background image

Egzamin z Analizy 2, 12 IX 2008 godz. 9.00

1. Znaleźć różniczkę zupełną funkcji

(x, y) =

x

2

+ 3y

xy

cos(y − x)

w punkcie (11) . Znaleźć płaszczyznę styczną do powierzchni: (x, y) w punkcie
leżącym nad punktem .

Rozwiązanie:

Różniczka zupełna jest równa

d=

∂f
∂x

d+

∂f

∂y

dy

Obliczamy:

∂f
∂x

=

2x

2

y − (x

2

+ 3y)y

x

2

y

2

sin(y − x)

∂f
∂x

() = 2

∂f

∂y

=

3xy − (x

2

+ 3y)x

x

2

y

2

+ cos(y − x− y sin(y − x)

∂f

∂y

() = 0

Różniczka zupełna w punkcie jest równa

d2 d+ 0 dy

Szukamy równania płaszczyzny stycznej:

() = 5

z − 5 = 2(x − 1) + 0(y − 1)

po uproszczeniu:

2z − 7 = 0

2. Znaleźć ekstrema lokalne funkcji

(x, y) = x

2

− x

2

+ 4y

2

+ 8y

Rozwiązanie

Dziedzina funkcji R

2

Rozwiązujemy układ równań :

∂f
∂x

= 0

∂f

∂y

= 0

Obliczamy pochodne cząstkowe:

∂f
∂x

= 2x − 2xy

∂f

∂y

−x

2

+ 8+ 8

Stąd:

background image

(

2x − 2xy = 0
−x

2

+ 8+ 8 = 0

Z pierwszego równania:

2x(1 − y) = 0

Czyli = 0 lub = 1

Dla = 0 z drugiego równania 1

Dla = 1 z drugiego równania ±4

Mamy więc trzy punkty stacjonarne:

P

1

(0, −1) , P

2

(41) , P

3

(41)

Obliczamy pochodne cząstkowe drugiego rzędu:

2

f

∂x

2

= 2 − 2y

2

f

∂y

2

= 8

2

f

∂x∂y

2x

Badamy macierz drugich pochodnych w punkcie P

1

:

"

4 0
0 8

#

Znaki wyznaczników:

W

1

= 4 0 , W

2

= 32 0

Funkcja (x, y) ma więc w punkcie P

1

minimum lokalne.

Badamy macierz drugich pochodnych w punkcie P

2

:

"

0 8
8 8

#

Znaki wyznaczników:

W

1

= 0 , W

2

64 0

Funkcja (x, y) nie ma w punkcie P

2

ekstremum.

Badamy macierz drugich pochodnych w punkcie P

3

:

"

0

8

8

#

Znaki wyznaczników:

W

1

= 0 0 , W

2

64 0

Funkcja (x, y) nie ma w punkcie P

3

ekstremum.

3. Obliczyć pole obszaru ograniczonego krzywymi 4x

2

xy = 16 i = 1 zawierającego

punkt (42).

Rozwiązanie:

Pole obszaru jest równe:

=

Z

D

Z

ddy

background image

Szukamy punktów przecięcia krzywych:

(

4x

2

= 1

±2

(

xy = 16
= 1

= 16

(

4x

2

xy = 16

=

16

x

64

x

x

2

= 4

Figurę dzielimy na dwie części:

D

1

:

(

¬ x ¬ 4
¬ y ¬

x

2

4

D

2

:

(

¬ x ¬ 16
¬ y ¬

16

x

S

1

S

2

Obliczamy całki:

S

1

=

Z

D

1

Z

dd=

4

Z

2

x2

4

Z

1

dy

d=

4

Z

2

[y]

x2

4

1

d=

4

Z

2

(

x

2

4

− 1) d=

"

x

3

12

− x

#

4

2

=

16

3

− − (

2
3

− 2) =

8
3

S

2

=

Z

D

2

Z

dd=

16

Z

4

16

x

Z

1

dy

d=

16

Z

4

[y]

16

x

1

d=

16

Z

4

(

16

x

− 1) d= [16 ln |x| − x]

16
4

=

16 ln 16 − 16 − (16 ln 4 − 4) = 32 ln 2 − 12

Stąd:

=

8
3

+ 32 ln 2 − 12 = 32 ln 2 

28

3

4. Obliczyć objętość bryły ograniczonej: walcami parabolicznymi x

2

− 1 , = 1 − x

2

, oraz płaszczyznami + 1 i = 0

Rozwiązanie:

Szukamy rzutu krzywej przecięcia powierzchni + 1 , = 0 na płaszczyznę Oxy:

+ 1 = 0

1

Rzut bryły na płaszczyznę xy jest ograniczony krzywymi:

x

2

− 1 , = 1 − x

2

oraz 1

Mamy więc bryłę Ax ∈< −1y ∈< x

2

− 1− x

2

z ∈< 0, x + 1 >

Objętość bryły jest równa:

background image

=

Z Z

A

Z

ddd=

1

Z

1

1−x

2

Z

x

2

1

x+1

Z

0

dz

dy

d=

1

Z

1

1−x

2

Z

x

2

1

[z]

x+1
0

dy

d=

1

Z

1

1−x

2

Z

x

2

1

(+ 1) dy

d=

1

Z

1

[xy y]

1−x

2

x

2

1

d=

1

Z

1

(2+ 2 − 2x

3

− 2x

2

) d=

1
2

x

4

2
3

x

3

x

2

+ 2x

1

1

=

8
3

5. Znaleźć moment bezwładności względem osi Oz bryły o gęstości ρ(x, y, z) = ogra-

niczonej: stożkiem z

2

= 4x

2

+ 4y

2

, paraboloidą obrotową x

2

y

2

oraz leżącej w

obszarze y ­ 0

Rozwiązanie:

I

z

=

Z Z

A

Z

(x

2

y

2

)ρ ddd=

Z Z

A

Z

(x

2

y

2

)dddz

Stosujemy współrzędne walcowe:

I

z

=

Z Z

A

r

2

· r sin ϕ · r ddϕ d=

Z Z

A

Z

r

4

sin ϕ ddϕ dz

Zbiór A

jest ograniczony powierzchniami:

z

2

= 4r

2

r

2

, zachodzić ma nierówność: sin ϕ ­ 0 oraz standardowe ograniczenia

współrzędnych walcowych: r ­ 0 oraz ϕ należy do jednego okresu. Stąd mamy:

A

ϕ ∈< 0, π > r ∈< 0z ∈< r

2

2r >

Obliczmy całkę:

Z Z

A

Z

r

4

sin ϕ ddϕ d=

π

Z

0

sin ϕ dϕ ·

2

Z

0

2r

Z

r

2

r

4

dz

d= [− cos ϕ]

π
0

·

2

Z

0

h

r

4

z

i

2r

r

2

d=

2

2

Z

0

(2r

5

− r

6

) d= 2

2
6

r

6

1
7

r

7

2

0

=

128

21

6. Sformułować warunek dostateczny istnienia potencjału pola wektorowego w R

3

. Znaleźć

potencjał pola wektorowego [P, Q, R] = [3x

2

yz

2

, x

3

z

2

+ cos(y − z2x

3

yz − cos(y − z)]

i obliczyć całkę

B

Z

A

dddjeśli = (011), = (122).

Rozwiązanie

Szukamy potencjału ϕ

Rozwiązujemy układ równań:

∂ϕ

∂x

= 3x

2

yz

2

∂ϕ

∂y

x

3

z

2

+ cos(y − z)

∂ϕ

∂z

= 2x

3

yz − cos(y − z)

Zaczynamy od pierwszego równania:

ϕ(x, y, z) =

Z

3x

2

yz

2

dx

3

yz

2

(y, z)

Podstawiamy obliczone ϕ do drugiego równania:

background image

x

3

z

2

+

∂f

∂y

x

3

z

2

+ cos(y − z)

Stąd:

(y, z) =

Z

cos(y − z) d= sin(y − z) + g(z)

czyli

ϕ(x, y, z) = x

3

yz

2

+ sin(y − z) + g(z)

Podstawiamy obliczone ϕ do trzeciego równania:

2x

3

yz − cos(y − z) + g

0

= 2x

3

yz − cos(y − z)

Stąd:

g(z) =

Z

0 dC

czyli potancjał jest równy:

ϕ(x, y, z) = x

3

yz

2

+ sin(y − z) + C

B

Z

A

dddϕ(B− ϕ(A) = 8 + 0 + C − (0 + 0 + C) = 8