matma sciaga 3

background image

1.Twierdzenie Taylora dla funkcji n zmiennych
Jeżeli funkcja n zmien jest klasy C

2

w otocz O pktu P

0

=(x

1

0

, x

2

0

,

…,x

n

0

)oraz P =(x

1

0

+h

1

, x

2

0

+h

2

,…,x

n

0

+h

n

) є O to istn θ є (0,1)

przyrost f(P) –f(P

0

) = df(P

0

)+1/2 d

2

f(P) [1],a P = (θ

1

0

+ h

1

, θ

2

0

+ h

2

,

…, θ

n

0

+ h

n

) a różniczki df i d

2

f są licz dla przyrostów h

1

, h

2

,…, h

n

DF Składnik nazywamy resztą wzoru Taylora z II- różniczką
stanowi f f(h

1

, h

2

,…, h

n

) gdy mamy tylko h

1

, h

2

to oznacz je

jako h i k i mamy:
f(P) –f(P

0

)=df(P

0

)+1/2 [f

x^2

``

(P) h

2

+ 2 f

xy

``

(P)hk + f

y^2

``

(P) k

2

]

2. Extr f. n zmiennych
f(P) – f.n zmiennych, P(x

1

, x

2

,…, x

n

) w otocz P

0

єR

n

DF:f(P) ma w P

0

max (min) lokal gdy istn takie S(P

0

), że dla

każdego PєS jest spełniona f(P)≤f(P

0

) (f(P) ≥ f(P

0

) )[2], gdy

f(P)<f(P

0

) to extr nazyw właśc.

U: Extr w P

0

jest pojęciem odnosz się do dostat małego otocz

P

0

. Extr nie należy mylić z extr absol, które oznaczają najwię i

najmn wartość dla całej f

3. Wk istn extr f. 2 zmien. Pkt stacj.
Jeżeli f(x,y) ma poch cząst I rz to w P

0

(x

0

, y

0

)i ma w tym pkcie

extr to f `(P

0

)=0 i f `(P

0

)=0 [3]

U: Jeżeli f(x,y) ma w pewnym obsz poch cząstk I rz to może
mieć extr jedynie w tych pktach tego obsz, które są jego

pktami stacj.
4. Ww istn extr (2 zmienne)
Jeżeli f(x,y) klasy C

2

w pewnym otocz P

0

(x

0

, y

0

) i:

1. f`

x

(P

0

) = f`

y

(P

0

) =0

2.W(P)=f

xx

``

(P

0

)*f

yy

``

(P

0

)–[f

xy

``

(P

0

)]

2

>0

to f ma max (min) właśc gdy f

xx

``

(P

0

)<0 (>0)

(W to wyznacznik)

TW Jeżeli jest spełn war 1 oraz W(P

0

)= 0 to w P

0

zarówno

może być extr jak i nie

5. Znajdowanie najwi i najmn warti f (2 zmienne)w obsz
domkn
f(P) i P(x,y) określ w D. Jeżeli w P

0

tego Obsz D f przyjm wart

najwi lub najmn to ma w tym pkcie max (min)
WN: Dla znalezienia wart f w obsz trzeba policz wszystkie max
lok i wybr najwi. Jeżeli f(P) określ w obsz domkn to może
przyjm wart w ext lecz także na brzegu zbioru.
6.całka oznacz

def wzorem

O ile ta gran nie zal od spos

wyboru podz P, ani od spos wyboru x

k

*

I przyjmujemy, że

oraz

7. Interpr całki oznacz
1.Pole trapezu krzywolin

D-trapez krzywolin ogran f. f, osią x, x=a oraz x=b. Pole |D| jest
gran sum pól prostok ∆|D

k

| aproksymujących ten trapez

Obj bryły obrot
V oznacza bryłę ograniczoną powierzchnią powstałą z obrotu

wykresu funkcji f(x) na przedziale [a,b] wokół osi x oraz
płaszczyznami x=a i x=b. Objętość bryły V jest granicą objętości
sumy walców ∆V

k

aproksymujących tę bryłę, gdy średnica

podziału zmierza do zera.

1.

Droga przebyta w ruchu zmiennym

Niech S oznacza drogę przebytą w przedziale czasowym od a
do b ze zmienną prędkością v(t)

Droga S jest granicą sum dróg elementarnych przebytych przez
punkt w czasie t

k

gdy σ(P)->0

8. Warunek wystarczający istnienia całki oznaczonej

Jeżeli f jest ograniczona na przedziale [a,b] i ma na tym
przedziale skończoną liczbę nieciągłości pierwszego rodzaju to

jest ona na nim całkowalna
9. Twierdzenie Newtona-Leibnitza. Liniowość całki
oznaczonej

1.

(tw. Newtona – Leibnitza I) Jeżeli f jest ciągła na

przedziale

[a,b]

to

gdzie F

oznacza dowolną funkcję pierwotną dla funkcji f na tym
przedziale

2.

Jeżeli funkcja f i g są ciągłe w przedziałach [a,b] to

10. Twierdzenia o całkowaniu przez części i przez
podstawienie
1.

Jeżeli f i g mają ciągłe pochodne na przedziale [a,b] to

2.

Jeżeli: f. φ:[a,b] -> [α,β] ma ciągłą pochodną w tym

przedziale [a,b]; φ(a)=α φ(b)=β; f(t) jest ciągła na przedziale
[α,β] to

11. Twierdzenie o równości całek oznaczonych
Niech f będzie całkowalna na przedziale [a,b] oraz g różni się
od f tylko w skończonej liczbie punktów tego przedziału.
Wtedy g także jest całkowalna na tym przedziale oraz

12. Addytywność całki oznaczonej względem przedziałów

całkowania.
Jeśli f. f jest całkowalna na przedziale [a,b] oraz c є (a,b) to f. f

jest całkowana na przedziale [a, c] oraz [c,b] i

a

b

f(x)dx =

a

c

f(x)dx + f(x)dx

13. Zachowanie nierówności i moduł całki oznaczonej.

Jeśli f i g są całkowalne na [a,b] oraz f(x)<=g(x) dla każdego x є

[a,b] to

a

b

f(x)dx <=

a

b

g(x')dx

Wniosek I : Jeśli f jest całkowalna na [a,b] to |

a

b

f(x)dx|

<=

a

b

|f(x')|dx Dla każdego x:

-|f(x)| <= f(x) <= |f(x)|

-

a

b

|f(x)|dx<=

a

b

f(x)dx<=

a

b

|f(x)|dx

Wniosek II : Jeśli f jest całkowalna na [a,b] oraz dla każdego x

є

[a,b] m <= f(x) <= M to m(b-a) <=

a

b

f(x)dx <= M(b-a).

14. Wartość średnia funkcji (w terminach całki oznaczonej).
Interpretacje geometryczna i fizyczna.
Niech f będzie całkowalna na przedziale [a,b]. Jej wartością

średnią na tym przedziale nazywamy liczbę f

śr

=

a

b

1

a

b

f(x)dx . Interpr. geom. Jeśli f. f jest ciągła i nieujemna na [a,b]
to jej wart. śr. na tym przedziale jest wysokością prostokąta o

podstawie |ab| , którego pole jest równe polu trapezu
krzywoliniowego ograniczonego wykresem f. f osią X oraz
prostymi x=a i x=b
Wniosek: Interpr. fiz. Jest to szybkość średnia punktu
poruszającego się w przedziale czasu t.

TW Jeśli f jest ciągła na przedziale [a,b] to dla każdego c

є[a,b]

że wart. śr.

f

śr

=

a

b

1

a

b

f(x)dx=f(c)

15. Całka oznaczona funkcji parzystej, nieparzystej i
okresowej.

1.Jeśli f jest całkowalna i nieparzysta na [-a,a] to

a

a

f(x)dx=0 .Jeśli f jest całkowalna i parzysta na [-a,a] to

a

a

f(x)dx=2

a

0

f(x)dx 3. Jeśli f jest okresowa (T) i jest

całkowalna na [0,T] i dla każdego x є R jest całkowalna na [a, a

+T] to

a

aT

f(x)dx=

T

0

f(x)dx

16. Funkcja górnej granicy całkowania. Jej ciągłość.
DF Niech f będzie całkowalna na [a,b] oraz c є [a,b]. F(x) =

c

x

f (t)dt , x є [a,b] – nazywamy tę funkcję funkcją górnej

gr. całkowania.

TW ( o ciągłości f. górnej gr. całkowania): Jeśli f jest całkowalna

na [a,b] to F(x)=

c

x

f (t)dt , c є [a,b] jest ciągła na tym

przedziale.

17. II główne twierdzenie rachunku całkowego (o pochodnej
funkcji górnej granicy całkowania)
Jeśli f jest całkowalna na [a,b] oraz ciągła w x

0

є[a,b] to funkcja

=

x

c

dt

t

f

x

F

)

(

)

(

ma pochodną w x

0

oraz pochodna w x

0

wynosi:

F’(x

0

)=f(x

0

).

(=f(t)?)

18.Długość krzywej.
Niech f ma ciągłą pochodną na [a,b], wtedy długość krzywej

γ

={x,f(x):xє[a,b]}

+

=

b

a

dx

x

f

2

)]

(

'

[

1

|

|

γ

19. Objętość bryły obrotowej. Praca wykonana przez
zmienna siłę
TW. Niech f(x)>=0 na przedziale [a,b] i ciągła na tym

przedziale. Wtedy objętość V powstałej z obrotu funkcji f

wokół osi x wyraża się wzorem

=

b

a

dx

x

f

V

2

)

(

|

|

TW. Niech f będzie ciągła na przedziale [a,b] i a>=0. Niech T
oznacza trapez ograniczony wykresem f, osią x, prostą x=a i

prostą x=b. Wtedy objętość bryły V z obrotu trapezu T wokół

osi y wyraża się wzorem

=

b

a

dx

x

f

x

V

)

(

2

|

|

TW. Załóżmy, że równolegle do x działa siła zmienna F(x).
Praca wykonana od punktu [a,b] wyraża się wzorem

=

b

a

dx

x

f

W

)

(

|

|

20. Całka niewłaściwa na przedziale nieskończonym.
Definicje.
DF Jeżeli f jest całkowalna w każdym przedziale [a,T], gdzie a<T
oraz istnieje granica skończona To nazywamy ją całką
niewłaściwą funkcji f w przedziale [a,+∞] i oznaczamy

symbolem

a

dx

x

f

)

(

Jeżeli granica skończona (1) nie istnieje to mówimy że całka
niewłaściwa (1) nie istnieje lub jest rozbieżna.
DF Całkę niewłaściwą f na przedziale [-∞,a] określamy wzorem

− ∞

=

a

T

T

a

dx

x

f

dx

x

f

)

(

)

(

lim

Jeżeli f jest całkowalna w każdym przedziale skończonym to

+ ∞

− ∞

+

=

'

0

0

)

(

)

(

)

(

lim

lim

T

T

T

T

dx

x

f

dx

x

f

dx

x

f

(2)

Całką po lewej stronie równości (2) nazywamy całkę
niewłaściwą f w przedziale (-∞,∞). Mówimy, że całka ta

istnieje (jest zbieżna) jeżeli istnieją obydwie skończone granice
po prawej stronie równości(2)

21.Kryterium porównawcze dla całki niewłaściwej na
przedziale niekończonym
TW. (kryt. porównawcze) Jeśli f i g są określone w przedziale

[a,+∞] całkowalne w każdym przedziale [a,T] oraz f(x)>=g(x)
dla wszystkich x>=a to zbieżność całki

+ ∞

a

dx

x

g )

(

(3) zapewnia

zbieżność całki

+ ∞

a

dx

x

f

)

(

(4). Natomiast rozbieżność całki

(4) zapewnia rozbieżność całki (3)
22. Kryterium całkowe zbieżności szeregów.

Niech f: [n

0

->∞) i nierosnąca. Wtedy Σ(od n=n

0

do ∞) f(n) jest

zbieżny wtedy i tylko wtedy gdy całka niewłaściwa jest

zbieżna:

0

)

(

n

dx

x

f

23. Całka niewłaściwa funkcji nieograniczonej. Definicje.
Niech f(x) określona w [a,b], nieograniczona w lewostronnym
sąsiedztwie pktu b, całkowalna w każdym przedziale [a,b-E],
E>0

Jeśli istnieje granica skończona lim(przy E->0-)

E

b

a

dx

x

f )

(

to

nazywamy ją całką niewłaściwą funkcji f w [a,b] i oznaczamy
symbolem całka (od a do b) f(x)dx
24. Podstawowe definicje całki podwójnej w prostokącie.
Jeśli dla każdego ciągu przedziałów prostokąta Π, ciąg sum

całkowych S

n

jest zbieżny do tej samej skończonej granicy,

niezależnie od wyboru pkt P

k

, to te granice nazywamy całką

podwójną z f w prostokącie Π i oznaczamy całka podwójna po
Π f(x,y)dσ
25. Interpretacje geometryczne i fizyczne całki podwójnej w

prostokącie.
Geom
: Całka po obszarze równa jest objętości bryły
ograniczonej płaszczyznami tego obszaru i wykresem funkcji
f(x,y)
Fiz: Jeśli ρ(x,y) jest gęstością powierzchniową prostokąta Π to

całka(po Π) z ρ(x,y) przedstawia z definicji masę tego
prostokąta.
26. Własności całki podwójnej w prostokącie. Wartość
średnia. Twierdzenie o wartości średniej.
1) Jeśli f jest całkowalna w prostokącie Π to a*f (a-dowolne)

też jest całkowalna w prostokącie.
2) Jeśli f i g są całkowalne w prostokącie Π to ich suma też jest
całkowalna w prostokącie Π.
3) Jeśli podzielimy prostokąt na 2 (Π

1

i Π

2

) i f jest całkowalna w

prostokącie Π to jest też całkowalna w Π

1

i Π

2

.

Wart. śr.: f

śr

=(całka po Π z f(x,y)dσ):(σ)- to jest po ułamkiem.

TW: Jeśli f jest ciągła w Π to istnieje pkt CєΠ, że wartość
średnia: f

śr

=(całka po Π z f(x,y)dσ):(σ)= f(C)

27. Twierdzenie o zmianie całki podwójnej na całkę
iterowaną.

Całka określona wzorem:

=

to całka iterowana.

Z własności całek iterowanych bezpośrednio wynika, że jeśli D
jest prostokątem danym nierównościami a≤x≤b, c≤y≤d, to:

=

=

A jeśli ponadto funkcja f(x,y)= Φ(x) Ψ(y), to całka podwójna
równa się iloczynowi całek pojedynczych:

=

28. Obszar normalny. Całka podwójna w tym obszarze. Wz
ory do obliczania całki podwójnej w obszarze normalnym.

Zbiór regularny.
DF Zbiór domknięty D określony nierównościami a≤x≤b,
Φ(x)≤y≤ Ψ(x), gdzie Φ(x) i Ψ(x)

są to funkcje ciągłe w przedziale [a,b], nazywamy obszarem
normalnym.

Całkę podwójną f w obszarze normalnym D oznaczamy
symbolem:

i określamy

Powołując się na twierdzenie o zamianie całki podwójnej na

całkę iterowaną:

=

DF Zbiór D określony nierównościami a≤y≤b; Φ(x)≤x≤ Ψ(x),
gdzie Φ(x) i Ψ(x) są to

funkcje ciągłe w przedziale [a,b] nazywamy obszarem
normalnym względem osi Y.

Całkę podwójną z funkcji f(x,y) w obszarze normalnym D

względem osi Y określamy analogicznie:

=

DF Zbiór D nazywamy regularnym jeśli jest on sumą D=D

1

+D

2

+

+D

n

obszarów normalnych względem osi X lub osi Y, które nie

mają wspólnych punktów wewnętrznych.

DF Całkę podwójną funkcji f w obszarze regularnym D
określamy jako sumę całek w obszarze normalnym D

1

,D

2 …

D

n.

=

+

+…+

29. Interpretacje geometryczne i fizyczne całki podwójnej w
obszarze normalnym.

Geom. Niech f(x,y) będzie funkcją ciągłą w obszarze
regularnym D, gdzie f(x,y)≥0 dla każdego (x,y)єD.

przedstawia objętość bryły o podstawie D,

ograniczonej powierzchnią będącą wykresem f oraz
powierzchnią walcową utworzoną z prostych równoległych do
z i przechodzących przez brzegi obszaru D.
Fiz.

1.

Jeżeli ρ(x,y) jest gęstością powierzchniową masy

obszaru regularnego D to:

przedstawia masę

m tego obszaru.

2.

= My,

= Mx -

momenty statyczne względem osi X i Y.
30. Zmiana zmiennych w całce podwójnej. Jakobian.

Zmiana zmiennych w całce podwójnej jest ściśle związana z
odwzorowaniem zbioru płaskiego na zbiór płaski za pomocą
pary funkcji dwóch zmiennych.

Jakobian – wyznacznik macierzy zbudowanej z pochodnych
cząstkowych pierwszego rzędu pewnego układu funkcji

rzeczywistych. J(u, v) =

31. Wprowadzenie zmiennych biegunowych w całce

podwójnej.
Przy wprowadzaniu współrzędnych biegunowych: x = ρ cos Φ,
y = ρ sin Φ
Mamy:

=

. Jest to wzór na zmianę

współrzędnych prostokątnych na współrzędne biegunowe w

całce podwójnej.

background image

32. Całka potrójna w prostopadłościanie. Podstawowe
definicje.

Niech Ω będzie obszarem regularnym lub domkniętym
obszarem regularnym a f(x,y,z) funkcją ograniczoną w Ω.
Oznaczmy przez A punkt o współrzędnych (x,y,z). Będziemy
oznaczali funkcję f(x,y,z) krótko przez f(A). Niech P będzie
dowolnym prostopadłościanem (o ścianach równoległych do

płaszczyzn współrzędnych) zawierającym Ω. Niech π

n

oznacza

dowolny rozkład prostopadłościanu na skończoną liczbę m

n

prostopadłościanów częściowych. Niech A

i

oznacza dowolny

punkt obszaru Ω należący do prostopadłościanu.
Jeżeli dla każdego ciągu podziałów {π

n

}, dla którego

n

=0 ciąg jest zbieżny do tej samej liczby bez

względu na wybór punktów A

i,

to mówimy, że funkcja f(x,y,z)

jest całkowalna w obszarze Ω, a wspólną granicę ciągów
nazywamy całką potrójną funkcji f(x,y,z) w obszarze Ω i
oznaczamy symbolem:

lub

Łatwo wykazać, że całkowalność funkcji f(x,y,z) w obszarze Ω i

wartość całki nie zależy od wyboru prostopadłościanu P
(byleby tylko obejmował on obszar Ω). Można wykazać, że
każda funkcja ciągła w obszarze regularnym Ω jest w nim
całkowalna, a nawet że funkcja f(x,y,z) ciągła w obszarze
regularnym Ω z wyjątkiem punktów leżących na skończonej

ilości powierzchni jest całkowalna w Ω. Stale jednak
obowiązuje założenie, że funkcja f(x,y,z) jest ograniczona w
całym obszarze Ω.
33. Interpretacje geometryczne i fizyczne całki potrójnej.

(*)

Geom. Jeśli f(P)=1 to całka (*) przedstawia objętość
prostopadłościanu

Π

.

Fiz. Jeśli f(P) jest gęstością objętościową masy

Π

to całka (*)

przedstawia masę tego prostopadłościanu.

34. Własności całki potrójnej w prostopadłościanie. Wartość
średnia. Twierdzenie o wartości średniej.
Całka potrójna w prostopadłościanie posiada własności
analogiczne do własności całki podwójnej.
DF Niech f będzie całkowalna w prostopadłościanie

Π

o

objętości V, to:

nazywamy wartością średnią

funkcji f w prostopadłościanie

Π

. Oznaczamy F

śr

.

TW (o wartości średniej) Jeśli f jest ciągła w

Π

to istnieje taki

punkt CєΠ dla którego F

śr

równa się wartości funkcji f w tym

punkcie F

śr

= f(C)

35.Twierdzenie o zamianie całki potrójnej na całkę
iterowaną.
Jeśli f jest ciągła w

Π

określonym nierównościami: a≤x≤ b,

c≤y≤d, p≤z≤q to całka potrójna w tym prostopadłościanie
równa

się:

=

36. Całka potrójna w obszarze normalnym. Wzory do

obliczania.
DF Zbiór domknięty (

) określamy nierównościami

K(x,y)≤z≤

Ψ

(x,y) gdzie punkt (x,y)

D gdzie D jest obszarem

regularnym na płaszczyźnie a funkcje K,

Ψ

są w nim ciągłe

nazywamy obszarem normalnym względem płaszczyzny x, y.
Analogicznie określamy obszar normalny względem

płaszczyzny y,z i x,z.
Wzory:

1.

Do obliczania masy ciała:

=

(*)

Gdy

=

, że dla

z

[p,q] zbiór wszystkich punktów obszaru

, które mają

trzecią współrzędną z stanowi figurę, której rzutem na
płaszczyznę x,y jest obszar regularny D

2

, wtedy naszą całkę

potrójną można obliczyć korzystając z:

=

Uwaga 1: Jeżeli zbiór

jest obszarem normalnym względem

płaszczyzny xz lub yz to całkę potrójną w tym obszarze można
obliczyć za pomocą wzoru analogicznego do
Uwaga 2: Jeśli zbiór

jest sumą skończoną obszarów

normalnych, które nie mają punktów wspólnych
wewnętrznych to całkę z funkcji f w zbiorze

określamy jako

sumę całek po wszystkich tych obszarach.

37. Zamiana zmiennych w całce potrójnej. Jakobian
Przypuśćmy, że: x=x(u,v,w), y=y(u,v,w), z=z(u,v,w) to
odwzorowuje jednocześnie zbiór

o w przestrzeni UVW na

zbiór regularny

w przestrzeni XYZ przy czym każda z funkcji

będzie klasy C1.
Jeżeli funkcja f(x,y,z) jest ciągła w obszarze

oraz jakobian J

przekształcenia równa się:

J(u,v,w) =

≠ 0, dla każdego (u,v,w)єΩ, to jest

poprawny wzór:

=

38. Współrzędne sferyczne.
x = rcos

ϕ

cos

φ

, y = rsin

ϕ

sin

φ

, z = rcos

φ

, J=r

2

sin

φ

=

39. Współrzędne cylindryczne (walcowe)
x = rcosθ , y = rsinθ, z = z, J(r,θ,z)= r

=

40.

Krzywa,

kierunek

DF Zbiór punktów (x,y) na płaszczyźnie określonych
równościami x=x(t) , y=y(t), tє[α,β] (1)

gdzie x(t) i y(t) funkcje ciągłe, nazywamy krzywą na
płaszczyźnie,

t

to

parametr.

DF Krzywą określoną równaniami (1) nazywamy prostą jeśli t

1

t

2

->(x(t1),

y(t1)

≠(x(t2),

y(t2)).

DF Krzywą nazywamy otwartą jeśli A nierówna się B. (dwa

końce

krzywej)

Kierunek: krzywej o równaniu (1) można nadać kierunek
przypisując A za początek a B za koniec, albo na odwrót. W

pierwszym przypadku kierunek jest zgodny ze wzrostem
parametru.

41. Całka krzywoliniowa skierowana. Podstawowe definicje.
Interpretacja fizyczna.

DF Zbiór pkt (x,y) na płaszczyźnie określonych równościami
x=x(t) , y=y(y), tϵ[α,β) (1) gdzie x(t) i y(t) → f. ciągła i nazywamy

krzywą na płaszczyźnie.
Wartości α, β odpowiadają punkty A=(x(α),y(α)) B=(x(β),y(β))
DF Krzywą nazywamy otwartą, jeśli A ≠ B
DF Krzywą określoną równaniem (1) nazywamy prostą jeśli t

1

≠t

2

→ (x(t

1

),y(t

1

))≠(x(t

2

),y(t

2

))

Krzywej o równaniu (1) można nadać kierunek przyjmując A za
pocz. a B za koniec (albo odwrotnie). W I przyp. kier krzywej
jest zgodny ze wzrostem parametru. W II przyp. kier.
niezgodny.
DF Krzywej której nadano kierunek nazywamy krzywą

skierowaną i oznaczamy AB
Gdy krzywe AB i BAróżnią się tylko kierunkiem to oznaczamy
AB = - BA
Jeśli nie mówimy że przeciwne – krzywa zgodna z parametrem
42. Twierdzenie o zamianie całki krzywoliniowej skierowanej

na całkę oznaczoną.
Jeśli funkcje P(x,y),Q(x,y) są ciągłe na stałej krzywej prostej AB
o wzorze parametrycznym x(t), y(t) → klasy C

1

to istnieje

(4)

=

Fiz.

=

(3)

Jeśli R jest wektorem siły w pkt (x,y) o wspołrz P(x,y) i Q(x,y) to
całka (3) przedstawia prace siły R wzdłuż krzywej AB

Uwaga 1: Jeśli Q = 0 to całka (4) redukuje się do : Całka od AB z
P(x,y)dx (5)
Jeśli P =0 to : Całka od AB z Q(x,y)dy (6)
Uwaga 2: Całka (4) red się do (5) gdy AB jest odcinkiem || do
osi X

Całka (4) redukuje się do (6) gdy AB jest odcinkiem || do osi Y
43. Skierowanie krzywej względem swego wnętrza.
Utwórzmy wektor styczny s skierowany zgodnie z kierunkiem
krzywej oraz wektor n (prostopadły do s) o początku w P

0

i

skierowany od wektora s przeciwnie do wskazówek zegara.

Wtedy: Jeśli wektor n jest skierowany do wnętrza D krzywej to
mówimy że krzywa K jest skierowana dodatnio względem
swego wnętrza. W przeciwnym razie- ujemnie.
44.

Twierdzenie

Greena

Jeżeli funkcje P(x,y) i Q (x,y) są klasy C

1

w obszarze normalnym

D względem osi X lub osi Y, przy czym brzeg K tego obszaru
jest krzywą skierowaną dodatnio względem wnętrza to:

∫∫

=

+

K

D

Y

X

dxdy

y

x

P

y

x

Q

dy

y

x

Q

dx

y

x

P

)]

,

(

'

)

,

(

'

[

)

,

(

)

,

(

-wzór Greena

X

Q'

-pochodna względem X,

Y

P'

-pochodna względem Y

45. Twierdzenie o niezależności całki krzywoliniowej
skierowanej od kształtu drogi całkowania. Wnioski.

Jeżeli funkcje P(x,y) i Q (x,y) są klasy C

1

w obszarze

normalnym D to spełnienie równości:

X

Q'

=

Y

P'

(1) jest równoważne temu, że całka

+

B

A

dy

y

x

Q

dx

y

x

P

~

)

,

(

)

,

(

po otwartej krzywej gładkiej

CD

B

A

nie zależy od kształtu tej krzywej, a tylko od punktu

A

i

B

Wniosek

1:

Jeżeli P(x,y) i Q (x,y) są klasy C

1

i spełniają warunek (1) w

obszarze

normalnym

D

to:

=

+

0

)

,

(

)

,

(

dy

y

x

Q

dx

y

x

P

dla każdej

kawałkami gładkiej krzywej zamkniętej C

(2)

Wniosek

2:

Jeżeli P(x,y) i Q (x,y) są klasy C

1

w obszarze normalnym D oraz

dla każdej kawałkami gładkiej krzywej

D

C

spełniony jest warunek (2) to w każdym punkcie tego obszaru
spełniony

jest

warunek

(1)

46. Warunek istnienia funkcji z danymi pochodnymi
cząstkowymi.

Jej

znalezienie.

Przypuśćmy, że P(x,y) i Q (x,y) są klasy C

1

w prostokącie D, że

a<x<b

i

c<y<d

Sprawdzamy czy istnieje w tym obszarze funkcja U(x,y), która

ma

takie

własności:

P

U

X

=

'

i

Q

U

Y

=

'

(1)

Gdy (1) istnieje, to:

Y

Y

X

XY

P

U

U

'

)'

'

(

''

=

=

i

X

X

Y

YX

Q

U

U

'

)'

'

(

'

=

=

P(x,y) i Q (x,y) są klasy C

1

więc drugie pochodne mieszane są

równe:

YX

XY

U

U

''

''

=

Jeżeli (1) istnieje to warunek

X

Q'

=

Y

P'

jest spełniony.

Warunek

X

Q'

=

Y

P'

jest konieczny, by U spełniała warunek

(1)

Okazuje się, że warunek ten jest także wystarczający

+

=

x

x

y

y

dt

t

x

Q

dt

y

t

P

y

x

U

0

0

)

,

(

)

,

(

)

,

(

0

(6), gdzie

)

,

(

0

0

y

x

- dowolny

punkt

CD

)

,

(

'

y

x

P

U

X

=

)

,

(

)

,

(

'

)

,

(

'

)

,

(

)

,

(

)

,

(

'

0

0

0

0

y

x

Q

y

x

Q

y

x

Q

y

x

Q

y

x

Q

dt

y

t

P

U

x

x

Y

=

+

=

+

=

47. Całka krzywoliniowa nieskierowana. Podstawowe
definicje.

Krzywa L –otwarta o równaniach parametrycznych x=x(t) i
y=y(t),

]

,

[

β

α

t

Przypuśćmy, że dla danej krzywej x=x(t) i y=y(t)

1

C

Można udowodnić, że dlugość L-

dt

t

y

t

x

l

+

=

β

α

2

2

)]

(

'

[

)]

(

'

[

.

Przypuścmy, że w każdym punkcie krzywej l określona jest

funkcja

dwóch

zmiennych

)

,

( y

x

f

L

Def. (całki z funkcji

f(x,y)

po krzywej L):

Dzielimy przedział

]

,

[

β

α

:

β

α

=

<

<

<

<

=

n

t

t

t

t

...

2

1

0

Podziałowi temu odpowiada podział krzywej L na części:

n

A

A

A

,...,

,

1

0

(

))

(

),

(

(

0

0

0

t

y

t

x

A

=

)itd.

k

l

-długość części krzywej

k

k

A

A

1

k=1,…,n

dt

t

y

t

x

l

k

k

t

t

k

+

=

1

2

2

)]

(

'

[

)]

(

'

[

W każdym przedziale

]

,

[

1

k

k

t

t

wybieramy punkt k

τ

, taki że

]

,

[

1

k

k

k

t

t

τ

Punktowi temu odpowiada na krzywej punkt

)

,

(

))

(

),

(

(

k

k

k

k

k

y

x

y

x

C

=

τ

τ

Utwórzmy sumę

=

=

n

k

k

k

k

n

l

y

x

f

S

1

)

,

(

(1) oraz rozważmy ciąg

normalny

podziału

przedziału

]

,

[

β

α

DEF: Jeżeli dla każdego normalnego ciągu podziału przedziału

]

,

[

β

α

ciąg sum (1) jest zbieżny do tej samej granicy

skończonej niezależnej od wyboru punktu

k

τ

to tę granicę

nazywamy całką krzywoliniową nieskierowaną z funkcji f po
krzywej L i oznaczamy symbolem:

L

dL

y

x

f

)

,

(

=

=

n

k

k

k

k

L

l

y

x

f

dL

y

x

f

n

1

0

)

,

(

lim

)

,

(

δ

, gdzie

n

δ

-średnica

podziału

przedziału

na

n

części

48. Interpretacje geometryczne i fizyczne całki
krzywoliniowej

nieskierowanej.

Interpretacja

geometryczna:

1. f(x,y)=1 to

=

=

n

k

k

k

k

n

l

y

x

f

S

1

)

,

(

jest stały i jest równy l więc

L

dL

y

x

f

)

,

(

przedstawia długość krzywej L

2. f(x,y)>0 i jest ciągła to

L

dL

y

x

f

)

,

(

przedstawia pole

powierzchni

Interpretacja

fizyczna:

Jeżeli

)

,

( y

x

ρ

jest gęstością liniową masy krzywej L to

L

dL

y

x )

,

(

ρ

przedstawia masę m tej krzywej

natomiast liczby

m

dL

y

x

x

x

L

=

)

,

(

ρ

i

m

dL

y

x

y

y

L

=

)

,

(

ρ

to

współrzędne

środka

masy

krzywej

L

49. Zamiana całki krzywoliniowej nieskierowanej na całkę
oznaczoną.
Jeżeli f(x,y) jest ciągła na otwartej prostej i gładkiej krzywej L o
przestawieniu parametrycznym x=x(t) i y=y(t)

1

C

, to całka

L

dL

y

x

f

)

,

(

istnieje,

przy

czym:

+

=

L

dt

t

y

t

x

t

y

t

x

f

dL

y

x

f

β

α

2

2

)]

(

'

[

)]

(

'

[

))

(

),

(

(

)

,

(

50. Gładki płat powierzchniowy. Całka powierzchniowa

niezorientowana. Podstawowe definicje.
Gładkim płatem powierzchniowym (względem płaszczyzny xy)
nazywamy wykres funkcji z=f(x,y) gdzie płat (x,y) €D klasy
C1(D) gdzie D- oznacza obszar regularny.

Pow. Stanowiącą zbiór spójny pkt, którą można podzielić na
skończoną liczbę gładkich płatów powierzchniowych

nazywamy pow. regularną.
Rozważmy F określona na płacie: F*(x,y,z)=F(x,y,z) €D a
F*(x,y,z)=0

D

P

k

=P(x

k

,y

k

) punkt należący do prostokąta ∩. A

k

=(x

k

,y

k

,f(x

k

,y

k

))

(x

k

,y

k

)€D a

A

k

=(x

k

,y

k

,0) (x

k

,y

k

)€∩\D.

S

k

-pole tej części płaszczyzny

stycznej do

w w pkt A

k

która leży nad ∩.

Całka niezorien.-Jeśli dla każdego normalnego ciągu podziału

prostokąta na ∩ (∩ jest prost. Zawierającym interesujący nas

obszar D) ciąg sum S

n

=

=

n

k

F

1

*(A

k

)

S

k

jest zbieżny do tej

samej granicy skończonej niezależnie od wyboru P

k

to te

granice nazywamy całką powierzchniową niezorientowaną z F
po

.

51. Interpretacje geometryczne i fizyczne całki

powierzchniowej niezorientowanej.

Interpretacja geom. Jeśli F(x,y,z)=1 to całka

∫∫

1

dS.

przedstawia pole płata gładkiego.
Interpretacja fiz. Jeśli g(x,y,z) jest gęstością powierzchni masy

płata

to

∫∫

g

(x,y,z)dS przedstawia masę tego płata.

52. Obliczanie całki powierzchniowej niezorientowanej.
Jeśli F jest ciągłe na gładkim płacie

to całka ∫∫F(x,y,z)dS

istnieje i można ją obliczyć ze wzoru:

∫∫

F

(x,y,z)dS=

∫∫

D

F

(x,y,f(x,y))

1

]

'

[

]

'

[

2

2

+

+

y

f

x

f

dxdy

53. Szereg funkcyjny, jego zbieżność. Szereg potęgowy.
Promień zbieżności. Przedział zbieżności. Ich obliczanie.

Szeregiem funkcyjnym nazywamy wyrażenie postaci

f

1

(x)+ f

2

(x)+ f

3

(x)+…=

=

1

n

f

n

(x). Mówimy że ten szereg jest

zbieżny w pkt x

1

gdy szereg liczb

=

1

n

f

n

(x

1

) jest zbieżny.

Szereg potęgowy może być zbieżny lub rozbieżny. Szereg pot.
o środku x

0

i współczynnikach C

n

nazywamy szereg funkcyjny

postaci:

=

0

n

C

n

(x-x

0

)

n

, x€R. Istnieje taka liczba R€[0,∞], że szereg

ten jest zbieżny bezwzględnie w przedziale (x0-R, x

0

+R) i

rozbieżny (-∞,x

0

-R) i (x

0

+R,∞).

Liczby R nazywamy promieniem zbieżności.

Obliczanie: R=

|

|

|

|

lim

1

+

n

n

n

C

C

lub R=

n

n

n

C

1

lim

54. Szereg Taylora i Maclaurina. Wielomian Taylora. Wzór z
reszta La Grange’a. Tw o rozwijaniu funkcji w szereg Taylora.
Tw o jednoznaczności rozwijania funkcji szereg potęgowy.

Def. szeregów Taylora i Maclaurina. Niech f ma w x

0

pochodną

dowolnego

rzędu.

)

(

!1

)

('

)

(

0

0

0

x

x

x

f

x

f

+

...

)

(

!

2

)

(

''

2

0

0

+

+

x

x

x

f

=

+

n

n

x

x

n

x

f

)

(

!

)

(

...

0

0

n

n

n

x

x

n

x

f

)

(

!

)

(

0

0

0

=

Dla x

0

=0 jest to szereg Maclaurina.

Tw. o rozwijaniu funkcji w szereg Taylora 1)Niech f ma poch.

dowolnego rzędu w otoczeniu O(x

0

) punktu x

0

2) dla każdego

C€ O(x

0

)

0

)

(

!

)

(

0

n

n

x

x

n

c

f

I wtedy dla każdego x€ O(x

0

) zachodzi równość: f(x)=

n

n

n

x

x

n

x

f

)

(

!

)

(

0

0

=

background image

Tw o jednoznaczności rozwinięcia funkcji w szereg potęgowy:
Jeżeli na otoczeniu pkt x

0

funkcja jest sumą szer. Potęgowego

to jest to jej szereg Taylora.

Jeśli f(x)=

n

n

n

x

x

C

)

(

0

=

dla każdego x€ O(x

0

) to te liczby C

n

=

!

)

(

0

n

x

f

n

dla każdego n€N

55. Szeregi Maclaurina dla funkcji sinx, cosx ,e

x

sinx=

=

1

1

2

1

)!

1

2

(

)

1

(

n

n

n

n

x

cos=

=

1

2

!

2

)

1

(

n

n

n

n

x

e

x

=

e

n

x

n

=

0

!

1

56. Twierdzenia o różniczkowaniu szeregu potęgowego.

Przykład zastosowania.
TW: Niech liczba 0<R≤∞ będzie promieniem zbieżności
szeregu potęgowego wtedy ∑

n=1

(nC

n

*X

n-1

) jest zbieżny na

przedziale (-R,R) i (∑

n=0

C

n

*X

n

)’ = ∑

n=1

nC

n

*X

n-1

.

UWAGA! Podobny wzór jest prawdziwy dla postaci: ∑

n=0

C

n

(X-

X

0

)

n

Przykład: Oblicz ∑

n=1

n(0/5)

n-1

Rozpatrzmy szereg (∑

n=0

X

n

)’=(1/(1-x))’=1/(1-x)

2

dla (-1,1),

Korzystamy z TW. (∑

n=0

X

n

)’ = ∑

n=1

nX

n-1

; ∑

n=1

(0,5)

n-1

=1/(1-

0,5)

2

=4

57. Twierdzenie o całowaniu szeregu potęgowego. Przykład
zastosowania.
TW: Niech liczba 0<R≤∞ będzie promieniem zbieżności
szeregu potęgowego ∑

n=0

C

n

*X

n

, x

0

=0 wtedy szereg ∑

n=0

(C

n

/

(n+1))*X

n+1

jest zbieżny dla każdego xє(-R, R), ponadto

∫ ∑

=

x

n

n

n

dt

t

C

0

0

)

(

= ∑

n=

0(C

n

/(n+1))*X

n+1

.

UWAGA! Podobny wzór jest prawdziwy dla postaci: ∑

n=0

C

n

(X-

X

0

)

n

Przykład: ln(1+x)
Wiemy, że szereg geom. 1-t+t

2

-t

3

+…=1/(1+t) jest zbieżny w (-

1,1)

+

=

+

x

x

dt

t

t

dt

t

0

0

2

...)

1

(

1

1

=x- x

2

/2 + x

3

/3 - …= ∑

n=1

(-

1)

n-1

* X

n

/n w przedziale (-1,1)

58. Równania różniczkowe. Rozwiązywanie szczególne.
Rozwiązanie ogólne. Zagadnienie Cauchy’ego. Warunki
początkowe. Rząd równania różniczkowego. Krzywa całkowa.
DEF. Równaniem różniczkowym zwyczajnym nazywamy

równanie postaci F (x, y, y’, y”, y

(n’)

) = 0 w którym F - funkcja

wiadoma od n+2 zmiennych, y(x) - niewiadoma określona na
przedziale (a, b);
DEF. Liczbę n (w równaniu F (x, y, y’, y”, y

(n’)

) = 0) nazywamy

rzędem równania różniczkowego

DEF. Równaniem ogólnym równania F(x, y, y’, y”, y

(n’)

) = 0

nazywamy zbiór wszystkich rozwiązań tego równania.
DEF. Rozwiązanie, szczególny, równania F(x, y, y’, y”, y

(n’)

) = 0

nazywamy każdą pojedynczą funkcję spełniającą to równanie.

DEF. Wykres każdego rozwiązania szczególnego równania
różniczkowego nazywamy krzywą całkową tego równania.

DEF. Zagadnieniem Cauchy’ego dla równania F(x, y, y’, y”, y

(n’)

)

= 0 nazywamy następujące zagadnienie: „znaleźć rozwiązanie
szczególne danego równania F(x, y, y’, y”, y

(n’)

) = 0 które

spełnia warunki początkowe”: y(x

0

) = y

0

; y’(x

0

) = y

1

; …; y

(n’)

= y

n-

1;

W tych wartościach liczby y

0

, y

1

…y

n-1

są znane i nazywamy

wartościami początkowymi
59. Równanie o zmiennych rozdzielonych. Postać

różniczkowa równania. Przykłady
[ f(x) określ. na (a,b) i g(x) określ. na (c,d) ] są ciągłe g(x)≠0

DEF. Równanie różniczkowe postaci: y’(x)=f(x)/g(y(x)) o f.
niewiadomej y(x) i nazywamy równ. różniczkowym o
zmiennych rozdzielonych.

Jeśli dy/dx = f(x)/g(y) to można to zapisać w postaci
różniczkowej: g(y)dy=f(x)dx

Przykład1: g(y(x))*y’(x)=f(x)
∫ g(y(x))*y’(x)dx=∫f(x)dx
y(x)=y wtedy dy=y’(x)dx, ∫g(y)dy=∫f(x)dx

Jeśli G(y) – jest f. pierwotną dla g(y) i F(x) jest funkcją
pierwotną dla f(x) to mamy

G(y)=F(x)+C; y=G

-1

[F(x)+C] – równanie ogólne

y’(x)=f(x)/g(y(x))
Przykład2: znajdź rozwiązanie szczególne: dy/dx=e

-y

*cos

spełnia w.p. y(0)=0, x=0, y=0
∫e

y

dy = ∫cosxdx; e

y

=sinx + C; e

0

=sin0 + C; 1=C; e

y

=sinx+1

oraz ln(e

y

=ln(sinx+1)

l=ln(sinx+1) rozwiązanie zagadnienia Cauche’go
60. Równanie liniowe rzędu 1-go. Jednorodne i

niejednorodne.
DEF. dy/dx + p(x)y = f(x); p(x), f(x) – f. dane i ciągłe w (a, b);

nazywamy równaniem różniczkowym liniowym rzędu 1-go:
jednorodnym gdy f(x)=0, niejednorodnym f(x)≠0
Przykład: dy/dx –e

xy

=0 – równ. liniowe rzędu 1-go jednorodne

(p(x)=e

x

, f(x)=0)

dy/dx+2sinx*y=cos – równ. liniowe rzędu 2-

go niejednorodne (p(x)=2sinx, f(x)=cos)

dy/dx + y

2

= 0 nie jest równ. liniowym rzędu

1-go
61. Rozwiązanie równania liniowego rzędu 1-go
jednorodnego.
dy/dx + p(x)y=0;
Równanie dy/dx + p(x)y=0 spełnia funkcja y(x)=0; Jeśli y(x)≠0
jest równ. 0 zmiennych rozdzielonych
dy/dx = -p(x)y; p(x) = ∫p(x)dx
∫dy/y = ∫-p(x)dx;
ln|y| = -p(x) + C

1

, C

1

єR;

|y|=e

-p(x)

* e

C1

, C

1

єR

y = e

C1

* e

-p(x)

lub y= - e

C1

* e

-p(x)

c=e

C1

y = c * e

-p(x)

, c≠0

Rozw. ogólne równania dy/dx + p(x)y=0: y = c * e

-p(x)

, cєR

Rozważamy zagadnienie Cauche’go dla tego równania:
y(x

0

)=y

0

; y

0

=c*e

-p(x0)

c=y

0

* e

-p(x0)

W: Jeśli funkcja p(x) jest ciągła w przedziale (a, b) to wzór:” y =
ce

-p(x)

, c є R ” przedstawia rozwiązanie ogólne zadanego

równania. Zagadnienie Cauchy’ego dla zadanego równania ma

dokładnie 1. rozwiązanie.
62. Rozwiązanie równania liniowego rzędu 1-go
niejednorodnego. Metoda uzmienniania stałej.

Metoda polega na tym, że we wzorze: y=ce

-P(x)

, c є R,

zastępujemy stałą c funkcją C(x) i tak dobieramy funkcję, aby

y(x) = C(x)e

-P(x)

była rozwiązaniem ogólnym równania dy/dx –

e

xy

= 0. Czyli, C(x) = ∫f(x)e

P(x)

dx + C

1

jest rozwiązaniem ogólnym,

aby otrzymać rozwiązanie szczególne to musimy z warunku

(wcześniej podanego) obliczyć nasze C

1

.

63. Rozwiązanie równania liniowego rzędu 1-go

niejednorodnego. Metoda przewidywań.
Rozwiązanie ogólne równania niejednorodnego można
zapisać, jako sumę rozwiązanie ogólnego równania

jednorodnego oraz rozwiązania szczególnego. Równanie
szczególnego możemy wyznaczyć metodą przewidywania, tzn.

jeżeli p(x) = const a q(x) jest wielomianem, funkcją
wykładniczą, sinusem, cosinusem lub kombinację

wymienionych to istnieje rozwiązanie szczególne (RS) w tej
samej postaci, ale z innymi współczynnikami, które wyliczamy

po podstawieniu do równania.np.
64. Równanie zupełne. Rozwiązanie.
Niech będą dane funkcje P(x,y) i Q(x,y) klasy C

1

w pewnym

obszarze normalnym D, i niech Q(x,y) będzie różne od zera w
tym obszarze D.

dy/dx = -P(x,y)/Q(x,y)
P(x,y)dx + Q(x,y)dy = 0 (*)
Mówimy, że równanie (*) jest równaniem różniczkowym
zupełnym, gdy istnieje taka funkcja u(x,y) klasy C

2

w obszarze

D, której różniczka zupełna równa się lewej stronie tego

równania.
u'

x

dx + u'

y

dy = P(x,y)dx + Q(x,y)dy, czyli u'

x

= P(x,y) i u'

y

= Q(x,y)

Rozwiązanie: du = 0, czyli u(x,y) = C – jest to rozw. ogólne
równania (*) zapisane w postaci uwikłanej
65. Równanie liniowe rzędu 2-go o stałych współczynnikach,

jednorodne. Rozwiązanie za pomocą równania
charakterystycznego.
y'' + py' + qy = 0, p,qєR jest to równ. różniczkowe liniowe
jednorodne II rzędu o stałych współczynnikach. Jego
równaniem charakterystycznym jest równanie: r

2

+ ar + b = 0

(*). Rozwiązanie równania różniczkowego jest w zależności od
pierwiastków równania (*):
- dwa pierwiastki rzeczywiste (r

1

, r

2

) to rozwiązanie ogólne:

C

1

e

r1x

+ C

2

e

r2x

- jeden pierwiastek rzeczywisty (r

0

) to RO: C

1

e

r0x

+ C

2

xe

r0x

- pierwiastki zespolone (a+bi, a-bi) to RO: C

1

e

ax

cosbx +

C

2

e

ax

sinbx

66. Równanie liniowe rzędu 2-go o stałych współczynnikach,
niejednorodne. Rozwiązanie metodą uzmiennienia stałych.
Równanie różniczkowe liniowe niejednorodne: y'' + ay' + b =

f(x) można rozwiązać metodą uzmiennienia stałych, czyli stałe
C

1

i C

2

zamienić na funkcje C

1

(x), C

2

(x) które będą spełniały

układ równań:
C'

1

(x)y

1

(x) + C'

2

(x)y

2

(x) = 0

C'

1

(x)y'

1

(x) + C'

2

(x)y'

2

(x) = f(x)

z którego wyliczamy algebraicznie C'

1

, C'

2

, a następnie całkując

C

1

, C

2

.

UWAGA!! współczynnik przy y'' musi być 1. Jeśli nie jest
dzielimy obustronnie przez niego równanie.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
MATMA 2 ściąga teoria
matma ściaga (grupa 1)22
Teoria matma ściąga
Matma - sciaga, bankowość i finanse - pomoce naukowe
Matma ściąga
matma sciaga, Studia, Matematyka wyższa ;p
matma ściąga czerwona, Matematyka
MATMA- ściąga, Studia
MATMA (sciąga - macierze, Technika Rolnicza i Leśna, Semestr 1, Matematyka
matma ściąga
ściąga matma funkcje trygonomertyczne
Sciaga matma
matma zadania ściaga
ściaga matma pochodna ekstrema fun
sciaga wyk matma
sciąga matma
Wyklady z matematyki II sciaga, MATMA, matematyka, Matma, Matma, Stare, I semestr
sciąga z teorii matma(2)
ściąga Matma II sem

więcej podobnych podstron