background image

1.

 

Macierze. Określenie. Własności. Przykłady. Zastosowanie. 

 

 

Tablica 

  ×   liczb  rzeczywistych zapisanych w postaci 

 



×

… 



… 







… 





×

   np. 





= 

1 5 7

2 3 1

8 7 2



×

 

Gdzie:   n – liczba wierszy 

k – liczba kolumn 

 

 

Dla oznaczenia macierzy 

 można stosować 

 = [



]

×

 

gdzie 



 - elementy macierzy (wskaźnik 

  oznacza że element znajduje się w i-tym wierszu i j-tej kolumnie) 

 

Macierz której wszystkie elementy są równe zeru nazywamy macierzą zerową 

 

Macierz dla której 

 =  nazywa się macierzą kwadratową (k – stopień macierzy) 

 

W macierzy kwadratowej 





 elementy o równych wskaźnikach tworzą główną przekątną w 

macierzy 

 = 

1 0 0

2 1 0

0 1 1



×

 

 

Główna przekątna 

 

Macierz kwadratowa która ma wszystkie elementy poza główną przekątna równe zeru nazywa się 

macierzą diagonalną 

 = 

1 0 0

0 51 0

0 0 8



×

   

 

Jeśli w macierzy diagonalnej wszystkie elementy na głównej przekątnej są jedynkami, macierz 

nazywa się macierzą jednostkową i oznacza się 

"

×

 

"

×

= 

1 0 0

0 1 0

0 0 1



×

   

 

Jeśli elementy powyżej (poniżej) przekątnej macierzy kwadratowej są równe zeru macierz nazywa się 

macierzą trójkątną górną (dolną) 

 = 

1 7 5

0 2 1

0 0 8



×

               = 

1 0 0

20 2 0

15 7 8



×

 

 

Macierz trójkątna górna        Macierz trójkątna dolna 

 

 

Jeśli elementy leżące symetrycznie względem głównej przekątnej macierzy kwadratowej są równe 

macierz tą nazywamy macierzą symetryczną 

 = 

1 0 15

0 2 7

15 7 8



×

 

 

 

background image

 

 

 

Macierzą transponowaną 

(

×

)

%

 do macierzy 

 = [



]

×

  nazywamy macierz w której wiersze 

zamieniono na kolumny 

 

Macierz 

 nazywamy nieosobliwą gdy &'( ≠ 0 

 

Macierz nazywamy schodkową gdy pierwsze niezerowe elementy w kolejnych niezerowych 

wierszach znajdują się w kolumnach o rosnących numerach. Rząd macierzy jest równy liczbie jej 

„schodków”. 

 

Własności: 

o

 

2 macierze są równe jeśli są identyczne 

 



×

= *

×

⇔ 



= ,



 

o

 

Sumą macierzy jest macierz 

 



×

+ *

×

= .



/ + .,



/ = [



+ ,



]

×

 

o

 

By pomnożyć macierz przez l. rzeczywistą α należy jej elementy przemnożyć przez α 

0

×

= 0 1.



/

×

2 = .0



/

×

 

o

 

Iloczynem macierzy 



×3

= [



]

×3

,  *

3×5

= [,



]

3×5

  nazywamy macierz 

                                6

×5

= [7



]

×5

  gdzie  

7



= ∑



3

9

,



 

o

 

 + * = * +  

 

(dodawanie macierzy jest przemienne) 

o

 

( + *) + 6 =  + (* + 6)  (dodawanie macierzy jest łączne) 

o

 

0 = 0 

 

 

(mnożenie macierzy przez liczbę jest przemienne) 

o

 

(*6) = (*)6 

 

(mnożenie macierzy łączne) 

o

 

(* + 6) = * + 6  

(lewostr. mnożenie macierzy rozdzielne wzgl. dodawania) 

o

 

(* + 6) = * + 6  

(prawostr. mnożenie macierzy rozdzielne wzgl. dodawania) 

o

 

(*)

%

= *

%



%

 

o

 



%

=  

 

 

 

(macierz symetryczna) 

 

Zastosowanie: 

o

 

Rozwiązywanie układów równań 

o

 

Druga pochodna funkcji wielu zmiennych 

 

 

2.

 

Macierz odwrotna. Definicja. Własności. Metody wyznaczania. Zastosowanie. 

 

 

Macierzą odwrotną do nieosobliwej macierzy 



×

 nazywamy macierz 



×

:

 taką że 



:

 = " = 

:

 

Gdzie 

" jest macierzą jednostkową stopnia n 

 

Własności: 

o

 

Macierz odwrotna do macierzy odwracalnej jest odwracalna 

(

:

)

:

=  

o

 

Iloczyn macierzy odwracalnych jest macierzą odwracalną 

(*)

:

= *

:



:

 

o

 

Macierz transponowana do macierzy odwracalnej jest odwracalna 

(

%

)

:

= (

:

)

%

 

o

 

Macierz jednostkowa jest odwracalna oraz 

"

:

= " 

o

 

Macierz zerowa jest nieodwracalna a kwadratowa jest również osobliwa 

o

 

Suma macierzy odwracalnych nie musi być macierzą odwracalną 

o

 

Dla nieosobliwej macierzy 

 zachodzi równość &'(

:

=

;<=>

 

 

Wyznaczanie: 

o

 

Metoda dopełnień algebraicznych 

Jeśli 

|| ≠ 0 to 



:

= (

1

&'()(7@A)

%

 

gdzie 

7@A = .



/,   



= (−1)

C

det 



 

background image

o

 

Metoda operacji elementarnych 

Jeśli 

|| ≠ 0 to dokonanie na wierszach macierzy [|"] operacji elementarnych dla rzędu 

macierzy tak że otrzymujemy 

["|

] daje nam wynik 

= 

:

 

 

3.

 

Wyznaczniki. Określenie. Własności. Przykłady. Zastosowanie 

 

 

Wyznacznikiem macierzy kwadratowej stopnia n 

 = [



]

×

  nazywamy liczbę oznaczoną 

&'( 

 

którą określamy rekurencyjnie w zależności od stopnia n 

o

 

Jeśli

 

 = 1 to &'( = 

 

o

 

Jeśli

 

 ≥ 2 to &'( = ∑ (−1)

ICJ

K

9

a

IJ

detA

IJ

 

o

 

gdzie

 





 jest macierzą dopełniającą elementu 



 

 

np. 

 = N

O   &'( = (−1)

C

&'(

+ (−1)

C

&'(

− 

 

 

Schematy wyznaczania wyznacznika macierzy: 

a)

 

2-ego stopnia 

 

N∙ ∙

∙ ∙O 

   

−  

b)

 

3-ego stopnia 

I sposób (dopisywanie wierszy) 

Q



Q



Q









Q



Q



   

   

 

− 

II sposób (dopisywanie kolumn) 



























 

   

 

− 

  

 

Zastosowanie 

o

 

Rozwiązywanie układów równań z tw. Cramera 

o

 

Wyznaczanie macierzy odwrotnych 

o

 

Wyznaczanie rzędu macierzy 

o

 

Wyznaczanie minorów macierzy 

 

4.

 

Wyznaczniki własności 

 

 

Rozwinięcie Laplace’a 

&'( = ∑ (−1)

ICR

K

9

a

IR

detA

IR

 (rozwinięcie względem i-tego wiersza) 

&'( = ∑ (−1)

ICR

K

9

a

RI

detA

RI

 (rozwinięcie względem i-tej kolumny) 

 

|*| = (||)(|*|)

 (wyznacznik iloczynu macierzy jest równy iloczynowi wyznaczników) 

 

Wyznacznik macierzy trójkątnej, diagonalnej i jednostkowej jest równy iloczynowi elementów 

leżących na głównej przekątnej 

 

Wyznacznik macierzy w której przynajmniej 1 kolumna (wiersz) jest zerowa(y) równa się 0 

background image

 

Wyznacznik o co najmniej 2-u wierszach (kolumnach) proporcjonalnych jest równy 0 

 

Pomnożenie dowolnej kolumny lub dowolnego wiersza przez stałą mnoży przez tę samą 

stałą wartość wyznacznika. 

 

 

Zmiana kolejności wierszy (kolumny) zmienia znak wyznacznika na przeciwny 

 

det() = 



&'(

, gdzie k jest dowolną liczbą, n stopniem macierzy A 

 

det(

:

) = (&'()

:

 (wyznacznik macierzy odwrotnej równy odwrotności wyznacznika) 

 

Transpozycja macierzy nie powoduje zmiany znaku wyznacznika 

 

Dodawanie (odejmowanie) jednego wiersza (kolumny) do innego wiersza (kolumny) nie zmienia 

znaku wyznacznika 

 

5.

 

Operacje elementarne nie zmieniające rzędu macierzy. Operacje elementarne prowadzące do 

równań liniowych równoważnych. Operacje elementarne nie zmieniające wartości wyznacznika. 

 

 

Dla rzędu macierzy 

o

 

Pomnożenie wszystkich elementów danego wiersza (kolumny) przez liczbę różną od 0 

o

 

Dodanie do elementów wiersza (kolumny) odpowiednich elementów innego wiersza 

(kolumny) 

o

 

Skreślenie wiersza (kolumny) którego wszystkie elementy są równe 0 

o

 

Skreślenie jednego z wierszy (kolumn) jednakowych 

o

 

Zmiana kolejności wierszy (kolumn) 

 

Dla równań liniowych równoważnych 

o

 

Operacje elementarne nie zmieniające rzędu macierzy wykonywane tylko na wierszach 

 

Dla wyznacznika 

o

 

Dodawanie (odejmowanie) jednego wiersza (kolumny) do innego wiersza (kolumny) nie 

zmienia znaku wyznacznika 

 

 

6.

 

Rząd macierzy. Definicja. Własności. Przykłady. Zastosowanie. 

 

 

Rzędem macierzy A nazywamy liczbę 

ST równą największemu ze stopni nieosobliwych podmacierzy 

macierzy 

 

 

Własności 

o

 

Operacje elementarne dla rzędu macierzy 

 

a)

 

Pomnożenie wszystkich elementów danego wiersza (kolumny) przez liczbę różną od 0 

b)

 

Dodanie do elementów wiersza (kolumny) odpowiednich elementów innego wiersza 

(kolumny) 

c)

 

Skreślenie wiersza (kolumny) którego wszystkie elementy są równe 0 

d)

 

Skreślenie jednego z wierszy (kolumn) jednakowych 

e)

 

Zmiana kolejności wierszy (kolumn) 

o

 

Operacje elementarne dla rzędu macierzy nie zmieniają rzędu macierzy 

o

 

Rząd macierzy jest równy maksymalnej ilości wersorów w macierzy 

 

Zastosowanie 

o

 

Rozwiązywanie układów równań. 

 

 

 

 

 

background image

7.

 

Układy równań liniowych. Twierdzenie Kroneckera-Capellego.( Układy nieoznaczone równań 

liniowych)* Twierdzenie Cramera 

 

 

Układy równań liniowych 

o

 

Układem równań liniowych nazywamy zależność między macierzą układu (macierz 

współczynników przy niewiadomych 



3×

), wektorem niewiadomych 

UV

×W

 oraz 

wektorem wyrażeń wolnych 

*

×W

  



3×

UV

×W

= *

×W

 

o

 

Ze względu na ilość rozwiązań układy równań liniowych nazywamy: 



 

Oznaczonymi - istnieje 1 rozwiązanie 



 

Nieoznaczonymi - istnieje nieskończenie wiele rozwiązań (zbiór rozwiązań tworzy 

rozwiązanie ogólne) 



 

Sprzeczne- nie istnieje ani jedno rozwiązanie (zbiór rozwiązań jest pusty) 

 

Układy liniowe nieoznaczone* 

o

 

Zbiór rozwiązań układów nieoznaczonych nazywamy rozwiązanie ogólne układu 

UV

XY

 

o

 

Rozwiązanie szczegółowe układu nieoznaczonego nazywamy ustalony konkretny element 

rozwiązania ogólnego 

UV

Z

 

o

 

Wyznaczanie polega na przekształceniu macierzy rozszerzonej przy pomocy operacji 

elementarnych nie zmieniających rzędu macierzy, dokonywanych na wierszach macierzy 

rozszerzonej do postaci w której jest tyle kolumn jednostkowych 

'

, '

, … ile wynosi rząd 

macierzy 

S = ST. Wówczas 

"UV

[

+ \UV

]

= *

 

gdzie  



 

" - macierz jednostkowa stopnia r 



 

U

[

 – tworzą niewiadome „bazowe” 



 

U

]

 – wektor utworzony z pozostałych niewiadomych traktowanych jako 

parametry 



 

*

- wektor wyrazów wolnych otrzymany w wyniku operacji elementarnych 

 

 

 

 

Tw. Kroneckera-Capellego: 

Jeśli rząd macierzy układu jest równy rzędowi macierzy rozszerzonej 

ST = ST[|*] to układ nie 

jest sprzeczny. 

Jeśli  

ST = ST[|*] =  gdzie n jest ilością niewiadomych to układ jest oznaczony. 

Jeśli  

ST = ST[|*] =  gdzie  <  to układ jest nieoznaczony i rozwiązanie ogólne zależy od n-k 

parametrów 

 

Tw. Cramera: 

Jeśli macierz układu A jest nieosobliwa to rozwiązanie układu stanowią niewiadome 

U

_

=

;<=>

`

;<=>

 

 

8.

 

Metody rozwiązywania układów równań liniowych oznaczonych 

 

 

Metoda szkolna 

 

Metoda Cramera 

Gdy 

&'( ≠ 0 do obliczenia układu równań można zastosować wzory Cramera 

U



=

&'(



&'(  

 

gdzie 



 oznacza macierz otrzymaną przez zamianę w macierzy  i-tej kolumny kolumną 

wyrazów wolnych układu 

background image

 

Metoda operacji elementarnych 

Polega na przekształceniu macierzy rozszerzonej przy pomocy operacji elementarnych nie 

zmieniających rzędu macierzy, dokonywanych na wierszach, do postaci jednostkowej 

 

[|* → ["|w 

gdzie A-macierz główna, B- macierz wyrazów wolnych, X- macierz niewiadomych 

 

Metoda eliminacji Gaussa 

Polega na przekształceniu macierzy rozszerzonej przy pomocy operacji elementarnych nie 

zmieniających rzędu macierzy, dokonywanych na wierszach, do postaci w której jest tyle kolumn 

jednostkowych ile wynosi rząd macierzy 

 S = ST 

 

9.

 

Granica ciągu liczbowego. Definicja. Własności. Twierdzenia o ciągach zbieżnych. Liczba Eulera. 

 

 

Dla każdej dowolnie małej liczby 

x istnieje taki indeks 

y

(x) że dla wszystkich  > 

y

 spełniona jest 

nierówność:  

 

{ | { |



− }| < x

~







∈

‚~y

 

Liczbę 

} nazywamy granicą ciągu 

lim

→ƒ



= } 

 

Twierdzenia o ciągach zbieżnych 

o

 

Jeśli ciąg spełnia powyższy warunek jest ciągiem zbieżnym 

o

 

Ciągi które nie są zbieżne określamy jako rozbieżne 

o

 

Jeśli istnieją 2 podciągi ciągu o różnych granicach to ciąg nie ma granicy i jest rozbieżny 

 

Własności 

o

 

Ciąg 



 gdzie  ∈ „ ma co najwyżej jedną granicę 

o

 

Każdy ciąg monotoniczny i ograniczony ma granicę skończoną 

o

 

Jeśli ciąg ma granicę właściwą, to jest ograniczony. Jeśli ciąg liczb rzeczywistych ma 

granicę niewłaściwą, to jest nieograniczony  

o

 

Każdy podciąg ciągu zbieżnego jest zbieżny do tej samej granicy 

o

 

Jeśli ciągi 

…



†, …,



† są zbieżne to 



 

lim

→ƒ

(



+ ,



) = lim

→ƒ



+ lim

→ƒ

,



 



 

lim

→ƒ

(



,



) = (lim

→ƒ



)(lim

→ƒ

,





 

lim

→ƒ



,



‡ = lim

→ƒ



lim

→ƒ

,



‡

    gdzie 

lim

→ƒ

,



≠ 0       



 

Jeśli 

lim

→ƒ



= lim

→ƒ

,



=  i począwszy od pewnego indeksu 

 zachodzi 

nierówność 



≤ 7



≤ ,



 to również  

lim

→ƒ

7



=  

o

 

Przypadki oznaczone 



 

‰

 →ƒ

Š‹‹Œ 0  

 



 

N

‰

ƒ

O

→ƒ

Š‹‹Œ 0 

 



 

Ž

→ƒ

Š‹‹Œ 1  &     > 0  

 



 

√

Ž

→ƒ

Š‹‹Œ 1 



 

√



Ž

→ƒ

Š‹‹Œ ∞  



 

’



→ƒ

Š‹‹Œ 0 <=> |’| < 1 



 

∞∞

→ƒ

Š‹‹Œ ∞ 



 

∞ + ∞

→ƒ

Š‹‹Œ ∞ 

background image

o

 

Przypadki nieoznaczone 

[0

ƒ

     [1

ƒ

     [∞

y

     N

∞O     [0

y

     “

0

0”     [∞ − ∞

 

 

Granicę 



= (1 +




)



 oznaczamy e i nazywamy liczbą Eulera 

' = lim

→ƒ

•1 +

1



 

Jeśli  

lim

→ƒ

,



= ∞ to lim

→ƒ

11 +

[

Ž

2

[

Ž

= ' 

 

9*.   Szeregi liczbowe 

 

Szeregi liczbowe 

o

 

Ciąg sum częściowych nazywamy (

—



) utworzony z ciągu (



) gdzie 

—

 

—

 

—



+ ⋯ + 



 

o

 

Szeregiem liczbowym zbieżnym nazywamy granicę ciąg sum częściowych 

lim

→ƒ

—



= ™ 



ƒ

9

 

Jeżeli ciąg 

—



 jest rozbieżny, szereg jest rozbieżny. 



 

a

K

 - ogólny wyraz szeregu 



 

S

K

 – ogólny wyraz sum częściowych 



 

lim

K→ƒ

S

K

 - suma szeregu 

 

Tw. Cauchy’ego dla szeregów 

o

 

Szereg 

 ∑



ƒ

9

  jest zbieżny 

⇔ gdy 

{ | { {|

C

C

+ ⋯ + 

C

|

∈

~›

›

‚~y

< x 

lim

→ƒ

œ|



|

Ž

= } ⋀ } < 1 

o

 

Szereg 

 ∑



ƒ

9

 jest rozbieżny 

⇔ gdy  lim

→ƒ

œ|



|

Ž

= }  ∧ } > 1 

 

Kryterium d’Lamberta 

o

 

Szereg 

 ∑



ƒ

9

  jest zbieżny 

⇔ gdy lim

→ƒ

Ÿ

 

Ž¡¢

 

Ž

Ÿ = }  ∧ } < 1 

o

 

Szereg 

 ∑



ƒ

9

 jest rozbieżny 

⇔ gdy  lim

→ƒ

Ÿ

 

Ž¡¢

 

Ž

Ÿ = }  ∧ } > 1 

 

Kryterium porównawcze 

o

 

Szereg 

 ∑



ƒ

9

  jest zbieżny 

⇔ gdy ∑



ƒ

9

,



ƒ

9

⋀ ∑

,



 

ƒ

9

jest zbieżny 

o

 

Szereg 

 ∑



ƒ

9

 jest rozbieżny 

⇔ gdy  ∑



ƒ

9

,



ƒ

9

⋀ ∑

,



 

ƒ

9

jest rozbieżny 

 

Warunek zbieżności szeregu 

o

 

Jeśli szereg 

 ∑



ƒ

9

  jest zbieżny  to  

lim

→ƒ



= 0 

™ 



ƒ

9

< +∞ ⇒ lim

→ƒ



= 0 

 

10.

 

Funkcja rzeczywista. Określenie. Własności. Przykłady. Zastosowanie 

 

 

Sposób przyporządkowania każdemu elementowi danego zbioru X dokładnie jednego elementu 

pewnego zbioru Y nazywamy funkcją. Jeśli dziedzina i przeciwdziedzina funkcji zawierają się w 

zbiorze liczb rzeczywistych to funkcję 

¤ = A(U) nazywamy funkcją rzeczywistą zmiennej 

rzeczywistej. 

 

background image

 

Własności: 

o

 

Jeśli funkcja dla dowolnych argumentów z dziedziny 

U

  U

  gdzie 

U

> U

 spełnia 

warunek 

A(U

) ≥ A(U

) ( A(U

) ≤ A(U

) ) to nazywamy ją funkcją monotonicznie 

rosnącą (malejącą) 

o

 

Funkcję nazywamy ograniczoną od góry (od dołu) jeśli jej wartości nie przewyższają (nie 

są mniejsze od) pewnej ustalonej liczby tzw. kresu górnego (dolnego). Funkcje 

ograniczone od góry i od dołu nazywamy funkcjami ograniczonymi

o

 

Funkcja 

A(U) z dziedziną \ ma w punkcie a maksimum absolutne lub globalne jeżeli dla 

wszystkich 

U ∈ \  

A( ) ≥ A(U) 

o

 

Funkcja 

A(U) ma w punkcie a maksimum względne lub lokalne jeśli nierówność 

A( ) ≥ A(U) jest prawdziwa w pewnym otoczeniu punktu a, tzn. dla wszystkich U takich 
że 

 

 − x < U <   + x 

o

 

Funkcje parzyste spełniają warunek 

A(−U) = A(U) sama dziedzina \ funkcji A musi być 

symetryczna 

(U ∈ \) => (−U ∈ \) 

o

 

Funkcje nieparzyste spełniają warunek 

A(−U) = −A(U) sama dziedzina \ funkcji A musi 

być symetryczna 

o

 

Funkcje okresowe spełniają warunek 

A(U + ¥)= A(U), ¥ = 7@¦( , ¥ ≠ 0 

o

 

Funkcję 

A: w → ¨ nazywamy odwracalną gdy istnieje taka funkcja }: ¨ → w taka że 

}©A(U)ª = U dla każdego U ∈ w 
A©}(¤)ª = ¤ dla każdego ¤ ∈ ¨ 
Funkcję 

} nazywamy funkcją odwrotną do A i oznaczamy symbolem A

:

 

o

 

Funkcja 

A: w → ¨ jest różnowartościowa (iniekcja) gdy dla dowolnych elementów 

, , ∈ w spełniony jest warunek   ≠ , ⇒ A( ) ≠ A(,) 

o

 

Suriekcja: Niech 

w oraz ¨ będą dowolnymi zbiorami. Funkcja A: w → ¨  odwzorowuje 

zbiór 

na zbiór ¨ gdy każdy element zbioru ¨ jest wartością funkcji w pewnym punkcie 

o

 

Bijekcja: Funkcja będąca jednocześnie funkcją różnowartościową i „na”. 

 

11.

 

Granica i ciągłość funkcji w punkcie. Własności funkcji ciągłych w przedziałach domkniętych. 

 

 

Niech funkcja będzie funkcją określoną w przedziale (a,b) z wyjątkiem punktu 

U

y

 gdzie 

U

y

∈ ( , ,), 

liczbę g: 

 

} = lim

→



A(U) 

Nazywamy granicą funkcji w punkcie 

U

y

 wtedy i tylko wtedy gdy dla każdego ciągu argumentów 

…U



†

∈

 takiego że 

U



≠ U

y

 oraz 

lim U



= U

y

 ciąg liczbowy 

…A(U



∈

 jest zbieżny do liczby g. 

 

Funkcja 

A( ) jest ciągła w punkcie  U

y

 wtedy i tylko wtedy gdy  

lim

→



A(U) = A(U

y

 

Własności 

o

 

Złożenie funkcji ciągłych jest funkcją ciągłą (superpozycja) funkcji ciągłych jest funkcją 

ciągłą 

o

 

Funkcje wielomianowe, funkcja potęgowa, wykładnicza, logarytmiczna, funkcje 

trygonometryczne oraz funkcje cyklometryczne są ciągłe w swoich dziedzinach.  

o

 

Suma, różnica, iloczyn, iloraz funkcji ciągłych jest funkcją ciągłą 

 

12.

 

Funkcje odwrotne. Twierdzenie o istnieniu funkcji odwrotnej. Funkcje 

«

¬

, ­®¬, ¯°±²³®¬, ¯°±±´²¬, 

¯°±µ¶¬, ¯°±±µ¶¬. Określenie. Własności. 
 

 

Funkcję 

A: w → ¨ nazywamy odwracalną gdy istnieje taka funkcja }: ¨ → w taka że 

}©A(U)ª = U dla każdego U ∈ w  
A©}(¤)ª = ¤ dla każdego ¤ ∈ ¨ 
Funkcję 

} nazywamy funkcją odwrotną do A i oznaczamy symbolem A

:

 

background image

 

Własności: 

o

 

Funkcja odwrotna do funkcji rosnącej jest rosnąca 

o

 

Funkcja odwrotna do funkcji malejącej jest malejąca 

o

 

Funkcja odwrotna do funkcji ciągłej jest ciągła 

o

 

Funkcja odwrotna do funkcji różniczkowalnej

A(U) jest różniczkowalna wszędzie z 

wyjątkiem obrazów punktów dla których 

A

¸

(U) = 0 

o

 

Wykres funkcji odwrotnej do 

A jest symetryczny do  wykresu A względem prostej ¤ = U 

o

 

Funkcja odwrotna złożenia funkcji dana jest wzorem 

(A ∙ })

:

= }

:

∙ A

:

 

 

13.

 

Pochodna funkcji. Definicja pochodnej w punkcie. Interpretacja geometryczna. Funkcje pochodne. 

Własności. Przykłady. Zastosowanie 

 

 

Pochodna funkcji 

o

 

Pochodną 

A: \

¹

− º

¹

 w punkcie 

U

y

 nazywamy funkcję 

A

¸

(U

y

)  która jest granicą iloczynu 

różnicowego 

A

¸

(U

y

) = lim

»→y

A(U

y

+ ℎ) − A(U

y

)

 

Jeśli ta granica istnieje jest skończona to funkcje nazywamy funkcją różniczkowalną w 

punkcie 

U

y

 

 

o

 

Geometryczna interpretacja pochodnej 

A

¸

(U

y

 

A(U

y

+ ℎ) − A(U

y

)

= (}0 

lim

»→y

A(U

y

+ ℎ) − A(U

y

)

= (}0 

o

 

Równanie stycznej do funkcji różniczkowalnej w punkcie 

U

y

: A

¸

( U

y

)(U − U

y

) + A(U

y

 

Własności: 

o

 

Tw. Rolle’a: Jeśli 

A: \

¹

− º

¹

 jest ciągła w przedziale domkniętym 

A: <  , , >∋ \

¹

  

różniczkowalna wewnątrz tego przedziału oraz 

A( ) = A(,) to istnieje 

ξ ∈<  , , > taka 

że

 

A

¸

(

¿

)

= 0

 

o

 

Tw. Lagrange’a:

 

Jeśli 

A: \

¹

− º

¹

 jest ciągła w przedziale domkniętym 

A: <  , , >∋ \

¹

 

różniczkowalna wewnątrz tego przedziału to istnieje 

ξ ∈<  , , > taka że  

A

¸

(ξ) =

A(,) − A( )

, − 

 

o

 

[A(U) ± }(U)

¸

= A

¸

(U) ± }

¸

(U) 

o

 

(7A(U))

¸

= 7A

¸

(U) 

o

 

(U



)

¸

= 0U

:

 

o

 

(A})

¸

= A

¸

} + }

¸

o

 

(

¹
Y

)

¸

=

¹

Á

Y:Y

Á

¹

Y

Â

 

o

 

.A©}(U)ª/

¸

= A

¸

©}(U)ª}

¸

(U) 

o

 

(7)

¸

= 0 

background image

o

 

(7@¦U)

¸

= ¦U 

o

 

(¦U)

¸

= 7@¦U 

o

 

('



)

¸

= '



 

o

 

(U)

¸

=




 

o

 

( S7¦U)

¸

=

œ :

Â

 

o

 

( S77@¦U)

¸

=

:

œ :

Â

 

o

 

( S7(}U)

¸

=

C

Â

 

o

 

( S77(}U)

¸

= −

C

Â

 

o

 

(√U)

¸

=

√

 

 

Zastosowanie 

o

 

Obliczanie granic nieoznaczonych (Tw. L’Hospitala) 

o

 

Wyznaczanie stycznych (równanie stycznej) 

o

 

Badanie przebiegu zmienności funkcji 

o

 

Rozwinięcie funkcji w szereg Maclaurina, Taylora 

13*.   Szeregi potęgowe 

 

Szeregiem potęgowym nazywamy funkcję 

—(U) = ™ 



U



ƒ

9y

 

czyli 

  —(U) = 

y

U + 

U

+ ⋯ + 



U



+ ⋯ 

jest uogólnieniem pojęcia wielomianu stopnia n- wielomianu nieskończonego stopnia 

 

Jeżeli szereg 

  ∑



U



ƒ

9y

   jest zbieżny w punkcie 

U

y

 to szereg 



U



ƒ

9y

 jest zbieżny w każdym 

punkcie przedziału 

(−¿x



; ¿U



) gdzie 0 < ¿ < 1 

 

Promieniem zbieżności szeregu potęgowego nazywamy taką liczbę dodatnią że szereg jest zbieżny 

dla 

U spełniającego nierówność |U| < S i rozbieżny dla S < |U|. 

Przedział (-r,r) nazywamy przedziałem zbieżności szeregu 

 

14.

 

Zastosowanie pochodnej do obliczania granicy nieoznaczonej. 

 

 

Tw. L’Hospitala:  Jeśli  

lim

→



A(U) = 0 (Å, ∞) oraz lim

→



}(U) = 0 (Å, ∞) czyli mamy 

doczynienia z przypadkiem 

y
y

 Å, 

ƒ
ƒ

 to: 

lim

→



A(U)

}(U) = lim

→



A

¸

(U)

}

¸

(U)

 

 

15.

 

Badanie przebiegu zmienności funkcji rzeczywistej 

 

 

Monotoniczność funkcji 

Funkcja jet monotonicznie rosnąca 

⇔ dla dowolnych dwóch argumentów U

, U

 jeśli 

U

< U

  to 

A(U

) < A(U

). Analogicznie z malejącą. 

Funkcja różniczkowalna jest monotonicznie rosnąca w przedziale 

<  , , > ⇔ A

¸

(U) > 0. 

Analogicznie z malejąca. 

 

Różnowartościowość 

Funkcja różniczkowalna jest różnowartościowa w przedziale  

<  , , > ⇔ gdy jest monotoniczna w 

przedziale <a,b>. 

background image

 

Ekstrema funkcji 

Funkcja ma w punkcie 

U

y

 maksimum (minimum) lokalne 

⇔  w otoczeniu punktu U

y

 wszystkie 

wartości funkcji sa mniejsze (wieksze) niż wartość 

A(U

y

) 

o

 

Warunek konieczny istnienia ekstremum 

Jeśli funkcja ma w punkcie 

U

y

 ekstremum to nie istnieje pochodna w punkcie 

U

y

 lub 

A

¸

(U

y

) = 0. 

o

 

Warunek wystarczający na istnienie ekstremum I 

Jeśli w otoczeniu punktu spełniającego warunek konieczny pochodna 

A

¸

(U

y

) zmienia znak 

to funkcja ma w punkcie 

U

y

 ekstremum (maksimum dla +/-, minimum dla -/+. 

o

 

Warunek wystarczający na istnienie ekstremum II 

Jeśli 

A

¸

(U

y

) = 0 oraz A

¸¸

(U

y

) ≠ 0 to funkcja ma w punkcie  U

y

 ekstremum (

A

¸¸

(U

y

) < 0 

maksimum, 

A

¸¸

(U

y

) > 0 minimum) 

 

Punkty przegięcia 

o

 

Warunek konieczny istnienia punktu przegięcia 

Jeśli funkcja ma w punkcie 

U

y

 punkt przegięcia to 

A

¸¸

(U

y

) = 0 

o

 

Warunek wystarczający istnienia punktu przegięcia 

Jeśli w otoczeniu punktu spełniającego warunek 

A

¸¸

(U

y

) = 0 druga pochodna A

¸¸

(U) 

zmienia znak to funkcja ma punkt przegięcia w 

U

y

 

 

 

Wklęsłość/Wypukłość funkcji 

o

 

Jeśli druga pochodna jest dodatnia 

A

¸¸

(U

y

) > 0 dla x należących do przedziału <a,b> to 

funkcja jest w tym przedziale wklęsła 

o

 

Jeśli druga pochodna jest ujemna 

A

¸¸

(U

y

) < 0 dla x należących do przedziału <a,b> to 

funkcja jest w tym przedziale wypukła 

 

Asymptoty 

o

 

Asymptota ukośna 

Asymptotą ukośną funkcji f nazywamy prostą 

¤ =  U + , taką że  

lim[A(U) − ( U + ,) = 0 

Dla aymptoty ukośnej mamy 
 = lim

→±ƒ

¹()



  

, = lim

→±ƒ

[A(U) −  U 

o

 

Asymptota pionowa 

Asymptotą pionową f nazywamy prostą 

U = U

y

⇔ ÆÇÈ

¬→±ƒ

= ±∞ 

 

16.

 

Funkcja pierwotna. Całka nieoznaczona. Określenie. Własności, Przykłady. Zastosowanie. 

 

 

Funkcja pierwotna 

o

 

Funkcja pierwotną do funkcji

 A określonej w pewnym obszarze domkniętym nazywamy 

taką funkcję

  É określoną w tym obszarze, której pochodna jest równa  A. 

É

¸

(U) = A(U) 

o

 

Jeśli 

 É jest funkcją pierwotną dla funkcji  A( ) to dla dowolnej stałej 6 = 7@¦( funkcja 

É(U) + 6 

też jest funkcją pierwotną. 

 

Całka nieoznaczona 

o

 

Całką nieoznaczoną funkcji podcałkowej 

A(U) nazywamy rodzinę funkcji pierwotnych dla 

A(U) i oznaczamy 

Ê A(U)&U = É(U) + 6 

 

 

background image

o

 

Własności 



 

Ë(A(U) ± }(U))&U = Ë A(U)&U ± Ë }(U)&U 



 

Ë 7A(U)&U = 7 Ë A(U)&U 



 

Ë '



&U = '



 



 

Ë 7@¦U &U = ¦U + 6 



 

Ë ¦U &U = −7@¦U + 6 



 

Ë




&U = U + 6 



 

Ë U



=

C

U

C

    dla 

0 ≠ −1 



 

Ë A

¸

(U)}(U)&U = A(U)}(U) − Ë A(U)}

¸

(U) 



 

Ë A(U)&U = Ë A©ℎ(()ªℎ

¸

(()&(    (Całkowanie przez podstawienie) 



 

Ë

¹

Á

()

¹()

&U = |A(U)| + 6 

o

 

Zastosowanie 



 

Obliczanie całek oznaczonych 

 

17.

 

Całka oznaczona Newtona. Własności. Całka jako pole. Twierdzenie watrości średniej dla całki. 

Dowód. Interpretacja geometryczna. 

 

 

Całka oznaczona Newtona 

o

 

Całką oznaczoną funkcji ciągłej w przedziale 

<  , , > nazywamy różnicę wartości funkcji 

pierwotnej 

É( ) w górnej i dolnej granicy całkowania 

Ê A(U)&U = É(,) − É( )

[

 

 

o

 

Własności 



 

Granice całkowanie nie ulegają zmianie we własnościach i metodach wyznaczania 

całkinieoznaczonej z wyjątkiem metody podstawienia 



 

Jeśli funkcja jest parzysta w przedziale 

< − ,   > to  

Ê A(U)&U = 2

 

Ê A(U)&U

 

 

 



 

Jeśli funkcja jest nieparzysta w przedziale 

< − ,   > to  

Ê A(U)&U = 0

 

 



 

Ë A(U)&U =

[

 

Ë A(U)&U +

‰

 

Ë A(U)&U

[

‰

   gdzie 

7 ∈<  , , > 

 

Twierdzenie o wartości średniej dla całki 

o

 

Jeśli funkcja jest ciągła w 

<  , , > to istnieje ¿ ∈ ( , ,) takie że 

A(¿) =

1

, −   Ê A(U)&U

[

 

 

o

 

Dowód 

Z założenia o ciągłości funkcji funkcji wynika że istnieją liczby 

Ì i Í takie że 

Í(, −  ) ≤ Ê A(U)&U ≤ Ì(, −  )

[

‰

 

czyli 

Í ≤

1

(, −  ) Ê A(U)&U

[

 

≤ Ì 

 

background image

o

 

Z twierdzenia Dardoux wynika że istnieje taka

   ¿ ∈<  , , > że A(¿) przyjmuje wszystkie 

wartości pośrednie między liczbami 

Í a Ì zatem istnieje ¿ takie że 

A(¿) =

1

, −   Ê A(U)&U

[

 

 

17*. Konstrukcja całki Riemanna 

 

Niech będzie dana funkcja w przedziale 

" =<  , , >⊆ Ï. Całką oznaczoną Riemanna funkcji w 

przedziale 

<  , , > nazywamy granicę ciągu sum całkowych 

—



= ™ A(U



X

)|U

C

− U



|



9

 

gdzie 

U



 są punktami podziału przedziału 

" na  rozłącznych przedziałów takich że ciąg najdłuższych 

podprzedziałów ma granicę równą . 

U



X

 jest punktem pośrednim przedziału < U

C

, U



> czyli 

U



X

∈ (U

C

, U



). Jeśli —



 jest zbieżny do skończonej granicy g 

lim —



= } to mówimy że istnieje 

całka funkcji. Liczbę g nazywamy całką oznaczoną w przedziale 

<  , , > 

} = Ê A(U)&U = lim

→ƒ

—



[

 

 

Jeśli f(x) jest ujemna dla 

U ∈<  , , > to pole obszaru między wykresem funkcji, osią Ox a prostymi 

U =  , U = , wyraża się 

− Ê A(U)&U

[

 

 

 

18.

 

Całki niewłaściwe. 

 

 

Całką niewłaściwą pierwszego rodzaju nazywamy całkę oznaczoną w granicach nieskończonych 

o

 

Ë A(U)&U

ƒ

 

= lim

[→ƒ

Ë A(U)&U

[

 

 

o

 

Ë A(U)&U

[

= lim

 →:ƒ

Ë A(U)&U

[

 

 

o

 

Ë A(U)&U

ƒ

–ƒ

= Ë A(U)&U +

‰

Ë A(U)&U

ƒ

‰

   gdzie

 7 ∈ (−∞, ∞) 

 

 

Całką niewłaściwą drugiego rodzaju nazywamy całkę z funkcji nieograniczonej na przedziale 

całkowania 

o

 

Jeśli funkcja jest nieograniczona w lewym końcu przedziału całkowania (a,b) to 

Ê A(U)&U =

[

 

lim

→ 

¡

Ê A(U)&U

[



 

o

 

Jeśli funkcja jest nieograniczona w prawym końcu przedziału całkowania (a,b) to 

Ê A(U)&U =

[

 

lim

→[

Ñ

Ê A(U)&U



 

 

o

 

Jeśli funkcja jest nieograniczona dla 

U = 7  gdzie 7 ∈ ( , ,) to 

Ê A(U)&U =

[

 

Ê A(U)&U +

‰

 

Ê A(U)&U

[

‰

 

 

Całka Gauss’a (Poissona) 

Ê '

:

Â

&U = √2Ò

ƒ

 

19.

 

 

background image

20.

 

 *Rozwinięcie funkcji okresowej w szereg Fouriera 

 

 

Harmonika 

o

 

Harmoniką nazywamy funkcję rzeczywistą zmiennej t (interpretowana jako czas) o 

wartości 

Ó(() =  sin((Õ + 0) 

Wielkości 

, Õ, 0 są parametrami tej funkcji 

o

 

Harmonika jest funkją okresową i opisuje ona ruch drgania harmonicznego gdzie 



 

Õ - częstość drgań 



 

|| - amplituda drgań 



 

0 – faza 

o

 

Okresem harmoniki 

Ó(() jest ¥ =

Ö

× 

 

o

 

Jeśli weźmiemy pod uwagę sumę harmonik otrzymamy funkcję również okresową bardziej 

złożoną niż funkcja pierwsza np. 

ℎ(() = ¦( +

1

2 ¦2( +

1

4 ¦3(

 

o okresie 

2Ò ale różna od ¦U 

o

 

Można pokazać ze funkcję okresową można przedstawić jako sumę sinusoid (harmonik) 

ℎ(()

y

+ ™ 



sin(Õ( + 0 



)

ƒ

9

 

o

 

Jeśli zastosować wzór na sin sumy 

∢   sin(0 + Ú), 0 = U, Ú = 0



  i  



y

y

,   



sin 0





, 



cos 0



= ,



   

A(U) = 

y

+ ™ (a

K

cos U + b

K

sin U)

ƒ

9

 

 

Rozwinięcie w szereg Fouriera 

o

 

Funkcja okresowa o okresie 

2Ò całkowalna w przedziale < −Ò, Ò > ma rozwinięcie w 

szereg Fouriera 

A(U) = 

y

+ ™ (a

Ü

cos ÍU + b

Ü

sin ÍU)

ƒ

39

 

gdzie 



 

y

= 1

Ö

2 Ë A(U)&U

Ö

 



 

3

= 1

Ö

2 Ë A(U) cos ÍU &U

Ö

    Í = 1,2, …    



 

,

3

= 1

Ö

2 Ë A(U) sin ÍU &U

Ö

    Í = 1,2, … 

o

 

Dowód 

Ê A(U)&U

Ö

= Ê 

y

Ö

&U + + ™ Ý



Ê cos U

Ö

&U + ,



Ê sin U &U

Ö

Þ

ƒ

9

 

Ale 

Ê cos U &U

Ö

= ß

sin U

 à

Ö

   @S T    Ê sin U &U = ß

−(cos U)



à

Ö

Ö

= 0 

Zatem 

Ê A(U)&U

Ö

= 2Ò

y

   7T¤   

y

= •

1

2Җ Ê A(U)&U

Ö

 

Ê A(U) cos U &U = 

y

Ê cos U &U +

Ö

™ Ý



Ê cos U cos ÍU &U + ,



Ê sin U cos U

Ö

Ö

Þ

ƒ

9

Ö

 

background image

Dla 

 = Í 

Ê 7@¦

ÍU&U =

1

2 Ê(1 + 7@¦2ÍU)&U = Ò

Ö

Ö

 

Dla 

 ≠ Í obie całki pod znakiem sumy w przedziale < −Ò, Ò > są równe zeru. Wszystkie 

całki poza całką 

3

 pod znakiem sumy są równe zeru. 

 

21.

 

Równania różniczkowe zwyczajne. Równania o zmiennych rozdzielnych. Równania Pearsona. 

 

 

Równania różniczkowe zwyczajne 

o

 

Równaniem różniczkowym zwyczajnym pierwszego rzędu nazywamy zależność między 

niewiadomą funkcją 

¤(U) zmiennej rzeczywistej U i pochodną ¤

¸

(U) (związek między 

U, ¤(U), ¤

¸

(U)). Zapis 

É(U, ¤(U), ¤

¸

) = 0 

o

 

Całką szczególną (rozwiązaniem szczególnym) równania różniczkowego nazywamy każdą 

funkcję 

¤(U) spełniającą równanie  É(U, ¤(U), ¤

¸

) = 0 

o

 

Całką ogólną (rozwiązaniem ogólnym) równania różniczkowego nazywamy zbiór 

wszystkich całek szczególnych 

 

Równania różniczkowe o zmiennych rozdzielonych 

o

 

Równanie różniczkowe nazywa się równaniem różniczkowym o zmiennych rozdzielonych 
⇔ można je przedstawić w postaci 

}(¤)¤

¸

= A(U) 

gdzie 

}, A są ciągłe na odpowiednim przedziale określoności. 

 

Równanie Pearsona 

o

 

Równaniem różniczkowym Pearsona nazywa się równanie różniczkowe (o zmiennych 

rozdzielonych) postaci 

( U

+ ,U + 7)¤

¸

+ (U + &)¤ = 0 

 

22.

 

Pochodna kierunkowa. Funkcja dwóch zmiennych. Definicja. Własności. Przykłady. Interpretacja 

geometryczna. Twierdzenie o pochodnych kierunkowych. 

 

 

Funkcje dwóch zmiennych 

o

 

Funkcją wielu zmiennych nazywamy odwzorowanie 

A: w → Ï gdzie w ∋ Ï



Funkcją dwóch zmiennnych jest 

A: w → Ï gdzie w ∋ Ï

. 

o

 

Wykresem funkcji dwóch zmiennych jest zbiór {

(U, ¤, T) ∈ Ï



, T = A(U, ¤)† tj. płat 

powierzchni w przestrzeni 

Ï



. 

o

 

Warstwicą funkcji dwóch zmiennych 

A(U, ¤) odpowiadającą wartości T

y

 nazywamy zbiór 

á

â



= …(U, ¤): A(U, ¤) = T

y

† 

o

 

Granicą funkcji dwóch zmiennych w punkcie 

(U

y

, ¤

y

) nazywamy liczbę g (o ile istnieje) 

} = lim

ã→





A(U

y

, ¤

y

taką że dla każdego ciągu argumentów 

(U

y

, ¤

y

) należącego do otoczenia punktu (U

y

, ¤

y

takiego że 

(U



, ¤



) → (U

y

, ¤

y

)  ciąg wartości A(U



, ¤



) przy  → ∞ dąży do liczby g.  

o

 

Funkcja 

A: w → Ï gdzie w ∋ Ï

 jest ciągła w punkcie 

(U

y

, ¤

y

) ⇔ 

lim

ã→





A(U, ¤) = A(U

y

, ¤

y

Funkcja 

A: w → Ï gdzie w ∋ Ï

 jest ciągła w obszarze S 

⇔ jest ciągła w każdym punkcie 

obszaru S. Suma, iloczyn, iloraz, różnica funkcji ciągłych jest funkcją ciągłą. 

Z łożenie funkcji ciągłych jest funkcją ciągłą. 

 

Pochodna kierunkowa 

background image

o

 

Pochodną kierunkową funkcji określonej w obszarze 

\ ∋ Ï

 w punkcie 

U

y

 w kierunku 

wektora 

—V nazywamy liczbę 

åV

A(U

y

) = lim

»→y

[A(U

y

+ ℎ¦V )– A(U

y

)

 

o

 

Niech funkcja f będzie określona na otoczeniu punktu (x

0

,y

0

). Ponadto niech 

γ

 oznacza kąt 

nachylenia do płaszczyzny xOy półstycznej do krzywej otrzymanej w wyniku przekroju 

wykresu funkcji f półpłaszczyzną przechodzącą przez prostą x = x

0

y = y

0

 oraz równoległą 

do wersora 

v

r

. Wtedy  

æA

æçV (U

y

, ¤

y

) = (}è 

Pochodna kierunkowa określa szybkość zmiany wartości funkcji f w kierunku wersora 

v

r

 

 

23.

 

Pochodna cząstkowa. Gradient funkcji dwóch zmiennych. 

 

 

Pochodna cząstkowa funkcji 

o

 

Pochodną cząstkową funkcji 

A: Ï → Ï względem k-tej zmiennej nazywamy pochodną 

kierunkową funkcji 

A w kierunku k-tego wersora '



 

æA(¬

é

)

æU



= ∇

ê

ë

f(í

é

Pochodna cząstkowa po zmiennej x jest wyznaczona jako pochodna funkcji 

A(U, ¤) jednej 

zmiennej x. Drugą zmienną y traktujemy jako stałą. 

o

 

Pierwszą pochodną funkcji wielu zmiennych nazywamy wektor którego współrzędne 

stanowią kolejne pochodne cząstkowe funkcji f 

A

¸

(U

, U

, … , U



) = î

æA

æU

,

æA

æU

, … ,

æA

æU



ï 

o

 

Pochodna cząstkowa drugiego rzędu 

æ

A(U

y

)

æU

 

æU

[

=

æ

æU

[

ð

æA(U

y

)

æU

 

ñ 

Jeśli w otoczeniu punktu 

¬

é

 pochodne cząstkowe mieszane drugiego rzędu funkcji istnieją 

i są ciągłe w punkcie 

¬

é

  to są sobie równe. 

o

 

Drugą pochodną funkcji 

Ï



→ Ï (hesjanem) nazywamy macierz w której w k-tym wierszu 

występują kolejne pochodne cząstkowe drugiego rzędu pochodnej cząstkowej pierwszego 

rzędu względem zmiennej k-tej. Druga pochodna funkcji dwóch zmiennych jest macierzą 

postaci 

A

¸¸

(U, ¤) =

ò

ó

ó

ó

ô æ

A

æU

æ

A

æUæ¤

æ

A

æ¤æU

æ

A

æ¤

õ

ö

ö

ö

÷

 

 

Gradient funkcji 

background image

o

 

Gradientem funkcji w punkcie 

¬

é

  nazywamy wektor 

A

¸

é

) określony wzorem 

}S &A(U

y

, ¤

y

) ≝ “

æA

æU (U

y

, ¤

y

),

æA

椠(U

y

, ¤

y

)”  

o

 

Gradient funkcji w punkcie 

¬

é

  jest wektorem prostopadłym w punkcie 

¬

é

 do warstwicy 

funkcji przechodzącej przez 

¬

é

  i jest kierunkiem najszybszego wzrostu wartości funkcji w 

¬

é

 

 

24.

 

Ekstrema funkcji dwóch zmiennych. 

 

 

Minorem rzędu k macierzy kwadratowej 

 = [





×

 nazywamy wyznacznik podmacierzy 

kwadratowej stopnia k  

&



= det [





×

 

 

Macierz kwadratowa jest: 

o

 

dodatnio określona  

⇔ wszystkie jej minory są dodatnie &



> 0 

o

 

ujemnie określona 

⇔ (−1)



&



> 0  

o

 

półokreślona 

⇔  (−1)



&



≥ 0 Å, &



≥ 0 

o

 

W pozostałych przypadkach macierz jest nieokreślona. 

 

Warunek konieczny istnienia ekstremum funkcji różniczkowej 

Jeśli funkcja f(x) ma ekstremum w punkcie 

U

y

 i jest różniczkowalna w punkcie 

¬

é

 i jego otoczeniu to 

pochodna  

A

¸

(U) = 0. 

 

Warunek dostateczny istnienia ekstremum funkcji różniczkowalnej. 

Jeśli f(x) jest różniczkowalna w punkcie 

¬

é

  i jego otoczeniu to pierwsza pochodna 

A

¸

(U

y

) = 0 oraz: 

o

 

Macierz wartości drugich pochodnych w punkcie  

¬

é

  dodatnio określona to funkcja ma w 

¬

é

  minimum. 

o

 

Macierz wartości drugich pochodnych w 

¬

é

   jest ujemnie określona to funkcja ma w 

¬

é

   

maksimum. 

o

 

Macierz wartości drugich pochodnych w 

¬

é

  ma ujemny wyznacznik to funkcja ma w 

¬

é

   

punkt siodłowy. 

o

 

Macierz wartości drugich pochodnych w 

¬

é

  jest nieokreślona to funkcja w 

¬

é

 nie ma   

ekstremum. 

o

 

Macierz wartości drugich pochodnych w 

¬

é

 jest półokreślona to istnienie ekstremum jest 

przez drugą pochodną funkcji  nierozstrzygnięte. 

 

 

25.

 

Całka podwójna. Całka iterowana. 

 

 

Niech będzie dana funkcja dwóch zmiennych f(x,y) w obszarze domkniętym 

\ ∋ Ï

. Całką funkcji 

A( ) na obszarze \ nazywamy granicę ciągu sum całkowych czyli  

ù A(U, ¤)&U&¤ = lim —



ú

 

 

Iteracja 

o

 

Jeśli 

\ = …(U, ¤):   < U < ,, 7 < ¤ < &† to 

ù A(U, ¤

ú

)&U&¤ = Ê ÝÊ A(U, ¤)&U

[

 

Þ &¤ = Ê ÝÊ A(U, ¤)&¤

;

‰

Þ

[

 

;

‰

&U 

o

 

Jeśli 

\ = …(U, ¤):   < U < ,, û

(U) < ¤ < û

(U)† to 

ù A(U, ¤

Â

 ü

¢

)&U&¤ = Ê Ý Ê A(U, ¤)&¤

ü

Â

ü

¢

Þ &U

[

 

 

 

background image

o

 

Jeśli 

\ = …(U, ¤): ý

(¤) < U < ý

(¤), 7 < ¤ < &† to 

ù A(U, ¤

þ

Â

;

þ

¢

‰

)&U&¤ = Ê Ý Ê A(U, ¤)&U

þ

Â

þ

¢

Þ &¤

;

‰

 

 

Własności 

o

 

Jeśli 

A(U, ¤) = }(U)ℎ(¤) to Ë Ë A(U, ¤)&U&¤ = Ë }(U)&U Ë ℎ(¤)&¤

;

‰

[

 

;

‰

[

 

 

o

 

&U&¤

ú

= |\| 

o

 

A(U, ¤)&U&¤ = 

ú

  gdzie 

 jest objętością prostopadłościanu o podstawie 

 

27*.   Twierdzenie Maclaurina 

 

Twierdzenie Maclaurina 

o

 

Jeśli funkcja rzeczywista ma w przedziale <-h,h> pochodne do rzędu 

( + 1)-go włącznie 

oraz 

lim

→ƒ

Ï

C

= 0 gdzie Ï

C

= A

(C )

(U¿)



Ž¡¢

(C )!

 to istnieje 

¿ ∈ (0,1) takie że 

A(U) = A(0) + A

¸

(0)

U

1! + A

¸¸

(0)

U

2! + ⋯

 

 

o

 

Przy założeniu twierdzenia Maclaurina mamy wzór 

A(U) = A(0) + A

¸

(0)

U

1! + A

¸¸

(0)

U

2! + ⋯ + A

()

(0)

U



! + Ï

C

 

Ï

C

 - reszta szeregu Maclaurina może określać błąd przybliżenia wartości 

A(U) w otoczeniu 

U

y

= 0 wielomianu stopnia n 

 

Twierdzenie Taylora 

o

 

Jeśli w otoczeniu punktu 

U = U

y

 funkcja ma pochodne dowolnego rzędu oraz są one 

wspólnie ograniczone tzn istnieje liczba 

Ì taka że A

()

(U) < Ì dla każdego n i każego x 

z otoczenia 

U

y

 

A(U) = A(U

y

) + ™(U − U

y

)



ƒ

9

A

()

U

y

!

 

28*.   Proces renowacji kapitałowej 

 

Tablicą śmiertelności jednostek kapitałowych nazywamy skończony ciąg liczbowy 



, 

, … , 



 taki 

że 

o

 



=

> 0 dla ( = 1, … „ 

o

 

∑ 

=

= 1



=9

 

gdzie 



=

 - procent wszystkich jednostek kapitałowych wymagających wymiany na nowe w 

chwili 

(. 

 

Przeciętnym czasem życia jednostki kapitałowej nazywamy liczbę  

Í = 

+ 2

+ ⋯ + „



 

 

Zagadnienie renowacji populacji kapitałowej jest następujące: znaleźć takie liczby jednostek 

kapitałowych 

Å

, Å

… które należy zastąpić w chwilach ( = 1,2, … nowymi aby utrzymać stan 

kapitału (wielkość populacji) na stałym poziomie równym 

Å

y

 

Rozwiązaniem  jest ciąg rat renowacyjnych 

Å

= 

Å

y

 

Å

= 

Å

+ 

Å

y

 

⋯ 

Å



= 

Å

:

+ 

Å

:

+ ⋯ + 



Å

:

 

 

Twierdzenie: 

lim

→ƒ

Å



=





3