Egzamin z Analizy 1, 28 VI 2011

1. Zadanie wstępne:

Zadanie

Odp.

√ 9 n 2 + 4

1. Obliczyć granicę lim

√

1

n→∞ n +

4 n 2 − 1

Rozwiązanie:

√

q

q

9 n 2 + 4

n 9 + 4

9 + 4

3

lim

√

= lim

n 2

= lim

n 2

=

= 1

n→∞ n +

4 n 2 − 1

n→∞

q

q

n(1 +

4 − 1 )

n→∞ 1 + 4 − 1

1 + 2

n 2

n 2

sin 2 x

2. Obliczyć granicę lim

2

x→ 0 ln(1 + x)

Rozwiązanie:

sin 2 x

2 cos 2 x

lim

= lim

= 2

x→ 0 ln(1 + x)

x→ 0

1

1+ x

0

Stosujemy regułę del’Hospitala dla granicy 0

3. Obliczyć drugą pochodną f 00(1) jeżeli f ( x) = (1 + x 2) arc tg x π + 1

2

Rozwiązanie:

1

f 0( x) = 2 x arc tg x + (1 + x 2) ·

= 2 x arc tg x + 1

1 + x 2

2 x

f 00( x) = 2 arc tg x + 1 + x 2

f 00(1) = π + 1

2

Z

− 2

3

2

4. Obliczyć całkę nieoznaczoną

+

d x

+3 ln |x+1 |+

( x − 3)2

x + 1

x − 3

Rozwiązanie:

C

Z

Z

Z

− 2

3

1

1

2

+

d x = − 2

d x+3

d x =

+3 ln |x+

( x − 3)2

x + 1

( x − 3)2

x + 1

x − 3

1 | + C

Podstawienie liniowe: t = x − 3 oraz t = x + 1

π

4

Z

5. Obliczyć całkę Riemanna

8 sin2 x d x

π − 2

0

Rozwiązanie:

π

π

4

4

Z

Z

π

h

i

8 sin2 x d x =

4(1 − cos 2 x) d x = 4 x − 2 sin 2 x 4 = π − 2

0

0

0

stosujemy podstawienie liniowe: t = 2 x 1

2. Dla jakiej wartości parametrów a, b funkcja f : R → R jest ciągła?



x 4 − 5 x 2 + 4





dla x > 2







x 3 − 8



f ( x) =

x + a

dla 0 ¬ x ¬ 2





arc tg( bx)







dla x < 0



e 2 x − 1

Rozwiązanie:

Funkcja jest ciągła na zbiorze ( −∞, 0) ∪ (0 , 2) ∪ (2 , ∞) . Pozostaje sprawdzić ciągłość w punktach x 1 = 2 i x 2 = 0.

Sprawdzamy ciągłość w punkcie x 1 = 2 : lim f ( x) = lim f ( x) = f (2) x→ 2 −

x→ 2+

f (2) = 2 + a

lim f ( x) = lim ( x + a) = 2 + a x→ 2 −

x→ 2 −

h 0 i

x 4 − 5 x 2 + 4

0

4 x 3 − 10 x

lim f ( x) = lim

=

lim

= 1

x→ 2+

x→ 2+

x 3 − 8

x→ 2+

3 x 2

H

Mamy:

2 + a = 2 + a = 1 = ⇒ a = − 1

Sprawdzamy ciągłość w punkcie x 2 = 0 : lim f ( x) = lim f ( x) = f (0) x→ 0 −

x→ 0+

f (0) = a

lim f ( x) = lim ( x + a) = a x→ 0+

x→ 0+

h 0 i

b

arc tg( bx)

0

1+( bx)2

b

lim f ( x) = lim

=

lim

=

x→ 0 −

x→ 0 −

e 2 x − 1

x→ 0 −

2 e 2 x

2

H

Mamy:

a = a = b 2

Stąd b = − 2

Odpowiedź:

Funkcja f ( x) jest ciągła dla a = − 1 oraz b = − 2 .

2

3. Znaleźć dziedzinę, granice, asymptoty, przedziały monotoniczności oraz naszkicować x 2

wykres funkcji f ( x) =

.

ln x

Rozwiązanie:

Dziedzina funkcji:

D = (0 , 1) ∪ (1 ∞) Obliczamy granice:

x 2

0

lim

=

= 0

x→ 0+ ln x

−∞

x 2

1

lim

=

= −∞

x→ 1 − ln x

0 −

x 2

1

lim

=

= ∞

x→ 1+ ln x

0+

x 2

2 x

lim

= lim

= lim 2 x 2 = ∞

x→∞ ln x

x→∞

1

x→∞

x

Przy obliczaniu ostatniej granicy stosujemy regułę del’Hospitala dla granicy ∞

∞

Wykres funkcji ma asymptotę pionową dwustronną x = 1.

Szukamy asymptoty ukośnej y = ax + b w + ∞

f ( x)

x

1

a = lim

= lim

= lim

= lim x = ∞

x→∞

x

x→∞ ln x

x→∞ 1

x→∞

x

Nie ma więc asymptoty ukośnej w + ∞.

Badamy pochodną:

2 x ln x − x 2 · 1

x(2 ln x − 1)

f 0( x) =

x =

ln2 x

ln2 x

Pochodna istnieje na całej dziedzinie. Badamy jej znak: f 0( x) > 0

x(2 ln x − 1) > 0

ln2 x

2 ln x − 1 > 0

√

x >

e - ponieważ w dziedzinie x > 0

√

x

0 −

...

1 −

1+

...

e

...

∞

f 0( x)

−

−

0

+

f ( x)

0

&

−∞

+ ∞

&

2 e

%

∞

3

4. Obliczyć całkę nieoznaczoną Z

ex + 2

I =

d x

e 2 x + 1

Rozwiązanie:

Całkujemy przez podstawienie:

(

)

t = ex

d t = ex d x

Z

ex + 2

Z

t + 2

I =

d x =

d t

e 2 x + 1

( t 2 + 1) t

Funkcję wymierną rozkładamy na ułamki proste: t + 2

A

Bt + C

=

+

t( t 2 + 1)

t

t 2 + 1

t + 2 = A( t 2 + 1) + ( Bt + C) t = ( A + B) t 2 + Ct + A Rozwiązujemy układ równań:



A + B = 0





C = 1





A = 2

Stąd: B = − 2

Z

1

Z

t

Z

1

I = 2

d t − 2

d t +

d t = 2 ln |t| − ln |t 2 + 1 | + arc tg t + C = 2 ln |ex| −

t

t 2 + 1

t 2 + 1

ln |e 2 x + 1 | + arc tg ex + C

Odpowiedź:

I = 2 ln |ex| − ln |e 2 x + 1 | + arc tg ex + C

4

5. Obliczyc pole obszaru:

4 cos2 x ¬ y ¬ 4 + 3 sin3 x , 0 ¬ x ¬ π

Rozwiązanie:

Pole obszaru jest równe:

π

π

π

π

Z

Z

Z

Z

S =

(4 + 3 sin3 x − 4 cos2 x) d x = 4

d x + 3

sin3 x d x − 4

cos2 x d x

0

0

0

0

Obliczamy całki:

π

Z

h

i π

d x = x

= π

0

0

π

π

Z

Z

sin3 x d x =

(1 − cos2 x) sin x d x =

0

0

− 1

Z

{t = cos x ; d t = − sin x d x ; t(0) = 1 ; t( π) = − 1 } =

(1 − t 2)( − 1) d t =

1

h

1

4

−t + t 3i − 1 =

3

1

3

π

π

Z

Z

1 + cos 2 x

h x

sin 2 x i π

π

cos2 x d x =

d x =

+

=

2

2

4

0

2

0

0

1 + cos 2 x

Korzystamy ze wzoru: cos2 x =

oraz zastosowaliśmy podstawienie liniowe: 2

t = 2 x

Pole obszaru jest równe:

4

π

S = 4 π + 3 ·

− 4 ·

= 2 π + 4

3

2

Odpowiedź:

S = 2 π + 4

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

Obliczamy całkę:

b

Z

1 √ d x

( x + 3) x

1

√

n

o

Podstawiamy: x = t 2 ; d x = 2 t d t ; t(1) = 1 ; t( b) =

b

√

√

√

b

b

b

b

√

√

Z

1

Z

2 t

Z

2

2 Z

1

2 3

t b

√ d x =

d t =

d t =

d t =

arc tg √

=

( x + 3) x

( t 2 + 3) t

t 2 + 3

3

( t

√ )2 + 1

3

3 1

1

1

1

1

3

√

√

√

√

2 3

b

1

2 3

b

π

arc tg √ − arc tg √

=

arc tg √ −

3

3

3

3

3

6

Zastosowaliśmy podstawienie liniowe: t = t

√

.

3

Obliczamy granicę:

√

√

√

√

2 3

b

π

2 3 π

π

2 π 3

lim

arc tg √ −

=

−

=

b→∞

3

3

6

3

2

6

9

Odpowiedź:

√

2 π 3

9

6