= 1 A A = A A. A A + A2 y. A = (A x, A y ) = A x î + A y ĵ. z A. 2 A + A2 z

Σχετικά έγγραφα
d dx ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ

Συστήματα συντεταγμένων

Διάνυσμα: έχει μέτρο, διεύθυνση και φορά

ΦΥΣ Διάλ Άλγεβρα. 1 a. Άσκηση για το σπίτι: Διαβάστε το παράρτημα Β του βιβλίου

ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΤΕΣ ΦΥΣΙΚΗ ΧΕΙΜΕΡΙΝΟ ΕΞΑΜΗΝΟ ΔΕΥΤΕΡΑ ΑΙΘ.ΖΑ

ENOTHTA 1.1 ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗ ΚΙΝΗΣΗ

Διαφορικός λογισµός. y(x + Δx) y(x) dy dx = lim Δy

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 2ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Διανυσματικές Συναρτήσεις Επιμέλεια: Ι. Λυχναρόπουλος

Παράδειγμα/πρόβλημα ( ) = y 1. O x. V = y 2. Να βρεθούν οι συντεταγμένες (x,y) συναρτήσει των ( x, y ) του περιστρεφόμενου συστήματος συντεταγμένων Y

Μαθηματική Εισαγωγή Συναρτήσεις

Περιεχόμενα. Κεφάλαιο 1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΩΝ ΣΕ ΜΙΑ ΕΥΘΕΙΑ Οι συντεταγμένες ενός σημείου Απόλυτη τιμή...14

lim Δt Δt 0 da da da dt dt dt dt Αν ο χρόνος αυξηθεί κατά Δt το διάνυσμα θα γίνει Εξετάζουμε την παράσταση

Διανύσματα. x = rcos! y = rsin! r = x 2 + y 2 x. q Ο απλούστερος ορισμός διανύσματος είναι ότι μετρά μετατοπίσεις

Εισαγωγή στις Φυσικές Επιστήμες ( ) Ονοματεπώνυμο Τμήμα ΘΕΜΑ 1. x x. x x x ( ) + ( 20) + ( + 4) = ( + ) + ( 10 + ) + ( )

ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ

Μαθηματική Εισαγωγή Συναρτήσεις

Κεφάλαιο 2. Διανύσματα και Συστήματα Συντεταγμένων

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ. Επικαμπύλια και Επιφανειακά Ολοκληρώματα. Γ.1 Επικαμπύλιο Ολοκλήρωμα

1. Εισαγωγή στην Κινητική

Μαθηματικά για μηχανικούς ΙΙ ΛΥΣΕΙΣ/ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

Μαθηματικά για μηχανικούς ΙΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Καρτεσιανό Σύστηµα y. y A. x A

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΙΙ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Διανύσματα - Διανυσματικές Συναρτήσεις

ΦΥΕ 14 Διανύσματα. 1 Περιγραφή διανυσμάτων στο χώρο Γεωμετρική περιγραφή: Τα διανύσματα περιγράφονται σαν προσανατολισμένα ευθύγραμμα

Ηλεκτρομαγνητισμός. Χρήσιμες μαθηματικές έννοιες. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

Μαθηματικά Γενικής Παιδείας Κεφάλαιο 1ο Ανάλυση ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΑΝΑΛΥΣΗ

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ. ΘΕΜΑΤΑ ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΣΤO 1o ΚΕΦΑΛΑΙΟ ( ΠΑΡΑΓΩΓΟΙ) ΜΕ ΛΥΣΕΙΣ

Κεφάλαιο 2. Διανύσματα και Συστήματα Συντεταγμένων

Ακτίνα καμπυλότητας - Ανάλυση επιτάχυνσης σε εφαπτομενική και κεντρομόλο συνιστώσα

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΠΗΓΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

f (x + h) f (x) h f (x) = lim h 0 f (z) f (x) z x df (x) dx, df dy dx,

Περίληψη μαθημάτων Ι. ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ. Με N θα συμβολίζουμε το σύνολο των φυσικών αριθμών, δηλ. N = {1, 2, 3, 4, }.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ. ΤΕΧΝΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ 5. Εισαγωγή στη διανυσματική άλγεβρα

Γενικά Μαθηματικά (Φυλλάδιο 1 ο )

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

Μελέτη ευθύγραμμης ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης και. του θεωρήματος μεταβολής της κινητικής ενέργειας. με τη διάταξη της αεροτροχιάς

ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΦΥΣΙΚΗΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ

Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΟΥ ΕΦΑΠΤΟΜΕΝΗ ΓΡΑΦΙΚΗΣ ΠΑΡΑΣΤΑΣΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ ΚΑΙ ΣΥΝΕΧΕΙΑ

ΦΥΣΙΚΗ Ι. ΤΜΗΜΑ Α Ευστάθιος. Κωνσταντίνος Βελλίδης ΕΚΠΑ, ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ, Στυλιάρης

Μαθηματικά. Ενότητα 3: Ολοκληρωτικός Λογισμός Σαριαννίδης Νικόλαος Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Κοζάνη)

Η Θεωρία στα Μαθηματικά κατεύθυνσης της Γ Λυκείου

Κεφάλαιο M4. Κίνηση σε δύο διαστάσεις

Εργασία 2. Παράδοση 20/1/08 Οι ασκήσεις είναι βαθμολογικά ισοδύναμες

Διαφορικός Λογισμός. Κεφάλαιο Συναρτήσεις. Κατανόηση εννοιών - Θεωρία. 1. Τι ονομάζουμε συνάρτηση;

Διανύσματα 1. Διανύσματα Πρόσθεση Διανυσμάτων Φυσική ποσότητα που περιγράφεται μόνο από ένα αριθμό ονομάζεται βαθμωτή.

1.3 ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ. 1. Ορισµός της παραγώγου συνάρτησης

Κ Ε Φ Α Λ Α Ι Ο 1ο Ε Υ Θ Υ Γ Ρ Α Μ Μ Η Κ Ι Ν Η Σ Η

ds ds ds = τ b k t (3)

ΘΕΩΡΙΑ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ. Μια παράσταση που περιέχει πράξεις με μεταβλητές (γράμματα) και αριθμούς καλείται αλγεβρική, όπως για παράδειγμα η : 2x+3y-8

Κεφάλαιο Χώρος, Διανύσματα, Διανυσματικές εξισώσεις, Συστήματα Συντεταγμένων.

ΤΕΧΝΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ- ΥΝΑΜΕΙΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΚΑΙ ΣΤΟ

ΕΜΒΟΛΙΜΗ ΠΑΡΑΔΟΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ. Μερικές βασικές έννοιες διανυσματικού λογισμού

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΟΡΘΟΓΩΝΙΩΝ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΩΝ...23 ΑΠΟΛΥΤΗ ΤΙΜΗ. ΑΝΙΣΟΤΗΤΕΣ...15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΥΘΕΙΕΣ...32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΥΚΛΟΙ...43

Μετατόπιση, είναι η αλλαγή (μεταβολή) της θέσης ενός κινητού. Η μετατόπιση εκφράζει την απόσταση των δύο θέσεων μεταξύ των οποίων κινήθηκε το κινητό.

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 3//7/2013 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΡΑΠΤΗΣ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

Κεφάλαιο 3 ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ. 3.1 Η έννοια της παραγώγου. y = f(x) f(x 0 ), = f(x 0 + x) f(x 0 )

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ( α μέρος )

ιάνυσµα ονοµάζεται το µαθηµατικό µέγεθος που περιγράφεται από µιατριάδαστοιχείων: το

1. Η διαδικασία, με την οποία κάθε στοιχείο ενός συνόλου Α αντιστοιχίζεται σ ένα ακριβώς στοιχείο ενός άλλου συνόλου Β είναι συνάρτηση.

Ολοκληρωτικός Λογισμός

GI_V_FYSP_0_3772. ο οδηγός του φρενάρει οπότε το αυτοκίνητο διανύει διάστημα d

Μαθηματική Εισαγωγή - Διανύσματα 25/7/2014

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΜΑΖΑΣ ΘΕΣΗΣ ΚΕΝΤΡΟΥ ΜΑΖΑΣ ΡΟΠΗΣ ΑΔΡΑΝΕΙΑΣ ΣΩΜΑΤΩΝ

2 ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ

Ημερομηνία: Πέμπτη 5 Ιανουαρίου 2017 Διάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΦΥΣΙΚΗ Α ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: Α (ΛΥΣΕΙΣ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 13/10/2013

( ) ) V(x, y, z) Παραδείγματα. dt + "z ˆk + z d ˆk. v 2 =!x 2 +!y 2 +!z 2. F =! "p. T = 1 2 m (!x2 +!y 2 +!z 2

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ. ΕΝΟΤΗΤΑ: Διανύσματα στους Rn, Cn, διανύσματα στο χώρο (3) ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Βλάμος Παναγιώτης ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Ασκήσεις Διανυσματικής Ανάλυσης

Φυσική για Μηχανικούς

= (2)det (1)det ( 5)det 1 2. u

ΚΑΡΤΕΣΙΑΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΕ ΔΥΟ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ

13 ΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ

ΑΝΩΤΑΤΟ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΠΡΟΣΩΠΙΚΟΥ

Φυσική για Μηχανικούς

Κεφάλαιο 2: Διανυσματικός λογισμός συστήματα αναφοράς

V. Διαφορικός Λογισμός. math-gr

6. Ορισμένο Ολοκλήρωμα

ΦΥΣΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ Αριθμητικά ή Μονόμετρα μεγέθη: Όγκος Μάζα Χρόνος Ενέργεια κ.λ.π. Διανυσματικά μεγέθη: Μετατόπιση Δύναμη Ορμή Διανυσματικοί τελεστές

ΒΟΗΘΗΤΙΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΣΤΑ ΓΕΝΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο : ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ

1.1.1 Εσωτερικό και Εξωτερικό Γινόμενο Διανυσμάτων

Στην πράξη βρίσκουμε το Ν Α [το P (A)] όχι με παρατηρήσεις, αλλά με τη χρήση της λογικής (π.χ. ζάρι) ή της Φυσικής (π.χ. όγκος)

Λύσεις στο επαναληπτικό διαγώνισμα 3

b proj a b είναι κάθετο στο

Φυσική για Μηχανικούς

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. Ροπή και Στροφορµή Μέρος πρώτο

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ 4. bt (γιατί;).

Ονοματεπώνυμο Τμήμα. 1. Τι ονομάζουμε εμβαδόν ενός επιπέδου σχήματος (χωρίου) και πως υπολογίζεται αυτό; Απάντηση

(Καταληκτική ηµεροµηνία παραλαβής 16/11/2004) (Α) Ποιες είναι οι προϋποθέσεις ώστε να ισχύουν οι παρακάτω διανυσµατικές σχέσεις:

Μαθηµατικά Θετικής και Τεχνολογικής Κατεύθυνσης ΚΕΦΑΛΑΙΟ. 1 ο :Μιγαδικοί Αριθµοί

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο: ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 4: ΡΥΘΜΟΣ ΜΕΤΑΒΟΛΗΣ [Κεφ. 2.4: Ρυθμός Μεταβολής του σχολικού βιβλίου]. ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ Β

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ

Κανόνας της αλυσίδας. J ανοικτά διαστήματα) ώστε ( ), ( ) ( ) ( ) fog ' x = f ' g x g ' x, x I (2)

Transcript:

Οκτώβριος 2017 Ν. Τράκας ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟ ΒΟΗΘΗΜΑ ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΑ Διάνυσμα: κατεύθυνση (διεύθυνση και ϕορά) και μέτρο. Συμβολισμός: A ή A. Αναπαράσταση μέσω των συνιστωσών του: A = (A x, A y ) σε 2-διαστάσεις και A = (A x, A y, A z ) σε 3-διαστάσεις. Προσοχή: οι συνιστώσες έχουν πρόσημο που εύκολα γίνεται κατανοητό από την σχέση της ϕοράς του διανύσματος και της θετικής κατεύθυνσης του αντίστοιχου άξονα. Αντίθετο διάνυσμα: A, ή σε συνιστώσες A = ( A x, A y, A z ) αν A = (A x, A y, A z ). Μέτρο διανύσματος: A ή απλά A, με A = A 2 x + A 2 y + A 2 z. Μοναδιαίο διάνυσμα: το διάνυσμα που έχει μέτρο μονάδα. Συμβολίζεται με Â. Άθροιση διανυσμάτων: C = A + B με C = (C x, C y, C z ) = (A x + B x, A y + B y, A z + B z ). 1

Κανόνας παραλληλογράμμου. Από την παραλληλία των πλευρών του παραλληλογράμμου, το άθροισμα δύο διανυσμάτων περιγράϕεται επίσης από την διαγώνιο παραλληλογράμμου που σχηματίζουν τα δύο διανύσματα. Προσεταιριστική ιδιότητα για την άθροιση διανυσμάτων: A + (B + C) = (A + B) + C. Αϕαίρεση διανυσμάτων: A B = A + ( B). Γινόμενο βαθμωτού επί διάνυσμα: C = ka με C = (C x, C y, C z ) = (ka x, ka y, ka z ). Μοναδιαίο διάνυσμα στην διεύθυνση του διανύσματος A: και το μέτρο του Â = Â = 1 A A = A A ( Ax A, A y A, A ) z A 2 = x A A + A2 y 2 A + A2 z 2 A = 1 2 Εσωτερικό γινόμενο δύο διανυσμάτων: είναι βαθμωτό, συμβολίζεται c = A B όπου c = AB cos(a, B). Προβολή του διανύσματος A στην διεύθυνση που ορίζεται από το μοναδιαίο διάνυσμα ˆϵ: προβολή = A ˆϵ = A cos(a, ˆϵ) = A cos ϕ Αν î και ĵ είναι τα μοναδιαία διανύσματα στους άξονες x, y του επιπέδου, τότε A = (A x, A y ) = A x î + A y ĵ 2

Οι δύο όροι αποτελούν τις συνιστώσες του A στους 2 άξονες με A x = A î = A cos ϕ, A y = A ĵ = A cos ( π 2 ϕ ) = A sin ϕ Στις 3-διαστάσεις, προτιμάται να χρησιμοποιούνται οι γωνίες θ και ϕ, αντί των τριων γωνιών που σχηματίζει το διάνυσμα με τους τρεις άξονες: A z = A cos θ, A x = A sin θ cos ϕ, A y = A sin θ sin ϕ Το εσωτερικό γινόμενο μπορεί να εκϕραστεί και μέσω των προβολών των δύο διανυσμάτων. A B = A x B x + A y B y + A z B z Η απόδειξη για τις 2-διαστάσεις A B = A x B x + A y B y = A cos B cos b + A sin B sin b = = AB (cos cos b + sin sin b) = AB cos(b ) = AB cos ϕ Φυσικό μέγεθος που ορίζεται ως εσωτερικό γινόμενο είναι το έργο W δύναμης F που μετακινεί το σημείο εϕαρμογής της κατά το s (θεωρώντας ότι η δύναμη διατηρεί την κατεύθυνσή της) W = F s = F s cos ϕ 3

Εξωτερικό γινόμενο δύο διανυσμάτων: είναι (ελεύθερο) διάνυσμα και συμβολίζεται με C = A B. Το διάνυσμα C είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζεται από τα δύο διανύσματα A και B ενώ η ϕορά του δίνεται από το κανόνα της (δεξιόστροϕης) βίδας. Το μέτρο του είναι C = AB sin ϕ όπου η γωνία ϕ είναι προσανατολισμένη και κατευθύνεται από το πρώτο διάνυσμα του εξωτερικού γινομένου προς το δεύτερο. Οι συνιστώσες του C (με A = (A x, A y, A z ) και B = (B x, B y, B z )) είναι: C x = A y B z A z B y, C y = A x B z + A z B x, C z = A x B y A y B x Εισάγοντας την έννοια της ορίζουσας, μπορούμε να γράψουμε το εξωτερικό γινόμενο με ένα πιο ευκολομνημόνευτο τρόπο. Κατ αρχάς ας ορίσουμε την ορίζουσα 2 2 11 12 21 d 22 = 11 22 21 12 και η ορίζουσα 3 3 11 12 13 21 22 23 31 32 33 = 11 22 23 32 33 12 21 23 31 33 + 13 21 22 31 32 = 11 ( 22 33 32 23 ) 12 ( 21 33 31 23 ) + 13 ( 21 32 31 22 ) Οπότε, μπορούμε να γράψουμε î ĵ ˆk A B = A x A y A z B x B y B z = î (A yb z A z B y ) ĵ (A xb z A z B x ) + ˆk (A x B y A y B x ) Φυσικό μέγεθος που ορίζεται ως εξωτερικό γινόμενο είναι η ροπή M δύναμης F ως προς σημείο A: M = s F όπου s είναι το διάνυσμα από το σημείο A έως το σημείο εϕαρμογής της δύναμης. 4

Μια επίπεδη επιϕάνεια περιγράϕεται από διάνυσμα κάθετο στην επιϕάνεια με μέτρο ίσο με το εμβαδόν της επιϕάνειας. Το εμβαδόν E ενός παραλληλογράμμου, που καθορίζεται από τα διανύσματα και b, είναι το μέτρο του b b = b sin ϕ = υ Ιδιότητες του εσωτερικού και εξωτερικού γινομένου A A = A 2 = (A 2 x + A 2 y + A 2 z) = A 2 A = A A A B = B A A B = 0 αν τα A και B είναι κάθετα (A + B) 2 = A 2 + B 2 + 2A B A B = 0 A B = B A αν τα A και B έχουν ίδια διεύθυνση Τριπλό γινόμενο: είναι βαθμωτό και ορίζεται ως k = C (A B). Η παρένθεση δεν είναι αναγκαία μιας και αν γίνει πρώτα το εσωτερικό γινόμενο η επόμενη πράξη δεν έχει νόημα. Το τριπλό γινόμενο γράϕεται εύκολα με την χρήση της ορίζουσας C x C y C z C (A B) = A x A y A z B x B y B z = C x (A y B z A z B y ) C y (A x B z A z B x ) + C z (A x B y A y B x ) Προσέξτε ότι οι τρεις παρενθέσεις αντιστοιχούν στις τρεις συνιστώσες του διανύσματος (A B), οπότε στην τελευταία σχέση εϕαρμόσαμε τον κανόνα του εσωτερικού γινομένου το διανύσματος C με το διάνυσμα (A B). Ο όγκος παραλληλεπιπέδου εκϕράζεται με το τριπλό γινόμενο των τριών διανυσμάτων που ορίζουν το παραλληλεπίπεδο, b και c. Ο όγκος δίνεται από το γινόμενο του εμβαδού της βάσης επί το ύψος του παραλληλεπιπέδου. Εχουμε ήδη δει ότι το εμβαδόν του παραλληλογράμμου-βάσης δίνεται από το μέτρο του εξωτερικού γινομένου b. Οπότε, το εσωτερικό γινόμενο δίνει τον όγκο του παραλληλεπιπέδου. c ( b) = b c cos θ = b υ 5

ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ Η παράγωγος μιας συνάρτησης f(x) στο σημείο x 0 συμβολίζεται με f (x) x0 ή f (x 0 ), και ορίζεται ως το όριο f f(x) f(x 0 ) (x 0 ) = lim x x0 x x 0 Αυστηρά μαθηματικά θα πρέπει το όριο x x + 0 και x x 0 να συμπίπτουν. Ενας άλλος συμβολισμός της παραγώγου, πολύ χρήσιμος στην Φυσική είναι ο ακόλουθος f (x 0 ) = lim x 0 f x df όπου το x είναι στην γειτονιά του x 0. Η παράγωγος στο σημείο x 0 και η γωνία της εϕαπτομένης ευθείας στην καμπύλη της συνάρτησης στο σημείο x 0. Από το σχήμα βλέπουμε ότι tn θ = f(x) f(x 0) x x 0 x0 = f x Στο όριο x x 0, το τμήμα AB γίνεται εϕαπτομενικό στην καμπύλη της συνάρτησης στο σημείο x 0. Οπότε, η εϕαπτομένη της γωνίας θ, στο όριο αυτό, θα είναι ίση με την παράγωγο της συνάρτησης στο σημείο αυτό tn θ = f(x) f(x 0) tn θ 0 = df x x 0 x0 Διαϕορικό μιας συνάρτησης. Γράϕοντας f = f x x 6

πηγαίνοντας στο όριο x 0, το κλάσμα γίνεται η παράγωγος της συνάρτησης. Το απειροστό πια x το συμβολίζουμε με και το, επίσης απειροστό, f με df, και γράϕουμε ( ) df df = Τα και df είναι το διαϕορικό του x και το διαϕορικό της συνάρτησης αντίστοιχα. Κανόνες παραγώγησης: d(f(x) + g(x)) d(f(x)g(x)) f(x)/g(x) = df(x) = df(x) = 1 g 2 (x) + dg(x), dg(x) g(x) + f(x) ( df(x) Παράγωγος σύνθετης συνάρτησης (κανόνας της αλυσίδας) Παράγωγος αντίστροϕης συνάρτησης d(cf(x)) dg(x) g(x) f(x) y = f(u), u = g(x), df = df du du y = f(x) x = f 1 (y) = c df(x) τότε df 1 = 1 df Εϕαρμογή: Αν έχουμε τις συναρτήσεις x = g(t), y = f(t), οπότε μπορούμε να γράψουμε y = f(t) = f (g 1 (x)), τότε df dy = df dg 1 = dg Βασικές παράγωγοι f(x) = x df = x 1 = sin x = cos x = cos x = sin x = e x = e x = ln x = 1 x Παράγωγοι ανώτερης τάξης. Η δεύτερη παράγωγος μιας συνάρτησης f(x) είναι η παράγωγος της (πρώτης) παραγώγου και συμβολίζεται με ) f (x) ή d df(x) 7 = d2 f(x) 2

και όμοια για τις ανώτερες παραγώγους. Παραδείγματα από την κινηματική: Γνωρίζουμε ότι το διάστημα s που καλύπτει ένα κινητό σε χρόνο t που κινείται σε ευθύγραμμη ομαλή κίνηση, δίνεται από τη σχέση s = vt, όπου v σταθερά. Ορίζοντας την ταχύτητα ως την χρονική παράγωγο του διαστήματος, έπεται άμεσα ότι η v είναι η ταχύτητα του κινητού ds = d(vt) Για την ευθύγραμμη ομαλά μεταβαλλόμενη κίνηση η αντίστοιχη σχέση είναι s = v 0 t + 1 2 t2 με v 0 και σταθερές. Παραγωγίζοντας ως προς τον χρόνο θα πάρουμε την ταχύτητα του κινητού ds = d(v 0t + 1 2 t2 ) = v 0 + t που είναι η γνωστή σχέση για την ταχύτητα στην ευθύγραμμη ομαλά μεταβαλλόμενη κίνηση. Η επιτάχυνση ορίζεται ως η χρονική παράγωγος της ταχύτητας. Οπότε ds = d(v 0 + t) = ΑΝΑΠΤΥΓΜΑ TAYLOR Αν γνωρίζουμε την τιμή της συνάρτησης f(x) στο σημείο x 0 καθώς και τις παραγώγους όλων των τάξεων (δεύτερη παράγωγος, τρίτη παράγωγος, κλπ) στο ίδιο σημείο x 0, τότε η συνάρτηση f(x) δίνεται από τη σχέση f(x) = f(x 0 ) + 1 df 1! (x x 0 ) + 1 d 2 f (x x x0 2! 2 0 ) 2 + 1 d 3 f (x x 3! 3 0 ) 3 +... x0 x 0 Αυτή συνήθως ονομάζεται ανάπτυγμα Tylor της συνάρτησης. Μπορεί να ϕαίνεται η παραπάνω σχέση πολύ θεωρητική, μιας και έχει άπειρους όρους, αλλά για την περίπτωση που θέλουμε να περιγράψουμε την συνάρτηση στην γειτονιά του σημείου x 0, δηλαδή όταν το x x 0 είναι μικρό, καταλαβαίνουμε ότι όσο προχωράμε στους όρους του παραπάνω αθροίσματος αυτοί οι όροι γίνονται όλο και ποιο μικροί λόγω της δύναμης που ανεβαίνει στον όρο (x x 0 ). Οπότε, μπορούμε να προσεγγίσουμε την συνάρτηση στην περιοχή του σημείου x 0 κρατώντας ορισμένο αριθμό όρων μόνο. Το πόσους όρους κρατάμε εξαρτάται από την ακρίβεια που ζητάμε στην προσέγγισή μας. Αναπτύξεις γνωστών συναρτήσεων γύρω από το σημείο x 0 = 0: = v e x = 1 + x + x2 2 + x3 3! + x4 4! +... sin x = x x3 3! + x5 5! +... cos x = 1 x2 2! + x4 4! +... ln(1 + x) = x x2 2 + x3 3 x4 4 +... (1 + x) = 1 + x + ( 1) x 2 + 2 8 ( 1)( 2) x 3 +... 3!

Από τις αναπτύξεις αυτές καταλαβαίνουμε γιατί για πολύ μικρές γωνίες η συνάρτηση sin x προσεγγίζεται από το x (προσοχή: το x σε ακτίνια, όχι μοίρες). Επίσης για να βρείτε ένα αρκετά ακριβές αποτέλεσμα του 1, 003 3 δεν χρειάζεται να κάνετε πλήρως την πράξη!! Χρησιμοποιώντας την τελευταία σχέση θα έχουμε 1, 003 3 = (1 + 0, 003) 3 = 1 + 3 (0, 003) +... = 1, 009 +... όπου τα... είναι της τάξης του 10 5. Για τον ίδιο λόγο 1 ± x = (1 ± x) 1/2 1 ± 1 2 x, 1 1 ± x = (1 ± x) 1 1 x ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΑ Ορισμένο ολοκλήρωμα. Συνάρτηση f(x) στο διάστημα x b. Ορίζουμε x 0 =, x 1 = + x, x 2 = x 1 + x, x k+1 = x k + x, x n 1 = x n 2 + x, b = x n 1 + x Ορίζουμε επίσης το I n = n f(ζ k ) x, k+1 x k 1 < ζ k < x k Το ορισμένο ολοκλήρωμα της f(x) στο διάστημα x b ορίζεται ώς το όριο του I n όταν το n τείνει στο άπειρο I = lim n I n f(x) Εύκολα ϕαίνεται ότι το ολοκλήρωμα αυτό περιγράϕει το εμβαδόν ανάμεσα στην γραϕική παράσταση της f(x) και του άξονα των x, από το x = έως το x = b. Κάθε F (x) τέτοια ώστε F (x) = f(x) λέγεται αόριστο ολοκλήρωμα της f(x) f(x) = F (x) F (x) = f(x) Εύκολα ϕαίνεται ότι αν οι F 1 (x) και F 2 (x) είναι αόριστα ολοκληρώματα της f(x), τότε F 1 (x) F 2 (x) = c όπου c σταθερά 9

Μπορούμε να δούμε τώρα ότι f(x) = F (b) F () Εϕ όσον η παράγωγος της F (x) είναι η f(x) θα έχουμε οπότε df (x) = f(x) df (x) = f(x) = df (x) df (x) = f(x) df (x) Τί σημαίνει αυτό; Αν πάμε στο ορισμό του ολοκληρώματος, το δεξί μέλος της ισότητας είναι το όριο για n του αθροίσματος n F (x) = [F (x 1 ) F ()] + F (x 2 ) F (x 1 )] +... + [F (b) F (x n 1 )] = F (b) F () k=1 ανεξάρτητο από το n. Επομένως, πράγματι f(x) = df (x) = F (b) F () Παραδείγματα από την κινηματική: Για κίνση σε μιά διεύθυνση, x, αν x(t) είναι η θέση του κινητού, η (στιγμιαία) ταχύτητα v(t) είναι v(t) = (t) Επομένως, το στοιχειώδες διάστημα που κάνει το κινητό στο στοιχειώδες χρονικό διάστημα, είναι ( ) (t) = = v(t) Αθροίζοντας τα από την χρονική στιγμή όπου η θέση του κινητού είναι x 1 και αντίστοιχα για t 2 η θέση είναι x 2, γράϕουμε x2 x 1 = v(t) x 2 x 1 = v(t) Αν γνωρίζουμε την v(t) μπορούμε να κάνουμε την ολοκλήρωση. Για παράδειγμα, για ομαλή κίνηση, οπότε v(t) = v 0 θα έχουμε x 2 x 1 = v(t) = v 0 = v 0 = v 0 (t 2 ) x 2 = x 1 + v 0 (t 2 ) 10

Στην ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση με αρχική ταχύτητα v 0 και επιτάχυνση, η ταχύτητα v(t) δίνεται από την v(t) = v 0 + t και θα έχουμε x 2 x 1 = v(t) = (v 0 + t) = v 0 + x 2 = x 1 + v 0 (t 2 ) + 1 2 (t 2 ) 2 t = v 0 (t 2 ) + 1 2 (t 2 ) 2 11