12. FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH. z = x + y jest R 2, natomiast jej

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

Programowanie nieliniowe optymalizacja funkcji wielu zmiennych

Elementy algebry i analizy matematycznej II

Ekstrema funkcji dwóch zmiennych

Rachunek różniczkowy funkcji jednej zmiennej

Równania różniczkowe cząstkowe

Równania różniczkowe cząstkowe

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

RACHUNEK CAŁKOWY FUNKCJI DWÓCH ZMIENNYCH

1 Funkcje dwóch zmiennych podstawowe pojęcia

KURS FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH

Pochodna funkcji wykład 5

Funkcje wielu zmiennych

oznacza przyrost argumentu (zmiennej niezależnej) x 3A82 (Definicja). Granicę (właściwą) ilorazu różnicowego funkcji f w punkcie x x x e x lim x lim

Wykład Analiza jakościowa równań różniczkowych

(rachunek różniczkowy dot. funkcji ciągłych)

Wykład 10. Funkcje wielu zmiennych

Rachunek różniczkowy funkcji dwóch zmiennych

22 Pochodna funkcji definicja

1 Pochodne wyższych rzędów

3.2. Podstawowe własności funkcji. Funkcje cyklometryczne, hiperboliczne. Definicję funkcji f o dziedzinie X i przeciwdziedzinie Y mamy w 3A5.

Równania różniczkowe

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 3

Funkcje dwóch zmiennych

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

Róniczka. f x. V Vx. Zadanie 4. Znale maksymalny błd bezwzgldny i wzgldny powstały przy obliczaniu objtoci stoka, jeli promie podstawy wynosi

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 5

Funkcje dwóch zmiennych

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

Metody Eulera i Eulera-Cauchy'ego rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych. y 3 := x 2 (1) ( ) Rozwiązanie dokładne równania (1) (2)

SKRYPT Z MATEMATYKI. Wstęp do matematyki. Rafał Filipów Piotr Szuca

Wektory. P. F. Góra. rok akademicki

Rachunek różniczkowy i całkowy w przestrzeniach R n

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

Analiza Matematyczna II.1, kolokwium rozwiazania 9 stycznia 2015, godz. 16:15 19:15

Funkcje wielu zmiennych

lim = 0, gdzie d n oznacza najdłuższą przekątną prostokątów

Całkowanie przez podstawianie i dwa zadania

ZADANIA Z MATEMATYKI DLA WYDZIAŁU IMIR

BADANIE PRZEBIEGU ZMIENNOŚCI FUNKCJI

Pochodne cząstkowe i ich zastosowanie. Ekstrema lokalne funkcji

Pochodna funkcji. Zastosowania pochodnej. Badanie przebiegu zmienności

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

Pierwiastki kwadratowe z liczby zespolonej

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

ROZWIĄZANIA I ODPOWIEDZI

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

1 Pochodne wyższych rzędów

Wykład 4 Testy zgodności. dystrybuanta rozkładu populacji dystrybuanty rozkładów dwóch populacji rodzaj rozkładu wartości parametrów.

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

Rozwiązywanie belek prostych i przegubowych wyznaczanie reakcji i wykresów sił przekrojowych 6

II. FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH

ANALIZA MATEMATYCZNA Z ELEMENTAMI STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ

Pochodna i różniczka funkcji oraz jej zastosowanie do obliczania niepewności pomiarowych

9. BADANIE PRZEBIEGU ZMIENNOŚCI FUNKCJI

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

Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych

2. CHARAKTERYSTYKI GEOMETRYCZNE FIGUR PŁASKICH

Pochodna funkcji odwrotnej

Macierze normalne. D : Dowolną macierz kwadratową można zapisać w postaci A = B + ic gdzie ( ) B = A + A B = A + A = ( A + A)

Pochodne funkcji wraz z zastosowaniami - teoria

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

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

Funkcje dwóch zmiennych

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

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

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

Pochodna funkcji jednej zmiennej

Wykład 7: Pochodna funkcji zastosowania do badania przebiegu zmienności funkcji

Wykłady z matematyki inżynierskiej EKSTREMA FUNKCJI. JJ, IMiF UTP

3. Funkcje wielu zmiennych

Liczby zespolone. Niech C = R 2. Zdefiniujmy dwa działania w C. Dodawanie + : C 2 C zdefiniowane jest przez

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.

Wartości i wektory własne

ZADANIE 1 Poniżej znajduje się fragment wykresu funkcji y = f (x). ZADANIE 2 Na podstawie podanego wykresu funkcji f

Zmienne losowe typu ciągłego. Parametry zmiennych losowych. Izolda Gorgol wyciąg z prezentacji (wykład III)

Wykład 5. Zagadnienia omawiane na wykładzie w dniu r

lim Np. lim jest wyrażeniem typu /, a

RACHUNEK RÓŻNICZKOWY FUNKCJI JEDNEJ ZMIENNEJ

ANALIZA MATEMATYCZNA 2 MAP: 2013, 2014, 2025, 2026 Lista zadań Semestr letni 2007/08

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

( ) σ v. Adam Bodnar: Wytrzymałość Materiałów. Analiza płaskiego stanu naprężenia.

Definicja pochodnej cząstkowej

MATURA PRÓBNA 2 KLASA I LO

ROZWIĄZANIA I ODPOWIEDZI

Zadania do rozdziału 10.

f x f x(x, y) (1.1) f(x, y, z) = xyz (1.5)

Ruch po równi pochyłej

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

Matematyka i Statystyka w Finansach. Rachunek Różniczkowy

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

Pochodna i różniczka funkcji oraz jej zastosowanie do rachunku błędów pomiarowych

; -1 x 1 spełnia powyższe warunki. Ale

Notatki z Analizy Matematycznej 3. Jacek M. Jędrzejewski

Biotechnologia, Chemia, Chemia Budowlana - Wydział Chemiczny - 1

14. Grupy, pierścienie i ciała.

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

Rozwiązywanie belek prostych i przegubowych wyznaczanie reakcji i wykresów sił przekrojowych 4-5

Funkcje dwóch zmiennych, pochodne cząstkowe

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

Transkrypt:

1. FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH 1.1. FUNKCJE DWÓCH ZMIENNYCH Funkcją dwóch zmiennch określoną w zbiorze D R nazwam przporządkowanie każdej parze liczb () D dokładnie jednej liczb rzeczwistej z. Piszem prz tm z () dla () D. Wkresem unkcji z () nazwam zbiór punktów ( ( ) ) () D. gdzie Przkład a) Dziedziną unkcji dwóch zmiennch z jest R natomiast jej wkresem jest paraboloida Z Y X 1.1

b) Dziedziną unkcji z 4 jest zbiór punktów ( ) spełniającch warunek 4 lub inaczej zapisując 4. Zaś wkresem tej unkcji jest górna półsera o środku w początku układu współrzędnch i promieniu. Z X Y Sporządzenie wkresu unkcji dwóch zmiennch w układzie OXYZ jest trudnm zadaniem i niekied wkres taki jest mało czteln. Dlatego częściej sporządza się wkres warstwicow. Warstwicą powierzchni z () nazwam rzut na płaszczznę OXY linii z (). Przkład Znaleźć i narsować warstwice unkcji dla z 1 z 1 Rozwiązanie Podstawiając za z kolejno 1 otrzmujem odpowiednio unkcje: a) 1 b) 1 1 c) 1. 1.

1. Wkres tch unkcji są następujące 1.. POCHODNE CZĄSTKOWE Niech będzie unkcją dwóch zmiennch określoną w pewnm obszarze D R oraz niech ( ) D. Pochodną cząstkową unkcji względem zmiennej w punkcie ( ) nazwam: ( ) ( ) ( ) ( ) h h h lim o ile granica ta istnieje. Pochodną cząstkową unkcji względem zmiennej w punkcie ( ) nazwam: ( ) ( ) ( ) ( ) k k k lim o ile granica ta istnieje.

Obliczając pochodne cząstkowe korzsta się z tch samch wzorów i własności które posiadają pochodne zwczajne unkcji prz czm licząc pochodną cząstkową względem jednej ze zmiennch drugą zmienną należ potraktować jak stałą. Przkład Wznaczć pochodne cząstkowe unkcji: a) ( ) 6 b) ( ) c) ( ) ( ) 4 d) ( ). Rozwiązanie a) ( ) 6 Licząc pochodną względem zmiennej zmienną traktujem jak stałą zatem ( 6) ( ) ( 6) Licząc pochodna względem zmiennej zmienną traktujem jak stałą zatem ( 6) ( ) ( 6) 6 6 b) ( ) Postępując analogicznie jak w poprzednim przpadku otrzmujem ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1.4.

1.5 c) ( ) ( ) 4 W tm przpadku należ wznaczć pochodne unkcji złożonej. ( ) ( ) ( ) ( ) 4 1 4 ( ) ( ) ( ) ( ) 4 1 4 d) ( ) Wkorzstując wzór na pochodną ilorazu unkcji otrzmujem ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ). Analogicznie określa się pochodne cząstkowe unkcji trzech i więcej zmiennch prz czm reguł różniczkowania pozostają niezmienione. Pochodne cząstkowe unkcji same są unkcjami. Jeśli zatem są one różniczkowalne to można liczć pochodne cząstkowe drugiego rzędu. Na przkład dla unkcji dwóch zmiennch są czter pochodne cząstkowe rzędu drugiego:. Analogicznie określa się pochodne cząstkowe wższch rzędów.

Jeśli pochodne mieszane istnieją w pewnm obszarze i obie są w pewnm punkcie ciągłe to w tm punkcie zachodzi Przkład Obliczć pochodne cząstkowe pierwszego i drugiego rzędu: a) ( ) 4 5 b) ( ) ln( ) Rozwiązanie a) Mam kolejno 5 4 5 6 4 5 1 1 4 1 1. 4 b) Mam kolejno ( ) 4 4 ( ) ( ) 4 ( ( ) ( ) ) 4. 1.6

1.. Ekstrema lokalne unkcji dwóch zmiennch Niech będzie unkcją dwóch zmiennch określoną w obszarze D R. Mówim że unkcja ma w punkcie ( ) D maksimum lokalne jeżeli istnieje otoczenie punktu ( ) w którm ( ) ( ). Gd w otoczeniu punktu ( )spełnion jest warunek ( ) ( ) to unkcja ma w punkcie ( ) minimum lokalne. Maksimum i minimum nazwa się ekstremum unkcji. Funkcja mająca pochodne cząstkowe pierwszego rzędu w punkcie ( ) D gdzie D R może mieć ekstremum lokalne w punkcie ( ) tlko wted gd zachodzi ( ) ( ) 1.7

Zerowanie się pochodnch cząstkowch pierwszego rzędu w pewnm punkcie nie gwarantuje istnienia ekstremum w tm punkcie. Dlatego układ równań ( ) ( ) nazwan jest warunkiem koniecznm istnienia ekstremum. Warunek ten wkorzstuje się do wznaczenia punktów w którch unkcja może mieć ekstremum. Jako W ( ) oznaczam wrażenie W ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) prz czm zakładam że istnieją i są ciągłe wszstkie pochodne cząstkowe drugiego rzędu. Niech w punkcie ( ) będzie spełnion warunek Wted ( ) ( ) 1.8 1) jeżeli W( ) < to w punkcie ( ) unkcja nie ma ekstremum ) jeżeli W( ) > oraz a) ( ) > minimum lokalne b) ( ) < maksimum lokalne. to w punkcie ( ) unkcja ma to w punkcie ( ) unkcja ma..

W przpadkach gd W( ) lub ( ) powższe krterium nie rozstrzga istnienia ekstremum. Wted należ przeprowadzić dodatkowe badania. Przkład Wznaczć ekstrema unkcji: ( ) 5. Rozwiązanie Pochodne cząstkowe unkcji są następujące 6. 6 Przrównując pochodne cząstkowe unkcji do zera otrzmujem układ równań. Rozwiązaniem tego układu są punkt P 1 ( ) P (1 1). W punktach tch unkcja może mieć ekstrema. Następnie obliczam W(): 1.9

W ( ) 6 6 ( )( ). Dla punktu P 1 ( ) otrzmujem ( ) 9 W < zatem w punkcie P 1 ( ) unkcja nie ma ekstremum. Dla punktu P (1 1) otrzmujem oraz ( 1 1) 7 W > ( ) 6 > zatem w punkcie P (1 1) unkcje ma minimum lokalne. Wartość unkcji w punkcie P (1 1) wnosi (1 1) 4. 1.1

1.4. Różniczka zupełna unkcji Omówim pojęcie różniczki zupełnej na przkładzie unkcji dwóch zmiennch. Rozważania łatwo przenoszą się na przpadek unkcji trzech i więcej zmiennch. Różniczką zupełną unkcji ( ) nazwam liniową część przrostu unkcji ( Δ Δ) ( ) Δ. Jeżeli istnieje różniczka zupełna unkcji to jest ona równa: d d d. Z określenia różniczki widać że jeżeli ograniczm się tlko do liniowej części przrostu unkcji to ( d d) ( ) d ( ) czli ( d d) ( ) ( ) d ( )d. Przkład Wznaczć różniczkę zupełną unkcji: ( ) 4. 1.11

Rozwiązanie Mam d d d 4 d 4 d. Przkład Wznaczć przbliżoną wartość wrażenia 98sin. Rozwiązanie Rozważm unkcję ( ) sin. Dokładna wartość wrażenia jest wartością unkcji ( 98; ). Wkorzstując różniczkę zupełną unkcji mam prz czm d d przpadku jest równa Ostatecznie ( 1 ; ) ( 1; ) d ( 1; ) d sin d. Różniczka zupełna unkcji w tm cos d 98sin ( 1 ; ) ( 1; ) d ( 1; ) sin ( ) 1 cos. 1.1

1.5. FUNKCJA UWIKŁANA Jeżeli istnieje unkcja ( ) spełniająca w każdm punkcie X warunek F( ( )) to nazwam ją unkcją uwikłaną określoną równaniem F( ). Prawdziwe jest twierdzenie: Jeżeli unkcja F jest ciągła wraz z pochodnmi cząstkowmi otoczeniu punktu ( ) a ponadto F( ) i F ( ) to równanie F i F w F( ) określa dokładnie jedną unkcję ciągłą ( ) w pewnm otoczeniu punktu i taką że ( ) ona pochodną wrażającą się wzorem F F. Ma Jeżeli unkcja F jest ciągła wraz z pochodnmi cząstkowmi rzędu pierwszego i drugiego to unkcja uwikłana ( ) ma drugą pochodną określoną wzorem: F F F F F F F F Przkład Wznaczć pierwszą i drugą pochodną unkcji uwikłanej równaniem 4 1. ( ) danej Rozwiązanie F 8 F 4 1.1

F F F F F F F F 8( ) ( 8 )( ( ) ) ( 8 ) 4 ( ) ( ) Ekstremum unkcji uwikłanej Funkcja uwikłana ( ) dana równaniem F( ) w otoczeniu punktu ( ) posiada w punkcie ekstremum lokalne jeżeli w punkcie ( ) gdzie ( ) spełnione są warunki: F( ) F ( ) F ( ) i F ( ). Gd wartość wrażenia F ( ) F ( ) jest dodatnia mam minimum gd zaś jest ujemna - maksimum. Przkład Wznaczć ekstrema unkcji uwikłanej 1 1.14 ( ) określonej równaniem Rozwiązanie Przjmujem F( ) 1. Wówczas F F 4 i F. Warunki F( ) F ( ) są równoważne układowi równań 1

z którego otrzmujem oraz 1. Znalezione rozwiązania spełniają warunki F ( ) F ( 1 ). Ponieważ F ( ) 1> F ( ) zatem w punkcie ( ) jest minimum natomiast F ( 1 ) 1< F ( 1 ) czli w punkcie ( ) 1 jest maksimum. 1.15

1.6. Zadania 1.1. Znaleźć dziedzinę unkcji: a) 1 z ln z b) ( ) 1 c) z ( 4)( 9 ) d) e) ( )( ) log z z z 1 ) z 4 4 arcsin g) z arccos h). 1.. Znaleźć i narsować warstwice unkcji: a) z 1 dla z 1 b) z dla z 1 1 c) z dla z 1 5 d) z 6 ( 1) ( ) dla z 7 6 e) z ) z 1 dla z 1. 9 dla z 1 1.. Wznaczć pochodne cząstkowe pierwszego i drugiego rzędu: a) ( ) b) ( ) 4 c) ( ) (6 4) d) ( ) e) ( ) ) ( ) ln( ) g) ( ) ( ) h) ( ) sincos i) ( ) e 1.4. Wznaczć pochodne cząstkowe pierwszego i drugiego rzędu: a) ( z) z b) ( z) z 1.16

c) ( z) ln( 4z) z d) ( z). 1.5. Wznaczć ekstrema unkcji: a) ( ) b) ( ) 6 9 b) ( ) 4 4 4 c) d) ( ) 9 1 e) ( ) sin sin sin( ) ) ( ) g) ( ) e ( 8 6 ) h) ( ) ( ) e. 1.6. Wznaczć różniczki zupełne unkcji: a) ( ) 5 b) ( ) c) ( ) ln d) ( ) sin cos e) ( ) ) ( ) e. 1.7. Wznaczć przbliżoną wartość wrażenia: a) (11) 98 b) 195 e 1. 1.8. Obliczć pochodną unkcji uwikłanej ( ) określonej równaniem a) 4 w punkcie (11) b) e 1 w punkcie () c) ln e 1 w punkcie (1) d) 1 w punkcie (11) e) ln w punkcie (1 e) 1.17

1.9. Wznaczć pochodną unkcji uwikłanej ( ) określonej danm równaniem różniczkując je względem i wznaczając z niego. a) b) e c) e d) ln e 1.1. Wznaczć ekstrema unkcji uwikłanej ( ) określonej równaniem a) ( ) b) c) 8 4 19 d) 1 e) 1.18