MATEMATIKA III Zapiski za ustni izpit

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

B) VEKTORSKI PRODUKT 1. 1) Pravilo desnega vijaka

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. 21. november Gregor Dolinar Matematika 1

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

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

Matematika 4 Zapiski s predavanj prof. Petra Legiše

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

Tretja vaja iz matematike 1

Matematika 1. Gabrijel Tomšič Bojan Orel Neža Mramor Kosta

FKKT Matematika 2. shxdx = chx+c. chxdx = shx+c. tanxdx = ln cosx +C. cotxdx = ln sinx +C. sin 2 x = cotx+c. cos 2 x = tanx+c. = 1 2 2a ln a+x a x

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

III. ODVODI FUNKCIJ ENE REALNE SPREMENLJIVKE

POGLAVJE 7. Nedoločeni integral. 1. Definicija, enoličnost, obstoj

IZPIT IZ ANALIZE II Maribor,

II. ŠTEVILSKE IN FUNKCIJSKE VRSTE

Matematika I. NTF Načrtovanje tekstilij in oblačil Zapiski ob predavanjih v šolskem letu 2006/07

1 Ponovitev matematike za kemijske inženirje

F(x) = f(x) dx. Nedoločenega integrala velikokrat ne moremo zapisati kot kombinacijo elementarnih funkcij, kot na primer integrale sin x

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

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

Analiza I. Josip Globevnik Miha Brojan

Funkcije več spremenljivk

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

ANALIZA 2. Zapiski predavanj. Milan Hladnik

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

FORMULE VEZANE UZ MATEMATIČKE KOLEGIJE PREDDIPLOMSKOG STUDIJA

Kotne in krožne funkcije

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

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

I. INTEGRIRANJE FUNKCIJ

Osnove matematične analize 2016/17

Kotni funkciji sinus in kosinus

4 INTEGRALI Neodredeni integral Integriranje supstitucijom Parcijalna integracija Odredeni integral i

Odred eni integrali. Osnovne osobine odred enog integrala: f(x)dx = 0, f(x)dx = f(x)dx + f(x)dx.

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

SKUPNE PORAZDELITVE VEČ SLUČAJNIH SPREMENLJIVK

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

ΠΑΡΟΡΑΜΑΤΑ ΕΚΔΟΣΗ 12 ΜΑΡΤΙΟΥ 2018

Odredjeni integral je granicna vrijednost sume beskonacnog broja clanova a svaki clan tezi k nuli i oznacava se sa : f x dx f x f x f x f x b a f

STATISTIKO UNIVERZITETNA ŠTUDIJSKA PROGRAMA LABORATORIJSKA BIOMEDICINA IN KOZMETOLOGIJA 1. LETNIK

4. Zapiši Eulerjeve dinamične enačbe za prosto osnosimetrično vrtavko. ω 2

LESARSKA ŠOLA MARIBOR M A T E M A T I K A USTNA VPRAŠANJA S PRIMERI ZA POKLICNO MATURO 2009/2010

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Matematika 4 Pisni izpit 22. junij Navodila

Izbrana poglavja iz matematike

Neodreeni integrali. Glava Teorijski uvod

(i) f(x, y) = xy + iy (iii) f(x, y) = e y e ix. f(z) = U(r, θ) + iv (r, θ) ; z = re iθ

= + injekcija. Rješenje 022 Kažemo da funkcija f ima svojstvo injektivnosti ili da je ona injekcija ako vrijedi

SATCITANANDA. F = e E sila na naboj. = ΔW e. Rudolf Kladnik: Fizika za srednješolce 3. Svet elektronov in atomov

Κεθάιαην Επηθακπύιηα θαη Επηθαλεηαθά Οινθιεξώκαηα

Funkcije dveh in več spremenljivk

2.6 Nepravi integrali

m i N 1 F i = j i F ij + F x

KODE ZA ODKRIVANJE IN ODPRAVLJANJE NAPAK

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

Zadatak 2 Odrediti tačke grananja, Riemann-ovu površ, opisati sve grane funkcije f(z) = z 3 z 4 i objasniti prelazak sa jedne na drugu granu.

L A TEX 2ε. mathematica 5.2

c = α a + β b, [sustav rješavamo metodom suprotnih koeficijenata]

Matematika 1. Gabrijel Tomšič Bojan Orel Neža Mramor Kosta

vezani ekstremi funkcij

Rijeseni neki zadaci iz poglavlja 4.5

Author : Πιθανώς έχει κάποιο λάθος Supervisor : Πιθανώς έχει καποιο λάθος.

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

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

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

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

Απειροστικός Λογισμός ΙΙ, εαρινό εξάμηνο Φυλλάδιο ασκήσεων επανάληψης.

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

σ (9) = i + j + 3 k, σ (9) = 1 6 k.

Errata (Includes critical corrections only for the 1 st & 2 nd reprint)

= 1. z n 1 = z z n = 1. f(z) = x 0. (0, 0) = lim

Mesh Parameterization: Theory and Practice

GRANIČNE VREDNOSTI FUNKCIJA zadaci II deo

Σηµειώσεις Μιγαδικής Ανάλυσης Θέµης Μήτσης

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

Dani vektor lahko ponazorimo z usmerjeno daljico, ki se začne v poljubni točki - pravimo tudi, da vektor vzporedno premaknemo v dano začetno točko.

Mate Vijuga: Rijeseni zadaci iz matematike za srednju skolu 2. ARITMETICKI I GEOMETRIJSKI NIZ, RED, BINOMNI POUCAK. a n ti clan aritmetickog niza

Prvi kolokvijum. y 4 dy = 0. Drugi kolokvijum. Treći kolokvijum

ΑΝΑΛΥΣΗ ΙΙ- ΠΟΛΙΤΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ ΦΥΛΛΑΔΙΟ 2/2012

II. LIMITA IN ZVEZNOST FUNKCIJ

f(w) f(z) = C f(z) = z z + h z h = h h h 0,h C f(z + h) f(z)

Matematika 1. Gabrijel Tomšič Bojan Orel Neža Mramor Kosta

6.642, Continuum Electromechanics, Fall 2004 Prof. Markus Zahn Lecture 8: Electrohydrodynamic and Ferrohydrodynamic Instabilities

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO MATEMATIKA III

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά - Σημειώσεις

Μιγαδική Ανάλυση. Δρ. Θ. Ζυγκιρίδης

Booleova algebra. Izjave in Booleove spremenljivke

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι ΣΔΕ Bernoulli, Riccati, Ομογενείς. Διαφορικές Εξισώσεις Bernoulli, Riccati και Ομογενείς

A 1 A 2 A 3 B 1 B 2 B 3

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):

Analiza 2 Rešitve 14. sklopa nalog

1 Ekstremi funkcija više varijabli

DOMAČA NALOGA pri predmetu Statika in Kinematika

Αθ.Κεχαγιας. v Λογισµος Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων και ιανυσµατικων Συναρτησεων. Σηµειωσεις : Θ. Κεχαγιας.

(ii) x[y (x)] 4 + 2y(x) = 2x. (vi) y (x) = x 2 sin x

Del 5. Vektorske funkcije in funkcije več spremenljivk

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

Delovna točka in napajalna vezja bipolarnih tranzistorjev

F (x) = kx. F (x )dx. F = kx. U(x) = U(0) kx2

Κεφάλαιο 1 Πραγματικοί Αριθμοί 1.1 Σύνολα

Transcript:

MATEMATIKA III Zpiski z ustni izpit 2 UNI Šolsko leto 2011/2012 Izvjlec Gregor olinr Avtor dokument Jernej Podlipnik mjn Sirnik UREJANJE OKUMENTA VERZIJA 01.01 ATUM 12.02.2012 OPOMBE

Priprv n ustni izpit iz Mtemtike III Jernej Podlipnik, mjn Sirnik 12. februr 2012 1. Ločn dolžin krivulje v prostoru Izrčunti mormo ločno dolžino krivulje r(t k ) = (x(t k ), y(t k ), z(t k )) r(t 0 ) = (x(t 0 ), y(t 0 ), z(t 0 )) Slik 1: Skic k ločni dolžini krivulje n (x(tk ) x(t k 1 )) 2 + (y(t k ) y(t k 1 )) 2 + (z(t k ) z(t k 1 )) 2 k=1 Uporbimo Lgrngeov izrek n 1 = (x (ξ k )) 2 (t k+1 t k ) 2 + (y (ξ k )) 2 (t k+1 t k ) 2 + (z (ξ k )) 2 (t k+1 t k ) 2 k=0 in v limiti n 1 = (x (ξ k )) 2 + (y (ξ k )) 2 ) + (z (ξ k )) 2 (t k+1 t k ) k=0 = β α (x (t)) 2 + (z (t)) 2 + (y (t)) 2 dt Linux Verzij 0.1, neprečiščeno besedilo. To delo je oblikovno s progrmskim pketom L A TEXv opercijskem sistemu 1

Se prvi, seštejemo mjhne delčke, s kterimi proksimirmo nšo krivuljo v prostoru. Pomgmo si lhko tudi z nrvno prmetrizcijo krivulje v prostoru. Nrvni prmeter s je tk prmeter, d je dolžin krivulje od zčetne točke 0 do točke T (x(s), y(s), z(s)) enk vrednosti s. 2. Tngent n krivuljo v prostoru Tngent je premic, ki njbolje proksimir krivuljo v dni točki. Z opis premice potrebujemo točko in smerni vektor. Točko že immo r(t 0 ). oločiti mormo še smerni vektor. 3. Ploskve v prostoru r(t) r(t 0 ) k t = lim = t t0 t t r(t) = (ẋ(t), ẏ(t), ż(t)) 0 Ploskve v prostoru lhko opišemo n več rzličnih nčinov () Eksplicitni zpis Ploskev je predstvljen z grfom funkcije z = f(x, y). Nprimer: z = 1 x 2 y 2 (b) Implicitni zpis ploskve Nj bo F funkcij treh spremenljivk x, y in z. Enčb F (x, y, z) = 0 potem določ ploskev v prostoru. Nprimer: F (x, y, z) = 1 x 2 y 2 z 2, to je enčb sfere. (c) Prmetrični zpis Vsko koordinto točke n ploskvi opišemo s funkcijo odvisno od dveh prmetrov, x = x(u, v), y = y(u, v) in z = z(u, v). x = cos ϕ cos ϑ 0 ϕ 2π Nprimer: y = sin ϕ cos ϑ π ϑ π z = sin ϑ ϕ, ϑ prmetr Če je z nekim prmetričnim zpisom res podn ploskev, preverimo tko, d izrčunmo nslednji izrz r u r v pri čemer je r(u, v) = (x(u, v), y(u, v), z(u, v)), r u in r v p st ustrezn prciln odvod. Če je r u r v 0, potem je z r = r(u, v) podn ploskev v prostoru. 4. Norml n ploskev Nj bo ploskev podn v prmetrični ozirom vektorski obliki r = r(u, v) = (x(u, v), y(u, v), z(u, v)) Če fiksirmo eneg izmed prmetrov, drugi p se spreminj nm tk zpis določ krivuljo n ploskvi. Nprimer: r 1 (u) = r(u, v 0 ), r 2 (v) = r(u 0, v) Omenjene krivulje, kjer je eden izmed prmetrov fiksen, drugi p se spreminj imenujemo koordintne krivulje. Koordintn krivulj leži n ploskvi (slik 2). Če zpišemo prmeter u kot funkcijo prmetr t in prmeter v prv tko kot funkcijo t, dobimo r(t) = r(u(t), v(t)) = (x(u(t), v(t)), y(u(t), v(t)), z(u(t), v(t))) 2

t 1 t 2 Slik 2: Skic koordintne kirvulje in njene tngente to p je enčb krivulje (sj immo smo en prmeter), ki leži n ploskvi r(u, v). oločimo smer tngente z to krivuljo d r dt = r = r u du dt + r v dv dt = r u u + r v v Ugotovili smo, d vse tngente n krivuljo, (ki ležijo n ploskvi in grejo skozi isto točko) ležijo v isti rvnini, določeni z vektorjem r u in r v. To rvnino imenujemo tngnetn rvnin ploskve v dni točki in t rvnin njbolje proksimir ploskev v dni točki. oločen je s točko in normlo n = r u r v. () Če je ploskev podn v prmetrični obliki, je norml n tngentno rvnino n = r u r v. (b) (c) Če je ploskev podn eksplicitno z = f(x, y), potem to pomeni, d z prmetr izberemo kr x in y. Potem je r(x, y) = (x, y, f(x, y)) r x (x, y) = (1, 0, f x (x, y)) = ( f x, f y, 1) r y (x, y) = (0, 1, f y (x, y)) i j k n = r x r y = 1 0 f x 0 1 f y Uvedemo novo oznko f x = z x = p, f y = z y = q. Torej je n = ( p, q, 1) Če je ploskev podn implicitno F (x, y, z) = 0. Če izrzimo spremenljivko z s pomočjo x in y, torej z = z(x, y), potem dobimo F (x, y, z(x, y)) = 0. Prcilno odvjmo po x in y, ter dobimo p = F x F z Norml je potem, ko jo pomnožimo z F z q = F y F z n = (F x, F y, F z ) 3

Vpeljimo še nslednje oznke z prmetrično podno ploskev r(u, v): E F G = r u r u = r u r v = r v r v Hitro se lhko prepričmo d je r u r v = EG F 2 Torej je enotsk norml n ploskev dn z enčbo 5. Integrli odvisni od prmetr ν = r u r v r u r v = r u r v EG F 2 Nj bo f zvezn funkcij dveh spremenljivk x in y, spremenljivk x leži n intervlu [, b], spremenljivk y p n intervlu [c, d]. oločeni integrl b f(x, y) dx (1) je potem odvisen smo od spremenljivke y, torej je funkcij spremenljivke y. F (y) = b f(x, y) dx (2) Integrl (enčb 1) imenujemo integrl s prmetrom, spremenljivko y p prmeter teg integrl. Oglejmo si kkšne lstnosti im integrl s prmetrom, torej funkcij (enčb 2). Izrek Nj bo f zvezn funkcij dveh spremenljivk, potem je funkcij F (enčb 2) zvezn funkcij. okz Oglejmo si, koliko se spremeni vrednost funkcije F, če se vrednost prmetr spremeni z mlo (z h): = b Torej je F zvezn funkcij. F (y + h) F (y) = b (f(x, y + h) f(x, y)) dx f(x, y + h) dx b b f(x, y) dx f(x, y + h) f(x, y) dx = h 0 0 4

6. Odvod integrl s prmetrom Izrek Če je funkcij f y zvezn n intervlu [, b] in intervlu [c, d] kot funkcij prmetr y. Potem je integrl s prmetrom (enčb 2) odvedljiv funkcij in velj okz df b dy (y) = f (x, y) dx y F (y + h) F (y) h b = 1 ( b ) f(x, y + h) dx f(x, y) dx h = 1 b ( ) f(x, y + h) f(x, y) dx h = b f(x, y + h) f(x, y) h dx h 0 b f y (x, y) dx Izrek Nj bo F (y) = v(y) u(y) f y zvezn funkcij, u, v zvezno odvedljivi. Sledi Skic dokz F (y) = v(y) u(y) f(x, y) dx, f y (x, y) dx + f(v(y), y)v (y) f(u(y), y)u (y) F (y) = G(y, v(y), u(y)) df dy = dg dy + G v dv dy + G u V drugem in tretjem členu n desni strni nstopd odvod integrl od zgornje meje ter odvod integrl od spodnje meje. Pri odvodu integrl od spodnje meje dobimo minus. 7. vojni integrl F (y) = v(y) u(y) du dy f y (x, y) dx + f(v, y)v f(u, y)u vojni integrl je dvodimenzionln posplošitev določeneg integrl funkcije ene spremenljivke. 5

z f(x, y) y (x, y) x Slik 3: vojni integrl Nj bo f : R, R 2 zvezn funkcij spremenljivk x in y n območju. f : (x, y) f(x, y) Torej: Grf funkcije f je ploskev v prostoru, prostornino med območjem in grfom funkcije f lhko izrčunmo n nslednji nčin: Območje rzdelimo n mnjš disjunktn podobmočj i. N vskem izmed podobmočij si izberemo neko točko(x i, y i ). efinirmo integrlsko vsoto lim n pl( i ) 0 n f(x i, y i ) pl( i ) i=1 Če obstj limit integrlskih vsot, ko gre n in gre ploščin vseh podobmočji proti nič, potem to limito imenujemo dvojni integrl funkcje f in pišemo n f(x i, y i ) pl( i ) = f(x, y) dxdy i=1 8. Prevedb dvojneg integrl n dvkrtneg vojni integrl rčunmo tko, d g prevedemo n dvkrtni integrl. Oglejmo si idejo, kko izepljemo prevedbo dvojneg integrl n dvkrtni integrl v posebnem primeru lepeg območj (slik 4). Funkcij f : R, R 2. Npišemo integrlsko vsoto Ko gre x 0 n f(x i, y i ) pl( i ) = i=1 = n f( x, ỹ)(x i+1 x i )(h(ξ i ) g(ξ i )) i=1 h(ξi ) n i=1 g(ξ i ) f( x, y) dy(x i+1 x i ) 6

y h(x) 01 01 01 01 01 01 01 g(x) b x Slik 4: K prevedbi dvojneg integrl b ( h(x) g(x) 9. Zmenjv vrstneg red integrirnj Izrek c ) f(x, y) dy dx Nj bo f zvezn funkcij dveh spremenljivk x [, b], y [c, d]. Potem obstj integrl funkcije F (y) = b f(x, y) dx in velj d ( b ) b ( d ) f(x, y) dx dy = f(x, y) dy dx Torej lhko zmenjmo vrstni red integrirnj funkcije dveh spremenljivk. Če immo pri tem integrlu meji konstntni pri prvem p odvisne od prmtr, potem lhko mejo u = u(x) opišemo kot funkcijo v = v(y), pri tem p drug mej postne konstnt. Primer: b Velikokrt tudi pišemo ( u2 (x) u 1 (x) d c ( b ) f(x, y) dy dx = d ) d f(x, y) dx dy = c 10. Uvedb novih spremenljivk v dvojni integrl c c ( v2 (y) dy v 1 (y) b ) f(x, y) dx dy f(x, y) dx Nj bo območje n rvnini (x, y). Opisli bi g rdi s pomočjo novih koordint u in v. Torej: x = x(u, v) in y = y(u, v). bo opis v novih koordinth imel smisel, mor en točk iz območj opisneg z x in y pripdti ntnko eni točki omočj opisneg z u in v. Z drugimi besedmi, preslikv med obem območjem mor biti bijektivn. 7

Kko vemo, d je preslikv, to je trnsformcij koordint v redu, torej bijektivn? Izrek Trnsformcij koordint je v redu, torej preslikv med območjem je bijektivn, če Jcobijev determinnt rzličn od nič okz opustimo J = x u Vpeljv novih spremenljivk se pozn v integrlu n nslednji nčin f(x, y) dxdy = f(u, v) J dudv S y u V nekterih primerih lhko dno območje v rvnini opišemo z drugimi spremenljivkmi n preprostejši nčin. Nprimer s polrnimi spremenljikmi, z ktere velj x = r cos ϕ in y = r sin ϕ, Jcobijev deterimnnt p je J = r. T uvedb nm pride prv pri okroglih definicijskih območjih. 11. Uporb dvojneg integrl v geometriji () Prostornin med grfom funkcije in rvnino Prostornin območj med rvnino (x, y) in ploskvijo, dno s predpisom z = f(x, y) nd območjem je enk: prostornin = f(x, y) dxdy Prostornin območj med ploskvm z = f 1 (x, y) in z = f 2 (x, y), z ktere velj f 1 f 2 prostornin = (f 1 (x, y) f 2 (x, y)) dxdy x v y v (b) Ploščin rvninskeg območj ploščin = (c) Površin ploskve dxdy pl S }{{} = pl ω }{{} površin mjhneg delčk n ploskvi površin ploskve = lim n pl ω k 0 projekcij teg delčk n rvnino (x, y) n p 2 + q 2 + 1 pl ω k = k=1 p 2 + q 2 + 1 }{{} dolžin normle p 2 + q 2 + 1 dxdy Površin ploskve, z ploskev dno v prmetrični obliki r = r(u, v), je dn z enčbo površin = EG F 2 dudv kjer so: E = r u r u, F = r u r v in G = r v r v. ω 8

12. Posplošeni dvojni integrl () Integrcijsko območje neomejeno V prvem primeru si oglejmo dvojni integrl n omejenem podobmočju r in če obstj limit dvojnih integrlov r f(x, y) dxdy, ko gre ploščin \ r 0, potem to limito imenujemo posplošeni integrl n območju in pišemo lim f(x, y) dxdy = f(x, y) dxdy \ r 0 r (b) Funkcij je neomejen Ko funkcij v neki točki ni definirn (ni omejen) to točko izrežemo iz območj skupj z neko okolico ε. Če obstj limit dvojnih integrlov, potem to limito imenujemo posplošeni integrl n območju in pišemo lim f(x, y) dxdy = f(x, y) dxdy ε 0 \ ε 13. Trojni integrl Nj bo dn funkcij f : V R, V R 3. Trojni integrl funkcije f n območju V definirmo n podoben nčin kot dvojni integrl. Območje V rzdelimo n mjhn disjunktn podobmočj, n vskem podobmočju izrčunmo vrednost funkcije v eni točki in nto definirmo integrlsko vsoto f(x i, y i, z i ) prostornin V i i Če obstj limit integrlskih vsot jo imenujemo trojni integrl in pišemo V i f(x, y, z) dxdydz Trojni integrl lhko izrčunmo tko, d g prevedemo n trikrtneg. b y2 (x) z2 (x,y) f(x, y, z) dxdydz = dx dy f(x, y, z) dz V y 1 (x) z 1 (x,y) Pri pretvorbi trojneg integrl n trikrtneg lhko izberemo šest rzličnih vrstnih redov integrirnj pri trikrtnemu. 14. Uvedb novih koordint v trojni integrl V veliko primerih integrirnj integrl ni lep. V tkih primerih je smiselno uvesti nove koordinte. V trojni integrl uvedemo nove koordinte n podoben nčin kot v dvojni integrl. Preslikv med območjem izržen v enih in v drugih koordinth mor biti bijektivn, v tem primeru je Jcobijev determinnt rzličn od nič, integrl v novih koordinth p je f(x, y, z) dxdydz = f(u, v, w) J dudvdw V 9 W

Pri čemer Jcobijevo determinno izrčunmo n nslednji nčin J = x u x v x w y u y v y w z u z v z w Velikokrt uporbljmo: Sferične koordinte x = r cos ϕ cos ϑ y = r sin ϕ cos ϑ z = r sin ϑ J = r 2 cos ϑ ilindrične koordinte x = r cos ϕ y = r sin ϕ z = z J = r 15. Uporb trojneg integrl v mehniki () Ms območj V, ki im gostoto podno s funkcijo ρ : V R ; ρ = ρ(x, y, z) m = ρ dxdydz (b) Nj im območje V gostoto ρ. Potem lhko zpišemo integrlsko vsoto z težišče in v limiti 1 m n x i m i = 1 m i=1 n i=1 Podobno določimo še koordinte z y in z: i=1 y 0 = V x i ρ(x i, y i, z i ) x i y i z i }{{} V i V xρ(x, y, z) dxdydz x 0 = ρ(x, y, z) dxdydz V V yρ(x,y,z) dxdydz V ρ(x,y,z) dxdydz z 0 = V zρ(x,y,z) dxdydz V ρ(x,y,z) dxdydz (c) Vztrjnostni moment. Immo msno točko z mso m in kotno hitrostjo ω. Želimo izrčunti kinetično energijo teles, ki se vrti okrog osi z. n 1 n 2 m iv1 2 1 = 2 ρ iω 2 (x 2 i + yi 2 1 ) x i y i z i = 2 ρ(x, y, z)ω2 (x 2 + y 2 ) dxdydz i=1 10 V

16. Opertor nbl = 1 2 ω2 ρ(x, y, z)(x 2 + y 2 ) dxdydz V }{{} vztrjnostni moment pri vrtenju okoli osi z Opertor nbl oznčujemo z in je definirn s predpisom = ( x, y, z ) Torej je grdient sklrneg polj: f = ( f x, f y, f z ) = ( x, y, z ) f. ivergenc vektorskeg polj: v. Rotor vektorskeg polj: rot v = v. 17. Grdient sklrneg polj Grdient je preslikv, ki nekemu sklrnemu polju priredi vektorsko polje. Ntnčneje. Nj bo f : V R, V R 3, odvedljiv sklrn funkcij. Potem je grdient te funkcije vektorsko polje definirno s predpisom grd f = V R 3 grd f = ( f x, f y, f z ) Pri vektorski nlizi večkrt uporbljmo zpis z opertorjem nbl ( ). f = grd f Norml tngentne rvnine n ploskev je enk grdientu te ploskve. okz n = grd f Implicitno podno ploskev f(x, y, z) = 0. Krivulj n ploskvi Odvjmo enčbo ( ) n t in dobimo r(t) f(x(t), y(t), z(t)) = 0 ( ) f x x t + f y y t + f z ( f z t = x, f y, f )( x z t, y t, z ) = 0 t grd f r = 0 Grdient ploskve je prvokotnen n smerni vektor tngente poljubne krivulje n ploskvi. Torej je grd f enk normli tngentne rvnine. 11

18. Smerni odvod sklrneg polj Znim ns, kj se dogj z vrednostjo sklrne funkcije v določeni smeri. Oglejmo si izrz f(x + sb 1, y + sb 2, z + sb 3 ) f(x, y, z) lim = ( f s 0 s x dx ds, f y dy ds, f z dz ds ) ( f x, f y, f z ) (b 1, b 2, b 3 ) = f b = grd f b Sklrno polje f se v točki T njhitreje spreminj v smeri grdf T 19. Potencil - potenciln funkcij vektorskeg polj Nekter vektorsk polj lhko zpišemo kot grdient nekeg sklrneg polj, torej v = grdf Tk polj potem imenujemo potencilno vektorsko polje, sklrno funkcijo f p potencil. Vektorsko polje je potencilno, če je rotor vektorskeg polj enk nič 20. ivergenc vektorskeg polj rot v = 0 ivergenc je opertor, ki vektorskemu polju priredi sklrno polje s predpisom div v = v 1 x + v 2 y + v 3 z ivergenco zpišemo z opertorjem nbl kot v. Trditev Izrčunjmo sedj divergenco grvitcijskeg vektorskeg polj p = c r r 3 Vemo d je p = grd f = grd c 1 r, torej je div p = c 1 r. ( = Lplce). Rčunmo ( x ) c x (x 2 + y 2 + z 2 ) 3/2 = c (x2 + y 2 + z 2 ) 3/2 x 3 2 (x2 + y 2 + z 2 ) 1/2 (x 2 + y 2 + z 2 ) 3 = c r3 3x 2 r r 6 = v r3 3x 2 r 5 Sledi: div p = c r 5 (r2 3x 2 + r 2 3y 2 + r 2 3z 2 ) = c r 5 (3r2 3(x 2 + y 2 + z 2 )) = 0 obimo div v = 0 ozirom c 1 r = 0. efinicij Če z vektorsko polje v velj, d je div v = 0, potem prvimo d je v solenoidlno. 12

21. Rotor vektorskeg polj Nj bo v lepo vektorsko polje v = (v 1, v 2, v 3 ) : R 3, R 3. Potem je rotor preslikv, ki vektorsko polje preslik v neko drugo vektorsko polje dno s predpisom rot v = i j k x y z v 1 v 2 v 3 Z opertorjem nbl se rotor zpiše rot v = v. Trditev 22. Lplceov opertor ( ) rot grd f = 0 Lplceov opertor sklrno funkcijo f preslik v sklrno funkcijo f = f xx + f yy + f zz Prcilno diferencilno enčbo f = 0 imenujemo Lplceov diferenciln enčb. Lplceov opertor lhko zpišemo z opertorjem nbl kot =. 23. Krivuljni integrl prve vrste Nj bo r = r(s) krivulj v prostoru R dn v prmetrični obliki in prmetrizirn z nrvnim prmetrom. n nj bo še sklrn funkcij f : R, R 3, pri čemer je lhko kr enko krivulji. (x 1, y 1, z 1 ) s n = β s 0 = α Slik 5: Skic k krivuljnem integrlu 1. vrste Krivuljo r(s) rzdelimo n mnjše dele, n vskem delu si izberemo neko vrednost. efinirmo integrlsko vsoto n f(x k, y k, z k ) (s k s k 1 ) }{{} k=1 s nrvni prmeter, ( r(s k )) r(s k 1 )) dr Če obstj limit integrlskih vsot, ko gre n in s k s k 1 0 z vsk k, potem to limito imenujemo krivuljni integrl prve vrste in pišemo f(x, y, z) ds = lim n s 0 k=1 n f(x k, y k, z k )(s k s k 1 ) 13

Neposredno iz definicije sledi, d z krivuljni integrl veljjo podobne lstnosti kot z ostle integrle f ds + g ds = (f + g) ds 1 2 1 2 = c f ds = c f ds f ds = f ds + 1 f ds 2 Če je krivulj izržen z nekim prmetrom t, torej x = x(t) y = y(t) z = z(t) ẋ = dx dt dx = ẋdt Potem dobimo: ds = ẋ 2 + ẏ 2 + ż 2 dt. Sledi Opomb β α f(x(s), y(s), z(s)) ds = b f(x(t), y(t), z(t)) ẋ 2 + ẏ 2 + ż 2 dt Smer integrirnj je določen z izbiro prmetr, s kterim je prmetrizirn krivulj. Po krivulji se premikmo v smeri nrščujočeg prmetr. 24. Krivuljni integrl druge vrste Nj bo krivulj r dn v prmetrični obliki, torej r = r(t) in nj bo v = (v 1, v 2, v 3 ) vektorsko polje, definirno vsj n krivulji r = r(t). Krivuljni integrl druge vrste je potem definirn kot b r(t) v d s = (v 1 (t), v 2 (t), v 3 (t)) ẋ2 ẋ2 + ẏ 2 + ż 2 dt + ẏ 2 + ż 2 = b 25. Greenov formul (v 1 (t), v 2 (t), v 3 (t)) (ẋ(t), ẏ(t), ż(t)) dt = (v 1 (t)ẋ(t) + v 2 (t)ẏ(t) + v 3 (t)ż(t)) dt }{{} sklrni produkt vektorskeg polj s tngento Nj bo odsekom gldk sklenjen krivulj v rvnini (x, y). Nj bost f in g prcilno zvezno odvedljivi funkciji n omejenem območju, ktereg rob je krivulj. Potem velj f dx + g dy = ( g x f y ) dxdy Integrirmo v pozitivni smeri. Torej Greenov formul povezuje integrl druge vrste in dvojni integrl. Krivulj je sklenjen in je rob območj. Skic dokz Greenove formule smo z lep območj, ki jih lhko preprosto opišemo z dvem funkcijm 14 b

y f y v(x) p(y) q(y) u(x) e b x x Slik 6: Greenov formul Izrčunjmo integrl f b y dxdy = v(x) f dx u(x) y dy = b r 1 (t) = (t, u(t))... spodnji del območj prmetrizirn s t r 2 (t) = (t, v(t))... zgornji del območj prmetrizirn s t b b (f(x, v(x)) f(x, u(x))) dx = = f(x, v(x)) dx f(x, u(x)) dx = ( f(x, u(x)) dx f(x, v(x)) dx) = ( f dx + f dx) = f dx (3) 1 2 Podobno izpeljemo, d je b b g x dxdy = g dy (4) c Steštejemo enčbo(3) in enčbo (4) ter dobimo Greenovo formulo. 26. Neodvisnost krivuljneg integrl od poti Krivuljni integrl druge vrste v d r = v 1 dx + v 2 dy + v 3 dz je neodvisen od poti, če je njegov vrednost enk ne glede n to po kteri (poti) krivulji pridemo iz zčtne v končno točko Izrek Nj bo v zvezno vektorsko polje n območju. Potem je integrl v d r neodvisen od poti n območju ntnko tedj, ko je v n potencilno vektorsko polje. Torej v = grd u, z neko sklrno polje u. Opomb Izrz v 1 dx+v 2 dy +v 3 dz je ekskten, če obstj sklrno polje u, d je du = v 1 dx+v 2 dy + v 3 dz, tko sklrno polje p obstj, če je u potencil vektorskeg polje v. Sledi, d je grd u d r = du = u T k T z 15

Izrek Krivuljni integrl v d r je n območju neodvisen od poti ntnko tedj, ko je krivuljni integrl v d r po zključeni krivulji 1 z območj enk 0 z vsko sklenjeno krivuljo 1 iz. okz - je preprost 1 T 2 T 1 2 Slik 7: K neodvisnosti krivuljneg integrl od poti Sledi v d r = 1 v d r 2 v d r 1 v d r = 0 2 v d r v d r = 0 v d r = 0 1 2 c 27. Ploskovni integrl 1. vrste Nj bo S gldk ploskev in nj bo v vski točki definirn tngentn rvnin. Nj bo S tudi orientirn ploskev (ploskev im dve strni, n drugo strn pridemo smo čez rob). Nj bo u sklrno polje definirno n S. Potem S rzdelimo n mnjše prcele in definirmo integrlsko vsoto n u(x i, y i, z i ) pl(s i ) i=1 Če obstj limit integrlskih vsot, ko gre n in površin prcel proti nič, potem to limito imenujemo ploskovni integrl 1. vrste in pišemo Izrčun ploskovneg integrl: s u ds = lim n pl(s i ) 0 n u(x i, y i, z i ) pl(s i ) Ploskev S njprej prmetrizirmo in upoštevmo, d izrčunmo površino po formuli pl S = EG F 2 dudv i=1 16

Torej je ds = EG F 2 dudv Ploskovni integrl 1. vrste, p s pomočjo dvojneg integrl izrčunmo po formuli f ds = f EG F 2 dudv 28. Ploskovni integrl 2. vrste S Pri rčunnju teg integrl, ki g imenujemo tudi pretok vektorskeg polj skozi ploskev S, n pretok vpliv smo tisti del vektorskeg polj, k je v smeri normle n ploskev, torej prvokotn projekcij vektorskeg polj n normlo. Ploskovni inegrl druge vrste je potem v ds = S S v ν ds ν je enotsk norml n ploskev. Ko ploskev S prmetrizirmo dobimo r u r v v EG F 2 dudv = EG F 2 v( r u r v ) dudv = v 1 v 2 v 3 x u y u z u dudv x v y v z v V posebnem primeru, ko ploskev S prmetrizirmo s spremenljivkm x in y, dobimo v ds (p, q, 1) = v p p 2 + q 2 + 1 2 + q 2 + 1 dxdy = v(p, q, 1) dxdy S 29. Gussov izrek Nj bo S gldk zključen ploskev in nj bo V območje v prostoru, ki g t ploskev omejuje. Nj bo v odvedljivo vektorsko polje, definirno n območju V z robom S. Potem velj div v dxdydz = v ds V Idej dokz Gussoveg izrek, ko je S še posebj lep ploskev, to pomeni, d vsk premic vzporedn z eno izmed koordintnih osi, sek ploskev S njveč dvkrt (krogl). Oglejmo si izrz V v 3 z dxdydz = = S z2 (x,y) ( z 1 (x,y) v 3 z S 2 v 3 n 3 ds }{{} zgornji del ploskve S S dz) dxdy = (v 3 (x, y, z 2 (x, y)) v 3 (x, y, z 1 (x, y))) dxdy S 1 v 3 n 3 ds }{{} spodnji del ploskve Podobno dobimo v 1 V x dxdydz = v 2 V y dxdydz = Izrze seštejemo in dobimo Gussovo formulo. 17 S S = S v 1 n 1 ds v 2 n 2 ds v 3 n 3 ds

30. Stoeksov izrek Nj bo gldk sklenjen krivulj, ki omejuje neko ploskev S v prostoru. Nj bo v odvedljivo vektorsko polje. Potem je rot v ds = v d r Krivulj je rob ploskve S. S Ploskev S projecirmo n rvnino (x, y) in dobimo neko območje v rvnini. Z to območje lhko uporbimo Greenovo formulo. Podobno nredimo projekciji n (x, z) in (y, z) rvnini in uporbimo Greenovo formulo tudi n teh projekcijh. Te Tri Greenove formule seštejemo in dobimo Stoeksovo formulo. 31. Zvez med Stokesovim izrekom in Greenovo formulo Greenov formul je poseben primer Stoeksove formule. Nj bo v = (f(x, y), g(x, y), 0). Ploskev S nj bo območje v rvnini (x, y). Oglejmo si, kj prvi Stokesov izrek v tem primeru rot v }{{} ds = v d r = f(x, y) dx + g(x, y) dy S c ν ds Sledi 32. Anlitičn funkcij rot v = S i j k x y z f(x, y) g(x, y) 0 = ( g x f y ) ( g x f y ) dxdy = f(x, y) dx + g(x, y) dy c Funkcij f :,, je nlitičn v z 0, če je v z 0 odvedljiv, hkrti p obstj še nek okolic z 0, tko d je f odvedljiv tudi v vski točki iz te okolice. enimo, d je funkcij f odvedljiv v točki z 0. Torej v z 0 obstj limit diferenčneg kvocient f(z + z) f(z) lim z 0 z Ker obstj limit, mormo dobiti isto vrednost, neglede n to, po kteri poti se bližmo z 0. Oglejmo si, kj dobimo če gremo proti z 0 po dveh poteh. (z leve in desne ter od zgorj in spodj) () Sprehodimo se vodorvno. Vemo, d je z = x + iy, z = x + i y. Pri vodorvni poti je z = x. 18

Nj bo f(z) = u(x, y) + iv(x, y) in z 0 = x 0 + iy 0. Sledi = lim x 0 f(z 0 + z) f(z 0 ) lim z 0 z u(x 0 + x, y 0 ) + iv(x 0 + x, y 0 ) u(x 0, y 0 ) iv(x 0, y 0 ) x = lim (u(x 0 + x, y 0 ) u(x 0, y 0 ) + i v(x 0 + x, y 0 ) v(x 0, y 0 ) = x 0 x x = = = u x (x 0, y 0 ) + i v x (x 0, y 0 ) (b) Sprehodimo se nto z = x + i y, pri nvpični z = i y. Sledi f(z 0 + z) f(z 0 ) u(x 0, y 0 + y) + iv(x 0, y 0 + y) u(x 0, y 0 ) iv(x 0, y 0 ) lim = lim z 0 z y 0 i y = 1 i ( u y (x 0, y 0 ) + i v y (x 0, y 0 )) = v y (x 0, y 0 ) i u y (x 0, y 0 ) Ker mormo v obeh primerih dobiti enk rezultt (sj obstjjo limite diferenčneg kvocient), je u x + iv x = v y iu y Sledi u x = v y in v x = u y Ti dve enčbi imenujemo uchy-riemnnov pogoj. 33. uchy-riemnnovi enčbi Izrek Nj bo f(z) = u(x, y) + iv(x, y) funkcij kompleksne spremenljivke. Potem je f nlitičn funkcij v z 0 ntnko tedj, ko v točki z 0 = x 0 + iy 0 velj uchy-riemnov pogoj (glej še obrzložitev pri prejšni točki) 34. Hrmoničn funkcij Tisti pogoj. 35. Konstrukcij funkcije e z u x = v y in v x = u y u xx + u yy = 0 in v xx + v yy = 0 Zhteve funkcije: f(z) = e z = e x (cos x + i sin x) e z = e x z vs kompleksn števil z, ki imjo imginrni del enk 0 (torej se kompleksn in eksponentn funkcij ujem z eksponentno funkcijo relnih števil) 19

d dz ez = e z e z je nlitičn funkcij Zpišimo e z = u(x, y) + iv(x, y) Odvjmo in dobimo (kr sledi iz druge zhteve) u x (x, y) + iv x (x, y) = u(x, y) + iv(x, y) Sledi u x = u in v x = v = u(x, y) = G(y)e x Sedj upoštevmo tretjo zhtevo, torej z u in v velj uchy-riemnov pogoj u x = v y in u y = v x v = v x = u y = G (y)e x v = ( )v x = u y = G (y)e x v y = v xy = G (y)e x v y = ( )u x = ( )u = G(y)e x Sledi: G(y)e x = G (y)e x, torej G (y) + G(y) = 0 G = A sin y + B cos y Sledi, d je: e z = e x (A sin y + B cos y) + ie x ( A cos y + B sin y) Upoštevmo še, d je e z = e x z y = 0, torej e z = e x (A 0 + B 1) + ie x ( A cos y + B sin y) Sledi: Velj: Opzimo d je Torej f(z) = e z ni injektivn. 1 = B ia = A = 0, B = 1 e z = e x (cos y + i sin y) e iy = cos y + i sin y e iy = cos 2 y + sin 2 y = 1 e iϕ = cos ϕ + i sin ϕ e iϕ = e iϕ+2kπ 20

36. Funkcije cos z, sin z, coshz, sinhz in log z Kj je z inverzom f(z) = e z?? Kj bi bil logritem kompleksne spremenljivke? Zpišemo Potem mor veljti e w = z Sledi () e u = z in zto u = log z (b) e iv = e iϕ in zto v = ϕ + 2kπ Sledi w = log z log z = log z + i(ϕ + 2kπ) To ni funkcij, sj je k poljuben, torej ni enolično določen. Če vzmemo k = 0, dobimo glvno vrednost logritm. To je inverzn funkcij funkcije e z zožene n območje, kjer je e z injektivn. efinirmo potenco kompleksneg števil z w, pri čemer z, w. Potem je definrn s pomočjo eksponentne funkcije Veljjo vse običjne zveze med temi funkcijmi. z w = e w log z sin z = eiz e iz 2i cos z = eiz + e iz 2 tn z = sin z cos z sinh z = ez e z 2 cosh z = ez + e z 37. Integrcij v kompleksni rvnini ne nujno nlitičnih funkcij Nj bo gldk, lep krivulj v kompleksni rvnini. Nj bo f funkcij kompleksne spremenljivke. Njen integrl po krivulji definirmo s pomočjo integrlskih vsot n f(ξ k ) z k k=1 2 21

Če obstj limit integrlskih vsot, ko gre z k 0 in n, potem jo imenujemo integrl funkcije kompleksne spremenljivke po krivulji in pišemo f(z) dz Kko izrčunti integrl f(z) dz? Zpišimo z = x + iy dz = dx + idy f(z) = u(x, y) + iv(x, y) Sledi f(z) dz = = = (u(x, y) + iv(x, y))(dx + idy) u(x, y) dx + iv(x, y)dy + i v(x, y) dx + u(x, y) dy (u(x, y) v(x, y)) d r + i (v(x, y) u(x, y)) d r obimo dv krivuljn integrl druge vrste, ki g rešimo tko, d krivuljo prmetrizirmo, se prvi x = x(t), y = y(t), upoštevmo dx = ẋ dt, dy = ẏ dt in dobimo običjni integrl β α (u(x(t), y(t))ẋ v(x(t), y(t))ẏ) dt + i β α (v(x(t), y(t))ẋ + u(x(t), y(t))ẏ) dt N tk nčin znmo izrčunti integrl funkcije kompleksne spremenljivke. V tem primeru ni nujno, d je funkcij zelo lep (t.j. nlitičn). Nprimer n tk nčin zmo izrčunti z dz po neki krivulji. Velj: f(z) dz + 1 2 1 2 = g(z) dz = α f ds = α (f(z) + g(z)) dz f ds f(z) dz = f(z) dz + 1 f(z) dz 2 38. Integrl funkcije (5) 1 (z z 0 ) n (5) Izrčunjmo, pri tem bomo uporbili formulo z z 0 = re iϕ, kjer je krožnic s polmerom r in središčem v z 0 in dz = re iϕ i dϕ 1 2π ( 1 ) n+1 dz = 0 (z z 0 ) n+1 re iϕ 0 re iϕ i dϕ = 1 2 r n i 2πe inϕ dϕ = i 2π 0 r n (cos nϕ i sin nϕ) dϕ 0 22

Če je n 0, dobimo kot rezultt integrl sinus in kosinus, ki st periodični funkciji s periodo 2π. Torej je v tem primeru integrl enk 0. Če je n = 0, dobimo i 2π r 0 1 dϕ = 2πi. Torej je integrl, sedj npisno tko kkor v vpršnju enk { 1 2πi če n = 1 0 (z z 0 ) n = 0 če n 1 Območje je enostvno povezno, če lhko sklenjeno krivuljo skrčimo v točko. sklenjen krivulj sm sebe ne sek. Enostvn 39. uchy-jev integrlsk formul Izrek Nj bo f nlitičn funkcij n območju in nj bo f zvezn n robu območj, ki nj bo sklenjen krivulj. Nj bo z 0. Potem je f(z 0 ) = 1 f(z) dz 2πi z z 0 Opomb Izrek pove, d je kterkoli vrednost nlitične funkcije f n območju ntnko določen z vrednostmi funkcije n robu območj. okz Ker je funkcij c f(z) z z 0 nlitičn povsod n območju med krivuljo in krožnico 0 s središčem v z 0, hitro sledi, d je Vemo, d je Sledi 0 f(z) dz = z z 0 0 f(z) z z 0 dz 0 1 z z 0 dz = 2πi f(z) f(z 0 ) + f(z) f(z 0 ) f(z 0 ) dz = dz = z z 0 0 z z 0 0 dz z z 0 }{{} f(z 0 )2πi f(z) f(z 0 ) + dz (6) 0 z z 0 Pokžimo, d je integrl 0 f(z) f(z 0 ) z z 0 dz = 0 23

Ocenimo, in pri drugem upoštevmo d je f nlitičn, torej zvezn, če krogec f(z) f(z 0 ) ε in 0 dovolj mjhen f(z) f(z 0 ) f(z) f(z 0 ) ε dz dz dz = ε dz = ε2π 0 z z 0 0 z z 0 z z 0 r 0 Če je polmer r krožnice 0 dovolj mjhen potem lhko ocenimo, d je f(z) f(z 0 ) dz ε2π 0 z z 0 Z pojubno mjhen ε, torej Sledi po enčb (6), d je torej, je končn formul enk 40. Integrcijsk formul z f (n) (z 0 ) 0 0 f(z) f(z 0 ) z z 0 dz = 0 f(z) z z 0 dz = f(z 0 ) 2πi f(z 0 ) = 1 2πi Izrek(uchyjev integrlsk formul, posplošen) f(z) z z 0 dz Če je f nlitičn funkcij n lepem območju z robom, potem z poljubno notrnjo točko z 0 velj f (n) (z 0 ) = n! f(z) dz 2πi (z z 0 ) n+1 Torej so z nlitično funkcijo f nlitične tudi vse funkcije f (n). Torej je nlitčn funkcij, torej odvedljiv, je vtomtično neskončnokrt odvedljiv. Skic dokz Rčunmo f f(z 0 + z) f(z 0 ) (z) = lim z 0 z = lim z 0 = lim z 0 1 2πi z 1 2πi z 1 ( 1 f(z) = lim z 0 z 2πi z (z 0 + z) dz 1 2πi f(z) (z z 0 ) f(z) (z z 0 z) dz (z (z 0 + z))(z z 0 ) f(z) z (z (z 0 + z))(z z 0 ) dz = 1 f(z) 2πi (z z 0 ) 2 dz = f (z 0 ) f(z) ) dz z z 0 N enk nčin izpeljemo formulo z višje odvode. 41. Lurentov vrst 24

() Funkcijsk vst funkcije kompleksne spremenljivke je oblike Konvergenčni rdij f(z) = f 1 (z) + f 2 (z) + f 3 (z) +... r = lim f n+1 n f n (b) Tylorjev vrst funkcije kompleksne spremenljivke f(z) = n=0 f (n) (z 0 ) (z z 0 ) n f(z)...nlitičn n! (c) Lurentov vrst Nj bo f nlitičn n dveh koncentričnih krožnich 1 in 2 ter n kolobrju med njim. Potem se d funkcij f zpisti v obliki Lurentove vrste Pri čemer so f(z) = n (z z 0 ) n + n=0 } {{ } n = 1 2πi c n = 1 2πi n=1 c n (z z 0 ) n } {{ } f(w) dw (w z 0 ) n+1 f(w)(w z 0 ) n 1 dw krivulj p je skelnjen krivulj, znotrj kolobrj, ki objem singulrnost z 0. Prvi del Lurentove vrste ( ) imenujemo regulrni del, drugi del ( ) p glvni del Lurentove vrste. Člen c 1 v Lurentovi vrsti imenujemo residiuum funkcije f v točki z 0 okrog ktere smo rzvili Lurentovo vrsto. Lurentovo vrsto lhko zpišemo tudi v obliki Pri čemer je n = c n, torej f(z) = n= n = 1 2πi 25 n (z z 0 ) n f(w) dw (w z 0 ) n+1

42. Residdum, singulrnosti vrste Residuum funkcije f v točki z 0 je koeficient 1 pri členu (z z 0 ) 1 pri rzvoju funkcije v Lurentovo vrsto okrog točke z 0. Res z=z0 f(z) = 1 = 1 f(z) dz 2πi Pogoj: nlitičnost funkcije f n koncentričnih krogih. f(z) dz = 2πi 1 enimo d im funkcij f v točki z 0 singulrnost, potem ločimo tri vrste singulrnosti. () Če so vsi členi c n, n = 1, 2, 3,... pri rzvoju funkcije f v Lurentovo vrsto v okolici z 0, enki nič, potem je z 0 odprvljiv singulrnost. (b) Če so vsi členi c n, n = n 0, n 1,.. enki nič, c n1 0, je v z 0 pol n-teg red. (c) Če je neskončno členov c n rzličnih od 0, je v z 0 bistven singulrnost. Rčunnje residuov: () Če im funkcij f v točki z 0 pol prve stopnje, rčunmo Res z=z0 f(z) = lim z z0 (z z 0 )f(z) (b) Če im funkcij f v točki z 0 pol m-te stopnje, rčunmo 43. Izrek o residuih Res z=z0 f(z) = 1 (m 1)! lim d m 1 ( (z z0 z z 0 dz m 1 ) m f(z) ) Nj bo f nlitičn n območju rzen v končno monogo singulrnih točkh znotrj območj. Potem je n f(z) dz = 2πi Res z=zi f(z) = z i...singulrnost znotrj krivulje 44. Rčunnje relnih integrlov s pomočjo integrcije v kompleksnem () Integrl rcionlne funcije izrzov cos ϕ, sin ϕ n intervlu [0, 2π]. 2π Pri čemer je R rcionln funkcij, nprimer 0 i=1 R(cos ϕ, sin ϕ) dϕ 2π 0 cos 2 ϕ 1 2 + sin ϕ dϕ (7) 26

Tke integrle lhko izrčunmo s pomočjo izrek o residuumih. Uvedemo novo spremenljivko z = e iϕ dz = e iϕ i dϕ in zto cos ϕ = eiϕ + e iϕ 2 sin ϕ = eiϕ e iϕ 2i = z + z 1 2 = z z 1 2i Pomenbno, ker integrirmo od 0 do 2π, v kompleksnem integrirmo e iϕ od 0 do 2π, to p je rvno krožnic s polmerom 1, torej zključen krivulj. V konkretnem primeru (enčb 7) dobimo 2π 0 cos 2 ϕ 1 2 + sin ϕ dϕ = ( z+z 1 2 ) 2 1 2 + ( z+z 1 2i ) (b) Rčunnje integrlov rcionlne funkcije, pri čemer je stopnj v imenovlcu vsj z 2 večj od stopnje v števcu, n intervlu [, ]. Nprimer x 2 1 x 4 + 2x dz Pišemo z = x in definirmo krivuljo n n nslednji nčin (slik 8). dz iz 2n n 1n n Slik 8: Skic k ločni dolžini krivulje n je zključen krivulj, torej je integrl n f(z) dz enk vsoti residuumov znotrj krivulje. Rzdelimo krivuljo n n dv del 1n in 2n. Potem je 45. Konformne preslikve f(z) dz = f(z) dz } n {{}} 1n {{} Res zgornje polrvnine f(x)dx + f(z) dz } 2n {{} 0 Konformn preslikv je preslikv f :, ki ohrnj kote in orientcijo. 27

f f( 1) α 1 f( 2) α 2 Slik 9: Konformn preslikv Nj bo f nlitičn funkcij. f (z) = 0. Primeri konforminh preslikv: Potem je f konformn preslikv, rzen v točkh, kjer je f(z) = w 0 + z, trnslcij f(z) = ze iϕ, rotcij f(z) = r z, rzteg f(z) = 1 z, inverzij 46. Lomljen linern trnsformcij Möbesuv li lomljen linern trnsformcij je preslikv oblike pri čemer, b, c, d. Izrek f(z) = z + b cz + d Möbisov preslikv je kompozitum trnslcij, rotcije, rzteg in inverzije. Möbisuv preslikv preslik množico krožnic in premic v množico krožnic in premic. 28