Egzamin z Analizy 1, 9 II 2009 godz. 9.00

1. Zadanie wstępne

Nr

Zadanie

Odp.

√

n −

n 2 + 4 n

1.1

Obliczyć granicę lim

− 1

n→∞

2

Rozwiązanie:

√

√

√

n −

n 2 + 4 n

( n −

n 2 + 4 n)( n +

n 2 + 4 n)

lim

=

lim

√

=

n→∞

2

n→∞

2( n +

n 2 + 4 n)

n 2 − n 2 − 4 n

− 4

lim

= lim

= − 1

n→∞

q

q

2 n(1 +

1 + 4 )

n→∞ 2(1 + 1 + 4 )

n

n

2 π

π

1.2

Pod jakim kątem wykres funkcji y = 2 arc tg(2 x) −

przecina oś Ox

√

3

4

3

w punkcie P (

, 0)

2

Rozwiązanie:

2

tg α = y0 = 2 1 + 4 x 2

√

3 !

π

y0

= 1 = ⇒ α =

2

4

3 + ln x

1.3

Obliczyć pochodną f 0(1) , f ( x) =

− 1

x 2 + 1

Rozwiązanie:

1 ( x 2 + 1) − (3 + ln x)2 x f 0( x) = x

( x 2 + 1)2

2 − 6

f 0(1) =

= − 1

4

Z

6

1.4

Obliczyć całkę nieoznaczoną

d x

3 arc tg 2 x+ C

4 x 2 + 1

Rozwiązanie:

Z

6

Z

1

d x = 6

d x = {t = 2 x} = 3 arc tg 2 x + C

4 x 2 + 1

(2 x)2 + 1

π

2

Z

cos x

1.5

Obliczyć całkę Riemanna

d x

ln 2

sin x + 1

0

Rozwiązanie:

π

2

Z

cos x

π

d x = {t = sin x + 1 , d t = cos x d x , t(0) = 1 , t( ) = 2 } =

sin x + 1

2

0

2

Z

1 d t = [ln |t|]2 = ln 2

t

1

1

1

2. Dla jakich wartości parametrów a, b, c, d ∈ R funkcja f : R → R jest różniczkowalna?



ln(1 − x)

dla x < 0















f ( x) =

ax 3 + bx 2 + cx + d dla x ∈< 0 , 1 >









√







x 4 + 3

dla x > 1

Rozwiązanie:

Funkcja jest różniczkowalna na zbiorze (= ∞, 0) ∪ (0 , 1) ∪ (1 , ∞) . Wystarczy sprawdzić różniczkowalność w punktach x = 0 i x = 1 .

x = 0

lim f ( x) = lim ln(1 − x) = ln 1 = 0

x→ 0 −

x→ 0 −

lim f ( x) = f (0) = d x→ 0+

d = 0

funkcja różniczkowalna musi być ciągła

f 0(0+) = 3 ax 2 + 2 bx + c|

= c

x=0

− 1

f 0(0 −) =

= − 1

zakładamy ciągłość f w x = 0.

1 − x x=0

c = − 1

pochodna lewostronna jest równa pochodnej prawostronnej x = 1

lim f ( x) = f (1) = a + b + c + d x→ 1 −

√

√

lim f ( x) = lim

x 4 + 3 =

4 = 2

x→ 1+

x→ 1+

a + b + c + d = 2

funkcja różniczkowalna musi być ciągła

f 0(1 −) = 3 ax 2 + 2 bx + c|

= 3 a + 2 b + c

x=1

4 x 3

f 0(1+) =

√

= 1

zakładamy ciągłość f w x = 1.

2 x 4 + 3 x=1

3 a + 2 b + c = 1

pochodna lewostronna jest równa pochodnej prawostronnej Rozwiązujemy układ równań:

d = 0 , c = − 1 , 3 a + 2 b = 2 , a + b = 3

Mamy: a = − 4 , b = 7

Odpowiedź:

a = − 4 , b = 7 , c = − 1 , d = 0

2

3. Obliczyć granicę: lim (ln( e + x) − x)ctg x 2

x→ 0

Rozwiązanie:

Jest to granica 1 ∞ . Przekształcamy:

(ln( e + x) − x)ctg x 2 = e ctg x 2 · ln(ln( e+ x) −x) Obliczamy granicę:

ln(ln( e + x) − x)

g = lim ctg x 2 · ln(ln( e + x) − x) = lim x→ 0

x→ 0

tg x 2

0

Jest to granica

. Stosujemy regułę de L’Hospitala:

0

1

1

·

−

1

1

− 1

ln( e + x) − x

e + x

lim

=

e

x→ 0

2 x

0

cos2 x 2

Granica lewostronna 0 − jest równa + ∞, granica prawostronna 0+ jest równa −∞ , a więc granica g nie istnieje. Nie istnieje więc też granica eg Odpowiedź:

Granica nie istnieje.

3

4. Znaleźć ekstrema lokalne i globalne funkcji f ( x): x 2 − x − 2

f ( x) =

x + 2

Rozwiązanie:

Dziedzina funkcji f :

x + 2 6= 0

D = ( −∞, − 2) ∪ ( − 2 , ∞) Funkcja jest rózniczkowalna na całej dziedzinie.

(2 x − 1)( x + 2) − ( x 2 − x − 2) 2 x 2 + 4 x − x − 2 − x 2 + x + 2

x 2 + 4 x

f 0( x) =

=

=

( x + 2)2

( x + 2)2

( x + 2)2

Rozwiązujemy nierówność:

f 0( x) > 0

x 2 + 4 x > 0

minownik jest dodatni

x( x + 4) > 0

x ∈ ( −∞, − 4) ∪ (0 , ∞) f 0( x) < 0 dla x ∈ ( − 4 , − 2) ∪ ( − 2 , 0) Wniosek: funkcja f jest:

rosnąca na przedziale ( −∞ , − 4 > , malejąca na przedziale < − 4 , − 2) , malejąca na przedziale ( − 2 , 0 > , rosnąca na przedziale < 0 , ∞) W x = − 4 jest maksimum lokalne f ( − 4) = − 9 , W x = 0 jest minimum lokalne f (0) = − 1 .

Sprawdzamy czy ekstrama lokalne są ekstremami globalnymi.

Ponieważ f ( − 4) = − 9 < − 1 więc − 1 nie jest minimum globalnym.

Ponieważ f (0) = − 1 > − 9 więc − 9 nie jest maksimum globalnym.

Odpowiedź:

Minimum lokalne: x = 0 , f (0) = − 1

Maksimum lokalne: x = − 4 , f ( − 4) = − 9

Minimum globalne: brak

Maksimum globalne: brak

4

√

√

5. Obliczyć długość krzywej y =

3 ln x , x ∈< 1 ,

6 >

Rozwiązanie:

Długość krzywej jest równa:

√ 6

Z

q

l =

1 + ( y0)2 d x

1 √ 3

y0 = x

√

√

√

√

6

√

√

s

6s

6

6

Z

3

Z

x 2 + 3

Z

x 2 + 3

Z

x 2 + 3

l =

1 +

d x =

d x =

d x =

x

d x

x 2

x 2

x

x 2

1

1

1

1

stosujemy podstawienie:

√

t = x 2 + 3 ,

d t = 2 x d x , t(1) = 4 , t( 6) = 9

9

√

Z

t

l =

d t

2( t − 3)

4

stosujemy podstawienie:

t = s 2 ,

d t = 2 s d s , s(4) = 2 , s(9) = 3

3

3

Z

s 2

Z

s 3

l =

2 s d s =

d s

2( s 2 − 3)

s 2 − 3

2

2

s 3 = ( s 2 − 3) s + 3 s dzielimy licznik przez mianownik

3

Z

3 s

3

l =

s +

d s =

licznik jest pochodną mianownika razy

s 2 − 3

2

2

h s 2

3

i3

9

3

5

3

+

ln |s 2 − 3 |

=

+

ln 6 − 2 − 0 =

+

ln 6

2

2

2

2

2

2

2

Odpowiedź:

5

3

l =

+

ln 6

2

2

5

6. Obliczyć całkę niewłaściwą

∞

Z

1

d x

x 3 + x

1

Rozwiązanie:

Funkcja podcałkowa jest ciągła na przedziale < 1 , ∞) . Jedynym punktem niewłaści-wym jest x = + ∞ .

∞

b

Z

1

Z

1

I =

d x = lim

d x

x 3 + x

b→∞

x 3 + x

1

1

b

Z

1

Obliczamy

d x rozkładając funkcję na ułamki proste: x 3 + x

1

1

1

A

Bx + C

=

=

+

x 3 + x

x( x 2 + 1)

x

x 2 + 1

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



A + B = 0





C = 0





A = 1

Stąd: B = − 1

b

Z

1

x

h

1

i b

1

1

1

b 2

−

d x = ln |x| −

ln |x 2 + 1 |

= ln b −

ln( b 2 + 1) +

ln 2 =

ln

+

x

x 2 + 1

2

1

2

2

2

b 2 + 1

1

1 ln 2

2

b

Z

x

W całce:

d x licznik jest równy: x = 1 ( x 2 + 1) 0 , podstawiamy za mianownik.

x 2 + 1

2

1

b 2

1

1

1

1

I = lim 1 ln

+

ln 2 =

ln 2 + lim ln

=

ln 2

b→∞

2

b 2 + 1

2

2

b→∞

1 + 1

2

b 2

Odpowiedź:

I = 1 ln 2

2

6