background image

Liczby Zespolone

 

Postać algebraiczna 

z=a+bi=(a,b) a-rzeczywista, b-urojona 

ϵR i

2

=(-1) 

Dodawanie

 Z

1

+Z

2

=(a1+a2)+i(b1+b2); 

Odejmowanie

 Z

1

+Z

2

=(a1-a2)+i(b1-b2); 

Mnożenie

 Z

1

+Z

2

= (a1+b1i)(a2+b2i); 

Dzielenie

 

  
  

 

      
      

 

      
      

; p

ostać trygonometryczna

Z=a+bi=r(cosφ+isinφ)=r

 

  

-

postać wykładnicza

r-

moduł=

√ 

 

   

 

 

φ-argument; 

Wzór Eulera

 

 

  

=cosφ+isinφ; 

Mn

ożenie

 

(r1*r2)

 

 (     )

=

(r1r2)(cos(φ1+φ2)+isin(φ1+φ2))

Dzielenie

 

  
  

=

(

  
  

)  

 (     )

=

(

  
  

)(cos(φ1-

φ2)+isin(φ1-φ2)); 

potęgowanie

 

 

 

=

 

 

   

 (   )

pierwiastkowanie

 

√ 

 

 

 

  √ 

 

   

 (

     

 

)

 

√ 

 

(    (

     

 

)        (

     

 

) gdzie k=0,1,….,n-

Macierze 

def

. Iloczynem kartezjańskim AxB 

nazywamy zbiór wszystkich par 

uporządkowanych {(a,b): aϵA, bϵB} –kolejność 

jest ważna! 

def

 

Macierzą o m-wierszach i 

kolumnach(o elementach rzecz, zesp} 

nazywamy dowolną funkcję f: 

{1,2,…..,m}x{1,2,….,n}→R,(Z). Funkcja ta 

każdej parze liczb naturalnych (i,j) przypisuje 

liczbę rzeczywistą(zespoloną) 1≤i≤m, 1≤j≤n, a

ij

Funkcję tą w sposób jawny można przedstawić 

w postaci tablicy o m-wierszach i n-kolumnach. 

Element a

ij

 

leży w i-tym wierszu i j-tej 

kolumnie

 

  

 

  

 

  

 

  

 

  

 

  

 

  

 

  

 

  

 macierze oznaczamy 

A,B…. lub A

mxn 

Uwaga

ᶆ 

mxn

(R,Z)-

zbiór 

wszystkich macierzy o m-wierszach i n-

kolumnach i el rzecz(zesp) 

Działania w zbiorze 

macierzy

1) Dodawanie macierzy

 (a

ij

)

mxn

,(b

ij

)

mxn

 

ϵ ᶆ

mxn

(R,Z); (a

ij

)

mxn

+(b

ij

)

mxn

=(c

ij

)

mxn ; 

  

  

 

     

     

 

   

   

   

 

 

Własności dodawania 

a) 

          

{(A+B)+C=A+(B+C)} 

–łączność; 

b)

 ⋀

        

{A+B=B+A}-

przemienność; 

c)

      

         

{A+Ø=Ø+A=A)-macierz 

zerowa; d)

(  )     

      

{A+(-A)=(-

A)+A=Ø}-macierz przeciwna 

2)Mnożenie 

macierzy przez skalar 

Niech k

ϵR (skalar), 

(a

ij

)

mxn

ϵᶆ

mxn

(R,Z) 

def.

 k*(a

ij

)

mxn

=(b

ij

)

mxn

, gdzie 

     

     

{b

ij

=k*a

ij

Własności mnożenia 

macierzy przez skalar

: k,k

2

,k

3

 

ϵR, A,Bϵᶆ

mxn

 

a)*(k

1

+k

2

)A=k

1

A+k

2

A; b)*k(A+B)=kA+KB; 

c)*(k

1

*k

2

)A=k

1

(k

2

A); d)*1*A=A

; Dowolny zbiór z 

działaniem: A(+) spełniający warunki a,b,d 

nazywamy 

grupą, jeśli spełnia a,b,c,d grupą 

abelową; Zbiór A(+,*) spełniający warunki 

a,b,c,d,a*,b*,c*,d* 

to przestrzeń liniowa nad 

ciałem liczb rzeczywistych 

3)Mnożenie 

macierzy 

mamy (a

ij

)

mxk

ϵᶆ

mxk

(R,Z), 

(b

ij

)

kxn

ϵᶆ

kxn

(R,Z) 

def.

 (a

ij

)

mxk*

(b

ij

)

kxn

=(c

ij

)

mxn

, gdzie 

     

     

{c

ij

=∑

 

   

a

is

*b

si

}, (c

ij

=a

i1

b

1j

+ a

i2

b

2j

a

ik

b

kj

) UWAGA 

 ̅=[a

1

,a

2

,…,a

n

ϵR

n

 

̅==[b

1

,b

2

,…,b

n

ϵR

n

, Iloczyn skalarny 

 ̅  

 

̅=a

1

b

1

+a

2

b

2

+a

n

b

n

, element c

ij

 

leżący w i-tym 

wierszu i j-

tej kolumnie macierzy będącej 

iloczynem macierzy (a

ij

)

mxk

*(b

ij

)

kxn

 

jest równy 

iloczynowi skalarnemu i-tego wiersza pierwszej 

macierzy i j-tej kolumny drugiej macierzy.  

 

 

Wybrane własności iloczynu 

macierzy

:1)(AB)C=A(BC)-

łączność; 2)mnożenie 

nie przemienne(na ogół AB≠BA) 

3)A(B+C)=AB+AC-

rozdzielność względem 

dodawania 4)k

ϵR, k(AB)=(kA)B=A(kB) 

5)(A*B)

T

=B

T

*A

T

 6)IA=AI=A, uwaga: 

A,B

ϵᶆ

nxn

(R,Z); 

def.(Transponowanie macierzy) 

((a

ij

)

mxn

)

T

=(b

ij

)

nxm

, gdzie 

     

     

{b

ij

=a

ij

def. I

nxn

-

macierz jednostkowa[kwadratowa] 

I

nxn

=(a

ij

)

nxn

gdzie 

     

     

a

ij

{

       
       

 

przykład I

2x2

   
   

 

Wyznaczniki

def.(wyznacznik)

 wyznacznikiem 

macierzy kwadratowej nazywamy funkcje: 

det:

nxn

(R,Z)→R,(Z) określoną indukcyjnie: 

1)det[a

11

]=a

11

 

2)det[

 

  

 

 

  

 

 

 

 

  

   

   

]

nxn

=a

11

A

11

+a

12

A

12

+….+a

1n

A

1n

, gdzie A

ij

=(-1)

i+j

M

ij

, A

ij

 

– dopełn. algebr. 

el.(a

ij

), M

ij

-

minor dopełniający elementu a

ij

, czyli 

wyznacznik stopnia n-

1, który powstał z 

naszego wyznacznika przez wykreślenie i-tego 

wiersza i j-tej kolumny. 

Przykład

 

det[

 

  

 

  

 

  

 

  

]=|

 

  

 

  

 

  

 

  

|=  

  

 

  

+

 

  

  

  

= a

11

(-

1)

1+1

M

11

+ a

12

(-1)

1+2

M

12

= a

11

|a

22

|+a

12

(-

1)|a

21

|=a

11

a

22

-a

12

a

21

Własności wyznaczników 

1) |A

T

|=|A| (jeżeli mamy tw. tyczące wierszy 

wyzn. to analogiczne tw. można sformuować 

dla kolumny) 2)

Jeżeli jeden wiersz bądź 

kolumna składa się z samych zer to |A|=0 

3)

Jeżeli zamienimi miejscami dwa wiersze bądź 

dwie kolumny, to wartość wyznacznika zmieni 

się na przeciwną 4)Jeżeli dwa wiersze lub 

kolumny wyznacznika są identyczne to |A|=0 

5)

Jeżeli dwa wiersze lub kolumny wyznacznika 

są proporcjonalne(w

i

=k*w

j

) to |A|=0 umowa: 

k

1

,k

2

,….,k

n

ϵR(skalar), v

1

,v

2

,…,v

n

ϵV(wektory) to 

k

1

v

1

+…+k

n

v

nazywamy liniową kombinacją 

wektorów v o współczynnikach k. Linie 

wyznacznika możemy potraktować jako wektory 

[a

i1

,a

i2

,…,a

in

]

ϵR

4

 6)J

eżeli jedna kolumna lub 

wiersz wyznacznika jest liniową kombinacją 

innych wierszy lub kolumn to |A|=0 7)

Jeżeli do 

jednej kolumny lub wiersza wyznacznika 

dodamy linową kombinację innych wierszy lub 

kolumn to wartość wyznacznika nie ulegnie 

zmianie 

8)(Twierdzenie Laplace’a) 

||

 

  

 

  

   

  

 

 

 

 

 

  

 

  

   

  

 

 

 

 

 

  

 

  

   

  

|

|

=a

i1

A

i1

+a

i2

A

i2

+…+a

in

A

in

,  

gdzie A

ij

-

dopełnienie alg. a

ij

, A

ij

=(-1)

i+j

M

ij

, M

ij

-

minor dopełniający el. a

ij

 

(Tw. można stosować 

analogicznie dla kolumn(bo |A

T

|=|A| 

przykład 

[

     
     

     

]= 1(-1)

1+1

[   

   

]+0A

12

+0A

13

=-4 

uwaga(metoda obliczania wyznaczników) za 

pomocą operacji na wyznacznikach nie 

zmieniających jego wartości doprowadzamy do 

sytuacji, w której w wybranej kolumnie lub 

wierszu wyznacznika pojawia się duża ilość zer 

i stosujemu tw. Laplace’a 

Macierz odwrotna 

def. 

macierz nieosobliwa: |A|≠0, osobliwa: |A|=0 

Tw. 

Jeżeli macierz A jest nieosobliwa, to 

istnieje macierz odwrotna A

-1

: A*A

-1

=A

-1

*A=I, 

Procedura wyznaczania macierzy odwrotnej 1) 

|A|≠0 2) A

T

 3) (A

T

)

D

 

– macierz dopełnień alg. 

macierzy trans. 4) A

-1

=

 

   

*(A

T

)

D

  

 

Układ równań Kramera def. 

układ złożony z m-

równań liniowych o n-niewiadomych: 

a

11

x

1

+a

12

x

2

+…+a

1n

x

n

=b

1

 

a

21

x

1

+a

22

x

2

+…+a

2n

x

n

=b

2

   (*) 

………………………. 

a

m1

x

1

+a

m2

x

2

+…+a

mn

x

n

=b

gdzie: x1,x2,….,xn – niewiadome 

     

     

a

ij

ϵR 

b

j

ϵR zapisujemy AX=B, gdzie 

A=[

 

  

 

  

   

  

 

 

 

 

 

  

 

  

   

  

] macierz układu X=[

 

 

 

 

 

 

 

kolumna niewiadomych B=[

 

 

 

 

 

 

 

]  kolumna 

wyrazów wolnych 

def.

 

rozwiązaniem układu(*) 

nazywamy każdy układ n liczb: [x

1

u

,x

2

u

,…, x

n

u

takich, że po podstawianiu ich za niewiadome: 

x

i

u

→x

i

 

układ z(*) zmieni się w układ tożsamości. 

Rozwiązać układ(*) oznacza znaleźć wszystkie 

jego rozwiązania. 

def.

 

Układ równań (*) 

nazywamy układem Kramera  gdy spełnia 

warunki 1) 

m=n (ilość równań jest taka sama 

jak niewiadomych 2) wyznacznik macierzy 

układy jest ≠ 0 

Tw. 

Układ Kramera ma 

dokładnie jedno rozwiązanie dane wzorami 

x

i

=

  

 

, gdzie W=|A|- wyznacznik macierzy 

układu W

i

-

wyznacznik który powstał z 

wyznacznika W przez zastąpienie i-tej kolumny 

kolumną wyrazów wolnych B 

Przykład 

{

         

            m=2, n=1 1)m=n  |A|=|

 

 

    

|=-

3≠0=W 2)|A|≠0 czyli układ Kramera 

x=W1/W=0/3=0 y=W2/W=-3/-

3=1 rozwiązanie 

[0,1] 

Rozwiązywanie

 

układów równań Kramera 

za pomocą macierzy odwrotnej zapisujemy 

układ w postaci AX=B i dalej 1)obie strony 

mnożymy przez A

-1

 lewostronnie wychodzi 

IX=A

-1

B gdzie I to jednostkowa i możemy ją 

pominąć 

Rząd macierzy def. 

Rzędem macierzy 

nazywamy najwyższy ze stopni minorów 

różnych od zera – zawartych w tej macierzy 

rz(A) wyznaczanie rzędu macierzy: 

Tw. 

przy 

szukaniu rzędu macierzy poruszamy sięod 

wyznaczników mniejszych stopni do wyższych 

stopni, jeżeli znajdziemy wyzn. różny od 0 

stopnia k, zaś wszystkie zawierające go 

wyznaczniki stopnia k+1 są równe zero, to rząd 

macierzy równa się k 

operacje elementarne na 

macerzach

 1.

zamiana miejscami dwóch 

wierszy/kolumn macierzy 2.

pomnożenie 

kolumny/wiersza przez k≠0 3.dodanie do 

wiersza/kolumny kombinacji liniowej innych 

wierszów/kolumn 

Tw.

 

Operacje elementarne nie 

zmieniają rzędu macierzy 

def

. mówimy, że 

macierz A=(a

ij

)

mxn

 ma posta

ć diagonalną jeżeli 

     

     

   

{a

ij

=0} [

 

  

 

 

 

 

 

 

   

  

]  

Tw. 

Za pomocą operacji elementarnych każdą 

macierz można doprowadzić do postaci 

diagonalnej 

Tw. 

Rząd macierzy w postaci 

diagonalnej jest równy ilości niezerowych 

elementów tej macierzy  

 

 

 

background image

Uklad równań liniowych sytuacja ogólna 

mamy 

układ m-równań liniowych o n-niewiadomych 

a

11

x

1

+a

12

x

2

+…+a

1n

x

n

=b

1

 

a

21

x

1

+a

22

x

2

+…+a

2n

x

n

=b

2

 (*)  

………………………. 

a

m1

x

1

+a

m2

x

2

+…+a

mn

x

n

=b

A=[

 

  

 

  

   

  

 

 

 

 

 

  

 

  

   

  

] macierz układu 

U=[

 

  

   

  

 

 

 

 

 

 

 

  

   

  

 

 

] macierz poszerzona o 

kolumnę wyrazów wolnych B=[

 

 

 

 

 

Twierdzenie(Kionecker-Capelli 

Układ(*) ma 

rozwiązania  rz(A)=rz(U) dodatkowo jeśli 

rz(A)=rz(U)=k to 1) k=n 

– układ ma jedno 

rozwiązanie 2) k<n – układ ma nieskończenie 

wiele rozwiązań 

Elementy rachunku 

wektorowego 

def. 

wektorem nazywamy 

uporządkowaną parę punktów przestrzeni: 

(A,B)= 

    . długość wektora      - długośc 

odcinka AB:

       , wektor Θ – wektor zerowy 

A=B 

def

. Równość wektorów 

    =    : 

1)

wektory te mają tą samą długość 2)mają ten 

sam kierunek(są równoległe) 3)mają ten sam 

zwrot 

def. 

sumą wektorów 

 ̅+ ̅ nazywamy 

wektor 

 ̅ uzyskany w taki sposób: do końca 

wektora 

 ̅ przykładamy początek wektora  ̅. 

suma to wektor którego początek to początek 

 ̅ 

a koniec koniec 

 ̅ lub inaczej zasada 

równoległoboku 

własności dodawania wektorów 

V- 

zbiór wszystkich wektorów 

 ) ⋀

 ̅    

{

 ̅+ ̅= ̅+ ̅} przemienność 

 ) ⋀

 ̅  ̅  ̅  

{(

 ̅+ ̅)+  ̅= ̅( ̅+ ̅) łączność 

 ) ⋁

 ̅  

   

{

 ̅+Θ=Θ+ ̅= ̅} wektor zerowy 

 )

(  )

̅̅̅  

 ̅  

{

 ̅+(- ̅)=(-  ̅)+  ̅=Θ wektor 

przeciwny ogólnie A(+) mający własności 2,3,4 

to grupa, V(+) grupa przemienna z wł 1,2,3,4 to 

przemienna-abelowa 

iloczyn wektora i liczby 

k

ϵR(skalar) 

 ̅ϵV(wektor) 

def. 

k

 ̅= ̅k= ̅ϵV a) 

|k

 ̅|=| ̅|=|k|*| ̅| b) k ̅|| ̅ – kierunek c) k>0 zwroty 

 ̅,k ̅ takie same k<0 przeciwne 

własności

 ̅,  ̅ϵV, kϵR

 

1)*(k

1

+k

2

)

  ̅=k

1

 ̅+k

2

 ̅ 

2)*k(

 ̅+ ̅)=k ̅+k ̅ 3)*(k

1

k

2

)

  ̅=k

1

(k

2

 ̅) 4)*1 ̅= ̅ 

Zbiór V(+,*) z własnościami 1,2,3,4,1*,2*,3*,4* 

to tzw 

przestrzeń liniowa nad ciałem liczb 

rzeczywistych 

Iloczyn skalarny macierzy def. 

 ̅ₒ ̅={

  ̅    | ̅|      ( ̅   ̅)    ̅   ̅    

     ̅            

̅̅̅̅̅̅̅̅

 

własności 

1) 

 ̅ₒ ̅= ̅ₒ ̅ - przemienność(nie ma łączności) 

2)

  ̅ₒ( ̅+ ̅)=  ̅ₒ ̅+ ̅ₒ ̅ rozdzielność wzgl 

dodawania 3) k(

 ̅ₒ ̅)=(k ̅)ₒ  ̅= ̅ (k ̅) 

4)

  ̅  ̅=| ̅|| ̅|=| ̅|

2

=> |

 ̅ =√ ̅    ̅ dł wektora  ̅ 

5)warunek prostopadłości wektorów(

 ̅ₒ ̅=0), 

warunek równoległości 

   

{

 ̅=k ̅ i  ̅=k ̅} 

gdzie 

 ̅,  ̅≠Θ to  ̅|| ̅  ⋁

   

{

 ̅=k ̅}       

̅̅̅̅ gdy 

A(xp,yp,zp), B(xk,yk,zk) to 

  

̅̅̅̅=[xk-xp,yk-yp,zk-

zp] 

własności

 

 ̅=[ax,bx]=axi+ayj 

 ̅=[bx,by]=bxi+byj 

 ̅ₒ ̅=axbx+ayby1)  ̅ₒ ̅=axbx+ayby 

2)|

  ̅|=√ ̅ ̅=√  

 

    

 

    

 

 

długość wektora 

3)cos<(a,b)=

 ̅  ̅

  ̅   ̅ 

 4)

  ̅+ ̅=[ax+bx,ay+by,az+bz] 

5)k

 ̅=k[az,ay,az]=[kax,kay,kaz] 6)warunek 

prostopadłości wektorów axbx+ayby+azbz=0 

7)warunek || wektorów 

   

[ax,ay,az]=[kbx,kby,kbz]<=>{

  
  

 

  
  

 

  
  

}  

 

 

Iloczyn wektorowy def. 

Iloczynem wektorowym 

uporządkowanej pary niezerowych i 

nierównoległych wektorów 

 ̅,  ̅:  ̅x ̅ nazywamy 

wektor: 1)|

  ̅x ̅|=| ̅|| ̅|sin<(a,b)-długość 2)  ̅x ̅ 

jest prostopadłe do 

 ̅ i  ̅ – kierunek 3)trójka 

wektorów (

 ̅,  ̅,  ̅x ̅) jest zgodnie skrętna z 

przyjętym układem współrzędnych(reguła 

prawej dłoni) jeżeli 

 ̅|| ̅ lub  ̅=Θ i  ̅=Θ to  ̅x ̅=Θ 

własności 

1) 

 ̅x ̅=- ̅x ̅ - antyprzemienność 

2)

  ̅x( ̅+ ̅)=  ̅x ̅+ ̅x ̅ rozdzielnośc wzgl doda. 

3)k(

 ̅x ̅)=(k ̅)x ̅= ̅x(k ̅) 4)  ̅x ̅=|

 

 

 

        
        

5)|

  ̅x ̅|= pole równoległoboku 

iloczyn mieszany 

def. 

iloczynem mieszanym uporządkowanej 

trójki wektorów 

 ̅,  ̅,  ̅ nazywamy liczbę 

[

 ̅,  ̅,  ̅]=(  ̅x ̅)ₒ  ̅= ̅ ( ̅x ̅)  

własności

 

[

 ̅   ̅   ̅]=[

        
        

        

] 2) |[ ̅   ̅   ̅]|=V 

równoległoboku abc, 1/3 ostrosłupa, 1/6 

czworościanu 3) wektory 

 ̅   ̅   ̅ są 

współpłaszczyznowe [

 ̅   ̅   ̅]=0 

równanie 

ogólne płaszczyzny:

 Ax+By+Cz-D=0; 

równanie 

kanoniczne prostej:

 (

x-xo)/m=(y-yo)/n=(z-

zo)/p=t; 

równanie parametryczne prostej 

{

           

           

           

 

def.

Dwie proste nieprzecinające 

się i nierównoległe to proste skośne 

def

 

(kula 

otwarta o środku w po i promieniu r – otoczenie 

punktu Po o promieniu r) 

K(Po,r)=0(Po,r)={P

ϵR

n

: ρ(P,Po)<r} 

def.

 

Sąsiedztwo punktu Po o promieniu r: 

K(Po,r)=0(Po,r)-{Po} 

Ekstrema lokalne funkcji 

dwu zmiennych

 

def.

 

Mówimy, że funkcja 

z=f(X), X

ϵR

n

 ma w punkcjie Xo ekstremum 

lokalne(maks, min)

   (    )

 (    )

 

f(X)≤(≥)f(Xo) 

def.

 

Mówimy, że funkcja z=f(X), 

X

ϵDcR

4

 jest klasy C

D

n

 

jeżeli ma w D wszystkie 

pochodne ciągłe aż do rzędu n-tego włącznie 

f(X)

ϵC

D

n

 

Tw.

 

Jeżeli funkcja z=f(x,y)ϵC

D

1

 ma w 

punkcjie Po(xo,yo) ekstremum lokalne, 

Po(xo,yo)

ϵD to:

  (   )

  

 

(    )

   

  (   )

  

 

(    )

   

} ( )  warunek 

konieczny ale niewystarczający aby w (xo,yo) 

występowało ekstremum lokalne 

def.

 

Punkt(xo,yo) spełniający warunki (*) nazywamy 

punktem stacjonarnym Tw

. Jeżeli funkcja 

z=f(x,y)

ϵC

D

2

 w punkcie stacjonarnym (xo,yo) 

spełnia warunek: I 

W(xo,yo)=W(x,y)|

(xo,yo)

=

|

   
   

   

    

   

    

   
   

||

(xo,yo)

>0, to w 

punkcie stacjonarnym(xo,yo) występuje 

ekstremum lokalne: a)

 

   
   

|

(xo,yo)

>0 minimum 

lokalne b)

  

   
   

|

(xo,yo)

<0 maksimum lokalne II 

W(xo,yo)<0 to w pkt stacjonarnym nie 

występuje ekstremum lokalne III W(xo,yo)=0 nie 

wiadomo czy występuje ekstremum 

Przykład

 

z=x

2

+y

2

 1)punkty stacjonarne 

  
  

   

  
  

   

}

 

  
  

    

  
  

    

      
      }=> x=0, y=0 P(0,0) – pkt stacjonarny 

2)sprawdzić warunek wystarczający 

   
   

=2, 

   

    

=0, 

 

   

    

=0,

 

   
   

=2 W(x,y)=|

   
   

||

(0,0)

=4>0 

jest ekstremum

, ponieważ 

   
   

=2 to w pkt 

stacjonarnym (0,0) występuje minimum lokalne 

Całka podwójna

 

Całka podwójna w 

prostokącie: 

Mamy w prostokącie P: 

         

         } 

określoną funkcje z=f(x,y) ograniczoną. 

Oznaczmy przez {π

n

} podział prostokąta P na n 

podprostokątów:∆x1,∆x2,…,∆xn: 

:∆x1u∆x2u…u∆xn=P, poszczególne 

podprostokąty mogą mieć co najwyżej wspólny 

brzeg. W każdym z podprostokątów ∆xi 

wybieramy punkt pośredni Aiϵ∆xi. Oznaczmy 

przez |∆xi| pole i-tego podprostokąta. Tworzymy 

sumy całkowe 

Sn=f(

(A1)|∆x1|+f(A2)|∆x2|+…+f(An)|∆xn|) 

def.

 

Oznaczmy przez δu średnicę podziału π

n

: δu to 

największa z długości przekątnych 

podprostokątów ∆xi 

def.

 

Mówimy, że ciąg 

podziałów{π

n

} jest normalny jeżeli 

   

   

    

  

def.(Całka podwójna)

 

Jeżeli dla każdego 

ciągu normalnego podziałów {π

n

} prostokąta P 

istnieje skończona granica ciągu sum 

całkowitych: 

   

   

       zawsze taka sama, 

niezależnie od wyboru ciągu normalnego{π

n

} i 

wyboru punktów pośrednich Ai, i=1,…,n, to 

granicę tą nazywamy całką podwójną funkcji 

z=f(x,y) w prostokącie P i 

piszemy

∬  (    )    

 

=

   

   

  . o funkcji 

z=f(x,y) mówimy, że jest całkowalna(w sensie 

Biermanna) w prostokącie P. Jeżeli funkcja 

z=f(x,y) jest ograniczona w obszarze 

ograniczonym D to: Zamykamy obszar D w 

prostokącie P i określamy funkcje 

f*(x,y)={

 (    )  (    )  
       (    )      

 

def 

∬  (    )    

 

=

∬  

 

 

(x,y)dxdy 

Tw

. Jeżeli 

funkcja z=f(x,y) jest ciągła w prostokącie 

P:a

≤x≤b, c≤y≤d, to 

 (    )    

     

     

=

∫ (∫  (    )  )    

 

 

 

 

∫ (∫  (    )  )  

 

 

 

 

 

zamiana 

całki podwójnej na iterowaną Przykład 

 

 

     

     

  )    =∫ (∫ ( 

 

 

 

 

 

+2y)dy)dx=

∫ ( 

 

       

 

 

  

 

0

2

dx=

∫ ( 

 

 

 

*2+4-0)dx=(

   

 

+4x)|

0

1

=2/3+4-

0=14/3 

def.(obszar normalny względem osi OX) 

Obszar postaci

         

  ( )         ( )} f1(x),f2(x) są 

ciągłe xϵ<a,b> nazywamy obszarem normalnym 

względem osi OX analogicznie względem osi OY 

Tw.

 Jeżeli funkcja z=f(x,y) jest ciągła w obszarze 

normalnym 

         

  ( )         ( ), to 

 (    )      

     

  ( )     ( )

∫ (∫

 (    )  )  

  ( )

  ( )

 

 

 

Przykład

 

         

 

 

       } 

(  )       ∫ (∫     )    

 

  

 

 

     

      

∫ (

   

 

 

 

|

2

x^2

)dx=

∫ (

  

 

 

 

 

  

 

)     (

  

 

 

  
  

)|

1

0

=1/8-

1/12 

własności całki podwójnej def. obszar 

regularny – 

można go rozbić na skończoną ilość 

podobszarów normalnych wzgl. poszczególnych osi. 

Tw. 

Jeżeli funkcje z=f1(x,y), f2(x,y) są całkowalne 

w obszarze regularnym D, to: 1),2) 

∬ [  (    )  

 

  (    )]       ∬   (    )      

 

∬   (    )    

 

 3)

∬       (    )      

 

  ∬   (    )

 

           4)Jeżeli obszar D 

rozbijemy na dwa podobszary D=D1uD2, gdzie D1 i 

D2 nie mają wspólnych pkt wewnętrznych: 

∬   (    )       ∬   (    )      

  

 

∬   (    )    

  

  

background image

Zastosowania całki podwójnej 

1)Obliczanie pola 

figur płaskich: Jeżeli D jest obszarem płaskim 

regularnym, to |D|=

∬      

 

 - pole obszaru D 

Przykład 

D: 

         

 

 

       } |D|=∬

       

     

      

∫ (∫   )     ∫ ( 

 

 

 

  

 

 

|

x

x^2

)dx=

∫ (     

 

)    

 

 

(

  

 

 

  

 

)|

1

0

=1/2-1/3=1/6 2) Objętość brył 

                       (    )    

  (    )         (    )

}D-obszar płaski regularny 

f1(x,y), f2(x,y) są ciągle w obszarze D. V jest od 

góry ograniczony powierzchnią z=f2(x,y) od dołu 

z=f1(x,y) z boku pow. walcową o tworzących 

równoległych do osi OZ. |V|=

∬ [  (    )  

 

  (    )]     

Przykład 

V: 

         
         }          

 

 

   

 

   |V|=∬

 

   

 

   )      

     

     

∫ (∫ ( 

 

   

 

)  )  

 

 

 

 

=

∫ ( 

 

   

 

 

  

 

)|

2

0

dx=

∫ (  

 

 

 
 

   )      (

   

 

 

 

 

  

 

)|

1

0

=2/3+8/3=10/3 3)Obliczanie pola płata 

powierzchni 

{

(    )                              

     (    )    

 

 

 

(f(x,y)ϵC

n

D

 ma ciągłe pochodne cząstkowe aż do 

rzędu n-tego włącznie w obszarze D |S|= 

∬ √    (

  
  

)

 

  (

  
  

)

 

 

dxdy 

Przykład 

(x,y)ϵD: 

         

 

 

       } z=2x+3y+7 |S|=∬ √          

Równania różniczkowe 

def. Równanie o 

zmiennych rozdzielonych 

y’=

 ( )
 ( )

, f(x),g(x) są ciągłe 

odp w przedziałach a<x<b, c<y<d, g(y’)≠0 przy 

powyższych założeniach równanie to ma 

rozwiązania 

∫  ( )     ∫  ( )       tzn. przez 

każdy punkt obszaru a<x<b, c<y<d} przechodzi 

dokładnie jedno rozwiązanie należące do tej rodziny 

krzywych. 

Przykład

  
  

y’=1, x≠0, rozdzielamy 

zmienne 

  
  

  
  

=1 /x

3

dx => y

2

dy=x

3

dx 

/

∫ =>∫  

 

   ∫  

 

dx => 

  

 

 

  

 

 +C – całka ogólna 

y

3

=x

4

*(3/4)+3C y=… 

Równanie jednorodne def, 

Równanie postaci y’=f(y/x) gdzie f jest funkcją 

ciągłą w przedziale I, zależną tylko od stosunku y/x 

Rozwiązanie: Stosujemy podstawianie 

 
 

=z(x)=z po 

tym podst. uzyskujemy równanie o zmiennych 

rozdzielonych z=y/x => y=zx => y’=z’x+z; 

z’x+z=f(z) – równanie o zmiennych rozdzielonych 

=> 

  
  

x=f(z)-z /:f(z)-z≠0, *dx, :x≠0 uwaga: 

sprawdzamy czy warunek f(z)-z≠o nie powoduje 

usunięcia jakiegoś rozwiązania równania 

początkowego 

  

 ( )  

=

  

 

 /

∫  

Przykład: 

y’= 

     

 

=2(

 
 

)-3 stosujemy podstawienie (y/x)=z 

=>y=xz=>y’=z+x*z’ czyli z+xz’=2z-3 równanie o 

zmiennych rozdzielonych, rozdzielamy zmienne 

x

  
  

=z-3  /:z-3≠0 (uwaga), *dx, :x≠0 => 

  

   

 

  

 

  

/

∫ =>∫

  

   

  

 

 => 

  ( )

 ( )

dx=ln|f(x)|+C ; ln|z-

3|=ln|x|+C, wracamy do starych zmiennych ln|

 
 

-

3|=ln|x|+C – całka ogólna dalej ln|(y/x)-

3|=ln|x|+lnC1 => ln|(y/x)-3|=ln(|x|+C1) =>|(y/x)-

3=|x|C1 => (y/x)-3=FC1x, FC1=C2 => y=3x+C2x

2

 

– całka ogóla dana w sp. jawny uwaga z-3=0 – 

sprawdzamy czy to nie rozwiązanie => (y/x)-3=0 

=>y=3x => y’=(2y-3x)/x; y=3x rozwiązanie 

3=(2*3x-3x)/x=3 Całka ogóla zawiaracjąca 

wszystkie rozwiązania y=3x+Cx

2

  

 

Równanie różniczkowe liniowe rzędu 1-go def. 

Równanie postaci y’+f(x)*y=g(x), gdzie f(x), g(x) są 

ciągłe w przedziale I, nazywamy równaniem 

różniczkowym liniowym rzędu 1-go 1)Jeżeli y(x)≡0, 

to równanie: y’+f(x)y=0-r.r.liniowe jednorodne 

2)Jeżeli y(x)≡0, to równanie y’+f(x)y=g(x) ≡0 –

r.r.liniowe niejednorodne 

Tw. 

Całka ogólna 

równania niejednorodnego jest równa całce ogólnej 

równania jednorodnego plus całka szczególna 

równania niejednorodnego

. 1)całka ogólna równania 

jednorodnego 

y’+f(x)y=0 rozdzielamy zmienne 

  
  

+f(x)y=0 =>

  
  

 =-f(x)y /:y≠0, *dx =>

  

 

 =-f(x)dx 

/

∫    ln|y|=-∫  ( )       => y=c 

  ∫  ( )  

 

2)Całka szczególna równania niejednokrotnego 

Przewidujemy tą całkę w postaci u=c(x)*

 

  ∫  ( )  

wyznaczenie C(x) 

{

 

 

   

 

( ) 

  ∫  ( )  

     ( ) 

  ∫  ( )  

+c(x)

 

  ∫  ( )  

*(-f(x)) 

podstawiamy do równania y’+f(x)y=gx) => i 

obliczamy c’(x), następnie po scałkowaniu C(x) 

c’(x)

 

  ∫  ( )  

   ( )    

  ∫  ( )  

(-

f(x)+f(x)c(x)

 

  ∫  ( )  

   ( ) => 

c’(x)*

 

  ∫  ( )  

   ( )    

∫  ( )  

 

=>c’(x)=g(x)*

 

∫  ( )  

  /

∫   => c(x) = ∫  ( )  

 

∫  ( )  

 

Przykład 

y’+y=2e

x

 (y’+f(x)y=gx), f(x)=1, 

g(x)=2*e

x

) CORN=CORJ+CSRN 1)CORJ y’+y=0 

=>y=c*

 

  ∫  ( )  

 =>y=c*

 

  ∫  ( )  

 =>y=c*

 

  ∫    

 

=> 

     

  

 2)CSRN y=C(x)*e

-x

 => y=e

2x

e

-x

=e

x

y’=c’(x)*e

-x

+c(x)e

-x

(-1) podstawiamy do równania 

y’+y=2e

x

 =>c’(x)-c(x)e

-x

+c(x)e

-x

=2e

x

 => c’(x)e

-

x

=2e

x

  /*e

x

 => c’(x)=2e

2x

  /

∫   =>c(x)=2∫  

  

dx = 

e

2x

 CSRN: y=e

x

 3)CORN = CORJ + CSRN y=Ce

-

x

+e

x

 całka ogólna równania niejednorodnego