Egzamin z Analizy 1, 24 VI 2008 godz. 9.00

1. Znaleźć równania stycznych do wykresu funcji f ( x) = x 3 − 4 x 2 + 3 x + 1 w punktach o odciętych 0 i 1. Znaleźć kąt między tymi stycznymi.

Rozwiązanie:

Obliczamy poczhodną: f 0( x) = 3 x 2 − 8 x + 3

W punkcie x = 0 :

f (0) = 1

f 0(0) = 3

Równanie stycznej :

y − 1 = 3 · ( x − 0) y = 3 x + 1

W punkcie x = 1 :

f (1) = 1

f 0(1) = − 2

Równanie stycznej:

y − 1 = − 2 · ( x − 1) y = − 2 x + 3

Obliczamy kąt α między stycznymi:

a

tg α = 1 − a 2

1 + a

, gdzie a 1 , a 2 są wspólczynnikami kierunkowymi prostych 1 a 2

3 + 2

tg α =

1 − 6 = 1

Stąd α = π 4

2. Znaleźc ekstrema lokalne i globalne funkcji:

√

f ( x) = x 8 − x 2

Rozwiązanie:

Dziedzina funkcji:

√

√

D = < − 2 2 , 2 2 > Obliczamy pochodną:

√

− 2 x

8 − 2 x 2

f 0( x) =

8 − x 2 + x √

= √

2 8 − x 2

8 − x 2

√

Uwaga: Pochodna nie istnieje w punktach ± 2 2 , ale funkcja jest w tych punktach ciągła.

Rozwiązujemy nierówność f 0( x) > 0 . Ponieważ mianownik jest dodatni: 8 − 2 x 2 > 0

x ∈ ( − 2 , 2)

√

√

Analogicznie f 0( x) < 0 dla x ∈ ( − 2 2 , 2 2) Stąd wynika, że f ( x) jest:

√

w przedziale < − 2 2 , − 2 > malejąca w < − 2 , 2 > rosnąca

√

w < 2 , 2 2 > malejąca Funkcja f ma więc następujące esktrema lokalne:

√

x = − 2 2 - maksimum lokalne x = − 2 - minimum lokalne

x = 2 - maksimum lokalne

√

x = 2 2 - minimum lokalne

Aby znaleźć ekstrema globalne obliczamy wartości funkcji f w ekstremach lokalnych:

√

√

f ( − 2 2) = 0 , f ( − 2) = − 4 , f (2) = 4 , f (2 2) = 0

Stąd :

Maksimum globalne f jest równe 4, a minimum globalne f jest równe -4.

3. Wyznaczyć wzór Maclaurina z R 5 dla funkcji: f ( x) = sin(2 x + π ) 3

Rozwiązanie:

Wzór Maclaurina:

f 0(0) x

f 00(0) x 2

f 000(0) x 3

f IV (0) x 4

f ( x) = f (0) +

+

+

+

+ R

1!

2!

3!

4!

5

f V ( c) x 5

R 5 =

, gdzie c ∈ (0 , x)

5!

√ 3

f (0) = sin( π ) =

3

2

f 0( x) = 2 cos(2 x + π ) , f 0(0) = 1

3

√

f 00( x) = − 4 sin(2 x + π ) , f 00(0) = − 2 3

3

f 000( x) = − 8 cos(2 x + π ) , f 000(0) = − 4

3

√

f IV ( x) = 16 sin(2 x + π ) , f IV (0) = 8 3

3

f V ( x) = 32 cos(2 x + π ) 3

Stąd:

√

√

√

√

√

3

1

− 2 3

− 4

8 3

3

√

2

3

f ( x) =

+ x+

x 2 +

x 3 +

x 4 + R

+ x− 3 x 2 − x 3 +

x 4 + R

2

1!

2!

3!

4!

5 =

2

3

3

5

gdzie

32 cos(2 c + π )

4 cos(2 c + π )

R

3

3

5 =

x 5 =

x 5 , gdzie c ∈ (0 , x) 5!

15

4. Obliczyć całki

π

2

Z

e

2 cos x

Z

a)

d x ; b)

x 2 ln x d x

1 + sin2 x

0

1

Rozwiązanie:

π

2

Z

2 cos x

a)

d x

1 + sin2 x

0

Całkujemy przez podstawienie:







 t = sin x











d t = cos x d x





 t = 0 dla x = 0 









t = 1 dla x = π 

2

1

Z

2

π

I =

d t = 2 [arc tg t]1 =

1 + t 2

0

2

0

e

Z

b)

x 2 ln x d x

1

Całkujemy przez części:

(

)

f = ln x g0 = x 2

f 0 = 1

g = x 3

x

3

e

Z

"

#

e

"

#

x 3

e

Z 1 x 3

e 3

x 3 e

e 3

e 3

1

2 e 3 + 1

x 2 ln x d x =

ln x

−

·

d x =

−

=

−

+

=

3

x

3

3

9

3

9

9

9

1

1

1

1

5. Obliczyć pole figury ograniczonej krzywymi K 1 , K 2 i K 3

K 1 : y = x 2 , K 2 : y = 1 x 2 , K

4

3 : y = 9

Rozwiązanie:

Znajdujemy punkty przecięcia:

y = x 2 i y = 9 : x = ± 3

y = 1 x 2 i y = 9 : x = ± 6

4

y = x 2 i y = 1 x 2 : x = 0

4

Krzywe te ograniczają dwie figury symetryczne. Wybieramy tę dla x ­ 0 (obie mają takie samo pole). Figurę dzielimy na dwie części: S = S 1 + S 2

3

Z

1

3 1

3

27

S 1 = ( x 2 − x 2) d x =

x 3

=

4

4 3

0

4

0

6

Z

1

1

6

9

45

S 2 = (9 − x 2) d x = 9 x −

x 3

= 54 − 18 − 27 +

=

4

12

3

4

4

3

stąd

S = 18

6. Podać definicję całki niewłaściwej I rodzaju. Wyznaczyć k tak, aby

∞

Z

k d x

= 1

( x + 1)3

0

i przedstawić interpretację geometryczną obliczonej całki.

Rozwiązanie:

∞

Z

b

k d x

Z

d x

= k lim

( x + 1)3

b→∞

( x + 1)3

0

0

Obliczamy:

b

Z

"

#

d x

− 1

b

− 1

1

=

=

+

( x + 1)3

2( x + 1)2

2( b + 1)2

2

0

0

Stąd:

!

− 1

1

k

k lim

+

=

b→∞

2( b + 1)2

2

2

Rozwiązujemy równanie:

k = 1

2

k = 2