Definicja pochodnej cząstkowej

Podobne dokumenty
II. FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH

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

1 Funkcje dwóch zmiennych podstawowe pojęcia

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

ANALIZA MATEMATYCZNA Z ELEMENTAMI STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ

Rachunek różniczkowy funkcji dwóch zmiennych

Temat: Zastosowania pochodnej

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

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

1.UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH

Funkcje dwóch zmiennych

Wymagania edukacyjne z matematyki klasa IV technikum

lim = lim lim Pochodne i róŝniczki funkcji jednej zmiennej.

Pochodną funkcji w punkcie nazywamy granicę ilorazu różnicowego w punkcie gdy przyrost argumentu dąży do zera: lim

22 Pochodna funkcji definicja

Z52: Algebra liniowa Zagadnienie: Zastosowania algebry liniowej Zadanie: Operatory różniczkowania, zagadnienie brzegowe.

Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych

Pochodne cząstkowe i ich zastosowanie. Ekstrema lokalne funkcji

Funkcje wielu zmiennych

1 Pochodne wyższych rzędów

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

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

f x f y f, jest 4, mianowicie f = f xx f xy f yx

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

Fakt 3.(zastosowanie różniczki do obliczeń przybliżonych) Przy czym błąd, jaki popełniamy zastępując przyrost funkcji

FUNKCJA LINIOWA - WYKRES

Pochodna funkcji odwrotnej

FUNKCJA LINIOWA - WYKRES. y = ax + b. a i b to współczynniki funkcji, które mają wartości liczbowe

WYMAGANIA EDUKACYJNE NIEZBĘDNE DO UZYSKANIA POSZCZEGÓLNYCH ŚRÓDROCZNYCH I ROCZNYCH OCEN KLASYFIKACYJNYCH Z MATEMATYKI POLITECHNICZNEJ KLASA 2

Wykłady z matematyki inżynierskiej EKSTREMA FUNKCJI. JJ, IMiF UTP

PLAN WYNIKOWY Z MATEMATYKI DLA KLASY IV TECHNIKUM 5 - LETNIEGO

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

3. FUNKCJA LINIOWA. gdzie ; ół,.

Elementy Modelowania Matematycznego

WYMAGANIA EDUKACYJNE - matematyka - poziom rozszerzony Dariusz Drabczyk

Temat: Liczby definicje, oznaczenia, własności. A n n a R a j f u r a, M a t e m a t y k a s e m e s t r 1, W S Z i M w S o c h a c z e w i e 1

9. BADANIE PRZEBIEGU ZMIENNOŚCI FUNKCJI

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

Funkcje dwóch zmiennych

jest rozwiązaniem równania jednorodnego oraz dla pewnego to jest toŝsamościowo równe zeru.

Poniżej przedstawiony został podział wymagań na poszczególne oceny szkolne:

Tematy: zadania tematyczne

Programowanie nieliniowe. Badania operacyjne Wykład 3 Metoda Lagrange a

Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych (zakres rozszerzony)

lim Np. lim jest wyrażeniem typu /, a

Metoda mnożników Lagrange a i jej zastosowania w ekonomii

Wektor, prosta, płaszczyzna; liniowa niezależność, rząd macierzy

WYMAGANIA Z WIEDZY I UMIEJĘTNOŚCI NA POSZCZEGÓLNE STOPNIE SZKOLNE DLA KLASY CZWARTEJ H. zakres rozszerzony. Wiadomości i umiejętności

1.. FUNKCJE TRYGONOMETRYCZNE Poziom (K) lub (P)

Ekstrema globalne funkcji

Wymagania edukacyjne z matematyki w XVIII Liceum Ogólnokształcącym w Krakowie, zakres podstawowy. Klasa druga.

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

Metody przybliżonego rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych

Geometria analityczna - przykłady

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 1

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.

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

Agata Boratyńska ZADANIA Z MATEMATYKI, I ROK SGH GRANICA CIĄGU

MATEMATYKA WYKAZ UMIEJĘTNOŚCI WYMAGANYCH NA POSZCZEGÓLNE OCENY DLA KLASY DRUGIEJ

Katalog wymagań programowych na poszczególne stopnie szkolne. Matematyka. Poznać, zrozumieć

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

Analiza Matematyczna MAEW101 MAP1067

ZAGADNIENIA PROGRAMOWE I WYMAGANIA EDUKACYJNE DO TESTU PRZYROSTU KOMPETENCJI Z MATEMATYKI DLA UCZNIA KLASY II

Funkcja jednej zmiennej - przykładowe rozwiązania 1. Badając przebieg zmienności funkcji postępujemy według poniższego schematu:

Wykład 16. P 2 (x 2, y 2 ) P 1 (x 1, y 1 ) OX. Odległość tych punktów wyraża się wzorem: P 1 P 2 = (x 1 x 2 ) 2 + (y 1 y 2 ) 2

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

Propozycje rozwiązań zadań otwartych z próbnej matury rozszerzonej przygotowanej przez OPERON.

Dr inż. Janusz Dębiński Mechanika ogólna Wykład 2 Podstawowe wiadomości z matematyki Kalisz

MATeMAtyka 4 Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych

Rachunek Różniczkowy

Metoda mnożników Lagrange a i jej zastosowania w ekonomii

MATeMAtyka zakres rozszerzony

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI KLASA I GIMNAZJUM Małgorzata Janik

11. Pochodna funkcji

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

FUNKCJA KWADRATOWA. Zad 1 Przedstaw funkcję kwadratową w postaci ogólnej. Postać ogólna funkcji kwadratowej to: y = ax + bx + c;(

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

Definicje i przykłady

PRZEDMIOTOWY SYSTEM OCENIANIA Z MATEMATYKI DLA KLASY 3TI ROK SZKOLNY 2018/2019

1 Metody rozwiązywania równań nieliniowych. Postawienie problemu

Metody numeryczne I Równania nieliniowe

Układy równań nieliniowych (wielowymiarowa metoda Newtona-Raphsona) f(x) = 0, gdzie. dla n=2 np.

OPRACOWANIE MONIKA KASIELSKA

Rachunek wektorowy - wprowadzenie. dr inż. Romuald Kędzierski

FUNKCJA KWADRATOWA. 1. Definicje i przydatne wzory. lub trójmianem kwadratowym nazywamy funkcję postaci: f(x) = ax 2 + bx + c

Matematyka licea ogólnokształcące, technika

Kształcenie w zakresie rozszerzonym. Klasa IV

FUNKCJE ELEMENTARNE I ICH WŁASNOŚCI

1. LICZBY DZIAŁ Z PODRĘCZNIKA L.P. NaCoBeZu kryteria sukcesu w języku ucznia

1. Liczby wymierne. x dla x 0 (wartością bezwzględną liczby nieujemnej jest ta sama liczba)

Funkcja kwadratowa. f(x) = ax 2 + bx + c,

MATEMATYKA KL II LO zakres podstawowy i rozszerzony

GEOMETRIA ANALITYCZNA W PRZESTRZENI

1.1. Rachunek zdań: alternatywa, koniunkcja, implikacja i równoważność zdań oraz ich zaprzeczenia.

Pochodna funkcji. Zastosowania pochodnej. Badanie przebiegu zmienności

1. Liczby zespolone. Jacek Jędrzejewski 2011/2012

WYMAGANIA EDUKACYJNE Rok szkolny 2018/2019

Rozwiązywanie równań nieliniowych

Definicja i własności wartości bezwzględnej.

Transkrypt:

1 z 8 gdzie punkt wewnętrzny Definicja pochodnej cząstkowej JeŜeli iloraz ma granicę dla to granicę tę nazywamy pochodną cząstkową funkcji względem w punkcie. Oznaczenia: Pochodną cząstkową funkcji względem w punkcie nazywamy granicę (o ile ona istnieje) Oznaczenia: Sposób liczenia Pochodną w punkcie liczymy tak jak pochodną funkcji jednej zmiennej traktując przy jej obliczaniu jako stały parametr. Podobnie liczymy pochodną po y. Pochodne funkcji jednej zmiennej dla odróŝnienia od pochodnych cząstkowych nazywamy zwyczajnymi. Dla pochodnych cząstkowych mają miejsce podobne twierdzenia dotyczące pochodnej sumy, róŝnicy funkcji, iloczynu funkcji i ilorazu jak dla pochodnych zwyczajnych. I tak na przykład i tak dalej. Interpretacja geometryczna Niech równanie przedstawia powierzchnię w przestrzeni.

2 z 8 Pochodna cząstkowa jest pochodną funkcji jednej zmiennej, a więc współczynnikiem kątowym stycznej w punkcie do krzywej, opisanej przez parę równań:, czyli przekroju danej powierzchni płaszczyzną. Oznacza to, Ŝe, gdzie jest kątem jaki tworzy z osią równoległą do osi styczna do krzywej w punkcie. Podobnie, gdzie jest kątem jaki tworzy z osią równoległą do osi prosta styczna do krzywej w punkcie. Uwaga Pojęcie pochodnej cząstkowej mozna uogólnic na funkcje dowolnej liczby zmiennych. JeŜeli to Pochodne wyŝszych rzędów Niech funkcja gdzie ma pochodną cząstkową we wszystkich punktach pewnego otwartego zbioru Wtedy dla określona jest funkcja JeŜeli funkcja ta ma pochodną dla pewnego i to pochodną tę nazywamy pochodną drugiego rzędu albo drugą pochodną funkcji względem i i oznaczamy przez W przypadku gdy pochodne te zapisujemy jako

3 z 8 Pochodne drugiego rzędu w przypadku gdy nazywamy mieszanymi. a wtedy i W podobny sposób (pochodne trzeciego rzędu to pochodne pochodnych drugiego rzędu itd.) wprowadza się pochodne wyŝszych rzędów. Twierdzenie o równości pochodnych mieszanych JeŜeli pochodne i są ciągłe w otoczeniu punktu to Twierdzenie o przyrostach skończonych JeŜeli funkcja, gdzie jest zbiorem otwartym, ma pochodne ciągłe w otoczeniu punktu, to dla kaŝdego punktu naleŝącego do tego otoczenia istnieje taka, Ŝe RóŜniczka funkcji Niech będzie zbiorem z, a jego punktem wewnętrznym. Będziemy rozpatrywać punkty z otoczenia punktu zawartego w. Funkcja nazywa się róŝniczkowalna w punkcie, jeŝeli funkcja ta ma wszystkie pochodne pierwszego rzędu w punkcie i istnieje funkcja rzeczywista określona dla rozpatrywanych punktów taka, Ŝe przy czym Warunek wystarczający rózniczkowalności JeŜeli funkcja ma w pewnym otoczeniu punktu pochodne cząstkowe i pochodne

4 z 8 te są ciągłe, to funkcja jest w tym punkcie róŝniczkowalna. Definicja gradientu Gradientem funkcji róŝniczkowalnej w punkcie nazywamy wektor Piszemy Definicja róŝniczki Funkcja nazywa się róŝniczkowalna na zbiorze jeŝeli jest róŝniczkowalna w kaŝdym punkcie tego zbioru. WyraŜenie (tzw. liniowa część przyrostu funkcji ) nazywa się róŝniczką funkcji w punkcie. RóŜniczkę tę oznaczamy przez i piszemy gdzie. JeŜeli funkcja jest róŝniczkowalna w punkcie i odległość jest mała, to do obliczenia przybliŝonej wartości stosuje się często wzór Przykład. ZałóŜmy, Ŝe chcemy obliczyć przybliŝoną wartość wyraŝenia Pochodna kierunkowa Niech dana będzie funkcja niech punkt będzie punktem wewnętrznym i niech wektor będzie taki, Ŝe (wektor taki nazywamy wersorem). JeŜeli istnieje skończona granica to nazywamy ją pochodną kierunkową funkcji w kierunku wektora w punkcie Pochodną tę oznaczamy przez. (1)

5 z 8 Twierdzenie JeŜeli funkcja jest róŝniczkowalna w punkcie i pochodne są ciągłe, to dla dowolnego kierunku istnieje pochodna kierunkowa w punkcie i moŝna ją przedstawić w postaci Przykład. Znaleźć pochodną kierunkową funkcji w punkcie w kierunku Mamy tu więc Komentarz. Jak wiemy wektor nazywamy gradientem funkcji w punkcie i oznaczamy symbolem. Prawą stronę wzoru moŝemy teraz zapisać jako iloczyn skalarny wektorów i Z własności iloczynu skalarnego wynika, Ŝe pochodna kierunkowa w punkcie osiąga wartość największą, gdy wektor jest zgodnie równoległy z wektorem i ma wartość najmniejszą, gdy wektory te są przeciwnie równoległe. Pochodna kierunkowa jest miarą wzrostu wartości funkcji w punkcie w kierunku wersora Wektory i wskazują kierunki najszybszego wzrostu i najszybszego spadku funkcji w punkcie. Ekstrema lokalne Niech dana będzie funkcja, gdzie. Niech będzie punktem wewnętrznym zbioru.

6 z 8 Mówimy, Ŝe funkcja osiąga w punkcie maksimum lokalne, jeŝeli istnieje takie otoczenie tego punktu, Ŝe dla punktów z tego otoczenia. JeŜeli istnieje otoczenie, w którym punkcie., to mówimy, Ŝe funkcja osiąga minimum lokalne w Warunek konieczny istnienia ekstremum JeŜeli funkcja ma ciągłe pochodne w punkcie wewnętrznym i w punkcie tym osiąga lokalne ekstremum, to Punkt, w którym spełnione są warunki nazywa się punktem stacjonarnym. JeŜeli funkcja ma ciągłe pochodne w zbiorze otwartym, to moŝe ona osiągać ekstremum jedynie w punktach stacjonarnych. Nie zawsze w punkcie stacjonarnym osiągane jest ekstremum (podany wyŝej warunek to warunek konieczny, a nie dostateczny). Przykład: funkcja z w, taka, Ŝe nie osiąga w punkcie ekstremum (, w I i II ćwiartce układu współrzędnych wartości funkcji są dodatnie, a w III i IV ujemne), chociaŝ obie pochodne w tym punkcie są równe zero, a więc punkt ten jest stacjonarny. Warunek wystarczający istnienia ekstremum funkcji 2 zmiennych Niech funkcja dwóch zmiennych i ma ciągłe pochodne do drugiego rzędu w pewnym otoczeniu punktu

7 z 8 Wprowadźmy w tym otoczeniu funkcję taką, Ŝe JeŜeli, to funkcja ma w punkcie ekstremum lokalne właściwe: maksimum, gdy a minimum, gdy. JeŜeli, to funkcja nie osiąga ekstremum w punkcie. W przypadku gdy twierdzenie nie rozstrzyga czy w punkcie mamy ekstremum. Uwagi na temat przybliŝonego szukania ekstremów Znajdowanie wartości ekstremalnych (lokalnych i globalnych) funkcji jest jednym z najwaŝniejszych zastosowań rachunku róŝniczkowego. Przedstawione wyŝej podejście analityczne do tego problemu moŝe być stosowane jedynie do dostatecznie prostych funkcji. Obecnie rozwaŝymy zagadnienie znajdowania wartości ekstremalnych w przypadku gdy złoŝoność funkcji uniemoŝliwia podejście analityczne i musimy zastosować metodę przybliŝoną. Wśród duŝego bogactwa takich metod wyróŝnia się metoda gradientowa. Rozpatrzymy działanie tej metody na przykładzie funkcji dwóch zmiennych przyjmując, Ŝe poszukujemy minimum (w podobny sposób poszukuje się.maksimum) Przesłanki teoretyczne metody są następujące. ZałóŜmy, Ŝe funkcja ma minimum w punkcie. RozwaŜmy warstwicę funkcji znajdującą się w pewnym otoczeniu punktu i niech będzie punktem tej warstwicy. Wektor wskazuje kierunek najszybszego spadku wartości funkcji w punkcie. Kierunek ten moŝe być uznany jako właściwy przy poszukiwaniu punktu punkcie. gdy znajdujemy się w W wersji podstawowej przebieg algorytmu poszukiwania punktu minimum jest następujący. Kolejne przybliŝenia punktu wyznaczamy według schematu: (0) Ustalamy przybliŝenie początkowe Przyjmujemy.

8 z 8 (1) Wyznaczamy kierunek poszukiwań w punkcie (2) WzdłuŜ kierunku wykonujemy krok o długości i określamy współrzędne następnego przybliŝenia (3) Podstawiamy. Powtarzamy cykl od punktu 1. Dobór długości kroku > 0 zaleŝy od wersji stosowanej metody.