Egzamin z Analizy 1, 29 I 2007

1. Podać definicję liczby e oraz obliczyć granice:

3 n

a) lim − 2+3 n

n→∞

2+3 n

q

b) lim n ( − 1) n + 2 n + 3 n + 4 n n→∞

Rozwiązanie:

− 12 n

3 n

3 n

2+3 n 2+3 n

a) lim − 2+3 n

= lim 1 + − 4

= lim

1 + − 4

− 4

n→∞

2+3 n

n→∞

2+3 n

n→∞

2+3 n

Ponieważ

− 12 n

− 12

lim

= lim

= − 4

n→∞ 2 + 3 n

n→∞ 2 + 3

n

Więc

3 n

lim − 2+3 n

= e− 4

n→∞

2+3 n

q

1

b) lim n ( − 1) n + 2 n + 3 n + 4 n = lim 4 ( − 1) n + (2) n + (3) n + 1 n = 4(10) = 4

n→∞

n→∞

4

4

4

2. Dla jakiego k funkcja y = kxe−x spełnia równanie y00 − y0 − 2 y = 4 e−x Rozwiązanie:

y0 = ke−x − kxe−x

y00 = −ke−x − ke−x + kxe−x = kxe−x − 2 ke−x Podstawiamy do równania:

kxe−x − 2 ke−x − ke−x + kxe−x − 2 kxe−x = 4 e−x

− 3 ke−x = 4 e−x k = − 43

√

√

3. Wyznacz ekstrema funkcji y = xe− x oraz oblicz granicę lim xe− x x→∞

Rozwiązanie:

Dziedzina y: D = < 0 , ∞) , funkcja jest ciągła.

Badamy znak pierwszej pochodnej:

!

√

√

√

− 1

x

√

y0 = e− x + xe− x

√

= (1 −

) e− x

2 x

2

Dziedziną pierwszej pochodnej jest zbiór: (0 , ∞) (można pokazać, że pochodna dla x = 0 też istnieje ale wymaga to dodatkowych obliczeń i nie jest wcale potrzebne).

√x √

(1 −

) e− x > 0

2

√x

1 −

> 0

2

√x < 2

x < 4

y0 < 0 dla x > 4

Stąd wynika, że y ma maksimum lokalne w punkcie x = 4 i minimum lokalne w punkcie x = 0

Granicę obliczamy stosując 2 razy regułę del’Hospitala 1

√

√

√

x

1

2 x

x

2

lim xe− x = lim √ = lim

! = lim

√

= lim

= lim √ =

x→∞

x→∞ e x

x→∞

√

1

x→∞ e x

x→∞

√

1

x→∞ e x

e x

√

e x √

2 x

2 x

0

4. Sformułować twierdzenie Taylora oraz napisać wzór Maclaurina dla f ( x) = ln(1 + x) dla n = 4

Rozwiązanie:

Wzór Maclaurina dla n=4:

f 0(0) x

f 00(0) x 2

f 000(0) x 3

f ( x) = f (0) +

+

+

+ R

1!

2!

3!

4

f IV ( θx) x 4

R 4 =

, gdzie 0 < θ < 1

4!

f (0) = 0

f 0( x) = (1 + x) − 1 , f 0(0) = 1

f 00( x) = −(1 + x) − 2 , f 00(0) = − 1

f 000( x) = 2(1 + x) − 3 , f 000(0) = 2

f IV ( x) = − 6(1 + x) − 4

Stąd:

1 x

−x 2

2 x 3

x 2

x 3

f ( x) = 0 +

+

+

+ R

+

+ R

1!

2!

3!

4 == x − 2

3

4

gdzie

− 6(1 + θx) − 4 x 4

x 4

R 4 =

= −

4!

4(1 + θx)4

5. Oblicz pole figury ograniczonej krzywymi y = x 2 , x + y = 2

Rozwiązanie:

Szukamy punktów przecięcia krzywych y = x 2 i y = 2 − x: x 2 = 2 − x

x 2 + x − 2 = 0

√∆ = 3

x 1 = − 2 , x 2 = 1

W przedziale < − 2 , 1 > krzywa y = 2 − x lezy nad krzywą y = x 2 . Pole figury jest więc równe:

1

Z

"

#

x 2

x 3 1

1

1

8

9

S =

2 − x − x 2 d x = 2 x −

−

= 2 −

−

− − 4 − 2 +

=

2

3

2

3

3

2

− 2

− 2

6. Oblicz całki niewłaściwe:

∞

Z

1

a) I 1 =

d x

1 + x 2

0

∞

Z

b) I 2 =

xe−x d x

0

Rozwiązanie:

∞

Z

b

1

Z

1

π

a) I 1 =

d x = lim

d x = lim [arc tg x] b = lim (arc tg b − 0) =

1 + x 2

b→∞

1 + x 2

b→∞

0

b→∞

2

0

0

∞

Z

b

Z

b) I 2 =

xe−x d x = lim

xe−x d x

b→∞

0

0

Całkę obliczamy przez części:

b

Z

h

i

b

Z

b

Z

b

h

i b

xe−x d x = −xe−x −

−e−x d x = −be−b +

e−x d x = −be−b + −e−x

= −be−b −

0

0

0

0

0

e−b + 1

−b − 1

I 2 = lim ( −be−b − e−b + 1) = lim (

+ 1)

b→∞

b→∞

eb

Stosujemy regułę del’Hospitala do granicy:

−b − 1

− 1

lim

= lim

= 0

b→∞

eb

b→∞ eb

A więc

I 2 = 0 + 1 = 0