Gunnar Staff Institutt for Matematiske fag Norges Teknologiske Naturvitenskapelige Universitet N 7491 Trondheim

Like dokumenter
I = (x 2 2x)e kx dx. U dv = UV V du. = x 1 1. k ekx x 1 ) = x k ekx 2x dx. = x2 k ekx 2 k. k ekx 2 k I 2. k ekx 2 k 1

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

2 n+2 er konvergent eller divergent. Observer først at; 2n+2 2 n+2 = n=1. n=1. 2 n > for alle n N. Denne summen er.

SIF5003 Matematikk 1, 5. desember 2001 Løsningsforslag

TMA4120 Matematikk 4K Høst 2015

Funksjoner Forelesning i Matematikk 1 TMA4100. Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 19. august 2010

Løsningsforslag AA6524/AA6526 Matematikk 3MX Elever/Privatister - 7. desember eksamensoppgaver.org

Løsningsforslag AA6524 Matematikk 3MX Elever 7. juni eksamensoppgaver.org

Løsning, Trippelintegraler

Løsning til utvalgte oppgaver fra kapittel 12 (15).

NTNU Institutt for matematiske fag. TMA4100 Matematikk 1 høsten Løsningsforslag - Øving 8. Oppgave 1. Oppgave 2

Løsningsforslag for Eksamen i MAT 100, H-03

Lsningsforslag ved Klara Hveberg Lsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 8 I kapittel 8 er integrasjon og integrasjonsteknikker det store tema

Løsningsforslag til eksamen i TMA4105 matematikk 2,

Oppfriskningskurs i matematikk 2008

Figur 2: Fortegnsskjema for g (x)

EKSAMEN I SIF4018 MATEMATISK FYSIKK mandag 28. mai 2001 kl

Løsningsforslag Eksamen M100 Våren 2002

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

UNIVERSITETET I OSLO

Notat om trigonometriske funksjoner

Repitisjon av Diverse Emner

UNIVERSITETET I OSLO

MAT Vår Oblig 2. Innleveringsfrist: Fredag 23.april kl. 1430

MA1101 Grunnkurs Analyse I Høst 2017

Sammendrag R mai 2009

Forkurs, Avdeling for Ingeniørutdanning

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

EKSAMEN. Hans Petter Hornæs og Britt Rystad

Løsningsforslag, eksamen MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I, vår 2009

Obligatorisk oppgave i MAT 1100, H-03 Løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

IR Matematikk 1. Utsatt Eksamen 8. juni 2012 Eksamenstid 4 timer

Eksamen i MAT1100 H14: Løsningsforslag

Løsningsforslag AA6524 Matematikk 3MX Elever AA6526 Matematikk 3MX Privatister eksamensoppgaver.org

MA1410: Analyse - Notat om differensiallikninger

Analyse og metodikk i Calculus 1

Løsningsforslag Eksamen i MA1102/MA6102 Grunnkurs i analyse II 17/

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN. Ingeniørstudenter som tar opp igjen eksa- men (6stp.).

Løsningsforslag, eksamen MA1101/MA

Oversikt over Matematikk 1

Eksamensoppgave i MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I. LØSNINGSFORSLAG

Velkommen til eksamenskurs i matematikk 1

Fasit til obligatorisk oppgave i MAT 100A

3.1 Første ordens lineære difflikninger. y + f(x)y = g(x) (3.1)

Derivasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100. Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 2. september 2011

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Høgskolen i Agder Avdeling for realfag EKSAMEN

SIF5005 Matematikk 2, 13. mai 2002 Løsningsforslag

Eksamensoppgave i MA1102/6102 Grunnkurs i analyse II

EKSAMEN BOKMÅL STEMMER. DATO: TID: OPPG. SIDER: VEDLEGG: 3 desember :00-13: FAGKODE: IR Matematikk 1

UNIVERSITETET I OSLO

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

Eksamen R2, Høst 2012, løsning

Løsningsforslag for Eksamen i Matematikk 3MX - Privatister - AA eksamensoppgaver.org

Trigonometriske funksjoner (notat til MA0003)

Eksamen R2 høst 2011, løsning

Eksamen R2, Høst 2012

SIF5003 Matematikk 1, 6. desember 2000 Løsningsforslag

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

Funksjoner (kapittel 1)

x 2 = x 1 f(x 1) (x 0 ) 3 = 2 x 2 n n x 1 n 0 0, , , , , , , , , , , 7124

UNIVERSITETET I BERGEN

EKSAMEN I EMNET Løsning: Mat Grunnkurs i Matematikk I Mandag 14. desember 2015 Tid: 09:00 14:00

Løsningsforslag AA6526 Matematikk 3MX Privatister 3. mai eksamensoppgaver.org

være en rasjonal funksjon med grad p < grad q. La oss skrive p(x) (x a)q(x) = A

IR Matematikk 1. Eksamen 8. desember 2016 Eksamenstid 4 timer

Løsningsforslag til eksamen i MAT 1100 H07

Eksamen R2, Våren 2015, løsning

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I MA0001 BRUKERKURS A Tirsdag 14. desember 2010

Funksjoner Forelesning i Matematikk 1 TMA4100. Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 18. august 2011

Del 2: Alle hjelpemidler er tillatt, med unntak av Internett og andre verktøy som tillater kommunikasjon.

Løsningsforslag til underveisvurdering i MAT111 vår 2005

Emne 11 Differensiallikninger

Ma-1410: Analyse, Obligatorisk øvelse 2, høsten løsningsforslag

h) Delvis integrasjon gir ln = Ogave 9.. = ln u = ln ; v = = u = ; v = = = = ln = = = ln 4 9 = + C a) Delvis integrasjon to ganger gir e cos = e cos e

5 z ds = x 2 +4y 2 4

Kapittel 2. Antiderivering. 2.1 Derivasjon

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

dx = 1 1 )dx = 3 y= x . Tangentplanet til hyperboloiden i (2, 1, 3) er derfor gitt ved x 2, y 1, z 3 = 0 x 2 + 2(y 1) 2 (z 3) = 0 x + 2y 2z 3 = 2

Matematikk 1 Første deleksamen. Løsningsforslag

lny = (lnx) 2 y y = 2lnx x y = 2ylnx x = 2xlnx lnx

MAT1120 Notat 2 Tillegg til avsnitt 5.4

Løysingsforslag Eksamen MAT111 Grunnkurs i Matematikk I Universitetet i Bergen, Hausten 2016

Krasjkurs MAT101 og MAT111

EKSAMEN. Om eksamen. EMNE: MA2610 FAGLÆRER: Svein Olav Nyberg, Morten Brekke. Klasser: (div) Dato: 18. feb Eksamenstid:

Løsningsforslag nr.1 - GEF2200

EKSAMEN Løsningsforslag

Dagens mål. Det matematiske fundamentet til den diskrete Fourier-transformen Supplement til forelesning 8 INF Digital bildebehandling

(1 + x 2 + y 2 ) 2 = 1 x2 + y 2. (1 + x 2 + y 2 ) 2, x 2y

Løsningsforslag. Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver teller like mye.

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

Løsningsforslag til eksamen i fag MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I Høst 2008

Transkript:

måter å integrere på Gunnar Staff Institutt for Matematiske fag Norges Teknologiske Naturvitenskapelige Universitet N 749 Trondheim --9 Sammendrag Dette notatet er laget på initiativ fra Overstudass SIF57. Det prøver å illustrere endel av de mest brukte integrasjonsteknikkene, og gi eksempler på bruken. Tilbakemeldinger mottas gjerne. Dette er IKKE en del av pensum i SIF57. Snarere et supplement støtteliteratur) til de som ønsker å friske opp integrasjonsreglene. Diverse. Rottmann Rottmann vil være tillatt på eksamen. Det anbefales at man bruker litt tid til åfå en liten oversikt over hva som finnes der, og hvordan man bruker det. Husk at alt som står i Rottmann kan brukes på eksamen uten annen begrunnelse enn henvisning til formelsamlingen. Eks. Løs integralet arcsin d. Det er et integral som de fleste vil vegre seg for åprøveå løse. Men i Rottmann s 46 formel 44 finner vi at arcsin d arcsin + 4 arcsin ) + 4 + C.. Odde og jevne funksjoner Å vite litt om odde og jevne funksjoner kan spare oss for mye arbeid. Vi definerer odde og jevne funksjoner som jevn f f ) odde f) f )

DIVERSE 5 4 4 4 Figure : Jevn funksjon 4 4 4 4 Figure : Odde funksjon Se Fig. for eksempel på jevnfunksjon,ogfig.foreksempelpå odde funksjon. Vi vet at hvis vi integrerer en odde funksjon over et område symetrisk om origo, vil integralet bli null. Dette sees enklest ved at man ser på Fig. og legger merke til at arealet i intervallet [ a, ] under grafen er lik arealet i intervallet [,a]. Hvis vi gjør det samme for en jevn funksjon vil vi få ganger integralet over intervallet [,a]. Det matematiske beviset utelater vi her. a { for f) odde f)d a a f)d for f) jevn Vi prøver at par eksempler for å se hvordan det virker i praksis. Eks. Løs integralet π π sin d Vi ser at sin er odde funksjon fordi sin ) sin ). M.a.o blir integralet null. Eks. Løs integralet π π cos d Vi ser at cos er jevn funksjon fordi cos ) cos ). M.a.o blir integralet π π cos d π cos d [sin ] π

DELVIS INTEGRASJON Eks.4 Løs integralet π π sin cos d Vi vet fra Eks. at sin er odde funksjon, og vi vet fra Eks. at cos er en jevn funksjon. Jevn funksjon multiplisert med odde blir odde. M.a.o blir integralet lik null. Delvis integrasjon Delvis integrasjon bruker vi når vi er istand til å dele opp integralet vårt i to. h)d f)g)d, der h) f)g) Formelen for delvis integrasjon står i Rottmann formel 4 side. f )g)d f)g) f)g )d Hele poenget her er åvelgef ) ogg) s.a f)g )d blir lettere åløse. Å se hvordan man skal velge f ) ogg) krever ofte litt trening. La oss se på noen eksempler. Eks. Løs integralet sin d Vi starter med å plukke ut f og g. Vi ser at hvis vi deriverer vil den bli en konstant. Det benytter vi oss av og velger f cos f sin g g Dette gir oss sin d cos ) cos ) d g f f g g f cos +sin sin cos, som er et enkelt integral åløse. Vi prøver med et litt vanskeligere problem. Eks. Løs integralet e e d Dette ser litt vankeligere ut, fordi her har vi ledd å velge mellom. e e e og vi har igjen to klare kandidater til f og g. Vi løser det ved åseat f e f e g g

DELVIS INTEGRASJON 4 Etter at vi har identifisert f og g er det bare å sette inn i formelen og regne ut det siste integralet. e } {{} d e g f f e d g g f e e d e e ). 4 Hvagjørvihvisviikkegreierå gjøre det siste integralet løselig ved å bruke delvis integrasjon gang? La oss se på eteksempel. Eks. Løs integralet e d Vi starter med å identifisere f og g som f e f e g g Vi setter så inn og får g e ) e d f g f e + e d. g e ) d f Vi ser at det siste integralet fremdeles ikke er løsbart, men vi har redusert potensen til -en. Det vi någjørerå utføre delvis integrasjon igjen på det siste integralet e d for å bli kvitt -leddet fullstendig. f e f e g g e e d ) e ) d e e e + ) g f g f Vi setter så dette inn i vårt opprinnelige integral og får e d e + e d e + e + ) ) e + + ). M.a.o må vi av og til utføre delvis integrasjon flere ganger for å kunne løse integralet, evt kombinere det med andre teknikker. Finnes det integral der vi ikke greier å redusere problemet?? Eks.4 Løs integralet e sin d

DELVIS INTEGRASJON 5 Vi ser at vi reduserer størrelsen på hverkene eller sin ved å derivere. Men vi prøver alikevel. f e f g sin g cos e sin d e sin e cos d Her kan det se ut som om vi ikke kommer noen vei. e cos d er ikke noe lettere å løse enn det opprinnelige integralet. Men vi prøver en gang til allikevel f e g cos f e g sin Vi får nå at e cos d e cos + e sin d. Integralet på høyre side er det samme som vi startet med. Vi substituerer så dette inn i forrige likning og får e sin d e sin 4 e cos 9 e sin d. 4 Vi løser nå for e sin d og får e sin d 4 4 e sin cos)+c e sin d e sin cos)+c Vi ser at vi greide å løse problemet selv om vi ikke reduserte problemet i vanlig forstand! Hva skal vi gjøre hvis vi har et bestemt integral istedenfor et ubestemt m.a.o et integral med øvre og nedre grensen)? Formelen blir som følger. b b f )g)d [f)g)] b a f)g )d a a Eks.5 Løs det bestemte integralet arcsin d. Dette illustrerer et nytt poeng i valg av f og g, nemlig f f d g arcsin g fra Rottmann side arcsin d [ arcsin ] [ d arcsin + ] π + π Det ubestemte integralet arcsin d. kunne også vært løst v.h.a Rottmann formel 8 side 45. Integralet d løses enklest ved substitusjonemetoden, se eks.

INTEGRASJON VED SUBSTITUSJONSMETODEN 6 Integrasjon ved substitusjonsmetoden Integrasjon ved substitusjonsmetoden er et variabelskifte vi gjør for å ende opp med et penere integral. Metoden står som formel 5 i Rottmann side. Det vanskelige her er å se hva men skal substituere med, m.a.o hva man setter til gu), eller på en mer intuitiv måte, u g ). f)d fgu)) d d gu)du, der gu) Dette kan se litt komplisert ut, så vi prøver med et eksempel. Eks. Løs integralet d Vi setter u og får d u u u, du du, d d. du u u) u) + C ) + C + C Eks. Løs integralet + ln )5 d Her har vi mulige løsninger, nemlig u, u ln krever at vi deler opp integralet i ) og u +ln. Vimå bli kvitt enten leddet, eller + ln ln hvis vi velger å dele opp integralet). Vi prøver med u +ln. u +ln, du d d d + ln ) d du Vi substituerer nå inn og får + ln ) d u5 du u 5 du 6 u6 + C. u Vi substituerer nå tilbake og får 6 u6 + C 6 + ln )6 + C, u+ln hvilket er svaret!! Eks. Løs integralet sin +4)d

4 SINUS OG COSINUS TRIKSING 7 Sinus er på en form vi ikke er vant til, og vi substituerer med Vi setter inn og får u +4, du d, d du. sin +4)d sin udu cos u + C cos +4)+C 4 Sinus og Cosinus triksing Å kunne trikse med sinus og cosinus er essensielt for å kunne løse endel integral. Her følger en rask oversikt over de viktigste knepene. 4. Halvvinkel til sinus og cosinus I Rottmann side 4 står addisjonsteoremene for sinus og cosinus. Ved å kombinere disse kan man komme frem til sin θ cos θ), ) cos θ + cos θ). ) Dette er viktige sammenhenger som kan brukes ved integrasjon. I Rottmann side 85-> står det flere nyttige sinus/cosinus triks. Eks 4. Løs integralet sin d Vi bruker likn og får sin d cos 6)d 6 ) sin 6 + C 6 sin 6)+C. 4. Trigonometrisk substitusjon Trigonometrisk substitusjon er et kraftfullt hjelpemiddel ved integral der vi finner ledd som a u ) /,a u ) / og /a + u ). Vi kan systematisere det i en tabell. Vi prøver med et eksempel. Integralet inneholder Substitusjonen Bruk av identitet a u u a sin θ sin θ cos θ a + u u a tan θ +tan θ sec θ u a u a sec θ sec θ tan θ

4 SINUS OG COSINUS TRIKSING 8 Eks 4. Løs integralet d, hvor <. Her er a ogu, så vi substituerer med sinθ, d cosθdθ. sin d θ cos θ sin θ sin θdθ sin θ cos θ ) dθ cos θ cos θ + C. Vi vet at cos θ sin θ ), noe vi bruker når vi substituerer tilbake og får d ) + C. Eks 4. Løs integralet a u du, u <a. Dette passer glimrende med første situasjon i tabellen vår, og vi setter u a sin θ og du a cos θdθ og får a u du a a sin θa cos θ)dθ a cos θdθ cos θ +cos θ) a a θ + ) sin θ + C sin θsin θ cos θ + cos θ)) dθ a θ +sinθ cos θ)+c. Den først substitusjonen får vi fra likning. Den andre substitusjonen får vi fra Rottmann side 87 som sier sin θ sinθcos θ. Denne identiteten bruker vi ved tilbakesubstitusjonen og får sin θ u a, og cos θ a u a. Dette gir oss a u du a sin u a + u ) a u + C u a a a a u + a sin u a + C. Eks 4.4 Løs integralet 4 +9) d. Vi kjenner igjen situasjon fra tabellen vår med u og a. Detgirossmedu a tan θ følgende substitusjoner. tanθ, tan θ, d sec θdθ.

4 SINUS OG COSINUS TRIKSING 9 Vi setter inn og får 4 +9) d sec θ 9tan θ +9 ) dθ sec θ 9 sec θ) dθ 54 54 sec θ dθ cos θdθ θ +sinθcos θ)+c 8 Integrasjonen er den samme som vi gjorde i Eks 4.. Vi vet at θ tan ) og finner ved å lage Figat 4 +9 θ tanθ Figure : Trigonometrisk fremstilling av θ tan sin θ Vi substituerer tilbake med dette og får 4 +9) d 8 4 +9, cos θ 4 +9. [ ) tan + 8 tan ) + 4 +9 8 4 +9) + C. ) ] + C 4 +9 Eks 4.5 Løs integralet 5 d, > 5. Vi har nå det siste tilfellet i tabellen vår. Vi substituerer med secθ, d 5secθtan θdθ, ogfår 5 5 sec θ ) 5 tan θ. Siden >5 impliserer det at <<π/, slik at tan θ>. 5 5tanθ d 5 sec θ tan θ)dθ 5secθ sec 5 tan θdθ 5 θ ) dθ 5tanθ 5θ + C 5 5sec ) + C. 5 LYKKE TIL!!