Matematyka 1. Šukasz Dawidowski. Instytut Matematyki, Uniwersytet l ski

Podobne dokumenty
f(x) f(x 0 ) i f +(x 0 ) := lim = f(x 0 + x) f(x 0 ) wynika ci gªo± funkcji w punkcie x 0. W ka»dym przypadku zachodzi:

I Rok LOGISTYKI: wykªad 2 Pochodna funkcji. iloraz ró»nicowy x y x

Funkcja rzeczywista zmiennej rzeczywistej. Pochodna (szkic wykªadu)

Pochodna funkcji jednej zmiennej

1 Poj cia pomocnicze. Przykªad 1. A A d

Zadania z analizy matematycznej - sem. II Rachunek ró»niczkowy funkcji wielu zmiennych

Kolokwium Zadanie 1. Dla jakich warto±ci parametrów a i b funkcja sklejona

Funkcje wielu zmiennych

Funkcje wielu zmiennych

CAŠKA NIEOZNACZONA. Politechnika Lubelska. Z.Šagodowski. 18 lutego 2016

Zagadnienia na wej±ciówki z matematyki Technologia Chemiczna

Funkcje jednej zmiennej. Granica, ci gªo±. (szkic wykªadu)

Informacje pomocnicze:

( ) Pochodne. Załómy, e funkcja f jest okrelona w pewnym otoczeniu punktu x 0. Liczb

Rachunek ró»niczkowy funkcji jednej zmiennej

Liczby zespolone Pochodna Caªka nieoznaczona i oznaczona Podstawowe wielko±ci zyczne. Repetytorium z matematyki

AM II /2019 (gr. 2 i 3) zadania przygotowawcze do I kolokwium

Równania ró»niczkowe I rz du (RRIR) Twierdzenie Picarda. Anna D browska. WFTiMS. 23 marca 2010

Analiza Matematyczna MAT1317

1 Przypomnienie wiadomo±ci ze szkoªy ±redniej. Rozwi zywanie prostych równa«i nierówno±ci

Funkcje wielu zmiennych

22 Pochodna funkcji definicja

Czy funkcja zadana wzorem f(x) = ex e x. 1 + e. = lim. e x + e x lim. lim. 2 dla x = 1 f(x) dla x (0, 1) e e 1 dla x = 1

Zadania z analizy matematycznej - sem. II Ekstrema funkcji wielu zmiennych, twierdzenia o funkcji odwrotnej i funkcji uwikªanej

Wykªad 7. Ekstrema lokalne funkcji dwóch zmiennych.

I. Pochodna i różniczka funkcji jednej zmiennej. 1. Definicja pochodnej funkcji i jej interpretacja fizyczna. Istnienie pochodnej funkcji.

sin x 1+cos 2x. 3. Znajd¹ okres podstawowy funkcji: 6) f(x) = cos(4πx + 2), 8) f(x) = cos 2 x, 9) f(x) = tg πx 4) f 1 ([1, 9]), 5) f ([ 1, 1]),

Oba zbiory s uporz dkowane liniowo. Badamy funkcj w pobli»u kresów dziedziny. Pewne punkty szczególne (np. zmiana denicji funkcji).

Zadania z analizy matematycznej - sem. I Pochodne funkcji, przebieg zmienności funkcji

1. Przedstaw w postaci algebraicznej liczby zespolone: 2. Narysuj zbiory punktów na pªaszczy¹nie:

Szkice rozwi za«zada«z egzaminu 1

Informacje pomocnicze

Wykład 5. Zagadnienia omawiane na wykładzie w dniu r

Twierdzenie Wainera. Marek Czarnecki. Warszawa, 3 lipca Wydziaª Filozoi i Socjologii Uniwersytet Warszawski

Liniowe równania ró»niczkowe n tego rz du o staªych wspóªczynnikach

Rachunek caªkowy funkcji wielu zmiennych

Wzór Maclaurina. Jeśli we wzorze Taylora przyjmiemy x 0 = 0 oraz h = x, to otrzymujemy tzw. wzór Maclaurina: f (x) = x k + f (n) (θx) x n.

Pochodne funkcji wraz z zastosowaniami - teoria

2. ZASTOSOWANIA POCHODNYCH. (a) f(x) = ln 3 x ln x, (b) f(x) = e2x x 2 2.

Pochodna funkcji. Pochodna funkcji w punkcie. Różniczka funkcji i obliczenia przybliżone. Zastosowania pochodnych. Badanie funkcji.

Ekstremalnie fajne równania

Wykład 13. Informatyka Stosowana. 14 stycznia 2019 Magdalena Alama-Bućko. Informatyka Stosowana Wykład , M.A-B 1 / 34

Wykład 11. Informatyka Stosowana. Magdalena Alama-Bućko. 18 grudnia Magdalena Alama-Bućko Wykład grudnia / 22

Analiza Matematyczna I Wydział Nauk Ekonomicznych. wykład XI

WBiA Architektura i Urbanistyka. 1. Wykonaj dziaªania na macierzach: Które z iloczynów: A 2 B, AB 2, BA 2, B 2 3, B = 1 2 0

Pochodna funkcji. Zastosowania pochodnej. Badanie przebiegu zmienności

Matematyka. rok akademicki 2008/2009, semestr zimowy. Konwersatorium 1. Własności funkcji

Wykªad 4. Funkcje wielu zmiennych.

FAQ ANALIZA R c ZADANIA

Notatki z Analizy Matematycznej 3. Jacek M. Jędrzejewski

Legalna ±ci ga z RRI 2015/2016

Matematyka dla studentów Zarz dzania UW. Marcin Kysiak, Roman Pol

Funkcje, wielomiany. Informacje pomocnicze

1 Szeregi potęgowe. 1.1 Promień zbieżności szeregu potęgowego. Wydział Informatyki, KONWERSATORIUM Z MATEMATYKI, 2008/2009.

Zbiory i odwzorowania

Rozwi zanie równania ró»niczkowego metod operatorow (zastosowanie transformaty Laplace'a).

Matematyka i Statystyka w Finansach. Rachunek Różniczkowy

Wykład VI. Badanie przebiegu funkcji. 2. A - przedział otwarty, f D 2 (A) 3. Ekstrema lokalne: 4. Punkty przegięcia. Uwaga!

1 Metody iteracyjne rozwi zywania równania f(x)=0

Wykład 11 i 12. Informatyka Stosowana. 9 stycznia Informatyka Stosowana Wykład 11 i 12 9 stycznia / 39

Wykład 6, pochodne funkcji. Siedlce

Zadania. 4 grudnia k=1

1. Definicja granicy właściwej i niewłaściwej funkcji.

1 Granice funkcji wielu zmiennych.

3. (8 punktów) EGZAMIN MAGISTERSKI, Biomatematyka

Rachunek różniczkowy funkcji f : R R

Granica funkcji. 27 grudnia Granica funkcji

Granica funkcji. 8 listopada Wykład 4

Wykªad 12. Transformata Laplace'a i metoda operatorowa

Matematyka dla studentów kierunku Projetowanie Architektury Wn trz i Otoczenia. Jolanta Rosiak

Analiza matematyczna i algebra liniowa Pochodna funkcji

Rachunek Różniczkowy

1 Ró»niczka drugiego rz du i ekstrema

Pochodna funkcji. Niech f : A R, a A i załóżmy, że istnieje α > 0 taka, że

Elementy geometrii analitycznej w przestrzeni

Treści programowe. Matematyka 1. Efekty kształcenia. Literatura. Warunki zaliczenia. Ogólne własności funkcji. Definicja 1. Funkcje elementarne.

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

Spis tre±ci. Plan. 1 Pochodna cz stkowa. 1.1 Denicja Przykªady Wªasno±ci Pochodne wy»szych rz dów... 3

1 Caªki nieoznaczone: caªkowanie jako operacja (prawie) odwrotna do ró»niczkowania

1. Pochodna funkcji. 1.1 Pierwsza pochodna - definicja i własności Definicja pochodnej

1 Funkcje dwóch zmiennych podstawowe pojęcia

RACHUNEK RÓŻNICZKOWY FUNKCJI JEDNEJ ZMIENNEJ. Wykorzystano: M A T E M A T Y K A Wykład dla studentów Część 1 Krzysztof KOŁOWROCKI

WYKŁAD Z ANALIZY MATEMATYCZNEJ I. dr. Elżbieta Kotlicka. Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki

Funkcje elementarne. Matematyka 1

Granice funkcji. XX LO (wrzesień 2016) Matematyka elementarna Temat #8 1 / 21

2. Definicja pochodnej w R n

*** Teoria popytu konsumenta *** I. Pole preferencji konsumenta 1. Przestrze«towarów 2. Relacja preferencji konsumenta 3. Optymalny koszyk towarów

Granica i ciągłość funkcji. 1 Granica funkcji rzeczywistej jednej zmiennej rzeczywsitej

ARYTMETYKA MODULARNA. Grzegorz Szkibiel. Wiosna 2014/15

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

Statystyka matematyczna - ZSTA LMO

1 Bª dy i arytmetyka zmiennopozycyjna

Pochodna funkcji. Zastosowania

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

Materiaªy do Repetytorium z matematyki

Wykłady z matematyki inżynierskiej EKSTREMA FUNKCJI. JJ, IMiF UTP

Agata Boratyńska ZADANIA Z MATEMATYKI, I ROK SGH GRANICA CIĄGU

Granica i ciągłość funkcji. 1 Granica funkcji rzeczywistej jednej zmiennej rzeczywistej

CAŁKI NIEOZNACZONE C R}.

Transkrypt:

Matematyka 1 Šukasz Dawidowski Instytut Matematyki, Uniwersytet l ski

Pochodna funkcji Niech a, b R, a < b. Niech f : (a, b) R b dzie funkcj oraz x, x 0 (a, b) b d ró»nymi punktami przedziaªu (a, b). Wyra»enie I f (x, x 0 ) = f (x) f (x 0) x x 0 nazywamy ilorazem ró»nicowym funkcji f mi dzy punktami x i x 0. Je±li h = x x 0, to mo»emy te» napisa I f (x 0 + h, x 0 ) = f (x 0 + h) f (x 0 ) h

Pochodna funkcji Je±li istnieje granica ilorazu I f (x 0 + h, x 0 ) przy h 0, to granic t nazywamy pochodn funkcji f w punkcie x 0 i oznaczamy f (x 0 ), tzn.: f (x 0 ) = lim h 0 f (x 0 + h) f (x 0 ) h = lim x x0 f (x) f (x 0 ) x x 0 Je±li f ma pochodn w punkcie x 0 (a, b), to mówimy,»e f jest ró»niczkowalna w punkcie x 0. Je»eli f ma pochodn w ka»dym punkcie przedziaªu (a, b), to mówimy,»e f jest ró»niczkowalna w zbiorze (a, b).

Pochodna funkcji Twierdzenie Je±li funkcja f : (a, b) R jest ró»niczkowalna w punkcie x 0 (a, b), to f jest ci gªa w punkcie x 0.

Pochodna funkcji Interpretacja zyczna pochodnej: Niech funkcja f : (a, b) R jest ró»niczkowalna w punkcie x 0 (a, b). Niech x 0, x 0 + h (a, b). Rozwa»my punkty: A = (x 0, f (x 0 )), B = (x 0 + h, f (x 0 + h)) Punkty A i B nale» do wykresu funkcji f. Równanie prostej przechodz cej przez punkty A i B jest postaci y f (x 0 ) = f (x 0 + h) f (x 0 ) (x x 0 ) h

Pochodna funkcji lub równowa»nie: y = f (x 0 + h) f (x 0 ) h x + f (x 0 ) f (x 0 + h) f (x 0 ) x 0 h Wspóªczynnik kierunkowy tej prostej, to iloraz ró»nicowy I f (x 0 + h, x 0 ). Je±li h 0 (tzn. punkt B zbli»a si do pubnktu A) otrzymujemy: y = f (x 0 )(x x 0 ) + f (x 0 ) Prost o takim równaniu nazywamy prost styczn do wykresu funkcji f w punkcie (x 0, f (x 0 )).

Pochodna funkcji Pochodne funkcji elementarnych: f (x) f (x) c 0 x n a x e x nx n 1 a x ln a e x 1 log a x x ln a 1 ln x sin x cos x x cos x sin x

Pochodna funkcji Twierdzenie Je±li funkcje f, g : (a, b) R s ró»niczkowalne w punkcie x 0 (a, b) oraz λ (a, b), to funkcje f + g, f g, λf, f g równie» s ró»niczkowalne w punkcie x 0 oraz: (f + g) (x 0 ) = f (x 0 ) + g (x 0 ), (f g) (x 0 ) = f (x 0 ) g (x 0 ), (λf ) (x 0 ) = λf (x 0 ), (f g) (x 0 ) = f (x 0 ) g(x 0 ) + f (x 0 ) g (x 0 ). Je±li, ponadto, g(x 0 ) 0, to funkcja f jest vró»niczkowalna w g punkcie x 0 oraz ( ) f (x0 ) = f (x 0 )g(x 0 ) f (x 0 )g (x 0 ) g [g(x 0. )] 2

Pochodna funkcji Twierdzenie Zaªó»my,»e f : (a, b) R jest funkcj ci gª i odwracaln. Je±li f jest ró»niczkowalna w punkcie x 0 (a, b) oraz f (x 0 ) 0, to y 0 = f (x 0 ) jest punktem wewn trznym przedziaªu f ((a, b)) oraz f 1 jest funkcj ró»niczkowaln w punkcie y 0 oraz zachodzi wzór (f 1 ) (y 0 ) = 1 f (x 0 )

Pochodna funkcji Twierdzenie Je±li f : (a, b) R ma pochodn w punkcie x 0 (a, b) oraz g : (c, d) R ma pochodn w punkcie y 0 = f (x 0 ) (c, d), to funkcja h = g f jest okre±lona i ró»niczkowalna w otoczeniu punktu x 0 oraz zachodzi wzór h (x 0 ) = (g f ) (x 0 ) = g (y 0 )f (x 0 ) = g (f (x 0 ))f (x 0 )

Ró»niczka funkcji Odwzorowanie A: R R nazywamy liniowym, gdy: A(x + y) = A(x) + A(y), dla x, y R, A(cx) = ca(x), dla x, c R. Uwaga: Wi cej informacji o odwzorowaniach liniowych b dzie w innej cz ±ci wykªadu.

Ró»niczka funkcji Niech f : (a, b) R b dzie funkcj oraz x 0 (a, b). Mówimy,»e funkcja f ma ró»niczk w punkcie x 0, gdy istnieje takie odwzorowanie liniowe df x0 : R R,»e lub f (x) f (x 0 ) df x0 (x x 0 ) lim = 0 x x 0 x x 0 f (x 0 + h) f (x 0 ) df x0 (h) lim h 0 h = 0 Odwzorowanie liniowe df x0 nazywamy ró»niczk funkcji f w pubnkcie x 0.

Ró»niczka, a pochodna funkcji Twierdzenie Je±li funkcja f : (a, b) R ma ró»niczk df x0 w punkcie x 0 (a, b), to ma w tym punkcie pochodn f (x 0 ) oraz df x0 (h) = f (x 0 ) h, h R. (1) Na odwrót, je±li f ma w punkcie x 0 pochodn, to ma w tym punkcie ró»niczk df x0, która dana jest wzorem (1).

Pochodna funkcji Pochodne wy»szych rz dów Niech f : (a, b) R i x 0 R. Je±li funkcja f jest ró»niczkowalna, to f = (f ) Je±li, dla n N, funkcja f (n) jest ró»niczkowalna, to f (n+1) = (f (n) ) Niech P R b dzie przedziaªem, n N. Mówimy,»e funkcja jest klasy C n (P) je»eli nta pochodna funkcji f istnieje w przedziale P i jest funkcj ci gª na tym przedziale. Oznaczenie: f C n (P)

Twierdzenie o warto±ci ±redniej Twierdzenie Rolle'a Je±li funkcja f : [a, b] R jest ci gªa w przedziale [a, b] i ró»niczkowalna w przedziale (a, b) oraz f (a) = f (b), to ξ (a,b) f (ξ) = 0. Twierdzenie Lagrange'a Je±li funkcja f : [a, b] R jest ci gªa w przedziale [a, b] i ró»niczkowalna w przedziale (a, b), to ξ (a,b) f (ξ) = f (b) f (a). b a

Twierdzenie o warto±ci ±redniej Twierdzenie Cauchy'ego Je±li funkcje f, g : [a, b] R s ci gªe w przedziale [a, b] i ró»niczkowalne w przedziale (a, b), to: ξ (a,b) [f (b) f (a)] g (ξ) = [g(b) g(a)] f (ξ).

Wzór Taylora Twierdzenie Taylora Niech f : (a, b) R oraz x 0 (a, b). Zaªó»my,»e h R jest tak liczb,»e x 0 + h (a, b). Je»eli f ma ci gª pochodn rz du (n 1) w przedziale [x 0, x 0 + h] oraz f jest nkrotnie ró»niczkowalna w przedziale (x 0, x 0 + h), to istnieje takie θ (0, 1),»e f (x 0 + h) = f (x 0 ) + f (x 0 ) 1! h + f (x 0 ) h 2 +... + 2! + f (n 1) (x 0 ) (n 1)! hn 1 + R n (x 0, h), gdzie R n (x 0, h) = hn n! f (n) (x 0 + θh).

Wzór Taylora Szereg Taylora Je»eli f : (a, b) R ma w pewnym otoczeniu U x0 punktu x 0 (a, b) pochodne dowolnego rz du i dla x U x0 zachodzi to f (x) = f (x 0 ) + lim R n(x 0, h) = 0, n n=1 f (n) (x 0 ) (x x 0 ) n. n!

Reguª de l'hospitala Twierdzenie de l'hospitala Niech A b dzie jednym ze zbiorów postaci: A = (a, x 0 ), gdzie a < x 0 +, A = (x 0, a), gdzie x 0 < a +, A = (a, x 0 ) (x 0, b), gdzie a < x 0 < b +. Zaªó»my,»e funkcje f, g : A R s ró»niczkowalne oraz g (x) 0 dla x A. Zaªózmy dodatkowo,»e zachodzi jeden z nast puj cych warunków lim f (x) = lim g(x) = 0, lub lim g(x) = +. x x 0 x x 0 x x 0 Je±li istnieje granica, b d¹ granica niewªa±ciwa lim x x 0 f (x) g(x) = lim x x 0 f (x) g (x). f (x) lim x x0 g(x), to

Badanie przebiegu zmienno±ci funkcji Warunek konieczny istnienia ekstremum lokalnego Je±li funkcja f : (a, b) R jest ró»niczkowalna oraz ma ekstremum lokalne w pewnym punkcie x 0 (a, b), to f (x 0 ) = 0.

Badanie przebiegu zmienno±ci funkcji Twierdzenie Niech P R b dzie przedziaªem. Je±li f : P R jest ró»niczkowalna i f (x) = 0 dla x P, to f jest staªa. Twierdzenie Zaªó»my,»e f : (a, b) R jest ró»niczkowalna. Je»eli f > 0 w przedziale (a, b), to f jest silnie rosn ca w przedziale (a, b). Je»eli f < 0 w przedziale (a, b), to f jest silnie malej ca w (a, b).

Badanie przebiegu zmienno±ci funkcji Twierdzenie Zaªó»my,»e f : (a, b) R jest dwukrotnie ró»niczkowalna. Je»eli f > 0 w przedziale (a, b), to f jest wypukªa w przedziale (a, b). Je»eli f < 0 w przedziale (a, b), to f jest wkl sªa w przedziale (a, b).

Badanie przebiegu zmienno±ci funkcji Twierdzenie Je±li f : (a, b) R jest ró»niczkowalna, f (x 0 ) = 0 dla pewnego punktu x 0 (a, b) oraz f zmienia znak w punkcie x 0, to f ma ekstremum lokalne w punkcie x 0. Jest to: maksimum, je±li f (x) > 0 dla x (x 0 ε, x 0 ) i f (x) < 0 dla x (x 0, x 0 + ε), gdzie ε > 0 jest pewn staª, minimum, je±li f (x) < 0 dla x (x 0 ε, x 0 ) i f (x) > 0 dla x (x 0, x 0 + ε), gdzie ε > 0 jest pewn staª.

Badanie przebiegu zmienno±ci funkcji Twierdzenie Je±li f : (a, b) R jest funkcj klasy C 2 oraz f (x 0 ) = 0 i f (x 0 ) 0 w pewnym punkcie x 0 (a, b), to f ma ekstremum lokalne w punkcie x 0 i jest to: maksimum, je±li f (x 0 ) < 0, minimum, je±li f (x 0 ) > 0.

Badanie przebiegu zmienno±ci funkcji Zaªó»my,»e x 0 (a, b) oraz f : (a, b) R jest wypukªa (wkl sªa) w przedziale (a, x 0 ), wkl sªa (wypukªa) w przedziale (x 0, b). Punkt x 0 nazywamy wówczas punktem przegi cia funkcji f. Twierdzenie Je±li f : (a, b) R jest klasy C 2, a x 0 (a, b) jest punktem przegi cia funkcji f, to f (x 0 ) = 0

Asymptoty Zaªó»my,»e f : (a, + ) R b dzie funkcj. Prost o równaniu y = ax + b nazywamy asymptot uko±n prawostronn, je±li Wtedy: lim (f (x) (ax + b)) = 0 x + f (x) a = lim x x, b = lim (f (x) ax)). x Uwaga: Dla asymptot uko±n lewostronn deniujemy analogicznie. Prost o równaniu x = c nazywamy asymptot pionow funkcji f, je±li f jest okre±lona w pewnym s siedztwie punktu c oraz lim x c f (x) = ± lub lim f (x) = ± + x c

Caªka nieoznaczona Niech a < b oraz niech b dzie dana funkcja f : (a, b) R. Ka»d funkcj ró»niczkowaln F : (a, b) R tak,»e F = f nazywamy funkcj pierwotn funkcji f. Je±li funkcja f : (a, b) R ma funkcj pierwotn, to rodzin wszystkich jej funkcji pierwtonych nazywamy caªk nieoznaczon z funkcji f i oznaczamy f lub f (x)dx, tzn. f = f (x)dx = = {F : (a, b) R F jest ró»niczkowalna na (a, b) F = f } O funkcji, która ma funkcj pierwotn mówimy,»e jest caªkowalna.

Caªka nieoznaczona Podstawowe caªki: f (x) f (x)dx 0 c x α 1 1 x e x a x x α+1 + c α 1 α+1 ln x + c e x + c ax + c ln a sin x cos x + c cos x sin x + c 1 tg x + c cos 2 x 1 - ctg x + c sin 2 x 1 arctgx + c 1+x 2 1 arc sin x + c 1 x 2

Caªka nieoznaczona Wªasno±ci caªki nieoznaczonej Niech f, g : (a, b) R b d funkcjam caªkowalnymi. Wówczas f + g oraz λf, dla ka»dego λ R, s funkcjami caªkowalnymi oraz (f + g) = f + g, λf = λ f. Uwaga Je±li funkcja f : (a, b) R jest ró»niczkowalna, to f (x)dx = f (x) + c, x (a, b).

Caªka nieoznaczona Twierdzenie o caªkowaniu przez cz ±ci Niech f, g : (a, b) R b d funkcjami ró»niczkowalnymi oraz f g ma pierwotn. Wówczas funkcja fg równie» ma pierwotn oraz zachodzi wzór fg = fg f g. Twierdzenie o caªkowaniu przez podstawienie Niech f : (a, b) R b dzie funkcj caªkowaln, a ϕ: (c, d) (a, b) funkcj ró»niczkowaln. Wówczas (f ϕ)ϕ jest caªkowalna oraz ( f (ϕ(t))ϕ (t)dt = ) f (x)dx ϕ.