bx + c i dalej x = ϕ (x) c. b b ϕ(x), więc = ϕ (x) dla x P. ϕ(x) b To daje drugą część (9.5). Ponieważ dla każdego x P, punkt (x, bx + c) należy do dziedziny funkcji W, więc dla każdego t ϕ(p ), punkt ( t c, t ) należy do dziedziny b funkcji W i w konsekwencji funkcja W ( t c, t ) t jest wymierna i określona w przedziale b b ϕ(p ). Z (9.5) i twierdzenia o całkowaniu przez podstawienie dostajemy (9.6).

19 9.4. INFORMACJE O OBLICZANIU FUNKCJI PIERWOTNYCH 5 Twierdzenie (I podstawienie Eulera). Niech f będzie funkcją postaci (9.4). Jeśli a > 0 i b 4ac 0, to funkcja ϕ : P R określona wzorem ϕ(x) = ax + bx + c + ax, x P jest różniczkowalna i dla x P mamy (9.7) x = ( t ) c ϕ(x), at + b ( at + bt + c ) a ax + bx + c = ϕ(x), at + b ( at + bt + c ) a (9.8) = ( ϕ(x)ϕ (x). at + b) W szczególności w przedziale P mamy (9.9) f(x)dx = [ W ( t c at + b, at + bt + c a at + b ) at + bt + c ] a ( dt ϕ. at + b) Dowód. Ponieważ funkcja f jest określoną wzorem (9.4), więc ax + bx + c > 0 dla x P. Stąd i z założenia a > 0 wynika, że funkcja ϕ jest różniczkowalna. Dla x P, z określenia funkcji ϕ, mamy zatem ϕ(x) ax = ax + bx + c, więc ϕ (x) axϕ(x) = bx + c, (9.30) x( aϕ(x) + b) = ϕ (x) c. Ponadto (9.3) aϕ(x) + b 0, gdyż w przeciwnym razie z określenia funkcji ϕ mielibyśmy a ax + bx + c = ax b i dalej 4a x + 4abx + 4ac = 4a x + 4abx + b, zatem b 4ac = 0, wbrew założeniu. Reasumując mamy (9.3). Z (9.3) i (9.30) wynika pierwsza część (9.7). Druga część (9.7) wynika z pierwszej i określenia funkcji ϕ. Różniczkując funkcję ϕ i stosując (9.7) dostajemy ϕ ax + b (x) = ax + bx + c + a = [( ) ( a t c at + b + b ) at + b at + bt + c + ] a ϕ(x), a więc po łatwych przekształceniach otrzymujemy (9.8). Podobnie jak w twierdzeniu pokazujemy, że funkcja podcałkowa po prawej stronie (9.9) jest określona w przedziale ϕ(p ) i z twierdzenia o całkowaniu przez podstawienie dostajemy (9.9).

20 6 ROZDZIAŁ 9. FUNKCJA PIERWOTNA Uwaga Niech f będzie funkcją postaci (9.4). Jeśli a > 0 i b 4ac = 0, to istnieje x 0 R, że ax + bx + c = a(x x 0 ). Wówczas z założenia, że ax + bx + c > 0 dla x P mamy, że P (, x 0 ) lub P (x 0, + ). Jśli P (, x 0 ), to przyjmując ϕ(x) = a(x x 0 ), x P, mamy x = ϕ(x) a + x 0, ax + bx + c = ϕ(x) oraz ϕ (x) = a dla x P. Zatem z twierdzenia o całkowaniu przez podstawieniu, (9.3) f(x)dx = [ ( W t ) ] + x 0, t dt ϕ a a Jśli P (x 0, + ), to przyjmując ϕ(x) = a(x x 0 ), x P, mamy x = ϕ(x) a + x 0, ax + bx + c = ϕ(x) oraz ϕ (x) = a dla x P. Zatem (9.33) f(x)dx = [ ( ) ] t W + x 0, t dt ϕ a a Twierdzenie (III podstawienie Eulera). Niech f będzie funkcją postaci (9.4). Jeśli a < 0 i b 4ac > 0, to istnieją p, q R, p < q, że ax + bx + c = a(x p)(x q) dla x R. Wtedy P (p, q) oraz funkcja ϕ : P R określona wzorem ϕ(x) = ax + bx + c, x P x p jest różniczkowalna i dla x P mamy (9.34) x = ( pt ) aq ϕ(x), t a ( ) a(p q)t ax + bx + c = ϕ(x), t a ( ) a(q p)t (9.35) = ϕ(x)ϕ (x). (t a) W szczególności w przedziale P mamy (9.36) f(x)dx = [ W ( pt ) ] aq a(p q)t a(q p)t, t a t a (t a) dt ϕ. Dowód. Funkcja ϕ jest oczywiście różniczkowalna w przedziale P. Ponadto dla x P mamy ϕ(x)(x p) = a(x p)(x q), więc po podniesieniu do kwadratu, (9.37) x(ϕ (x) a) = ϕ (x)p aq. Ponadto ϕ (x) a, gdyż w przeciwnym razie, po podniesieniu do kwadratu mielibyśmy a(x q) = a(x p), co jest niemożliwe, bo p q. W konsekwencji z (9.37) mamy pierwszą

W. Guzicki Zadanie IV z Informatora Maturalnego poziom rozszerzony 1

W. Guzicki Zadanie IV z Informatora Maturalnego poziom rozszerzony 1 W. Guzicki Zadanie IV z Informatora Maturalnego poziom rozszerzony 1 Zadanie IV. Dany jest prostokątny arkusz kartony o długości 80 cm i szerokości 50 cm. W czterech rogach tego arkusza wycięto kwadratowe

Bardziej szczegółowo

Treści programowe. Matematyka. Efekty kształcenia. Warunki zaliczenia. Literatura. Funkcje elementarne. Katarzyna Trąbka-Więcław

Treści programowe. Matematyka. Efekty kształcenia. Warunki zaliczenia. Literatura. Funkcje elementarne. Katarzyna Trąbka-Więcław Treści programowe Matematyka Katarzyna Trąbka-Więcław Funkcje elementarne. Granica funkcji, własności granic, wyrażenia nieoznaczone, ciągłość funkcji. Pochodna funkcji w punkcie i w przedziale, pochodne

Bardziej szczegółowo

1 Równania różniczkowe drugiego rzędu

1 Równania różniczkowe drugiego rzędu Równania różniczkowe drugiego rzędu Najpierw zajmiemy się równaniami różniczkowymi rzędu drugiego, w których y nie występuje w sposób jawny, tzn. F (x, y, y ) = 0 (.) Równanie takie rozwiązujemy poprzez

Bardziej szczegółowo

Definicja i własności wartości bezwzględnej.

Definicja i własności wartości bezwzględnej. Równania i nierówności z wartością bezwzględną. Rozwiązywanie układów dwóch (trzech) równań z dwiema (trzema) niewiadomymi. Układy równań liniowych z parametrem, analiza rozwiązań. Definicja i własności

Bardziej szczegółowo

1 Równania różniczkowe zwyczajne

1 Równania różniczkowe zwyczajne Równania różniczkowe zwyczajne wykład z MATEMATYKI Budownictwo studia niestacjonarne sem. II, rok ak. 2008/2009 Katedra Matematyki Wydział Informatyki Politechnika Białostocka Równania różniczkowe Równaniem

Bardziej szczegółowo

Wielomiany. dr Tadeusz Werbiński. Teoria

Wielomiany. dr Tadeusz Werbiński. Teoria Wielomiany dr Tadeusz Werbiński Teoria Na początku przypomnimy kilka szkolnych definicji i twierdzeń dotyczących wielomianów. Autorzy podręczników szkolnych podają różne definicje wielomianu - dla jednych

Bardziej szczegółowo

Rozdział 4. Ciągi nieskończone. 4.1 Ciągi nieskończone

Rozdział 4. Ciągi nieskończone. 4.1 Ciągi nieskończone Rozdział 4 Ciągi nieskończone W rozdziale tym wprowadzimy pojęcie granicy ciągu. Dalej rozszerzymy to pojęcie na przypadek dowolnych funkcji. Jak zauważyliśmy we wstępie jest to najważniejsze pojęcie analizy

Bardziej szczegółowo

FUNKCJE LICZBOWE. Na zbiorze X określona jest funkcja f : X Y gdy dowolnemu punktowi x X przyporządkowany jest punkt f(x) Y.

FUNKCJE LICZBOWE. Na zbiorze X określona jest funkcja f : X Y gdy dowolnemu punktowi x X przyporządkowany jest punkt f(x) Y. FUNKCJE LICZBOWE Na zbiorze X określona jest funkcja f : X Y gdy dowolnemu punktowi x X przyporządkowany jest punkt f(x) Y. Innymi słowy f X Y = {(x, y) : x X oraz y Y }, o ile (x, y) f oraz (x, z) f pociąga

Bardziej szczegółowo

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 1

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 1 Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 1 Równania różniczkowe pierwszego rzędu Równaniem różniczkowym zwyczajnym pierwszego rzędu nazywamy równanie postaci (R) y = f(x, y). Najogólniejszą

Bardziej szczegółowo

Układy równań i równania wyższych rzędów

Układy równań i równania wyższych rzędów Rozdział Układy równań i równania wyższych rzędów Układy równań różniczkowych zwyczajnych Wprowadzenie W poprzednich paragrafach zajmowaliśmy się równaniami różniczkowymi y = f(x, y), których rozwiązaniem

Bardziej szczegółowo

5 Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego

5 Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego 5 Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego Definicja 5.1. Równaniem różniczkowym zwyczajnym rzędu drugiego nazywamy równanie postaci F ( x, y, y, y ) = 0, (12) w którym niewiadomą jest funkcja y =

Bardziej szczegółowo

Równania różnicowe. Dodatkowo umawiamy się, że powyższy iloczyn po pustym zbiorze indeksów, czyli na przykład 0

Równania różnicowe. Dodatkowo umawiamy się, że powyższy iloczyn po pustym zbiorze indeksów, czyli na przykład 0 Równania różnicowe 1 Wiadomości wstępne Umówmy się, że na czas tego wykładu zrezygnujemy z oznaczania n-tego wyrazu ciągu symbolem typu x n, y n itp Zamiast tego pisać będziemy x (n), y (n) itp Ponadto

Bardziej szczegółowo

WYDAWNICTWO PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ WE WŁOCŁAWKU

WYDAWNICTWO PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ WE WŁOCŁAWKU WYDAWNICTWO PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ WE WŁOCŁAWKU Karolina Kalińska MATEMATYKA: PRZYKŁADY I ZADANIA Włocławek 2011 REDAKCJA WYDAWNICTWA PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ WE WŁOCŁAWKU Matematyka:

Bardziej szczegółowo

Elementy logiki (4 godz.)

Elementy logiki (4 godz.) Elementy logiki (4 godz.) Spójniki zdaniotwórcze, prawa de Morgana. Wyrażenie implikacji za pomocą alternatywy i negacji, zaprzeczenie implikacji. Prawo kontrapozycji. Podstawowe prawa rachunku zdań. Uczestnik

Bardziej szczegółowo

Notatki z Analizy Matematycznej 2. Jacek M. Jędrzejewski

Notatki z Analizy Matematycznej 2. Jacek M. Jędrzejewski Notatki z Analizy Matematycznej 2 Jacek M. Jędrzejewski Definicja 3.1. Niech (a n ) n=1 będzie ciągiem liczbowym. Dla każdej liczby naturalnej dodatniej n utwórzmy S n nazywamy n-tą sumą częściową. ROZDZIAŁ

Bardziej szczegółowo

w(x)= P(x) Q(x), (1) x 2 +7x 2 8 Pierwsze z tych wyrażeń jest funkcją wymierną niewłaściwą, a drugie wyrażenie jest funkcją wymierną właściwą.

w(x)= P(x) Q(x), (1) x 2 +7x 2 8 Pierwsze z tych wyrażeń jest funkcją wymierną niewłaściwą, a drugie wyrażenie jest funkcją wymierną właściwą. 5 Funkcjewymierne. Definicja. Funkcją wymierną nazywamy iloraz postaci w(x)= P(x) Q(x), () gdzie P i Q są wielomianami, przy czym Q nie jest wielomianem zerowym. Jeżeli wielomiany te są rzeczywiste, to

Bardziej szczegółowo

KOMPENDIUM Z MATEMATYKI

KOMPENDIUM Z MATEMATYKI Publikacja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego KOMPENDIUM Z MATEMATYKI Metody obliczania całek ε = mc Michał Stukow Błażej Szepietowski Publikacja współfinansowana

Bardziej szczegółowo

Zajęcia nr 1 (1h) Dwumian Newtona. Indukcja. Zajęcia nr 2 i 3 (4h) Trygonometria

Zajęcia nr 1 (1h) Dwumian Newtona. Indukcja. Zajęcia nr 2 i 3 (4h) Trygonometria Technologia Chemiczna 008/09 Zajęcia wyrównawcze. Pokazać, że: ( )( ) n k k l = ( n l )( n l k l Zajęcia nr (h) Dwumian Newtona. Indukcja. ). Rozwiązać ( ) ( równanie: ) n n a) = 0 b) 3 ( ) n 3. Znaleźć

Bardziej szczegółowo

Liczby zespolone. Magdalena Nowak. 23 marca Uniwersytet Śląski

Liczby zespolone. Magdalena Nowak. 23 marca Uniwersytet Śląski Uniwersytet Śląski 23 marca 2012 Ciało liczb zespolonych Rozważmy zbiór C = R R, czyli C = {(x, y) : x, y R}. W zbiorze C definiujemy następujące działania: dodawanie: mnożenie: (a, b) + (c, d) = (a +

Bardziej szczegółowo

Rozdział 2. Liczby zespolone

Rozdział 2. Liczby zespolone Rozdział Liczby zespolone Zbiór C = R z działaniami + oraz określonymi poniżej: x 1, y 1 ) + x, y ) := x 1 + x, y 1 + y ), 1) x 1, y 1 ) x, y ) := x 1 x y 1 y, x 1 y + x y 1 ) ) jest ciałem zob rozdział

Bardziej szczegółowo

Analiza matematyczna w zadaniach, t. 1, W. Krysicki, L. Włodarski - rozwiązania

Analiza matematyczna w zadaniach, t. 1, W. Krysicki, L. Włodarski - rozwiązania http://www./86.htm Analiza matematyczna w zadaniach, t., W. Krysicki, L. Włodarski - rozwiązania Całki nieoznaczone. Całkowanie przez podstawienie i całkowanie przez części. 5. 5. 5. 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9

Bardziej szczegółowo

y f x 0 f x 0 x x 0 x 0 lim 0 h f x 0 lim x x0 - o ile ta granica właściwa istnieje. f x x2 Definicja pochodnych jednostronnych 1.5 0.

y f x 0 f x 0 x x 0 x 0 lim 0 h f x 0 lim x x0 - o ile ta granica właściwa istnieje. f x x2 Definicja pochodnych jednostronnych 1.5 0. Matematyka ZLic - 3 Pochodne i różniczki funkcji jednej zmiennej Definicja Pochodną funkcji f w punkcie x, nazwiemy liczbę oznaczaną symbolem f x lub df x dx, równą granicy właściwej f x lim h - o ile

Bardziej szczegółowo

Matematyka Dyskretna Zestaw 2

Matematyka Dyskretna Zestaw 2 Materiały dydaktyczne Matematyka Dyskretna (Zestaw ) Matematyka Dyskretna Zestaw 1. Wykazać, że nie istnieje liczba naturalna, która przy dzieleniu przez 18 daje resztę 13, a przy dzieleniu przez 1 daje

Bardziej szczegółowo

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE ZWYCZAJNE A. RÓWNANIA RZĘDU PIERWSZEGO Uwagi ogólne Równanie różniczkowe zwyczajne rzędu pierwszego zawiera. Poza tym może zawierać oraz zmienną. Czyli ma postać ogólną Na przykład

Bardziej szczegółowo

Układy równań i nierówności liniowych

Układy równań i nierówności liniowych Układy równań i nierówności liniowych Wiesław Krakowiak 1 grudnia 2010 1 Układy równań liniowych DEFINICJA 11 Układem równań m liniowych o n niewiadomych X 1,, X n, nazywamy układ postaci: a 11 X 1 + +

Bardziej szczegółowo

1 Funkcje i ich granice

1 Funkcje i ich granice Funkcje i ich granice Było: Zbiór argumentów; zbiór wartości; monotoniczność; funkcja odwrotna; funkcja liniowa; kwadratowa; wielomiany; funkcje wymierne; funkcje trygonometryczne i ich odwrotności; funkcja

Bardziej szczegółowo

Wstęp do analizy matematycznej

Wstęp do analizy matematycznej Wstęp do analizy matematycznej Andrzej Marciniak Zajęcia finansowane z projektu "Rozwój i doskonalenie kształcenia na Politechnice Poznańskiej w zakresie technologii informatycznych i ich zastosowań w

Bardziej szczegółowo

Matematyka dyskretna

Matematyka dyskretna Matematyka dyskretna Wykład 6: Ciała skończone i kongruencje Gniewomir Sarbicki 24 lutego 2015 Relacja przystawania Definicja: Mówimy, że liczby a, b Z przystają modulo m (co oznaczamy jako a = b (mod

Bardziej szczegółowo

Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych klasa druga zakres rozszerzony

Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych klasa druga zakres rozszerzony Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych klasa druga zakres rozszerzony Wymagania konieczne (K) dotyczą zagadnień elementarnych, stanowiących swego rodzaju podstawę, zatem

Bardziej szczegółowo

1. Liczby zespolone. Jacek Jędrzejewski 2011/2012

1. Liczby zespolone. Jacek Jędrzejewski 2011/2012 1. Liczby zespolone Jacek Jędrzejewski 2011/2012 Spis treści 1 Liczby zespolone 2 1.1 Definicja liczby zespolonej.................... 2 1.2 Postać kanoniczna liczby zespolonej............... 1. Postać

Bardziej szczegółowo

Repetytorium. Zajęcia w semestrze zimowym 2012/2013. Ewa Cygan

Repetytorium. Zajęcia w semestrze zimowym 2012/2013. Ewa Cygan Repetytorium Zajęcia w semestrze zimowym 01/013 Ewa Cygan Wersja z 15 stycznia 013 Zestawy zadań na kolejne ćwiczenia Na najbliższe zajęcia (11.10.) proszę o rozwiązanie (bądź powtórzenie sobie rozwiązań

Bardziej szczegółowo

Twierdzenie spektralne

Twierdzenie spektralne Twierdzenie spektralne Algebrę ograniczonych funkcji borelowskich na K R będziemy oznaczać przez B (K). Spektralnym rozkładem jedności w przestrzeni Hilberta H nazywamy odwzorowanie, które każdemu zbiorowi

Bardziej szczegółowo

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI KLASA III ZAKRES ROZSZERZONY (90 godz.) , x

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI KLASA III ZAKRES ROZSZERZONY (90 godz.) , x WYMAGANIA EDUACYJNE Z MATEMATYI LASA III ZARES ROZSZERZONY (90 godz.) Oznaczenia: wymagania konieczne (dopuszczający); P wymagania podstawowe (dostateczny); R wymagania rozszerzające (dobry); D wymagania

Bardziej szczegółowo

Wielomiany jednej zmiennej rzeczywistej algorytmy

Wielomiany jednej zmiennej rzeczywistej algorytmy Rozdział 15 Wielomiany jednej zmiennej rzeczywistej algorytmy 15.1 Algorytm dzielenia Definicja 15.1 Niech dany będzie niezerowy wielomian f K[x] (K jest ciałem) f = a 0 x m + a 1 x m 1 +... + a m, gdzie

Bardziej szczegółowo

Kryteria oceniania z matematyki dla klasy M+ (zakres rozszerzony) Klasa II

Kryteria oceniania z matematyki dla klasy M+ (zakres rozszerzony) Klasa II Funkcja liniowa Kryteria oceniania z matematyki dla klasy M+ (zakres rozszerzony) Klasa II Zakres Dopuszczający Dostateczny Dobry Bardzo dobry - rozpoznaje funkcję liniową na podstawie wzoru - zna postać

Bardziej szczegółowo

27. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE CZĄSTKOWE

27. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE CZĄSTKOWE 27. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE CZĄSTKOWE 27.1. Wiadomości wstępne Równaniem różniczkowym cząstkowym nazywamy związek w którym występuje funkcja niewiadoma u dwóch lub większej liczby zmiennych niezależnych i

Bardziej szczegółowo

PORÓWNANIE TREŚCI ZAWARTYCH W OBOWIĄZUJĄCYCH STANDARDACH EGZAMINACYJNYCH Z TREŚCIAMI NOWEJ PODSTAWY PROGRAMOWEJ

PORÓWNANIE TREŚCI ZAWARTYCH W OBOWIĄZUJĄCYCH STANDARDACH EGZAMINACYJNYCH Z TREŚCIAMI NOWEJ PODSTAWY PROGRAMOWEJ PORÓWNANIE TREŚCI ZAWARTYCH W OBOWIĄZUJĄCYCH STANDARDACH EGZAMINACYJNYCH Z TREŚCIAMI NOWEJ PODSTAWY PROGRAMOWEJ L.p. 1. Liczby rzeczywiste 2. Wyrażenia algebraiczne bada, czy wynik obliczeń jest liczbą

Bardziej szczegółowo

Analiza matematyczna 1 - test egzaminacyjny wersja do ćwiczeń

Analiza matematyczna 1 - test egzaminacyjny wersja do ćwiczeń Analiza matematyczna 1 - test egzaminacyjny wersja do ćwiczeń Leszek Skrzypczak 1. Niech E = {x [0, 1] : x = k 2 n k = 1, 2,... 2 n, n = 1, 2, 3,...} Wówczas: (a) Dla dowolnych liczb wymiernych p, q [0,

Bardziej szczegółowo

Rozważmy przedział I zawarty w zbiorze liczb rzeczywistych ( I R ). Funkcję rzeczywistą mającą pochodną w każdym

Rozważmy przedział I zawarty w zbiorze liczb rzeczywistych ( I R ). Funkcję rzeczywistą mającą pochodną w każdym Całka nieoznaczona E-podręcznik pod redakcją: Vsevolod Vladimirov Autor: Konrad Nosek 05 Spis treści Funkcja pierwotna. Całka nieoznaczona. Podstawowe wzory Całkowanie przez podstawianie całek nieoznaczonych

Bardziej szczegółowo

przy warunkach początkowych: 0 = 0, 0 = 0

przy warunkach początkowych: 0 = 0, 0 = 0 MODELE MATEMATYCZNE UKŁADÓW DYNAMICZNYCH Podstawową formą opisu procesów zachodzących w członach lub układach automatyki jest równanie ruchu - równanie dynamiki. Opisuje ono zależność wielkości fizycznych,

Bardziej szczegółowo

Wykłady z matematyki - Granica funkcji

Wykłady z matematyki - Granica funkcji Rok akademicki 2016/17 UTP Bydgoszcz Granica funkcji Otoczenie punktu 0 to przedział ( 0 ɛ, 0 + ɛ) dla każdego ɛ > 0 Sąsiedztwo punktu 0 to jego otoczenie bez punktu 0. Jeżeli funkcja jest określona w

Bardziej szczegółowo

Granica funkcji. 8 listopada Wykład 4

Granica funkcji. 8 listopada Wykład 4 Granica funkcji 8 listopada 2011 Definicja Niech D R będzie dowolnym zbiorem. Punkt x 0 R nazywamy punktem skupienia zbioru D jeżeli δ>0 x D\{x0 } : x x 0 < δ. Zbiór punktów skupienia zbioru D oznaczamy

Bardziej szczegółowo

Metody numeryczne. materiały do wykładu dla studentów. 7. Całkowanie numeryczne

Metody numeryczne. materiały do wykładu dla studentów. 7. Całkowanie numeryczne Metody numeryczne materiały do wykładu dla studentów 7. Całkowanie numeryczne 7.1. Całkowanie numeryczne 7.2. Metoda trapezów 7.3. Metoda Simpsona 7.4. Metoda 3/8 Newtona 7.5. Ogólna postać wzorów kwadratur

Bardziej szczegółowo

System BCD z κ. Adam Slaski na podstawie wykładów, notatek i uwag Pawła Urzyczyna. Semestr letni 2009/10

System BCD z κ. Adam Slaski na podstawie wykładów, notatek i uwag Pawła Urzyczyna. Semestr letni 2009/10 System BCD z κ Adam Slaski na podstawie wykładów, notatek i uwag Pawła Urzyczyna Semestr letni 2009/10 Rozważamy system BCD ze stałą typową κ i aksjomatami ω κ κ i κ ω κ. W pierwszej części tej notatki

Bardziej szczegółowo

II. Funkcje. Pojęcia podstawowe. 1. Podstawowe definicje i fakty.

II. Funkcje. Pojęcia podstawowe. 1. Podstawowe definicje i fakty. II. Funkcje. Pojęcia podstawowe. 1. Podstawowe definicje i fakty. Definicja 1.1. Funkcją określoną na zbiorze X R o wartościach w zbiorze Y R nazywamy przyporządkowanie każdemu elementowi x X dokładnie

Bardziej szczegółowo

A i. i=1. i=1. i=1. i=1. W dalszej części skryptu będziemy mieli najczęściej do czynienia z miarami określonymi na rodzinach, które są σ - algebrami.

A i. i=1. i=1. i=1. i=1. W dalszej części skryptu będziemy mieli najczęściej do czynienia z miarami określonymi na rodzinach, które są σ - algebrami. M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 3 25 3 Miara 3.1 Definicja miary i jej podstawowe własności Niech X będzie niepustym zbiorem, a A 2 X niepustą rodziną podzbiorów. Wtedy dowolne odwzorowanie : A

Bardziej szczegółowo

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI dla klasy I ba Rok szk. 2012/2013

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI dla klasy I ba Rok szk. 2012/2013 Dział LICZBY RZECZYWISTE Uczeń otrzymuje ocenę dopuszczającą lub dostateczną, jeśli: podaje przykłady liczb: naturalnych, całkowitych, wymiernych, niewymiernych, pierwszych i złożonych oraz przyporządkowuje

Bardziej szczegółowo

Zadania z analizy i algebry. (wykład prof.prof. J. Wojtkiewicza i K. Napiórkowskiego) ALGEBRA, przestrzenie wektorowe

Zadania z analizy i algebry. (wykład prof.prof. J. Wojtkiewicza i K. Napiórkowskiego) ALGEBRA, przestrzenie wektorowe Zadania z analizy i algebry. (wykład prof.prof. J. Wojtkiewicza i K. Napiórkowskiego) ALGEBRA, przestrzenie wektorowe Zadanie Zbadać czy wektor v mażna przedstawić jako kombinację liniową wektorów e i

Bardziej szczegółowo

Granica funkcji. 27 grudnia Granica funkcji

Granica funkcji. 27 grudnia Granica funkcji 27 grudnia 2011 Punkty skupienia Definicja Niech D R będzie dowolnym zbiorem. Punkt x 0 R nazywamy punktem skupienia zbioru D jeżeli δ>0 x D\{x0 } : x x 0 < 0. Zbiór punktów skupienia zbioru D oznaczamy

Bardziej szczegółowo

FUNKCJA LINIOWA, RÓWNANIA I UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH

FUNKCJA LINIOWA, RÓWNANIA I UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH FUNKCJA LINIOWA, RÓWNANIA I UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH PROPORCJONALNOŚĆ PROSTA Proporcjonalnością prostą nazywamy zależność między dwoma wielkościami zmiennymi x i y, określoną wzorem: y = a x Gdzie a jest

Bardziej szczegółowo

Zakres Dopuszczający Dostateczny Dobry Bardzo dobry

Zakres Dopuszczający Dostateczny Dobry Bardzo dobry Kryteria oceniania z matematyki ( poziom rozszerzony) klasa 2 Zakres Dopuszczający Dostateczny Dobry Bardzo dobry Funkcja liniowa Uczeń: - rozpoznaje funkcję liniową na podstawie wzoru - zna postać ogólną

Bardziej szczegółowo

1 Metody rozwiązywania równań nieliniowych. Postawienie problemu

1 Metody rozwiązywania równań nieliniowych. Postawienie problemu 1 Metody rozwiązywania równań nieliniowych. Postawienie problemu Dla danej funkcji ciągłej f znaleźć wartości x, dla których f(x) = 0. (1) 2 Przedział izolacji pierwiastka Będziemy zakładać, że równanie

Bardziej szczegółowo

PLAN WYNIKOWY DLA KLASY DRUGIEJ POZIOM PODSTAWOWY I ROZSZERZONY. I. Proste na płaszczyźnie (15 godz.)

PLAN WYNIKOWY DLA KLASY DRUGIEJ POZIOM PODSTAWOWY I ROZSZERZONY. I. Proste na płaszczyźnie (15 godz.) PLAN WYNIKOWY DLA KLASY DRUGIEJ POZIOM PODSTAWOWY I ROZSZERZONY I. Proste na płaszczyźnie (15 godz.) Równanie prostej w postaci ogólnej Wzajemne połoŝenie dwóch prostych Nierówność liniowa z dwiema niewiadomymi

Bardziej szczegółowo

Zadania o numerze 4 z zestawów licencjat 2014.

Zadania o numerze 4 z zestawów licencjat 2014. Zadania o numerze 4 z zestawów licencjat 2014. W nawiasie przy zadaniu jego występowanie w numerze zestawu Spis treści (Z1, Z22, Z43) Definicja granicy ciągu. Obliczyć granicę:... 3 Definicja granicy ciągu...

Bardziej szczegółowo

WYRAŻENIA ALGEBRAICZNE

WYRAŻENIA ALGEBRAICZNE WYRAŻENIA ALGEBRAICZNE Wyrażeniem algebraicznym nazywamy wyrażenie zbudowane z liczb, liter, nawiasów oraz znaków działań, na przykład: Symbole literowe występujące w wyrażeniu algebraicznym nazywamy zmiennymi.

Bardziej szczegółowo

Zadania z analizy matematycznej - sem. I Liczby i funkcje

Zadania z analizy matematycznej - sem. I Liczby i funkcje Zadania z analizy matematycznej - sem. I Liczby i funkcje Definicja 1. Mówimy że: liczba m Z jest dzielnikiem liczby n Z gdy istnieje l Z takie że n = l m. Zapisujemy to symbolem m n; liczba m Z jest wspólnym

Bardziej szczegółowo

III. STRUKTURA I FORMA EGZAMINU

III. STRUKTURA I FORMA EGZAMINU III. STRUKTURA I FORMA EGZAMINU Egzamin maturalny z matematyki jest egzaminem pisemnym sprawdzającym wiadomości i umiejętności określone w Standardach wymagań egzaminacyjnych i polega na rozwiązaniu zadań

Bardziej szczegółowo

ALGEBRA LINIOWA Z ELEMENTAMI GEOMETRII ANALITYCZNEJ. 1. Ciała

ALGEBRA LINIOWA Z ELEMENTAMI GEOMETRII ANALITYCZNEJ. 1. Ciała ALGEBRA LINIOWA Z ELEMENTAMI GEOMETRII ANALITYCZNEJ WSHE, O/K-CE 1. Ciała Definicja 1. Układ { ; 0, 1; +, } złożony ze zbioru, dwóch wyróżnionych elementów 0, 1 oraz dwóch działań +:, : nazywamy ciałem

Bardziej szczegółowo

22. CAŁKA KRZYWOLINIOWA SKIEROWANA

22. CAŁKA KRZYWOLINIOWA SKIEROWANA CAŁA RZYWOLINIOWA SIEROWANA Niech łuk o równaniach parametrycznych: x x(t), y y(t), a < t < b, będzie łukiem regularnym skierowanym, tzn łukiem w którym przyjęto punkt A(x(a), y(a)) za początek łuku, zaś

Bardziej szczegółowo

6 Układy równań różniczkowych. Równania wyższych rzędów.

6 Układy równań różniczkowych. Równania wyższych rzędów. Układy równań. Równania wyższych rzędów. 6 1 6 Układy równań różniczkowych. Równania wyższych rzędów. 6.1 Podstawowe pojęcia dla układów równań różniczkowych zwyczajnych Definicja. Układem n równań różniczkowych

Bardziej szczegółowo

Granica funkcji. 16 grudnia Wykład 5

Granica funkcji. 16 grudnia Wykład 5 Granica funkcji 16 grudnia 2010 Tw. o trzech funkcjach Twierdzenie Niech f, g, h : R D R będa funkcjami takimi, że lim f (x) = lim h(x), x x 0 x x0 gdzie x 0 D. Jeżeli istnieje otoczenie punktu x 0 w którym

Bardziej szczegółowo

MATEMATYKA I SEMESTR WSPIZ (PwZ) 1. Ciągi liczbowe

MATEMATYKA I SEMESTR WSPIZ (PwZ) 1. Ciągi liczbowe MATEMATYKA I SEMESTR WSPIZ (PwZ). Ciągi liczbowe.. OKREŚLENIE Ciąg liczbowy = Dowolna funkcja przypisująca liczby rzeczywiste pierwszym n (ciąg skończony), albo wszystkim (ciąg nieskończony) liczbom naturalnym.

Bardziej szczegółowo

W. Krysicki, L.Włodarski, Analiza matematyczna w zadaniach cz. 1 i cz. 2. Pomocnicze symbole. Spójniki logiczne: Symbole kwantyfikatorów:

W. Krysicki, L.Włodarski, Analiza matematyczna w zadaniach cz. 1 i cz. 2. Pomocnicze symbole. Spójniki logiczne: Symbole kwantyfikatorów: dr Urszula Konieczna-Spychała Instytut Matematyki i Fizyki UTP imif.utp.edu.pl Literatura: M. Lassak, Matematyka dla studiów technicznych. M. Gewert, Z. Skoczylas, Analiza matematyczna 1. M. Gewert, Z.

Bardziej szczegółowo

Całkowanie przez podstawianie i dwa zadania

Całkowanie przez podstawianie i dwa zadania Całkowanie przez podstawianie i dwa zadania Antoni Kościelski Funkcje dwóch zmiennch i podstawianie Dla funkcji dwóch zmiennch zachodzi następując wzór na całkowanie przez podstawianie: f(x(a, b), (a,

Bardziej szczegółowo

Wykład 6 Centralne Twierdzenie Graniczne. Rozkłady wielowymiarowe

Wykład 6 Centralne Twierdzenie Graniczne. Rozkłady wielowymiarowe Wykład 6 Centralne Twierdzenie Graniczne. Rozkłady wielowymiarowe Nierówność Czebyszewa Niech X będzie zmienną losową o skończonej wariancji V ar(x). Wtedy wartość oczekiwana E(X) też jest skończona i

Bardziej szczegółowo

V. WYMAGANIA EGZAMINACYJNE

V. WYMAGANIA EGZAMINACYJNE V. WYMAGANIA EGZAMINACYJNE Standardy wymagań egzaminacyjnych Zdający posiada umiejętności w zakresie: POZIOM PODSTAWOWY POZIOM ROZSZERZONY 1. wykorzystania i tworzenia informacji: interpretuje tekst matematyczny

Bardziej szczegółowo

Treść wykładu. Układy równań i ich macierze. Rząd macierzy. Twierdzenie Kroneckera-Capellego.

Treść wykładu. Układy równań i ich macierze. Rząd macierzy. Twierdzenie Kroneckera-Capellego. . Metoda eliminacji. Treść wykładu i ich macierze... . Metoda eliminacji. Ogólna postać układu Układ m równań liniowych o n niewiadomych x 1, x 2,..., x n : a 11 x 1 + a 12 x 2 + + a 1n x n = b 1 a 21

Bardziej szczegółowo

Standardy wymagań maturalnych z matematyki - matura

Standardy wymagań maturalnych z matematyki - matura Standardy wymagań maturalnych z matematyki - matura 2011-2014 STANDARDY WYMAGAŃ BĘDĄCE PODSTAWĄ PRZEPROWADZANIA EGZAMINU MATURALNEGO Zdający posiada umiejętności w zakresie: POZIOM PODSTAWOWY 1. wykorzystania

Bardziej szczegółowo

WYMAGANIA EDUKACYJNE NA POSZCZEGÓLNE OCENY

WYMAGANIA EDUKACYJNE NA POSZCZEGÓLNE OCENY WYMAGANIA EDUKACYJNE NA POSZCZEGÓLNE OCENY (zakres rozszerzony) klasa 2. 1. Funkcja liniowa Tematyka zajęć: Proporcjonalność prosta Funkcja liniowa. Wykres funkcji liniowej Miejsce zerowe funkcji liniowej.

Bardziej szczegółowo

φ(x 1,..., x n ) = a i x 2 i +

φ(x 1,..., x n ) = a i x 2 i + Teoria na egzamin z algebry liniowej Wszystkie podane pojęcia należy umieć określić i podać pprzykłady, ewentualnie kontrprzykłady. Ponadto należy znać dowody tam gdzie to jest zaznaczone. Liczby zespolone.

Bardziej szczegółowo

1 Równania różniczkowe zwyczajne liniowe pierwszego rzędu

1 Równania różniczkowe zwyczajne liniowe pierwszego rzędu Równania różniczkowe zwyczajne liniowe I-go rzędu 1 1 1 Równania różniczkowe zwyczajne liniowe pierwszego rzędu Równaniem różniczkowym zwyczajnym liniowym pierwszego rzędu nazywamy równanie postaci (RL1)

Bardziej szczegółowo

Maria Romanowska UDOWODNIJ, ŻE... PRZYKŁADOWE ZADANIA MATURALNE Z MATEMATYKI

Maria Romanowska UDOWODNIJ, ŻE... PRZYKŁADOWE ZADANIA MATURALNE Z MATEMATYKI Maria Romanowska UDOWODNIJ, ŻE... PRZYKŁADOWE ZADANIA MATURALNE Z MATEMATYKI Matematyka dla liceum ogólnokształcącego i technikum w zakresie podstawowym i rozszerzonym Z E S Z Y T M E T O D Y C Z N Y Miejski

Bardziej szczegółowo

III. ZMIENNE LOSOWE JEDNOWYMIAROWE

III. ZMIENNE LOSOWE JEDNOWYMIAROWE III. ZMIENNE LOSOWE JEDNOWYMIAROWE.. Zmienna losowa i pojęcie rozkładu prawdopodobieństwa W dotychczas rozpatrywanych przykładach każdemu zdarzeniu była przyporządkowana odpowiednia wartość liczbowa. Ta

Bardziej szczegółowo

n=0 W tym rozdziale, wyposażeni w wiedzę o zbieżności jednostajnej, omówimy ogólne własności funkcji, które można definiować wzorami typu (8.1).

n=0 W tym rozdziale, wyposażeni w wiedzę o zbieżności jednostajnej, omówimy ogólne własności funkcji, które można definiować wzorami typu (8.1). Rozdział 8 Szeregi potęgowe Szeregiem potęgowym o środku w punkcie z 0 C i współczynnikach a n C nazywamy szereg a n z z 0 ) n, 8.1) gdzie z C. Z szeregami tego typu mieliśmy już do czynienia, omawiając

Bardziej szczegółowo

Rachunek całkowy funkcji wielu zmiennych

Rachunek całkowy funkcji wielu zmiennych Rachunek całkowy funkcji wielu zmiennych Całki potrójne wykład z MATEMATYKI Budownictwo studia niestacjonarne sem. II, rok ak. 2008/2009 Katedra Matematyki Wydział Informatyki olitechnika Białostocka 1

Bardziej szczegółowo

4. O funkcji uwikłanej 4.1. Twierdzenie. Niech będzie dana funkcja f klasy C 1 na otwartym podzbiorze. ϕ : K(x 0, δ) (y 0 η, y 0 + η), taka że

4. O funkcji uwikłanej 4.1. Twierdzenie. Niech będzie dana funkcja f klasy C 1 na otwartym podzbiorze. ϕ : K(x 0, δ) (y 0 η, y 0 + η), taka że 4. O funkcji uwikłanej 4.1. Twierdzenie. Niech będzie dana funkcja f klasy C 1 na otwartym podzbiorze taka że K(x 0, δ) (y 0 η, y 0 + η) R n R, f(x 0, y 0 ) = 0, y f(x 0, y 0 ) 0. Wówczas dla odpowiednio

Bardziej szczegółowo

4 Kilka klas procesów

4 Kilka klas procesów Marek Beśka, Całka Stochastyczna, wykład 4 48 4 Kilka klas procesów 4.1 Procesy rosnące i przestrzenie V,, loc Jak poprzednio niech (Ω, F, F, P ) będzie zupełną bazą stochastyczną. Definicja 4.1 Proces

Bardziej szczegółowo

25. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE PIERWSZEGO RZĘDU. y +y tgx=sinx

25. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE PIERWSZEGO RZĘDU. y +y tgx=sinx 5. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE PIERWSZEGO RZĘDU 5.1. Pojęcia wstępne. Klasfikacja równań i rozwiązań Rozróżniam dwa zasadnicze tp równań różniczkowch: równania różniczkowe zwczajne i równania różniczkowe cząstkowe.

Bardziej szczegółowo

Analiza matematyczna 1 zadania z odpowiedziami

Analiza matematyczna 1 zadania z odpowiedziami Analiza matematyczna zadania z odpowiedziami Maciej Burnecki strona główna Spis treści Elementy logiki, zbiory, funkcje Funkcje trygonometryczne 3 3 Ciągi 4 4 Granice funkcji, ciągłość 5 5 Rachunek różniczkowy

Bardziej szczegółowo

Wykład 1. Przestrzeń Hilberta

Wykład 1. Przestrzeń Hilberta Wykład 1. Przestrzeń Hilberta Sygnały. Funkcje (w języku inżynierów - sygnały) które będziemy rozważali na tym wykładzie będą kilku typów Sygnały ciągłe (analogowe). ) L 2 (R) to funkcje na prostej spełniające

Bardziej szczegółowo

Projekty standardów wymagań egzaminacyjnych z matematyki (materiał do konsultacji)

Projekty standardów wymagań egzaminacyjnych z matematyki (materiał do konsultacji) Projekty standardów wymagań egzaminacyjnych z matematyki (materiał do konsultacji) Od roku 2010 matematyka będzie obowiązkowo zdawana przez wszystkich maturzystów. W ślad za tą decyzją podjęto prace nad

Bardziej szczegółowo

Matematyka ETId I.Gorgol. Funkcja złożona i odwrotna. Funkcje

Matematyka ETId I.Gorgol. Funkcja złożona i odwrotna. Funkcje Funkcja złożona i odwrotna. Funkcje cyklometryczne. Definicja funkcji DEFINICJA Niech dane będa dwa zbiory D i P. Funkcja f : D P nazywamy przyporzadkowanie, które każdemu elementowi ze zbioru D przyporzadkowuje

Bardziej szczegółowo

Obliczenia naukowe Wykład nr 6

Obliczenia naukowe Wykład nr 6 Obliczenia naukowe Wykład nr 6 Paweł Zieliński Katedra Informatyki, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Politechnika Wrocławska Literatura Literatura podstawowa [1] D. Kincaid, W. Cheney, Analiza

Bardziej szczegółowo

Kurs Start plus poziom zaawansowany, materiały dla prowadzących, Marcin Kościelecki. Zajęcia 1.

Kurs Start plus poziom zaawansowany, materiały dla prowadzących, Marcin Kościelecki. Zajęcia 1. Projekt Fizyka Plus nr POKL.04.0.0-00-034/ współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki Kurs Start plus poziom zaawansowany,

Bardziej szczegółowo

MATeMAtyka 1. Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych. Zakres podstawowy i rozszerzony Klasa pierwsza

MATeMAtyka 1. Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych. Zakres podstawowy i rozszerzony Klasa pierwsza MATeMAtyka 1 Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych Zakres podstawowy i rozszerzony Klasa pierwsza Wyróżnione zostały następujące wymagania programowe: konieczne (K), podstawowe

Bardziej szczegółowo

Standardy wymagań maturalnych z matematyki - matura 2010

Standardy wymagań maturalnych z matematyki - matura 2010 Standardy wymagań maturalnych z matematyki - matura 2010 STANDARDY WYMAGAŃ BĘDĄCE PODSTAWĄ PRZEPROWADZANIA EGZAMINU MATURALNEGO Standardy można pobrać (plik pdf) wybierając ten link: STANDARDY 2010 lub

Bardziej szczegółowo

Wykłady z matematyki Liczby zespolone

Wykłady z matematyki Liczby zespolone Wykłady z matematyki Liczby zespolone Rok akademicki 015/16 UTP Bydgoszcz Liczby zespolone Wstęp Formalnie rzecz biorąc liczby zespolone to punkty na płaszczyźnie z działaniami zdefiniowanymi następująco:

Bardziej szczegółowo

1. Liczby zespolone Stwierdzić kiedy kwadrat liczby zespolonej jest liczbą. (i) rzeczywistą, (ii) ujemną, (iii) tylko urojoną?

1. Liczby zespolone Stwierdzić kiedy kwadrat liczby zespolonej jest liczbą. (i) rzeczywistą, (ii) ujemną, (iii) tylko urojoną? 1. Liczby zespolone 1.1. Stwierdzić kiedy kwadrat liczby zespolonej jest liczbą (i) rzeczywistą, (ii) ujemną, (iii) tylko urojoną? 1.2. Doprowadzić do postaci a + ib liczby zespolone (i) (1 13i)/(1 3i),

Bardziej szczegółowo

dr inż. Ryszard Rębowski 1 WPROWADZENIE

dr inż. Ryszard Rębowski 1 WPROWADZENIE dr inż. Ryszard Rębowski 1 WPROWADZENIE Zarządzanie i Inżynieria Produkcji studia stacjonarne Konspekt do wykładu z Matematyki 1 1 Postać trygonometryczna liczby zespolonej zastosowania i przykłady 1 Wprowadzenie

Bardziej szczegółowo

Granica funkcji wykład 4

Granica funkcji wykład 4 Granica funkcji wykład 4 dr Mariusz Grządziel 27 października 2008 Problem obliczanie prędkości chwilowej Droga s, jaką przemierzy kulka ołowiana upuszczona z wysokiej wieży po czasie t: s = gt2 2, gdzie

Bardziej szczegółowo

Paweł Gładki. Algebra. http://www.math.us.edu.pl/ pgladki/

Paweł Gładki. Algebra. http://www.math.us.edu.pl/ pgladki/ Paweł Gładki Algebra http://www.math.us.edu.pl/ pgladki/ Konsultacje: Środa, 14:00-15:00 Jeżeli chcesz spotkać się z prowadzącym podczas konsultacji, postaraj się powiadomić go o tym przed lub po zajęciach,

Bardziej szczegółowo

Zakres Dopuszczający Dostateczny Dobry Bardzo dobry

Zakres Dopuszczający Dostateczny Dobry Bardzo dobry Kryteria oceniania z matematyki ( poziom rozszerzony) klasa 2 Zakres Dopuszczający Dostateczny Dobry Bardzo dobry Funkcja liniowa Uczeń: - rozpoznaje funkcję liniową na podstawie wzoru - zna postać ogólną

Bardziej szczegółowo

Nieskończona jednowymiarowa studnia potencjału

Nieskończona jednowymiarowa studnia potencjału Nieskończona jednowymiarowa studnia potencjału Zagadnienie dane jest następująco: znaleźć funkcje własne i wartości własne operatora energii dla cząstki umieszczonej w nieskończonej studni potencjału,

Bardziej szczegółowo

9 Przekształcenia liniowe

9 Przekształcenia liniowe 9 Przekształcenia liniowe Definicja 9.1. Niech V oraz W będą przestrzeniami liniowymi nad tym samym ciałem F. Przekształceniem liniowym nazywamy funkcję ϕ : V W spełniającą warunek (LM) v1,v 2 V a1,a 2

Bardziej szczegółowo

ROZWIĄZYWANIE RÓWNAŃ NIELINIOWYCH

ROZWIĄZYWANIE RÓWNAŃ NIELINIOWYCH Transport, studia I stopnia Instytut L-5, Wydział Inżynierii Lądowej, Politechnika Krakowska Ewa Pabisek Adam Wosatko Postać ogólna równania nieliniowego Często występującym, ważnym problemem obliczeniowym

Bardziej szczegółowo

MATEMATYKA KL II LO zakres podstawowy i rozszerzony

MATEMATYKA KL II LO zakres podstawowy i rozszerzony MATEMATYKA KL II LO zakres podstawowy i rozszerzony Wyróżnione zostały następujące wymagania programowe: konieczne (K), podstawowe (P), rozszerzające (R), dopełniające (D) i wykraczające poza program nauczania

Bardziej szczegółowo

Całki krzywoliniowe. SNM - Elementy analizy wektorowej - 1

Całki krzywoliniowe. SNM - Elementy analizy wektorowej - 1 SNM - Elementy analizy wektorowej - 1 Całki krzywoliniowe Definicja (funkcja wektorowa jednej zmiennej) Funkcją wektorową jednej zmiennej nazywamy odwzorowanie r : I R 3, gdzie I oznacza przedział na prostej,

Bardziej szczegółowo

PLAN WYNIKOWY Z MATEMATYKI DLA KLASY IV TECHNIKUM 5 - LETNIEGO

PLAN WYNIKOWY Z MATEMATYKI DLA KLASY IV TECHNIKUM 5 - LETNIEGO PLAN WYNIKOWY Z MATEMATYKI DLA KLASY IV TECHNIKUM 5 - LETNIEGO Lp. Temat lekcji Umiejętności Podstawowe Ponadpodstawowe I Granica i pochodna funkcji. Uczeń: Uczeń: 1 Powtórzenie wiadomości o granicy ciągu,

Bardziej szczegółowo

9. BADANIE PRZEBIEGU ZMIENNOŚCI FUNKCJI

9. BADANIE PRZEBIEGU ZMIENNOŚCI FUNKCJI BADANIE PRZEBIEGU ZMIENNOŚCI FUNKCJI Ekstrema i monotoniczność funkcji Oznaczmy przez D f dziedzinę funkcji f Mówimy, że funkcja f ma w punkcie 0 D f maksimum lokalne (minimum lokalne), gdy dla każdego

Bardziej szczegółowo

7. Funkcje elementarne i ich własności.

7. Funkcje elementarne i ich własności. Misztal Aleksandra, Herman Monika 7. Funkcje elementarne i ich własności. Definicja funkcji elementarnej Podstawowymi funkcjami elementarnymi nazywamy funkcje: stałe potęgowe, np. wykładnicze logarytmiczne

Bardziej szczegółowo