Egzamin z Analizy 1, 1 IX 2009

1. Zadanie wstępne

Zadanie

Odp.

√

1. Obliczyć granicę lim ( n 2 + 6 n − n) 3

n→∞

Rozwiązanie:

√

n 2 + 6 n − n 2)

6

lim ( n 2 + 6 n − n) = lim √

= lim

= 3

n→∞

n→∞

n 2 + 6 n + n

n→∞ q1 + 6 + 1

n

e 2 x − 1

2. Obliczyć granicę lim √

0

x→ 0

x + 1

Rozwiązanie:

e 2 x − 1

1 − 1

lim √

= √

= 0

x→ 0

x + 1

0 + 1

3. Obliczyć drugą pochodną f 00( e) jeżeli f ( x) = x 2 ln x 5

Rozwiązanie:

1

f 0( x) = 2 x ln x + x 2 ·

= 2 x ln x + x

x

1

f 00( x) = 2 ln x + 2 x ·

+ 1 = 2 ln x + 3

x

f 00( e) = 2 ln e + 3 = 2 + 3 = 5

Z

x

4. Obliczyć całkę nieoznaczoną

d x

1 ln |( x + 2)2 + 1 | −

x 2 + 4 x + 5

2

Rozwiązanie:

2 arc tg( x + 2) + C

Z

x

Z

x

Z

x + 2 − 2

d x

=

d x

=

d x

=

x 2 + 4 x + 5

( x + 2)2 + 1

( x + 2)2 + 1

Z

x + 2

Z

1

1

d x− 2

d x =

ln |( x+2)2 +1 |− 2 arc tg( x+2)+ C

( x + 2)2 + 1

( x + 2)2 + 1

2

Pierwsza całka: licznik jest równy 1 razy pochodna mianownika, w drugiej 2

podstawienie liniowe: t = x + 2

π

2

Z

5. Obliczyć całkę Riemanna

6 sin2 x cos x d x

2

0

Rozwiązanie:

π

2

Z

π

6 sin2 x cos x d x = {t = sin x ; d t = cos x d x ; t(0) = 0 ; t( ) = 1 } =

2

0

1

Z

h

6 t 2 d t = 2 t 3i1 = 2

0

0

1

√

2. Znaleźć tangens kąta między krzywymi y 1 = arc tg(2 − 2 x) + 4 i y x 2 + 3 · x w

5

2 = 2

5

punkcie P (1 , 4 )

5

Rozwiązanie:

k 1 − k 2

tg α =

, gdzie k

1 i k 2 są współczynnikami kierunkowymi prostych stycznych 1 + k

1 k 2

do krzywych.

k 1 = y0 (1)

1

k 2 = y0 (1)

2

Obliczamy pochodne:

1

− 2

y0 =

· ( − 2) =

1

1 + (2 − 2 x)2

1 + (2 − 2 x)2

y0 (1) = − 2

1

1

2 √

2

x 2 + x 2 + 3

y0 = 2 · √

· 2 x · x +

x 2 + 3 =

·

√

2

5

2 x 2 + 3

5

5

x 2 + 3

y0 (1) = 1

2

− 2 − 1

tg α =

= 3

1 − 2

Odpowiedź:

tg α = 3

2

ln x

3. Zbadać przebieg zmienności funkcji f ( x) = x Rozwiązanie:

Dziedzina funkcji: D = (0 , ∞) Granice

ln x

−∞

lim f ( x) = lim

=

= −∞

x→ 0+

x→ 0+

x

0+

ln x

1

lim f ( x) = lim

= lim x = 0

x→∞

x→∞

x

x→∞ 1

Asymptoty:

Funkcja ma asymptotę pionową x = 0 i poziomą y = 0 w + ∞

Badamy monotoniczność obliczając pochodną: 1 x − ln x

1 − ln x

f 0( x) = x

=

x 2

x 2

Rozwiązujemy nierówność f 0( x) > 0 . Ponieważ mianownik jest dodatni: 1 − ln x > 0

ln x < 1

x < e

Wniosek: Funkcja f ( x) jest rosnąca na przedziale (0 , e > , malejąca na przedziale < e, ∞ > , ma więc w x = e maksimum lokalne. Jest to jedyne ekstremum na D 1.

Badamy wypukłość obliczając drugą pochodną:

− 1 x 2 − (1 − ln x) · 2 x

− 3 + 2 ln x

f 00( x) =

x

=

x 4

x 3

Rozwiązujemy nierówność f 00( x) > 0 . Ponieważ mianownik jest dodatni:

− 3 + 2 ln x > 0

ln x > 32

3

x > e 2

3

3

Wniosek: Funkcja f ( x) wypukła na przedziale ( e 2 , ∞), wklęsła na przedziale (0 , e 2 ), 3

ma więc w x = e 2 punkt przegięcia.

3

x

0+

...

e

...

e 2

...

∞

f 0( x)

+

+

0

−

−

−

f 00( x)

−

−

−

−

0

+

f ( x)

−∞

%

1

&

3 e− 32

&

0

e

2

3

4. Obliczyć całkę nieoznaczoną Z

e 2 x

√

d x

ex + 1

Rozwiązanie:

Podstawiamy: {t = ex ; d t = ex d x}

Z

e 2 x

Z

ex · ex d x

Z

t d t

I =

√

d x =

√

=

√

ex + 1

ex + 1

t + 1

Podstawiamy: {t + 1 = s 2 ; d t = 2 s d s ; t = s 2 − 1 }

Z

( s 2 − 1) · 2 s d s Z

2

2 √

√

3

I =

= 2

( s 2 − 1) d s =

s 3 − 2 s + C =

t + 1 − 2 t + 1 + C =

s

3

3

2 √

√

3

ex + 1 − 2 ex + 1 + C

3

Odpowiedź:

2 √

√

3

I =

ex + 1 − 2 ex + 1 + C

3

4

5. Znaleźć objętość bryły powstałej z obrotu obszaru: 0 ¬ y ¬ sin2 x , 0 ¬ x ¬ π wokół

osi Ox

Rozwiązanie:

Objętość bryły jest równa:

π

Z

V = π

(sin2 x)2 d x

0

1 − cos 2 x

Korzystamy ze wzoru: sin2 x =

2

π

π

Z

(1 − cos 2 x)2

π Z

V = π

d x =

(1 − 2 cos 2 x + cos2 2 x) d x =

4

4

0

0

π

π

π Z

1 + cos 4 x

π Z

π h

(1 − 2 cos 2 x +

) d x =

(3 − 4 cos 2 x + cos 4 x) d x =

3 x − 2 sin 2 x +

4

2

8

8

0

0

1

i π

π h

1

1

i

3 π 2

sin 4 x

=

(3 π − 2 sin 2 π +

sin 4 π) − (0 − 2 sin 0 +

sin 0) =

4

0

8

4

4

8

1 + cos 4 x

Wykorzystaliśmy wzór: cos2 2 x =

oraz zastosowaliśmy podstawienia liniowe:

2

t = 2 x i s = 4 x Odpowiedź:

3 π 2

V = 8

5

6. Obliczyć całkę niewłaściwą

∞

Z

1

d x

x 3 + x

1

Rozwiązanie:

∞

b

Z

1

Z

1

I =

d x = lim

d x

x 3 + x

b→∞

x 3 + x

1

1

Obliczmy całkę:

b

Z

1

d x

x 3 + x

1

Rozkładamy funkcję podcałkową na ułamki proste: 1

A

Bx + C

=

+

x( x 2 + 1)

x

x 2 + 1

1 = A( x 2 + 1) + ( Bx + C) x ( A + B) x 2 + Cx + A = 1



A + B = 0





C = 0





A = 1

Stąd: A = 1 , B = − 1 , C = 0

b

b

b

b 2+1

Z

1

Z

1

Z

x

Z

h

i b

1

1

1 h

i b 2 +1

d x =

d x −

d x = ln |x|

−

d t = ln b −

ln |t|

=

x 3 + x

x

x 2 + 1

1

2

t

2

2

1

1

1

2

1

1

1

b 2

1

ln b −

ln( b 2 + 1) +

ln 2 =

ln

+

ln 2

2

2

2

b 2 + 1

2

Robimy podstawienie: {t = x 2 + 1 ; 2 x d x = d t ; t(1) = 2 , t( b) = b 2 + 1 }

Obliczamy granicę:

1

b 2

1

1

1

1

1

lim

ln

+

ln 2 = lim

ln

+

ln 2 =

ln 2

b→∞

2

b 2 + 1

2

b→∞

2

1

2

2

1 + b 2

Odpowiedź:

1 ln 2

2

6