EKSEMPLER TIL ETTERTANKE MAT1100 KALKULUS

Like dokumenter
INVERST FUNKSJONSTEOREM MAT1100 KALKULUS

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 5

Analysedrypp II: Kompletthet

MA oppsummering så langt

Løsningsforslag, midtsemesterprøve MA1101, 5.oktober 2010

Oppgaveark Uke 37 (07/09-11/09) MAT111 - H09

Kontinuitet og derivasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

OPPGAVESETT MAT111-H16 UKE 36. Oppgaver til seminaret 9/9. Husk at seminaret finnes i to varianter, begge fredag :

Grunnleggende notasjon ℕ = 1, 2, 3, 4, 5, 6, ℤ =, 3, 2, 1, 0, 1, 2, 3,

En (reell) funksjon f fra en (reell) mengde D er en regel som til hvert element x D tilordner en unik verdi y = f (x).

Flere anvendelser av derivasjon

OPPGAVESETT MAT111-H16 UKE 43. Oppgaver til seminaret 28/10

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

UNIVERSITETET I OSLO

Lsningsforslag ved Klara Hveberg Lsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 6 I kapittel 6 minner oppgavene mer om de du er vant til fra skolemat

OPPGAVESETT MAT111-H17 UKE 36. Oppgaver til seminaret 8/9. Husk at seminaret finnes i to varianter, begge fredag :

jx + j < 7. Hvis vi i tillegg srger for at faktoren jx j < ", far vi 7 ialt jf(x) f()j = jx + jjx j < 7 " 7 = " Dette blir flgelig ofylt for alle x sl

Notasjon i rettingen:

UNIVERSITETET I OSLO. Løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

Taylorpolynom (4.8) f en funksjon a et punkt i definisjonsmengden til f f (minst) n ganger deriverbar i a Da er Taylorpolynomet til f om a

Deleksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Eksamensoppgave i MA1101 Grunnkurs i analyse

Ekstremverdier Mellomverdisatsen Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

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

K A L K U L U S. Løsningsforslag til utvalgte oppgaver fra Tom Lindstrøms lærebok. ved Klara Hveberg. Matematisk institutt Universitetet i Oslo

Matematikk 1 (TMA4100)

ANALYSEDRYPP. Et forkurs til MAT2400. av Tom Lindstrøm. Matematisk insitutt og CMA Universitetet i Oslo 2011

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgave 2 Løs oppgavene I og II, og kryss av det alternativet (a, b eller c) som passer best. En funksjon er ikke deriverbar der:

MAT jan jan jan MAT Våren 2010

OPPGAVESETT MAT111-H17 UKE 38. Oppgaver til gruppene uke 39

NOTAT OM UNIFORM KONTINUITET VEDLEGG TIL BRUK I KURSET MAT112 VED UNIVERSITETET I BERGEN

QED Matematikk for grunnskolelærerutdanningen. Bind 2. Fasit kapittel 1 Kalkulus

UNIVERSITETET I OSLO

Den deriverte og derivasjonsregler

Eksamensoppgave i MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I. LØSNINGSFORSLAG

OPPGAVE 1 LØSNINGSFORSLAG

Kontinuitet og grenseverdier

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

MAT jan jan feb MAT Våren 2010

UNIVERSITETET I BERGEN

a) Blir produktet av to vilkårlige oddetall et partall eller et oddetall? Bevis det.

Oblig 1 - MAT Oppgave 1. Fredrik Meyer. Vi lar α > 1 og x 1 > α. Vi definerer en følge (x n ) ved. x n+1 = α + x n 1 + x n.

Logaritmer og eksponentialfunksjoner

Grenser III - rasjonale funskjoner Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Notat 05 for MAT Relasjoner, operasjoner, ringer. 5.1 Relasjoner

arbeid - massesenter - Delvis integrasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Oppfriskningskurs i matematikk 2008

. Følgelig er csc 1 ( 2) = π 4. sinθ = 3

PENSUM MAT1100 H11 Flervariabel analyse med lineær algebra, Tom Lindstrøm og Klara Hovberg Kalkulus, Tom Lindstrøm, 3. Utgave Joakim Myrvoll Johansen

Prøveeksamen i MAT 1100, H-03 Løsningsforslag

Første og andrederivasjons testen Anvendt optimering Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Oppsummering MA1101. Kristian Seip. 23. november 2017

MAT 100a - LAB 3. Vi skal først illustrerere hvordan Newtons metode kan brukes til å approksimere n-te roten av et positivt tall.

Fasit MAT102 juni 2016

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I GRUNNKURS I ANALYSE I (MA1101/MA6101)

Andre forelesning Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

UNIVERSITETET I OSLO

Fremdriftplan. I går. I dag. 2.5 Uendelige grenser og vertikale asymptoter 2.6 Kontinuitet

Løsningsforslag i matematikk

TMA4100: Repetisjon før midtsemesterprøven

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i Kalkulus. Øyvind Ryan

Problem 1. Problem 2. Problem 3. Problem 4

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Notasjon i rettingen:

Løsningsforslag. Oppgave 1 Gitt matrisene ] [ og C = A = 4 1 B = 2 1 3

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Funksjonsdrøfting MAT111, høsten 2017

Matematikk 1 (TMA4100)

Løsningsforslag: Eksamen i Brukerkurs for informatikere MA 0003, onsdag 30. november 2005

Oppgave 1. (a) Mindre enn 10 år (b) Mellom 10 og 11 år (c) Mellom 11 og 12 år (d) Mer enn 12 år (e) Jeg velger å ikke besvare denne oppgaven.

DAFE ELFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 2 Innleveringsfrist Mandag 2. mars 2015 før forelesningen 10:30 Antall oppgaver: 17

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Løsningsforslag til obligatorisk oppgave i MAT 1100, H-04

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Funksjonsdrøfting MAT111, høsten 2016

TMA4100 Matematikk1 Høst 2008

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1110, uka 28/4-2/5

Analysedrypp III: ɛ-δ og alt det der

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

TMA4100 Matematikk 1, 4. august 2014 Side 1 av 12. x 2 3x +2. x 2

UNIVERSITETET I BERGEN Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Eksamen i MAT111 Grunnkurs i matematikk I Løsningsforslag

Skoleprosjekt i MAT4010: Derivasjon

Løsningsforslag til Mat112 Obligatorisk Oppgave, våren Oppgave 1

1.1.1 Rekke med konstante ledd. En rekke med konstante ledd er gitt som. a n (1) n=m

UNIVERSITETET I BERGEN Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Obligatorisk innlevering 1 i emnet MAT111, høsten 2016

OPPGAVESETT MAT111-H16 UKE 38. Oppgaver til gruppene uke 39

Plenum Kalkulus. Fredrik Meyer. 23. oktober 2015

Formelsamling Kalkulus

Løsningsforslag øving 6

= x lim n n 2 + 2n + 4

Matematikk 1 (TMA4100)

UNIVERSITETET I OSLO

Nicolai Kristen Solheim

Oppsummering TMA4100. Kristian Seip. 16./17. november 2015

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Transkript:

EKSEMPLER TIL ETTERTANKE MAT00 KALKULUS Simon Foldvik. Oktober 207 Dette dokumentet inneholder eksempler på hvor «ting går galt» og har til hensikt å vise eksempler på hva man ikke kan konkludere. Alle referanser er til Tom Lindstrøms Kalkulus. 2. Kontinuitet Eksempel (Grenseverdi kan ikke flyttes ut av funksjon). Definér funksjonen f : R R ved {, hvis x > 0 (x R), 0, hvis x 0 og betrakt følgen (x n ) n= gitt ved x n = /n for n. Da er lim f(x n) f ( lim x ) n. n n Bevis. Vi har at f(x n ) = f(/n) = for alle n, slik at lim n f(x n ) =. På en annen side har vi at f(lim n x n ) = f(0) = 0. Sammenlign Eksempel med Setning 5..0 på side 237. Hva går galt her? Eksempel 2 (Diskontinuitet i alle punkter). Definér funksjonen f : R R ved ( ( ) ) { 2n, hvis x Q lim lim cos(m!πx) = m n 0, hvis x / Q Da er f diskontinuerlig i alle punkter. Bevis. La x R. Vi skal vise at f er diskontinuerlig i x. La (q n ) n=0 være en følge av rasjonale tall som konvergerer mot x, og la (α n ) n=0 være en følge av irrasjonale tall som konvergerer mot x (hvorfor eksisterer det slike følger?). Da er f(q n ) = og f(α n ) = 0 for alle naturlige tall n, og dermed er lim f(q n) = og lim f(α n) = 0. n n Det følger fra Setning 5..0 at f er diskontinuerlig i x. Det kan tenkes at dokumentet utvides i løpet av semesteret. 2 Lindstrøm, Tom: Kalkulus, 4. utgave, Universitetsforlaget (206).

EKSEMPLER TIL ETTERTANKE 2 Eksempel 3 (Kontinuitet i kun ett punkt). La f være funksjonen fra Eksempel 2, og definér g : R R ved { x, hvis x Q g(x) = x 0, hvis x / Q Da er g kontinuerlig i punktet 0 og diskontinuerlig i alle andre punkter. Bevis. Det kan vises på samme måte som i Eksempel 2 at g er diskontinuerlig på R \ {0}. For å vise at g er kontinuerlig i 0, observerer vi at det vil si g(x) = xf(x) = x f(x) x, 0 g(x) x, for alle x R, slik at lim x 0 g(x) = 0 = g(0) ved «skvising». Eksempel 4 (Diskontinuerlige funksjoner med kontinuerlig sum). Anta at f : R R er en diskontinuerlig funksjon (for eksempel den fra Eksempel 2), og la g = f. Da er g diskontinuerlig (hvorfor?), og (f + g)(x) = f(x) + g(x) = f(x) + ( f(x) ) = 0 for alle x R, slik at f + g er kontinuerlig. Legg merke til hvordan f kansellerer diskontinuitetene til f under addisjon. Sammenlign med Setning 5..4 på side 234. Eksempel 5 (Diskontinuerlige funksjoner med kontinuerlig produkt). Anta at f : R R er en diskontinuerlig funksjon som ikke tar verdien null (for eksempel en modifisert versjon av funksjonen fra Eksempel 2), og la g = /f. Da er g diskontinuerlig (hvorfor?), og (fg)(x) = f(x)g(x) = f(x) for alle x R, slik at fg er kontinuerlig. Legg merke til hvordan /f kansellerer diskontinuitetene til f under multiplikasjon. Sammenlign med Setning 5..4 på side 234. Vi minner om at dersom X, Y og Z er mengder og g : X Y og f : Y Z er funksjoner, så er f g : X Z (komposisjonen av f med g; uttales «f ring g») funksjonen definert ved (f g)(x) = f ( g(x) ) (x X). Følgende diagram illustrerer situasjonen: X f g Z g Y f

EKSEMPLER TIL ETTERTANKE 3 Eksempel 6 (Diskontinuerlige funksjoner med kontinuerlig komposisjon). La f : R R være den diskontinuerlige funksjonen fra Eksempel 2. Da er f(x) Q for alle x R, slik at (f f)(x) = f ( f(x) ) = Vi har dermed en kontinuerlig komposisjon f f av diskontinuerlige funksjoner. Sammenlign dette med Setning 5..6 på side 235. Følgende eksempel viser at skjæringssetningen ikke holder over de rasjonale tallene. Eksempel 7. La f : Q Q være funksjonen definert ved f(q) = q 2 2 (q Q). Da er f kontinuerlig og tilfredsstiller f(0) = 2 < 0 og f(2) = 2 > 0, selv om det ikke finnes noe punkt q Q slik at 0 q 2 og f(q) = 0 (et slikt punkt q måtte nødvendigvis ha tilfredsstilt q 2 = 2). Det som går galt her er at Q ikke er komplett (se kompletthetsprinsippet på side 02). Dersom man studerer beviset for skjæringssetningen på side 244, vil man oppdage at nullpunktet som skjæringssetningen garanterer er gitt ved en minste øvre skranke, hvilket ikke nødvendigvis eksisterer blant de rasjonale tallene. Se ytterlige kommentarer om dette eksempelet nederst på side 246. De tre neste eksemplene bør ses i lys av ekstremalverdisetningen på side 25, som sier at en kontinuerlig funksjon på et lukket og begrenset intervall er begrenset og oppnår et absolutt maksimum og et absolutt minimum. Eksempel 8 (Ubegrenset kontinuerlig funksjon på et begrenset intervall). Definér funksjonen f : (0, ) R ved x (x (0, )). Da er f en kontinuerlig funksjon definert på et begrenset intervall, men lim, x 0 + slik at f ikke er begrenset. Det er heller ikke slik at f oppnår noe maksimum eller minimum. Hva går galt her? Eksempel 9 (Begrenset kontinuerlig funksjon uten ekstremalpunkter). Definér funksjonen f : (0, ) R ved x (x (0, )). Da er f en begrenset og kontinuerlig funksjon definert på et begrenset intervall, men f oppnår hverken et maksimum eller et minimum. Eksempel 0 (Voksende funksjon uten maksimum på et lukket intervall). Definér funksjonen f : [0, ) R ved e x (x 0).

EKSEMPLER TIL ETTERTANKE 4 Da er f strengt voksende, kontinuerlig og begrenset. Videre oppnår f et absolutt minimum i punktet 0, og lim lim ( x x e x ) =, men f oppnår ikke noe absolutt maksimum. Det som går galt her er at intervallet hvorpå f er definert er ubegrenset. Vi ser at funksjonen f vokser mot en horisontal asymptote uten å nå den. 2. Deriverbarhet Eksempel (Kontinuitet medfører ikke deriverbarhet). Setning 6..9 på side 286 viser at deriverbarhet medfører kontinuitet, men det motsatte er ikke tilfellet. For definér funksjonen f : R R ved Da er f kontinuerlig i 0, men x f(0 + h) f(0) f(0 + h) f(0) lim = og lim =, h 0 + h h 0 h slik at f ikke er deriverbar i 0. Eksempel 2 (Deriverbar funksjon med derivert diskontinuerlig i et punkt). Definér funksjonen f : R R ved { x 2 sin ( ) x, hvis x 0 2 0, hvis x = 0 Da er f deriverbar på R, men f er ikke kontinuerlig i punktet 0. Bevis. At f er deriverbar i punktet 0 følger fra f(0 + h) f(0) h 2 ( sin ) ( h ) lim = lim 2 = lim h sin h 0 h h 0 h h 0 h 2 = 0, som igjen følger fra ulikheten ) h sin( h (h 0). h 2 Man ser lett at f også er deriverbar på R \ {0}, og at man alt i alt har følgende: { ( f 2x sin /x 2 ) (2/x) cos ( /x (x) = 2), hvis x 0 0, hvis x = 0 Betrakt følgen (x n ) n= gitt ved x n = 2πn (n ). Den tilfredsstiller lim n x n = 0. Videre, for alle n er x n > 0, og en kort utregning viser at f (x n ) = 2 2πn. Dette betyr at lim f (x n ) =, n

EKSEMPLER TIL ETTERTANKE 5 hvilket i følge Setning 5..0 på side 237 betyr at f er diskontinuerlig i punktet 0 (dersom f var kontinuerlig i 0, måtte lim n f (x n ) = f (0) = 0, ettersom lim n x n = 0). Følgende eksempel viser en deriverbar funksjon som ikke oppfyller konklusjonen i middelverdisetningen. Eksempel 3. Definér funksjonen f : [0, ] R ved { x, hvis x (0, ], hvis x = 0 Da er f kontinuerlig og deriverbar på det åpne intervallet (0, ). Videre er f (x) = for alle x (0, ), slik at det ikke finnes noe punkt c (0, ) slik at f (c) er lik f() f(0) = 0. 0 Hvorfor strider ikke dette mot middelverdisetningen? Eksempel 4 (Nullderivert men ikke et ekstremalpunkt). Definér funksjonen f : R R ved x 3 Da er f (0) = 0, men f er strengt voksende og har ikke noe ekstremalpunkt. Sammenlign dette med Setning 6.2. på side 289.