Analiza Matematyczna MAEW101 MAP1067

Podobne dokumenty
Analiza Matematyczna MAEW101

Analiza Matematyczna MAEW101 MAP1067

IX. Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych. 1. Funkcja dwóch i trzech zmiennych - pojęcia podstawowe. - funkcja dwóch zmiennych,

22 Pochodna funkcji definicja

Analiza Matematyczna MAEW101

Lista zadań nr 2 z Matematyki II

Funkcje wielu zmiennych

Analiza matematyczna 2 zadania z odpowiedziami

ANALIZA MATEMATYCZNA 2 zadania z odpowiedziami

Funkcje dwóch zmiennych

10 zadań związanych z granicą i pochodną funkcji.

Opracowanie: mgr Jerzy Pietraszko

Zadania do samodzielnego rozwiązania zestaw 11

FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH

1 Granice funkcji wielu zmiennych.

(8) Oblicz wyznacznik dowolnie wybranej macierzy stopnia czwartego. (9) Rozwi aż podany układ równań stosuj ac wzory Cramera:

Badanie funkcji. Zad. 1: 2 3 Funkcja f jest określona wzorem f( x) = +

(5) f(x) = ln x + x 3, (6) f(x) = 1 x. (19) f(x) = x3 +2x

Wykresy i własności funkcji

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

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

1 Pochodne wyższych rzędów

Zestaw zadań przygotowujących do egzaminu z Matematyki 1

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

VIII. Zastosowanie rachunku różniczkowego do badania funkcji. 1. Twierdzenia o wartości średniej. Monotoniczność funkcji.

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

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

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

1 Funkcje dwóch zmiennych podstawowe pojęcia

II. FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH

ANALIZA MATEMATYCZNA

WYMAGANIA WSTĘPNE Z MATEMATYKI

Egzamin podstawowy (wersja przykładowa), 2014

1 + x 1 x 1 + x + 1 x. dla x 0.. Korzystając z otrzymanego wykresu wyznaczyć funkcję g(m) wyrażającą liczbę pierwiastków równania.

Ekstrema globalne funkcji

Wykład 4 Przebieg zmienności funkcji. Badanie dziedziny oraz wyznaczanie granic funkcji poznaliśmy na poprzednich wykładach.

9. BADANIE PRZEBIEGU ZMIENNOŚCI FUNKCJI

WYDZIAŁ INFORMATYKI I ZARZĄDZANIA, studia niestacjonarne ANALIZA MATEMATYCZNA1, lista zadań 1

Egzamin z matematyki dla I roku Biochemii i Biotechnologii

1 Funkcja wykładnicza i logarytm

1 Funkcja wykładnicza i logarytm

PLAN WYNIKOWY Z MATEMATYKI DLA KLASY IV TECHNIKUM 5 - LETNIEGO

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

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

Część całkowita i ułamkowa, funkcje trygonometryczne, podstawowe własności funkcji

Funkcje dwóch zmiennych

Analiza Matematyczna Ćwiczenia

Funkcje wielu zmiennych

f(x + x) f(x) . x Pochodne ważniejszych funkcji elementarnych (c) = 0 (x α ) = αx α 1, gdzie α R \ Z (sin x) = cos x (cos x) = sin x

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

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

Analiza Matematyczna I Wydział Nauk Ekonomicznych. wykład XI

Matematyka I. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr zimowy 2018/2019 Wykład 9

Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych

Pochodne funkcji wraz z zastosowaniami - teoria

KURS FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH

Zadania optymalizacyjne

RÓŻNICZKOWANIE FUNKCJI WIELU ZMIENNYCH: rachunek pochodnych dla funkcji wektorowych. Pochodne cząstkowe funkcji rzeczywistej wielu zmiennych

Wykłady z matematyki - Pochodna funkcji i jej zastosowania

ANALIZA MATEMATYCZNA 1

Wykªad 7. Ekstrema lokalne funkcji dwóch zmiennych.

Wstęp do chemii kwantowej - laboratorium. Zadania

Rachunek Różniczkowy

Tekst na niebiesko jest komentarzem lub treścią zadania b; stąd b = (6 π 3)/12. 3 Wzór stycznej: 2 x + 6 π

Zestaw nr 7 Ekstremum funkcji jednej zmiennej. Punkty przegiȩcia wykresu. Asymptoty

Agata Boratyńska ZADANIA Z MATEMATYKI, I ROK SGH GRANICA CIĄGU

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

Analiza Matematyczna. Lista zadań 10

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

Materiały do ćwiczeń z matematyki. 3 Rachunek różniczkowy funkcji rzeczywistych jednej zmiennej

x 2 5x + 6 x 2 x 6 = 1 3, x 0sin 2x = 2, 9 + 2x 5 lim = 24 5, = e 4, (i) lim x 1 x 1 ( ), (f) lim (nie), (c) h(x) =

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

Rachunek różniczkowy funkcji dwóch zmiennych

EGZAMIN PISEMNY Z ANALIZY I R. R n

1 Pochodne wyższych rzędów

ANALIZA MATEMATYCZNA Z ELEMENTAMI STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ

1. Definicja granicy właściwej i niewłaściwej funkcji.

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

ANALIZA MATEMATYCZNA 1

Rachunek różniczkowy funkcji jednej zmiennej. 1 Obliczanie pochodnej i jej interpretacja geometryczna

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

MATEMATYKA I SEMESTR WSPIZ (PwZ) 1. Ciągi liczbowe

Rozwiązania prac domowych - Kurs Pochodnej. x 2 4. (x 2 4) 2. + kπ, gdzie k Z

Pochodna funkcji. Zastosowania

Logarytmy. Funkcje logarytmiczna i wykładnicza. Równania i nierówności wykładnicze i logarytmiczne.

Równania i nierówności trygonometryczne

Podstawy analizy matematycznej II

ROZKŁAD MATERIAŁU DO 1 KLASY LICEUM (ZAKRES PODSTAWOWY) A WYMAGANIA PODSTAWY PROGRAMOWEJ.

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Równania kwadratowe. Zad. 4: (profil matematyczno-fizyczny) Dla jakich wartości parametru m równanie mx 2 + 2x + m 2 = 0 ma dwa pierwiastki mniejsze

Blok III: Funkcje elementarne. e) y = 1 3 x. f) y = x. g) y = 2x. h) y = 3x. c) y = 3x + 2. d) y = x 3. c) y = x. d) y = x.

postaci kanonicznej i iloczynowej trójmiany: y = 0,5x 2. Podaj określenie ciągu arytmetycznego. Dany jest ciąg a n

Funkcje wielu zmiennych

Notatki z Analizy Matematycznej 3. Jacek M. Jędrzejewski

Pochodne cząstkowe i ich zastosowanie. Ekstrema lokalne funkcji

Zad.3. Jakub Trojgo i Jakub Wieczorek. 14 grudnia 2013

KORESPONDENCYJNY KURS Z MATEMATYKI. PRACA KONTROLNA nr 1

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

Funkcje dwóch zmiennych

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

Transkrypt:

1 Analiza Matematyczna MAEW101 MAP1067 Wydział Elektroniki Przykłady do Listy Zadań nr 14 Funkcje wielu zmiennych. Płaszczyzna styczna. Ekstrema Opracowanie: dr hab. Agnieszka Jurlewicz

Przykłady do zadania 14.1: Napisać równania płaszczyzn stycznych do wykresów podanych funkcji we wskazanych punktach wykresu: (a) f(x, y) = x + y, (x 0, y 0, z 0 ) = (1, 1, ) (x, y) = x, (x, y) = y obie pochodne są ciągłe w (1, 1), zatem istnieje płaszczyzna styczna do wykresu f w punkcie (1, 1, ) Równanie tej płaszczyzny ma postać: π st : z = (1, 1) (x 1) + (1, 1) (y ( 1)) (1, 1) =, (1, 1) = Zatem π st : z = (x 1) (y + 1) (b) f(x, y) = x y, (x 0, y 0, z 0 ) = (, 4, 16) (x, y) = yxy 1, (x, y) = xy ln x obie pochodne są ciągłe w (, 4), zatem istnieje płaszczyzna styczna do wykresu f w punkcie (, 4, 16) Równanie tej płaszczyzny ma postać: π st : z 16 = (, 4) (x ) + (, 4) (y 4) (, 4) = 4 =, (, 4) = 4 ln = 16 ln Zatem π st : z 16 = (x ) + 16 ln (y 4)

Przykłady do zadania 14.: Znaleźć ekstrema podanych funkcji: (a) f(x, y) = xy(1 x y) D f = R (x, y) = y(1 x y) + xy ( 1) = y(1 x y), (x, y) = x(1 x y) obie pochodne są ciągłe na R (x, y) = 0 y(1 x y) = 0 (x, y) = 0 x(1 x y) = 0 { { { { y = 0 x = 0 y = 0 1 x y = 0 1 x y = 0 1 x y = 0 x = 0 1 x y = 0 { { { { x = 0 x = 1 x = 0 x = 1 y = 0 y = 0 y = 1 y = 1 Zatem f może mieć ekstrema tylko w punktach (0, 0), (1, 0), (0, 1) i ( 1, 1 ). f (x, y) = y, f (0, 0) det (0, 0) f f (x, y) = f f (0, 0) f (0, 0) = det Zatem f nie ma ekstremum w punkcie (0, 0) (x, y) = 1 x y, f (x, y) = x 0 1 = 1 < 0 1 0 det f (0, 1) (0, 1) f f (0, 1) f (0, 1) = det 1 1 0 Zatem f nie ma ekstremum w punkcie (0, 1) = 1 < 0 det f (1, 0) (1, 0) f f (1, 0) f (1, 0) = det 0 1 1 Zatem f nie ma ekstremum w punkcie (1, 0) det f f = 1 < 0 f f = det 1 = 1 1 > 0 oraz f ( 1, 1 ) = < 0 Zatem f ma maksimum lokalne właściwe w punkcie ( 1, 1 ) Odp.: Funkcja f(x, y) ma jedno ekstremum: maksimum lokalne właściwe w punkcie ( 1, 1 )

4 (b) f(x, y) = (y x) + (y + ) D f = R (x, y) = (y x), (x, y) = (y x) + (y + ) obie pochodne są ciągłe na R (x, y) = 0 (y x) = 0 (x, y) = 0 (y x) + (y + ) = 0 { { x = y x = (y + ) = 0 y = Zatem f może mieć ekstremum tylko w punkcie (, ). f (x, y) =, f (, ) det (, ) f f (x, y) = f f (x, y) =, f (x, y) = + 6(y + ) (, ) = det = 0 f (, ) Nie wiemy na razie, czy f ma ekstremum w punkcie (, ) Zbadamy to z definicji ekstremum lokalnego Weźmy (x, y) = ( + 1, + 1 ). Wtedy f(x, y) = 1 > 0 = f(, ). n n n Teraz weźmy (x, y) = ( 1, 1 ). Wtedy f(x, y) = 1 < 0 = f(, ). n n n Wynika stąd, że w każdym otoczeniu punktu (, ) znajdują się punkty, w których wartość funkcji jest większa od f(, ), i punkty, w których wartość funkcji jest mniejsza od f(, ). Zatem f nie ma ekstremum w punkcie (, ). Odp.: Funkcja f(x, y) nie ma ekstremów lokalnych.

5 Przykłady do zadania 14.: Znaleźć najmniejszą i największą wartość podanej funkcji f(x, y) na zbiorze A domkniętym i ograniczonym: (a) f(x, y) = sin x + sin y + sin(x + y), A = {(x, y) : 0 x, y π } 1) Znajdziemy na początek punkty we wnętrzu A, w których f(x, y) może mieć ekstrema lokalne: (x, y) = cos x + cos(x + y), (x, y) = cos y + cos(x + y) obie pochodne są ciągłe na R (x, y) = 0 cos x + cos(x + y) = 0 (x, y) = 0 cos y + cos(x + y) = 0 (x, y) wnętrze A 0 < x, y < π x = y cos x + cos(x) = 0 0 < x, y < π x = y cos x + cos x 1 = 0 0 < x, y < π cos x = cos y cos x = cos(x + y) 0 < x, y < π t + t 1 = 0, 0 < t < 1 x = y x = π = 9, t = 0, 5 cos x = 0, 5 (odrzucamy t = 1 < 0) 0 < x, y < π y = π Zatem we wnętrzu A funkcja f(x, y) może mieć ekstremum lokalne tylko w punkcie ( π, π ). ) Znajdziemy teraz punkty, w których f(x, y) może mieć ekstrema warunkowe z warunkiem: (x, y) należy do brzegu zbioru A, czyli (x, y) B 1 B B B 4, gdzie B 1 = {(x, y) : x = 0, 0 y π }, B = {(x, y) : 0 x π, y = 0}, B = {(x, y) : x = π, 0 y π }, B = {(x, y) : 0 x π, y = π }. Jeżeli (x, y) B 1, to f(x, y) = f(0, y) = sin y = g(y) dla 0 y π. Z własności sinusa g(y) ma w przedziale [0, π] maksimum w y = π i minimum w y = 0. ( Zatem f(x, y) ma warunkowe maksimum w punkcie 0, π ) i warunkowe minimum w (0, 0) z warunkiem (x, y) B 1. Podobnie, jeżeli (x, y) B, to f(x, y) = f(x, 0) = sin x = g(x) dla 0 x π. Z własności sinusa g(x) ma w przedziale [0, π] maksimum w x = π i minimum w x = 0. ( ) π Zatem f(x, y) ma warunkowe maksimum w punkcie, 0 i warunkowe minimum w (0, 0) z warunkiem (x, y) B. Jeżeli (x, y) B, to f(x, y) = f ( π, y) = 1 + sin y + cos y = g(y) dla 0 y π. g (y) = cos y sin y = 0 cos y = sin y y = π (dla 0 y π). 4 Zatem g(y) w przedziale [0, π] może mieć ekstrema tylko w y = π lub na końcach 4 przedziału, czyli w y = 0 i w y = π. Zatem f(x, y) może ( mieć warunkowe ekstrema z warunkiem (x, y) B π tylko w punktach, π ) ( ) ( π π, 4, 0 oraz, π ). Podobnie, jeżeli (x, y) B 4, to f(x, y) = f ( x, π ) = 1 + sin x + cos x = g(x) dla 0 x π i g(x) w przedziale [0, π ] może mieć ekstrema tylko w x = π 4, x = 0 i x = π.

6 Zatem f(x, y) może ( mieć warunkowe ekstrema z warunkiem (x, y) B 4 π tylko w punktach 4, π ) (, 0, π ) ( π oraz, π ). ) Obliczymy wartości funkcji f(x, y) w punktach, w których funkcja ta może mieć ekstrema lokalne i ekstrema warunkowe, a następnie wyznaczymy wartość najmniejszą m i wartość największą M funkcji na zbiorze A: ( π f, π ) = (, 6, f 0, π ) ( ) ( π π = f, 0 =, f(0, 0) = 0, f, π ) = ( 4 π f 4, π ) = 1 + ( π, 4, f, π ) = m = min(,, 0, 1 + ) = 0, M = max(,, 0, 1 + ) = (b) f(x, y) = x y, A = {(x, y) : x + y 1} 1) Znajdziemy na początek punkty we wnętrzu A, w których f(x, y) może mieć ekstrema lokalne: (x, y) = xy, (x, y) = x obie pochodne są ciągłe na R (x, y) = 0 xy = 0 (x, y) = 0 x = 0 (x, y) wnętrze A x + y < 1 x = 0 1 < y < 1 Zatem we wnętrzu A funkcja f(x, y) może mieć ekstremum lokalne tylko w punktach postaci (0, y), gdzie 1 < y < 1. ) Znajdziemy teraz punkty, w których f(x, y) może mieć ekstrema warunkowe z warunkiem: (x, y) należy do brzegu zbioru A, czyli (x, y) Γ, gdzie Γ = {(x, y) : x + y = 1} Jeżeli (x, y) Γ, to x = 1 y i f(x, y) = (1 y )y = y y = g(y) dla 1 y 1. g (y) = 1 y = 0 y = ±. Zatem g(y) w przedziale [ 1, 1] może mieć ekstrema tylko w y = ± lub na końcach przedziału, czyli w y = ±1. Zatem f(x, y) może mieć warunkowe ekstrema z warunkiem (x, y) Γ tylko w punktach ( 6, ) (, 6, ) (, 6, ) (, 6, ), (0, 1) oraz (0, 1). ) Obliczymy wartości funkcji f(x, y) w punktach, w których funkcja ta może mieć ekstrema lokalne i ekstrema warunkowe, a następnie wyznaczymy wartość najmniejszą m i wartość największą M funkcji na zbiorze A: Dla dowolnego 1 < y < 1 mamy f(0, y) = 0. ) ( = f 6, ) =, f ( 6, 9 f ( 6, f(0, 1) = f(0, 1) = 0. ) ( = f 6, m = min(0,, ) =, M = max(0,, ) = 9 9 9 9 9 9 ) = 9,