Odvod. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 10. december Gregor Dolinar Matematika 1

Σχετικά έγγραφα
Odvod. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 5. december Gregor Dolinar Matematika 1

Zaporedja. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 22. oktober Gregor Dolinar Matematika 1

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 21. november Gregor Dolinar Matematika 1

Funkcijske vrste. Matematika 2. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 2. april Gregor Dolinar Matematika 2

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 12. november Gregor Dolinar Matematika 1

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 14. november Gregor Dolinar Matematika 1

IZPIT IZ ANALIZE II Maribor,

Matematika 1. Gabrijel Tomšič Bojan Orel Neža Mramor Kosta

Vaje iz MATEMATIKE 8. Odvod funkcije., pravimo, da je funkcija f odvedljiva v točki x 0 z odvodom. f (x f(x 0 + h) f(x 0 ) 0 ) := lim

Definicija. definiramo skalarni produkt. x i y i. in razdaljo. d(x, y) = x y = < x y, x y > = n (x i y i ) 2. i=1. i=1

Diferencialna enačba, v kateri nastopata neznana funkcija in njen odvod v prvi potenci

Osnovne lastnosti odvoda

Zaporedja. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 15. oktober Gregor Dolinar Matematika 1

Matematika 1. Gregor Dolinar. 2. januar Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. Gregor Dolinar Matematika 1

1. Definicijsko območje, zaloga vrednosti. 2. Naraščanje in padanje, ekstremi. 3. Ukrivljenost. 4. Trend na robu definicijskega območja

Osnove matematične analize 2016/17

Veleučilište u Rijeci Stručni studij sigurnosti na radu Akad. god. 2011/2012. Matematika. Monotonost i ekstremi. Katica Jurasić. Rijeka, 2011.

Izpeljava Jensenove in Hölderjeve neenakosti ter neenakosti Minkowskega

Funkcije dveh in več spremenljivk

vezani ekstremi funkcij

Tretja vaja iz matematike 1

Kotne in krožne funkcije

Funkcije več spremenljivk

KODE ZA ODKRIVANJE IN ODPRAVLJANJE NAPAK

Matematika. Funkcije in enačbe

SKUPNE PORAZDELITVE VEČ SLUČAJNIH SPREMENLJIVK

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO MATEMATIKA III

Matematika 1. Gabrijel Tomšič Bojan Orel Neža Mramor Kosta

IspitivaƬe funkcija: 1. Oblast definisanosti funkcije (ili domen funkcije) D f

Spoznajmo sedaj definicijo in nekaj osnovnih primerov zaporedij števil.

Domače naloge za 2. kolokvij iz ANALIZE 2b VEKTORSKA ANALIZA

Realne funkcije. Elementarne funkcije. Polinomi in racionalne funkcije. Eksponentna funkcija a x : R R + FKKT Matematika 1

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Matematika 4 Pisni izpit 22. junij Navodila

II. LIMITA IN ZVEZNOST FUNKCIJ

INŽENIRSKA MATEMATIKA I

Splošno o interpolaciji

Na pregledni skici napišite/označite ustrezne točke in paraboli. A) 12 B) 8 C) 4 D) 4 E) 8 F) 12

cot x ni def. 3 1 KOTNE FUNKCIJE POLJUBNO VELIKEGA KOTA (A) Merske enote stopinja [ ] radian [rad] 1. Izrazi kot v radianih.

V tem poglavju bomo vpeljali pojem determinante matrike, spoznali bomo njene lastnosti in nekaj metod za računanje determinant.

*M * Osnovna in višja raven MATEMATIKA NAVODILA ZA OCENJEVANJE. Sobota, 4. junij 2011 SPOMLADANSKI IZPITNI ROK. Državni izpitni center

Univerza v Mariboru. Fakulteta za logistiko MATEMATIKA. Univerzitetni učbenik

Matematika I (VS) Univerza v Ljubljani, FE. Melita Hajdinjak 2013/14. Pregled elementarnih funkcij. Potenčna funkcija. Korenska funkcija.

Univerza v Ljubljani Fakulteta za računalništvo in informatiko MATEMATIKA. Polona Oblak

16 Lokalni ekstremi. Definicija 16.1 Neka je A R n otvoren, f : A R i c A. Ako postoji okolina U(c) od c na kojoj je f(c) minimum

Uporabna matematika za naravoslovce

matrike A = [a ij ] m,n αa 11 αa 12 αa 1n αa 21 αa 22 αa 2n αa m1 αa m2 αa mn se števanje po komponentah (matriki morata biti enakih dimenzij):

Matematika. BF Lesarstvo. Zapiski ob predavanjih v šolskem letu 2010/2011

Del 5. Vektorske funkcije in funkcije več spremenljivk

5 Ispitivanje funkcija

Podobnost matrik. Matematika II (FKKT Kemijsko inženirstvo) Diagonalizacija matrik

18. listopada listopada / 13

Integralni račun. Nedoločeni integral in integracijske metrode. 1. Izračunaj naslednje nedoločene integrale: (a) dx. (b) x 3 +3+x 2 dx, (c) (d)

Funkcije dviju varjabli (zadaci za vježbu)

Algebraične strukture

( , 2. kolokvij)

Kotni funkciji sinus in kosinus

Booleova algebra. Izjave in Booleove spremenljivke

D f, Z f. Lastnosti. Linearna funkcija. Definicija Linearna funkcija f : je definirana s predpisom f(x) = kx+n; k,

Vektorski prostori s skalarnim produktom

13. Jacobijeva metoda za računanje singularnega razcepa

1. Trikotniki hitrosti

MATEMATIKA 2. Grupa 1 Rexea zadataka. Prvi pismeni kolokvijum, Dragan ori

Linearne preslikave. Poglavje VII. 1 Definicija linearne preslikave in osnovne lastnosti

Množico vseh funkcijskih vrednosti, ki jih pri tem dobimo, imenujemo zaloga vrednosti funkcije f. Oznaka: Z f

INTEGRALNI RAČUN. Teorije, metodike i povijest infinitezimalnih računa. Lucija Mijić 17. veljače 2011.

Gimnazija Krˇsko. vektorji - naloge

radni nerecenzirani materijal za predavanja R(f) = {f(x) x D}

Poliedri Ines Pogačar 27. oktober 2009

Računski del izpita pri predmetu MATEMATIKA I

Derivacija funkcije Materijali za nastavu iz Matematike 1

Ispitivanje toka i skiciranje grafika funkcija

Apsolutno neprekidne raspodele Raspodele apsolutno neprekidnih sluqajnih promenljivih nazivaju se apsolutno neprekidnim raspodelama.

Kvadratne forme. Poglavje XI. 1 Definicija in osnovne lastnosti

Računalniško vodeni procesi I

Lastne vrednosti in lastni vektorji

1 Seštevanje vektorjev in množenje s skalarjem

Matematika vaja. Matematika FE, Ljubljana, Slovenija Fakulteta za Elektrotehniko 1000 Ljubljana, Tržaška 25, Slovenija

IZVODI ZADACI ( IV deo) Rešenje: Najpre ćemo logaritmovati ovu jednakost sa ln ( to beše prirodni logaritam za osnovu e) a zatim ćemo

1 Fibonaccijeva stevila

Inverzni problem lastnih vrednosti evklidsko razdaljnih matrik

DISKRETNA FOURIERJEVA TRANSFORMACIJA

Osnove kompleksne analize MARKO SLAPAR

1.4 Tangenta i normala

PRIMER UPORABE FUNKCIJ 2. FUNKCIJE ENE SPREMENLJIVKE DEFINICIJA IN LASTNOSTI FUNKCIJE. Upogibni moment. M(X )=F A x qx2 2

VJEŽBE IZ MATEMATIKE 1

π π ELEKTROTEHNIČKI ODJEL i) f (x) = x 3 x 2 x + 1, a = 1, b = 1;

4. DERIVACIJA FUNKCIJE 1 / 115

Izpit sestavlja 4-5 vprašanj. Vsako ima več podvprašanj.

Dodatna poglavja iz linearne algebre za 1. letnik finančne matematike na FMF. Primož Moravec

INTEGRALI RACIONALNIH FUNKCIJ

PROCESIRANJE SIGNALOV

3.1 Reševanje nelinearnih sistemov

Numerično reševanje. diferencialnih enačb II

DARJA POTOƒAR, FMF

Osnovne teoreme diferencijalnog računa

8. Posplošeni problem lastnih vrednosti

SEMINARSKA NALOGA Funkciji sin(x) in cos(x)

radni nerecenzirani materijal za predavanja

Enačba, v kateri poleg neznane funkcije neodvisnih spremenljivk ter konstant nastopajo tudi njeni odvodi, se imenuje diferencialna enačba.

Funkcija je predpis, ki vsakemu elementu x iz definicijskega območja D R priredi neko število f (x) R.

Transcript:

Matematika 1 Gregor Dolinar Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani 10. december 2013

Izrek (Rolleov izrek) Naj bo f : [a,b] R odvedljiva funkcija in naj bo f(a) = f(b). Potem obstaja vsaj ena točka x 0 (a,b), tako da je f (x 0 ) = 0. 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 1.0 0.5 0.5 1.0 1.5 2.0

Dokaz Vsaka odvedljiva funkcija je tudi zvezna, zvezna funkcija pa na zaprtem intervalu zavzame svoj minimum f(x m ) = m in svoj maksimum f(x M ) = M. Če je m = M, je funkcija f konstantna in zato f (x) = 0 za vsak x [a,b]. Če pa je m < M, potem je x m x M in zato vsaj eno izmed števil x m, x M leži na intervalu (a,b), saj je f(a) = f(b). Označimo to število z x 0 (a,b). Odvedljiva funkcija f ima potem v točki x 0 lokalni ekstrem in zato je po Fermatovem izreku f (x 0 ) = 0.

Izrek (Lagrangeov izrek) Naj bo f : [a,b] R odvedljiva funkcija. Potem obstaja vsaj ena točka x 0 (a,b), tako da je f (x 0 ) = f(b) f(a). b a 0.8 0.6 0.4 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Dokaz Definiramo funkcijo g(x) = f(x) f(b) f(a) (x a). b a Ker je f odvedljiva funkcija, je tudi g odvedljiva funkcija. Izračunamo g(a) = f(a) f(b) f(a) (a a) = f(a) b a in g(b) = f(b) f(b) f(a) (b a) b a = f(b) f(b)+f(a) = f(a).

Torej ima funkcija g v krajiščih intervala [a, b] enake vrdnosti in zato po Rollovem izreku obstaja x 0 (a,b), tako da je g (x 0 ) = 0. Ker je g (x) = f (x) f(b) f(a) b a in g (x 0 ) = 0, je f (x 0 ) = f(b) f(a). b a

Izrek Naj bo f : [a,b] R odvedljiva funkcija in naj bo f (x) = 0 za vsak x [a,b]. Potem je f konstantna funkcija. Dokaz Naj bo x [a,b] poljuben. Za funkcijo f na intervalu [x,b] uporabimo Lagarangeov izrek, torej obstaja tak x 0 (x,b), da je f (x 0 ) = f(b) f(x) b x. Ker je f (x 0 ) = 0, je f(x) = f(b) za vsak x [a,b], torej je f konstantna funkcija.

Izrek Naj bosta funkciji f,g: [a,b] R odvedljivi in naj bo f (x) = g (x) za vsak x [a,b]. Potem obstaja konstanta c R, tako da je f(x) = g(x)+c. Dokaz Definiramo funkcijo h(x) = f(x) g(x). Potem je h (x) = f (x) g (x) = 0 za vsak x [a,b]. Po prejšnjem izreku je h konstantna funkcija, torej je h(x) = c oziroma f(x) = g(x)+c za vsak x [a,b].

Ekstremi funkcij Vemo, da za odvedljivo funkcijo f, ki ima v točki x 0 ekstrem, velja, da je x 0 njena stacionarna točka. Da je torej f (x 0 ) = 0. Pokazali smo tudi, da to ni zadosten pogoj za nastop ekstrema. V nadaljevanju bomo zapisali izreka, ki nam povesta, kdaj ima odvedljiva funkcija v stacionarni točki ekstrem.

Izrek Naj bo f : [a,b] R odvedljiva funkcija in x 0 (a,b) stacionarna točka funkcije f. Če prvi odvod funkcije f v stacionarni točki x 0 spremeni predznak, potem ima funkcija f v x 0 lokalni ekstrem. Če ima prvi odvod funkcije f povsod v okolici stacionarne točke x 0, razen v x 0, isti predznak, potem funkcija f v x 0 nima lokalnega ekstrema.

Dokaz Naj bo x 0 stacionarna točka in naj obstaja tak δ > 0, da je f (x) < 0 za vsak x (x 0 δ,x 0 ) in f (x) > 0 za vsak x (x 0,x 0 +δ). Potem je funkcija f na intervalu (x 0 δ,x 0 ) padajoča in na intervalu (x 0,x 0 +δ) naraščajoča. Torej je v x 0 lokalni minimum. Podoben razmislek velja za lokalni maksimum.

Če pa obstaja tak δ > 0, da je da je f (x) < 0 za vsak x (x 0 δ,x 0 ) (x 0,x 0 +δ), potem je funkcija f levo in desno od stacionarne točke padajoča. Podobno, če je f (x) > 0 za vsak x (x 0 δ,x 0 ) (x 0,x 0 +δ), potem je funkcija f levo in desno od stacionarne točke naraščajoča. Torej v tem primeru funkcija f v stacionarni točki nima lokalnega ekstrema.

Definicija Funkcija f je konveksna na intervalu [a,b], če za vsak [c,d] [a,b] in vsak x [c,d] velja f(x) f(c)+ f(d) f(c) (x c). d c Torej graf funkcije f na intervalu [c,d] leži pod premico skozi točki (c,f(c)), (d,f(d)).

Definicija Funkcija f je konkavna na intervalu [a,b], če za vsak [c,d] [a,b] in vsak x [c,d] velja f(x) f(c)+ f(d) f(c) (x c). d c Torej graf funkcije f na intervalu [c,d] leži nad premico skozi točki (c,f(c)), (d,f(d)).

Definicija Točka x 0 je prevoj funkcije f, če se v točki x 0 funkcija f spremeni iz konveksne v konkavno ali obratno. 2 1 1.0 0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 1 2

Izrek Naj bo f : [a,b] R dvakrat odvedljiva funkcija. Če je f (x) > 0 za vsak x (a,b), potem je f konveksna na intervalu [a, b]. Če je f (x) < 0 za vsak x (a,b), potem je f konkavna na intervalu [a, b]. Če je f (x 0 ) = 0 in drugi odvod pri prehodi skozi točko x 0 spremeni predznak, je x 0 prevoj funkcije f.

Izrek Naj bo f : [a,b] R dvakrat odvedljiva funkcija in naj bo x 0 (a,b) stacionarna točka funkcije f. Če je f (x 0 ) > 0, potem je v stacionarni točki x 0 lokalni minimum. Če je f (x 0 ) < 0, potem je v stacionarni točki lokalni maksimum.

Dokaz Denimo, da je f (x 0 ) > 0. Potem je f (x) naraščajoča funkcija in ker je f (x 0 ) = 0, levo od x 0 velja f (x) < 0, desno od x 0 pa velja f (x) > 0. Torej prvi odvod v stacionarni točki spremeni predznak iz negativnega v pozitivnega, zato je v x 0 lokalni minimum. Podobno za lokalni maksimum.

8 6 4 2 1.0 0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 2 4

Ekstrem zvezne funkcije na zaprtem intervalu Naj bo f : [a,b] R zvezna funkcija na zaprtem intervalu [a,b]. Potem smo pokazali, da funkcija f na tem intervalu zavzame največjo in najmanjšo vrednost. Če je funkcija odvedljiva, je točka, v kateri je ekstrem, stacionarna točka. Lahko pa je ekstrem tudi v krajiščih intervala ali tam, kjer funkcija sploh ni odvedljiva.

Primer Določimo vse ekstreme funkcije f(x) = (x 2 +x +2)(x 2 +x 2). Stacionarne točke so: x 1 = 0, x 2 = 1 2, x 3 = 1.

Primer Metoda najmanjših kvadratov: f(x) = (x a 1 ) 2 +...+(x a n ) 2 x = a 1 +...+a n n

L Hospitalovo pravilo Lahko se zgodi, da funkcija f v neki točki x 0 ni definirana, kljub temu pa obstaja limita funkcije f v točki x 0. Če definiramo vrednost funkcije f v točki x 0 s predpisom f(x 0 ) = lim x x0 f(x), potem pravimo, da smo odpravili nedoločenost funkcije f v točki x 0.

Pri odpravljanju nedoločenosti v točki x 0 funkcije f, ki jo lahko zapišemo v obliki f(x) = u(x) v(x), pri čemer je u(x 0 ) = v(x 0 ) = 0, si pomagamo z L Hospitalovim pravilom.

Izrek (L Hospitalov izrek) Naj bosta funkciji u in v odvedljivi v okolici točke a in naj bo u(a) = v(a) = 0. V tej okolici naj za x a velja v(x) 0 in v (x) 0. u Če obstaja lim (x) x a v (x), potem obstaja tudi lim x a u(x) v(x) in velja u(x) lim x a v(x) = lim u (x) x a v (x).

Dokaz Naj bo x > a element dovolj majhne okolice števila a. Označimo k = u(x) v(x) in definiramo funkcijo g(t) = u(t) kv(t) za vsak t [a,x]. Potem je g(a) = u(a) kv(a) = 0 in g(x) = u(x) kv(x) = 0. Funkcija g zadošča na intervalu [a, x] pogojem Rollovega izreka, zato obstaja taka točka x 0 (a,x), da je g (x 0 ) = 0.

Ker je g (t) = u (t) kv (t) in g (x 0 ) = 0, sledi, da je u (x 0 ) kv (x 0 ) = 0, in zato u(x) v(x) = u (x 0 ) v (x 0 ). Ko gre x a, gre tudi x 0 a in v limiti dobimo željeno enakost.

Primer Izračunajmo x 3 1 lim x 1 x 2 1 sinx in lim x 0 x