TEMA 7: INTEGRALE NEDEFINITE. Obiective:

Σχετικά έγγραφα
Integrala nedefinită (primitive)

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

SEMINAR 14. Funcţii de mai multe variabile (continuare) ( = 1 z(x,y) x = 0. x = f. x + f. y = f. = x. = 1 y. y = x ( y = = 0

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

Curs 4 Serii de numere reale

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

Curs 1 Şiruri de numere reale

Ecuatii exponentiale. Ecuatia ce contine variabila necunoscuta la exponentul puterii se numeste ecuatie exponentiala. a x = b, (1)

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

Capitolul 4. Integrale improprii Integrale cu limite de integrare infinite

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

Seminar 5 Analiza stabilității sistemelor liniare

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

SEMINAR TRANSFORMAREA FOURIER. 1. Probleme

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

T R A I A N ( ) Trigonometrie. \ kπ; k. este periodică (perioada principală T * =π ), impară, nemărginită.

Ecuatii trigonometrice

Laborator 6. Integrarea ecuaţiilor diferenţiale

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

Curs 2 Şiruri de numere reale

Functii Breviar teoretic 8 ianuarie ianuarie 2011

2.1 Sfera. (EGS) ecuaţie care poartă denumirea de ecuaţia generală asferei. (EGS) reprezintă osferă cu centrul în punctul. 2 + p 2

Fie I R un interval deschis, G R n, n 1, un domeniu şi f : I G R n. Forma generala a unei ecuaţii diferenţiale de ordinul întâi este: = f(x, y).

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

SERII NUMERICE. Definiţia 3.1. Fie (a n ) n n0 (n 0 IN) un şir de numere reale şi (s n ) n n0

TEMA 9: FUNCȚII DE MAI MULTE VARIABILE. Obiective:

Sisteme de ecuaţii diferenţiale

EDITURA PARALELA 45 MATEMATICĂ DE EXCELENŢĂ. Clasa a X-a Ediţia a II-a, revizuită. pentru concursuri, olimpiade şi centre de excelenţă

z a + c 0 + c 1 (z a)

CURS VII-IX. Capitolul IV: Funcţii derivabile. Derivate şi diferenţiale. 1 Derivata unei funcţii. Interpretarea geometrică.

Ecuaţia generală Probleme de tangenţă Sfera prin 4 puncte necoplanare. Elipsoidul Hiperboloizi Paraboloizi Conul Cilindrul. 1 Sfera.

Capitolul 4 PROPRIETĂŢI TOPOLOGICE ŞI DE NUMĂRARE ALE LUI R. 4.1 Proprietăţi topologice ale lui R Puncte de acumulare

Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR

MARCAREA REZISTOARELOR

Concurs MATE-INFO UBB, 25 martie 2018 Proba scrisă la MATEMATICĂ

Fişier template preliminar

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

Subiecte Clasa a VII-a

Lectia VI Structura de spatiu an E 3. Dreapta si planul ca subspatii ane

2 Transformări liniare între spaţii finit dimensionale

Cursul Măsuri reale. D.Rusu, Teoria măsurii şi integrala Lebesgue 15

riptografie şi Securitate

Seminariile Capitolul IX. Integrale curbilinii

Toate subiectele sunt obligatorii. Timpul de lucru efectiv este de 3 ore. Se acordă din oficiu 10 puncte. SUBIECTUL I.

CONCURS DE ADMITERE, 17 iulie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

1Ecuaţii diferenţiale

Laborator 11. Mulţimi Julia. Temă

Progresii aritmetice si geometrice. Progresia aritmetica.

Concurs MATE-INFO UBB, 1 aprilie 2017 Proba scrisă la MATEMATICĂ

Siruri de numere reale

SEMINAR TRANSFORMAREA LAPLACE. 1. Probleme. ω2 s s 2, Re s > 0; (4) sin ωt σ(t) ω. (s λ) 2, Re s > Re λ. (6)

Ion CRĂCIUN CAPITOLE DE MATEMATICI SPECIALE EDITURA PIM

VII.2. PROBLEME REZOLVATE

1. Scrieti in casetele numerele log 7 8 si ln 8 astfel incat inegalitatea obtinuta sa fie adevarata. <

APLICAŢII ALE CALCULULUI DIFERENŢIAL. Material pentru uzul studenţilor de la FACULTATEA DE

Spatii liniare. Exemple Subspaţiu liniar Acoperire (înfăşurătoare) liniară. Mulţime infinită liniar independentă

Principiul Inductiei Matematice.


O generalizare a unei probleme de algebră dată la Olimpiada de Matematică, faza judeţeană, 2013

BARAJ DE JUNIORI,,Euclid Cipru, 28 mai 2012 (barajul 3)

INTERPOLARE. y i L i (x). L(x) = i=0

1 Formula Black-Scholes

Subiecte Clasa a VIII-a

J F (ρ, ϕ, θ) = cos ϕ ρ sin ϕ 0. Teoremă (a diferenţiabilităţii compuse) (legea lanţului) Fie F : D deschis

Capitolul 7 DERIVATE. DIFERENŢIALE

Seminar Algebra. det(a λi 3 ) = 0

FENOMENE TRANZITORII Circuite RC şi RLC în regim nestaţionar

8 Intervale de încredere

Capitolul 3. Serii Fourier. a unei funcţii periodice de perioadă Dezvoltarea în serie Fourier

( ) ( ) ( ) Funcţii diferenţiabile. cos x cos x 2. Fie D R o mulţime deschisă f : D R şi x0 D. Funcţia f este

SEMINARUL 3. Cap. II Serii de numere reale. asociat seriei. (3n 5)(3n 2) + 1. (3n 2)(3n+1) (3n 2) (3n + 1) = a

Orice izometrie f : (X, d 1 ) (Y, d 2 ) este un homeomorfism. (Y = f(x)).

f(x) = l 0. Atunci f are local semnul lui l, adică, U 0 V(x 0 ) astfel încât sgnf(x) = sgnl, x U 0 D\{x 0 }. < f(x) < l +

Puncte de extrem pentru funcţii reale de mai multe variabile reale.

* K. toate K. circuitului. portile. Considerând această sumă pentru toate rezistoarele 2. = sl I K I K. toate rez. Pentru o bobină: U * toate I K K 1

avem V ç,, unde D = b 4ac este discriminantul ecuaţiei de gradul al doilea ax 2 + bx +

1.3 Baza a unui spaţiu vectorial. Dimensiune

Lucrare. Varianta aprilie I 1 Definiţi noţiunile de număr prim şi număr ireductibil. Soluţie. Vezi Curs 6 Definiţiile 1 şi 2. sau p b.

CONCURSUL DE MATEMATICĂ APLICATĂ ADOLF HAIMOVICI, 2017 ETAPA LOCALĂ, HUNEDOARA Clasa a IX-a profil științe ale naturii, tehnologic, servicii

Integrale cu parametru

Profesor Blaga Mirela-Gabriela DREAPTA

7 Distribuţia normală

Fig Impedanţa condensatoarelor electrolitice SMD cu Al cu electrolit semiuscat în funcţie de frecvenţă [36].

Examen AG. Student:... Grupa:... ianuarie 2011


2. Sisteme de forţe concurente...1 Cuprins...1 Introducere Aspecte teoretice Aplicaţii rezolvate...3

Criptosisteme cu cheie publică III

Transcript:

TEMA 7: INTEGRALE NEDEFINITE 61 TEMA 7: INTEGRALE NEDEFINITE Obiective: Definirea principalelor proprietăţi matematice ale integralelor nedefinite Analiza principalelor proprietăţi matematice ale ecuaţiilor diferenţiale Aplicaţii economice ale integralelor nedefinite Aplicaţii economice ale ecuaţiilor diferenţiale Conținut: 71 Proprietăţile integralelor nedefinite 6 7 Ecuaţii diferenţiale 65 73 Aplicaţii economice ale integralelor nedefinite 66 731 Costul total şi profitul total 66 73 Consumul şi venitul naţional 66 733 Aplicaţii ale ecuaţiilor diferenţiale 67 74 Concepte cheie 67

6 MODULUL 4: MODELE DE CALCUL INTEGRAL 71 Proprietățile integralelor nedefinite În multe situaţii practice, dispunem de informaţii asupra ratei de schimbare a unei funcţii pe care a denumit-o funcţia marginală şi ne interesează să determinăm funcţia iniţială Acest tip de probleme aplicative ne conduce din punct de vedere matematic la determinarea unei funcţii atunci când se cunoaşte derivata acelei funcţii Definiţia 71: Funcţia F se numeşte primitiva (funcţia primitivă sau antiderivata) funcţiei f pe intervalul ( a, b) dacă în orice punct x ( a, b) funcţia F este derivabilă şi F = f Dacă F este primitiva funcţiei f pe intervalul ( a, b), atunci, în mod evident, funcţia F + K (unde K este o constantă) este, de asemenea, o primitivă a funcţiei f pe intervalul ( a, b) În general, două primitive ale aceleiaşi funcţii diferă între ele printr-o constantă Definiţia 7: Mulţimea tuturor primitivelor unei funcţii f pe intervalul ( a b) numeşte integrala nedefinită a funcţiei f şi se notează: În această notaţie, semnul numeşte elementul de integrare x, se f (71) se numeşte semnul de integrală, iar expresia ( Dacă F ( ) este una din primitivele funcţiei f pe intervalul ( a b) f = F + K,, atunci f x) se (7) unde K este o constantă arbitrară, respectiv o nedeterminată ce poate să parcurgă toate numerele reale Operaţia de determinare a primitivei sau a integralei nedefinite a funcţiei f se numeşte integrarea funcţiei f Vom discuta în continuare proprietăţile de bază ale integralei nedefinite Aceste proprietăţi ale operaţiilor cu integrale sunt: (1) [ f ± g ] = f ± g + K () [ α f ] = α f + K, = ; (73) α constant (74) Vom enumera în cele ce urmează primitivele principalelor funcţii ce apar în modelele economice, care formează tabloul integralelor nedefinite de bază: 0 = K ; (75) 1 = x + K ; (76) α + 1 α x x = + K α + 1, ( α 1); (77)

TEMA 7: INTEGRALE NEDEFINITE 63 1 = ln x + K, ( x 0 ); x (78) x x a a = + K, ( 0 < a 1); ln a (79) x x e = e + K ; (710) 1 x = arctan + K, a 0 ; x + a a a (711) 1 x a = ln + K, a 0, x a ; (71) x a a x + a x a = arcsin x a + K, 0 a, x ( a, a) ( x + x + a ) + K ; (713) = ln (714) x + a Să analizăm şi două proprietăţi care sunt consecinţe imediate ale definiţiei date pentru integrala nedefinită, care implică faptul că simbolurile d (de diferenţiere) şi (de integrare) se anulează reciproc Au loc proprietăţile: ; df x = F x + K (a) d f = f (b) ( ) ( ) Să investigăm acum principalele metode de integrare Prima metodă este metoda directă, care constă în aplicarea directă, acolo unde este posibil, a proprietăţilor operaţiilor cu integrale (73) şi (74), precum şi formulele de integrare (75) (714) Una din cele mai uzuale metode de integrare este integrarea prin schimbare de variabilă (sau prin substituţie) Metoda se bazează pe proprietatea că dacă t ϕ primitiva F () t, adică: ( t) dt = F( t) + K atunci există primitiva funcţiei f [ ϕ ] ϕ, adică: f [ ] ϕ = F[ ϕ ] + K =, iar f () t are f, (715) ϕ (716) Integrarea prin părţi este una din cele mai eficace metode de integrare şi se bazează pe proprietatea următoare Să presupunem că funcţiile u şi v sunt derivabile Atunci are loc relaţia: v = u v v u u (717) Ţinând cont de proprietăţile diferenţialei, relaţia (717) se mai poate scrie: u dv = u v v du (718)

64 MODULUL 4: MODELE DE CALCUL INTEGRAL Să detaliem acum metodele de integrare a funcţiilor raţionale, de forma: P şi Q sunt polinoame Să analizăm mai întâi integralele de tipul: P Q, unde mx + n Metoda generală de rezolvare a acestui tip de integrală constă în aducerea trinomului de gradul al doilea la forma unei sume sau diferenţe de pătrate: ( x + p) q = a + unde p şi q sunt constante În plus, dacă m = 0, metoda conduce la una din formulele de integrare (711) sau (71) Dacă m 0, dăm factor comun la numărător derivata ax + b a trinomului de gradul al doilea şi avem: m mb ( ax + b) + n mx + n a = a I = = m ( ax + b) mb 1 = + n + + a ax bx c a În prima integrală facem schimbarea de variabilă = t, de unde ( ax + b) = dt, iar a doua integrală este de tipul discutat mai sus Obţinem: m mb 1 I = ln + n a a În general, pentru rezolvarea integralelor raţionale se aduce expresia la forma P ireductibilă, unde gradp < gradq Mai întâi descompunem polinomul Q sub Q forma: Q ( x a) α ( x l) λ = K, unde a, l Q x, cu ordinele de multiplicitate respectiv α,k, λ Metoda constă în descompunerea în fracţii simple, scriind:,k sunt rădăcinile reale diferite ale polinomului ( ) P Q A1 A Aα + + + x a ( x a) ( x a) = α Pentru determinarea coeficienţilor identificarea cu P K +K L x l, L 1 λ + + K+ 1, A,, Aα, K, L1, L, K, fie prin atribuirea de valori convenabile Pentru integrarea expresiilor iraţionale de forma: L ( x l) ( x a) λ A K, L procedăm fie prin mx + n, procedăm la descompunerea în sumă sau diferenţă de pătrate a trinomului de la numitor şi apoi aplicăm o metodă analogă metodei analizate pentru expresiile raţionale, aplicând formulele de calcul (713) sau (714) λ

TEMA 7: INTEGRALE NEDEFINITE 65 Pentru integralele iraţionale de tipul:, facem schimbarea de ( mx + n ) 1 variabilă = t şi explicitându-l pe x în funcţie de t şi diferenţiind se obţine o integrală mx + n de tipul celei de mai sus 7 Ecuații diferențiale Să ne reamintim că am introdus noţiunea de derivată ca fiind rata de schimbare instantanee a unei funcţii y = f () t şi am notat această rată de schimbare în timp cu dy dt În foarte multe procese de creştere, din domeniul economic, dar şi alte domenii cum sunt fizica, biologia sau ştiinţele sociale, rata de schimbare în timp a cantităţii unui element este proporţională cu cantitatea actuală a acelui element Această proprietate se poate scrie sub forma: dy = ky, ( k = constant ) (719) dt O ecuaţie de tipul de mai sus se numeşte o ecuaţie diferenţială, deoarece ea conţine diferenţiale sau derivate Alte exemple de ecuaţii diferenţiale sunt: 1 dy (a) f =, (b) = t, (c) xdy = ( y + 1) x + 1 dt Soluţia unei ecuaţii diferenţiale este o funcţie ce satisface ecuaţia diferenţială iniţială De exemplu, o funcţie care satisface ecuaţia (a) este o primitivă a lui f De asemenea, se dy observă că o soluţie a ecuaţiei (b) este funcţia y = t, pentru care avem = t Dar şi dt funcţiile de forma y = t + 1 sau y = t sunt şi ele soluţii ale lui (b) Atunci soluţia generală a ecuaţiei diferenţiale (b) se obţine integrând în ambii membri: dy dt dt = tdt y = t + K Astfel, y = t + K este o soluţie generală a ecuaţiei diferenţiale (b) Dacă determinăm o anumită valoare specifică a lui K, atunci soluţia rezultată se numeşte soluţie particulară a ecuaţiei diferenţiale O ecuaţie diferenţială ce conţine diferenţiale sau derivate de ordinul întâi se numeşte ecuaţie diferenţială de ordinul întâi Dar nu toate ecuaţiile diferenţiale se rezolvă direct, prin integrare în ambii membri De exemplu, ecuaţia (719) de mai sus nu poate fi rezolvată direct prin integrarea ambilor membri ai ecuaţiei în raport cu variabila t Totuşi, putem să rescriem ecuaţia, astfel încât termenii care îl conţin pe y să fie într-un membru, iar termenii care îl conţin pe t să fie în celălalt membru În cazul nostru rezultă: dy = k dt (70) y

66 MODULUL 4: MODELE DE CALCUL INTEGRAL În general, atunci când o ecuaţie diferenţială poate fi rescrisă sub forma: A ( y) dy = B( t)dt sau ( y) dy f g =, spunem că ecuaţia este separabilă Soluţia unei ecuaţii diferenţiale separabile se obţine integrând ambii membri ai ecuaţiei în raport cu variabilele care au fost separate Astfel, pentru a rezolva ecuaţia (719), care a fost scrisă după separarea variabilelor y şi t sub forma (70), integrăm în ambii membri şi obţinem: dy y = k dt ln y + K1 = kt + K Notând K3 = K K1, rezultă ln y = kt + K3 Presupunând y > 0 şi scriind ecuaţia sub formă exponenţială, obţinem succesiv: y = e = e e = e K kt + K 3 kt K3 kt, K 3 unde K = e Soluţia y = e kt K este soluţia generală a ecuaţiei (719) 73 Aplicații economice ale integralelor nedefinite 731 Costul total şi profitul total Revenim cu analiza noastră asupra modelelor economice de şi aplicaţiilor care implică funcţiile de cost, de venit şi de consum După cum s-a observat, am reluat aceste concepte în contexte şi cu abordări diferite, deoarece ale sunt fundamentale în studiul modelelor economice Vom utiliza în continuare metodele de integrare pentru a obţine funcţiile de cost total şi profit total, pe baza funcţiilor marginale corespunzătoare Unul din motivele utilizării funcţiilor marginale este acela că în practică pot fi observate schimbările marginale din activitatea curentă, pe baza cărora pot fi dezvoltate metodele privind costul total Să remarcăm că, în mod natural, în aplicaţiile în care am utilizat derivatele, abordarea a fost de la costul total către costul marginal Prin metodele de integrare, parcurgem calea inversă, care este uneori mai aproape de situaţiile practice Să presupunem că funcţia de cost marginal pentru un anumit produs este CM = C, unde C este funcţia de cost total Ştiind expresia funcţiei de cost marginal, atunci vom determina prin integrare funcţia de cost total, adică: C = CM (71) 73 Consumul şi venitul național Am analizat anterior funcţia de consum naţional f C N =, unde x este venitul naţional disponibil Tendinţa marginală naţională de consum este derivata funcţiei de consum, respectiv: dc N = f (7)

TEMA 7: INTEGRALE NEDEFINITE 67 Invers, dacă cunoaştem tendinţa de consum, prin integrare obţinem funcţia de consum naţional: = f K C N = f + (73) De o manieră similară, dacă V N reprezintă funcţia venitului net naţional, atunci x = C N + V N sau VN = x CN Atunci tendinţa marginală a venitului net naţional este: dvn dcn = 1 (74) dc N =, prin Procedând invers, dacă cunoaştem tendinţa de consum marginală f integrare obţinem funcţia de venit naţional net: V N 733 Aplicații ale ecuațiilor diferențiale = x f = x f (75) Dacă p este preţul unui anumit produs la momentul t, putem să considerăm preţul ca o funcţie de timp Similar, numărul de unităţi de produs cerut de consumatori q C şi numărul de unităţi oferite de producători q O, în orice moment de timp, pot fi considerate, de asemenea, funcţii de timp Atât cantitatea cerută, cât şi cantitatea oferită depind însă nu numai de preţul la un moment dat, dar şi de direcţia şi de rata de schimbare cu care consumatorii şi producătorii estimează că va evolua preţul De exemplu, cu toate că preţul este ridicat, dacă consumatorii estimează că preţul va creşte, cererea ar putea să crească Analog, dacă preţurile sunt scăzute, dar producătorii estimează că preţurile vor mai scădea, atunci oferta ar putea să crească Dacă presupunem că preţurile sunt stabilite pe o piaţă cu competiţie de cerere şi ofertă, atunci vom căuta să determinăm echilibrul de piaţă Egalând oferta cu cererea, obţinem o ecuaţie diferenţială de ordinul întâi 74 Concepte cheie Funcţie primitivă Integrală nedefinită Integrare directă Integrare prin schimbare de variabilă Integrare prin părţi Ecuaţie diferenţială Ecuaţie diferenţială de ordinul întâi Ecuaţie diferenţială separabilă Tendinţă marginală de consum Tendinţă marginală a venitului net

68 MODULUL 4: MODELE DE CALCUL INTEGRAL