Wykłady z Matematyki stosowanej w inżynierii środowiska, II sem. 2. CAŁKA PODWÓJNA Całka podwójna po prostokącie

Podobne dokumenty
Wykłady z Matematyki stosowanej w inżynierii środowiska, II sem. 3. CAŁKA POTRÓJNA

Rachunek całkowy funkcji wielu zmiennych

Całka podwójna po prostokącie

Całki podwójne. Definicja całki podwójnej. Jacek Kłopotowski. 25 maja Katedra Matematyki i Ekonomii Matematycznej

Matematyka II. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr letni 2018/2019 wykład 13 (27 maja)

Całki podwójne. Małgorzata Wyrwas. Katedra Matematyki Wydział Informatyki Politechnika Białostocka

RACHUNEK CAŁKOWY FUNKCJI DWÓCH ZMIENNYCH

Matematyka 2. Elementy analizy wektorowej cz IV Całka powierzchniowa niezorientowana

Matematyka I. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr zimowy 2018/2019 Wykład 12

Rachunek różniczkowy i całkowy w przestrzeniach R n

Lista zadań nr 2 z Matematyki II

22. CAŁKA KRZYWOLINIOWA SKIEROWANA

ANALIZA MATEMATYCZNA Z ELEMENTAMI STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ

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

Całki krzywoliniowe. SNM - Elementy analizy wektorowej - 1

Całki krzywoliniowe skierowane

Rachunek całkowy - całka oznaczona

y(t) = y 0 + R sin t, t R. z(t) = h 2π t

ef 3 (dziedzina, dziedzina naturalna) Niech f : A R, gdzie A jest podzbiorem płaszczyzny lub przestrzeni Zbiór A nazywamy dziedziną funcji f i oznacza

Całki krzywoliniowe wiadomości wstępne

24. CAŁKA POWIERZCHNIOWA ZORIENTOWANA

Matematyka 2. Elementy analizy wektorowej cz V Całka powierzchniowa zorientowana

lim = 0, gdzie d n oznacza najdłuższą przekątną prostokątów

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Analiza matematyczna 2 zadania z odpowiedziami

Niektóre zastosowania całki krzywoliniowej niezorientowanej 1.Długość l łuku zwykłego gładkiego Γ

ELEKTROTECHNIKA Semestr 2 Rok akad / ZADANIA Z MATEMATYKI Zestaw Oblicz pochodne cząstkowe rzędu drugiego funkcji:

ANALIZA MATEMATYCZNA 2.2B (2017/18)

WYKŁAD 2: CAŁKI POTRÓJNE

Zadania z analizy matematycznej - sem. II Funkcje, ich granice i ciągłość

Rachunek różniczkowy funkcji dwóch zmiennych

ANALIZA MATEMATYCZNA 2 zadania z odpowiedziami

Rachunek caªkowy funkcji wielu zmiennych

Dystrybucje. Marcin Orchel. 1 Wstęp Dystrybucje Pochodna dystrybucyjna Przestrzenie... 5

Rachunek różniczkowy i całkowy 2016/17

ANALIZA MATEMATYCZNA 2

Elementy rachunku różniczkowego i całkowego

ELEKTROTECHNIKA Semestr 2 Rok akad / ZADANIA Z MATEMATYKI Zestaw Oblicz pochodne cząstkowe rzędu drugiego funkcji:

Lista 1 - Funkcje elementarne

1 x + 1 dxdy, gdzie obszar D jest ograniczo-

ANALIZA MATEMATYCZNA

1 Funkcje dwóch zmiennych podstawowe pojęcia

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

i = [ 0] j = [ 1] k = [ 0]

1 Układy równań liniowych

III. Funkcje rzeczywiste

METODY MATEMATYCZNE I STATYSTYCZNE W INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Wykłady... b i a i. i=1. m(d k ) inf

Zagadnienia brzegowe dla równań eliptycznych

Matematyka dla studentów ekonomii : wykłady z ćwiczeniami/ Ryszard Antoniewicz, Andrzej Misztal. Wyd. 4 popr., 6 dodr. Warszawa, 2012.

7 Twierdzenie Fubiniego

Maciej Grzesiak Instytut Matematyki Politechniki Poznańskiej. Całki nieoznaczone

Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych

Wykłady ostatnie. Rodzinę P podzbiorów przestrzeni X nazywamy σ - algebrą, jeżeli dla A, B P (2) A B P, (3) A \ B P,

Wykład Matematyka A, I rok, egzamin ustny w sem. letnim r. ak. 2002/2003. Każdy zdający losuje jedno pytanie teoretyczne i jedno praktyczne.

Określenie całki oznaczonej na półprostej

6. FUNKCJE. f: X Y, y = f(x).

ANALIZA MATEMATYCZNA 2

GEOMETRIA ANALITYCZNA W PRZESTRZENI

Funkcja pierwotna. Całka nieoznaczona. Podstawowe wzory. Autorzy: Konrad Nosek

Całki powierzchniowe w R n

Szeregi funkcyjne. Szeregi potęgowe i trygonometryczne. Katedra Matematyki Wydział Informatyki Politechnika Białostocka

FUNKCJE. Rozwiązywanie zadań Ćw. 1-3 a) b) str Ćw. 5 i 6 str. 141 dodatkowo podaj przeciwdziedzinę.

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

Przykłady do zadania 1.1 : Obliczyć dane całki podwójne po wskazanych prostokątach. π 4. (a) sin(x + y) dxdy, R = π 4, π ] [ dy = sin(x + y)dy = dx =

opracował Maciej Grzesiak Całki krzywoliniowe

ELEKTROTECHNIKA Semestr 1 Rok akad / ZADANIA Z MATEMATYKI Zestaw Przedstaw w postaci algebraicznej liczby zespolone: (3 + 2j)(5 2j),

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 1

Definicja punktu wewnętrznego zbioru Punkt p jest punktem wewnętrznym zbioru, gdy należy do niego wraz z pewnym swoim otoczeniem

Rozdział 5. Twierdzenia całkowe. 5.1 Twierdzenie o potencjale. Będziemy rozpatrywać całki krzywoliniowe liczone wzdłuż krzywej C w przestrzeni

8 Całka stochastyczna względem semimartyngałów

Układy współrzędnych

Wykład z Podstaw matematyki dla studentów Inżynierii Środowiska. Wykład 3. ANALIZA FUNKCJI JEDNEJ ZMIENNEJ

Weźmy wyrażenie. Pochodna tej funkcji wyniesie:. Teraz spróbujmy wrócić.

13. Funkcje wielu zmiennych pochodne, gradient, Jacobian, ekstrema lokalne.

Z-ZIP-0530 Analiza Matematyczna II Calculus II

Lista 6. Kamil Matuszewski 13 kwietnia D n =

Funkcje wielu zmiennych

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

Wykłady 11 i 12: Całka oznaczona

Matematyka z el. statystyki, # 4 /Geodezja i kartografia I/

Matematyki i Nauk Informacyjnych, Zakład Procesów Stochastycznych i Matematyki Finansowej B. Ogólna charakterystyka przedmiotu

Przykład Łuk ze ściągiem, obciążenie styczne. D A

Opis przedmiotu. Karta przedmiotu - Matematyka II Katalog ECTS Politechniki Warszawskiej

Wykład 5. Zagadnienia omawiane na wykładzie w dniu r

Matematyka Mathematics. Inżynieria bezpieczeństwa I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólnoakademicki / praktyczny)

Opis przedmiotu: Matematyka II

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

1 Relacje i odwzorowania

Funkcje dwóch i trzech zmiennych

Analiza matematyczna i algebra liniowa Pochodna funkcji

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 2

Matematyka dla DSFRiU zbiór zadań

AB = x a + yb y a + zb z a 1

Analiza Matematyczna MAEW101

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

Blok V: Ciągi. Różniczkowanie i całkowanie. c) c n = 1 ( 1)n n. d) a n = 1 3, a n+1 = 3 n a n. e) a 1 = 1, a n+1 = a n + ( 1) n

Całki potrójne. Małgorzata Wyrwas. Katedra Matematyki Wydział Informatyki Politechnika Białostocka

W naukach technicznych większość rozpatrywanych wielkości możemy zapisać w jednej z trzech postaci: skalara, wektora oraz tensora.

Transkrypt:

Wykłady z Matematyki stosowanej w inżynierii środowiska, II sem..1. Całka podwójna po prostokącie.. CAŁKA POWÓJNA.. Całka podwójna po obszarach normalnych..3. Całka podwójna po obszarach regularnych..4. Współrzędne biegunowe..5. Zastosowania całek podwójnych w geometrii. A1 efinicja (podział prostokąta).1. Całka podwójna po prostokącie Wykład Podziałem prostokąta {( x, y) : a x b, c y d} nazywamy zbiór złożony z prostokątów { 1,,, n }, które całkowicie go wypełniają i mają parami rozłączne wnętrza tzn. n k j 1..., mes 0 dla k j Stosowane oznaczenia: xk, y, - wymiary prostokąta k, gdzie 1 k n; k dk ( xk ) ( yk ) długość przekątnej prostokąta k, gdzie 1 k n; ( ) max{ d :1 k n} - średnica podziału ; k x1 y1 x y xn yn {(, ),(, ),,(, )}, gdzie ( xk, y k ) k dla 1 k n zbiór punktów pośrednich podziału. A efinicja (całka podwójna po prostokącie) 1

Niech funkcja f będzie ograniczona na prostokącie. Całkę podwójną z funkcji f po prostokącie definiujemy wzorem: n f ( x, y) dxdy lim f ( x, y )( x )( y ) ( ) 0 k 1 k k k k o ile po prawej stronie granica jest właściwa i nie zależy od sposoby podziału prostokąta, ani od sposobu wyboru punktów pośrednich. Mówimy wtedy, że funkcja f jest całkowalna po prostokącie. A Uwaga. Całkę podwójną z funkcji f po prostokącie oznaczamy także symbolem f ( x, y) dxdy. A+B3 Fakt (o całkowaniu funkcji ciągłych) Funkcja ciągła na prostokącie jest na nim całkowalna. A4 Twierdzenia (o liniowości całki) Jeżeli funkcje f i g są całkowalne na prostokącie, to: 1) ( f ( x, y) g( x, y)) dxdy f ( x, y) dxdy g( x, y) dxdy, ) ( f ( x, y) g( x, y)) dxdy f ( x, y) dxdy g( x, y) dxdy,, gdzie const 3) ( cf ( x, y)) dxdy c f ( x, y) dxdy c. A+B5 Twierdzenie (o addytywności całki względem obszaru całkowania) Jeżeli funkcja f jest całkowalna na prostokącie, to dla dowolnego podziału tego prostokąta na prostokąty 1,, które są rozłączne, zachodzi f ( x, y) dxdy f ( x, y) dxdy f ( x, y) dxdy, 1 gdzie, mes 0 (mes=measure=pole). 1 1 A+B6 Twierdzenia (o zamianie całki podwójnej na całki iterowane) Jeżeli funkcja f jest całkowalna na prostokącie [ a, b] [ c, d], to : b d d b f ( x, y) dxdy [ f ( x, y) dy] dx [ f ( x, y) dx] dy [ a, b] [ c, d ] a c c a

przy czym będziemy pisali umownie zamiast odpowiednio b d d b dx f ( x, y) dy i dy f ( x, y) dx a c c a b d d b [ f ( x, y) dy] dx i [ f ( x, y) dx] dy. a c c a A7 Przykład. Obliczyć podane całki iterowane: 3 4 1 l ln x x y a) dx ( x y x) dy, b) dy ( x y x) dx, c) dx e dy. 1 0 1 0 0 A8 Przykład. Obliczyć podane całki podwójne po wskazanych prostokątach: a xy dxdy b x y dxdy 4 4 4 ), [0,1] [ 1,1], ) sin( ),, 0,. A9 Fakt ( całka podwójna z funkcji o rozdzielonych zmiennych) Jeżeli funkcja f jest funkcją o rozdzielonych zmiennych postaci f(x,y)=g(x)h(y), gdzie funkcje g i f są ciągłe odpowiednio na przedziałach [a,b] i [c,d], to f ( x, y) dxdy g( x) dx h( y) dy. [ a, b] [ c, d ] a c A10 Przykład. Podaną całkę zamienić na sumy lub iloczyny całek pojedynczych: e x y dxdy, [0,1] [0,]... Całka podwójna po obszarach normalnych A11 efinicja (obszary normalne względem osi układu) a) Obszar nazywamy obszarem normalnym względem osi Ox, jeżeli można przedstawić go w postaci {( x, y) : g( x) y h( x), a x b}, gdzie funkcje g i h są ciągłe na [ ab, ]; b d 3

b) Obszar nazywamy obszarem normalnym względem osi Oy, jeżeli można przedstawić go w postaci {( x, y) : p( y) x q( y), c y d}, gdzie funkcje p i q są ciągłe na [, ]. cd A+B1 Twierdzenia (całki iterowane po obszarach normalnych) a) Jeżeli funkcja f jest ciągła na obszarze: {( x, y) : g( x) y h( x), a x b}, normalnym względem osi Ox, to h( x) f ( x, y) dxdy [ f ( x, y) dy] dx a g( x) b) Jeżeli funkcja f jest ciągła na obszarze: {( x, y) : p( y) x q( y), c y d}, normalnym względem osi Oy, to b q( y) f ( x, y) dxdy [ f ( x, y) dx] dy. c p( y) A13 Uwaga Całki iterowane będziemy też zapisywać odpowiednio w postaci d 4

b h( x) d q( y) dx f ( x, y) dy i dy f ( x, y) dx. a g( x) c p( y) Granice całkowania dla całek iterowanych we współrzędnych kartezjańskich będą stałe tylko dla całek podwójnych po prostokącie. A+B14 Przykład. Obliczyć podane całki podwójne: a x xy dxdy x y y x y x x ) ( ), {(, ) :, 3 }, b) xydxdy, obszar jest ograniczony prostymi y 0, y x, y x 4..3. Całka podwójna po obszarach regularnych A15 efinicja (całka po obszarze regularnym na płaszczyźnie) Obszar nazywamy obszarem regularnym jeśli on jest summą skończonej liczby obszarów normalnych (względem osi Ox lub Oy): 1... n. Wtedy całka po definiuje się wzorem: A16 Uwaga f ( x, y) dxdy f ( x, y) dxdy... f ( x, y) dxdy. 1 n Całki po obszarach regularnych mają te same własności, co całki po prostokątach (liniowość, addytywność itd.). B16 Fakt (o zamianie zmiennych w całce podwójnej) x ( u, v) Niech przekształcenie odwzorowuje różnowartościowo wnętrze obszaru y ( u, v) regularnego na wnętrze obszaru regularnego, funkcji, mają ciągłe pochodne cząstkowe rzędu pierwszego na pewnym obszarze otwartym zawierającym obszar, u v funkcja f jest ciągła na obszarze oraz jakobian J J ( u, v) det tego u v przekształcenia jest różny od zera wewnątrz obszaru. Wtedy f ( x, y) dxdy f ( ( u, v), ( u, v)) J( u, v) dudv. 5

.4. Współrzędne biegunowe A14 efinicja (współrzędne biegunowe) Położenie punku P na płaszczyźnie można opisać parą liczb (, ), gdzie - kąt między dodatnią częścią osi Ox, i promieniem wodzącym punktu P, 0 albo, a r odległość punktu P od początku układu współrzędnych, 0 r. r Parę (, ) r nazywamy współrzędnymi biegunowymi punktu płaszczyzny. A15 Fakt (zależność między współrzędnymi biegunowymi i kartezjańskimi) Współrzędne kartezjańskie (x,y) punktu płaszczyzny danego we współrzędnych biegunowych (, r) określone są wzorami. x rcos y rsin A+B15 Fakt (Jakobian przekształcenia) x x r cos r sin J r r r r y y sin r cos r det cos sin (cos sin ). A16 Twierdzenie (współrzędne biegunowe w całce podwójnej) Niech funkcja f będzie ciągła na obszarze, który jest obrazem przy przekształceniu biegunowym. Wtedy A17 Uwaga f ( x, y) dxdy f ( r cos, r sin ) r drd, Współrzędne biegunowe stosujemy głównie wtedy, gdy obszar całkowania jest ( r, ) : 0 r ( ) r r ( ), Wtedy określony następująco: 1 1 r( ) f ( x, y) dxdy d f ( r cos, r sin ) r dr, 1 r1( ) 6

w szczególności, gdy obszar jest ograniczony łukami okręgów o środkach w początku układu współrzędnych wtedy (i tylko wtedy) całki iterowane we współrzędnych biegunowych będą mieli stale granice całkowania. A18 Przykład. Wprowadzając współrzędne biegunowe obliczyć podane całki podwójne: ( x y ) a) e dxdy, {( x, y) : x y }, b xydxdy x y x y y x x ), {(, ) :1 4,, 0}..5. Zastosowania całek podwójnych w geometrii A19 Fakt (pole obszaru) y Pole obszaru kartezjańskich wzorem wyraża się we współrzędnych dxdy oraz r drd we współrzędnych biegunowych. 0 x A0 Przykład Obliczyć pola obszarów ograniczonych podanymi krzywymi: a) x y, x 1; b) xy 1, x 0, y x, y x dla x 0, y 0; c) y arcsin x, x 0, y ; d) r 1 cos, 0,. A+B1 Fakt (objętość bryły) Objętość bryły V położonej nad obszarem i ograniczonej z dołu i z góry odpowiednio wykresami funkcji ciągłych z=f(x,y) i z=g(x,y) wyraża się wzorem V ( g( x, y) f ( x, y)) dxdy 7

A+B Przykład. Obliczyć objętości brył ograniczonych wskazanymi powierzchniami: a) x y z 1, z 0, x 0, y 0; b) x y z 4, x y 1; c) x y z 3, x y z. A+B3 Fakt (pole płata) Pole płata, który jest wykresem funkcji z=f(x,y), gdzie ( x, y) wzorem f f 1 dxdy. x y, wyraża się A+B4 Przykład. Obliczyć pole części powierzchni podanymi powierzchniami: z1, z. z f x y x y (, ) ) odciętej A+B5 Praca domowa. 1. Obliczyć podane całki podwójne: a) xy dxdy, gdzie obszar jest ograniczony prostymi y x, y x 4, y 0; dxdy b), gdzie obszar jest ograniczony krzywymi x y 4, y x 4, y 0, x 0. ( x y ). Obliczyć pole obszaru ograniczonego krzywymi 3. Obliczyć objętość bryły ograniczonej powierzchniami 4. Obliczyć pole części powierzchni 8 y x x y 6, 0. z x y, z 9. odciętej powierzchnią z 0. f ( x, y) x y