f(c) = 0. cn pro f(c n ) > 0 b n pro f(c n ) < 0

Podobné dokumenty
Limita a spojitost LDF MENDELU

Limita a spojitost funkce

Limita a spojitost funkce. 3.1 Úvod. Definice: [MA1-18:P3.1]

Definice derivace v bodě

1 L Hospitalovo pravidlo

Základy matematické analýzy

Limita a spojitost funkce a zobrazení jedné reálné proměnné

Limita a spojitost funkce

Diferenciální počet 1 1. f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. 1 x 1 a x 1 0. f(x) = (cos x) cosh x + 3x. x 0 je derivace funkce f(x) v bodě x0.

5. Limita funkce a spojitost strana 1/5 2018/KMA/MA1/přednášky. Definice 5.1. Mějme funkci f : D R a bod x 0 R.

prof. RNDr. Čestmír Burdík DrCs. prof. Ing. Edita Pelantová CSc. BI-ZMA ZS 2009/2010

p 2 q , tj. 2q 2 = p 2. Tedy p 2 je sudé číslo, což ale znamená, že

Derivace úvod. Jak zjistit míru změny?

Matematická analýza pro informatiky I. Derivace funkce

Spojitost a limita funkce

Derivace funkcí více proměnných

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

7B. Výpočet limit L Hospitalovo pravidlo

Použití derivací L HOSPITALOVO PRAVIDLO POČÍTÁNÍ LIMIT. Monotónie. Konvexita. V této části budou uvedena některá použití derivací.

Přednáška 3: Limita a spojitost

Zimní semestr akademického roku 2015/ ledna 2016

1 Množiny, výroky a číselné obory

f( x) x x 4.3. Asymptoty funkce Definice lim f( x) =, lim f( x) =, Jestliže nastane alespoň jeden z případů

Nejčastějšími funkcemi, s kterými se setkáváme v matematice i v jejích aplikacích, jsou

NMAF 051, ZS Zkoušková písemná práce 16. ledna 2009

Limita posloupnosti a funkce

Kapitola 2: Spojitost a limita funkce 1/20

Pojem limity funkce charakterizuje chování funkce v blízkém okolí libovolného bodu, tedy i těch bodů, ve kterých funkce není definovaná. platí. < ε.

Diferencovatelné funkce

Numerické řešení nelineárních rovnic

Obsah. Aplikovaná matematika I. Gottfried Wilhelm Leibniz. Základní vlastnosti a vzorce

Funkce. Limita a spojitost

Numerické řešení nelineárních rovnic

30. listopadu Derivace. VŠB-TU Ostrava. Dostupné: s1a64/cd/index.htm.

Označení derivace čárkami, resp. římskými číslicemi, volíme při nižším řádu derivace, jinak užíváme horní index v závorce f (5), f (6),... x c g (x).

3. Derivace funkce Definice 3.1. Nechť f : R R je definována na nějakém okolí U(a) bodu a R. Pokud existuje limita f(a + h) f(a) lim

5. Limita a spojitost

VII. Limita a spojitost funkce

Požadavky k ústní části zkoušky Matematická analýza 1 ZS 2014/15

2 Fyzikální aplikace. Předpokládejme, že f (x 0 ) existuje. Je-li f (x 0 ) vlastní, pak rovnice tečny ke grafu funkce f v bodě [x 0, f(x 0 )] je

Přednáška 11, 12. prosince Část 5: derivace funkce

Obsah. Derivace funkce. Petr Hasil. L Hospitalovo pravidlo. Konvexnost, konkávnost a inflexní body Asymptoty

Posloupnosti a řady. 28. listopadu 2015

dx se nazývá diferenciál funkce f ( x )

MATEMATIKA I DIFERENCIÁLNÍ POČET I FAKULTA STAVEBNÍ MODUL BA01 M06, GA01 M05 DERIVACE FUNKCE

Spojitost funkce. Kapitola 8. ale kromě toho zajímá, jestli daný experiment probíhal kontinuálně, nebo nastaly. Intuitivní představy o pojmu spojitost

7. Aplikace derivace

Funkce jedn e re aln e promˇ enn e Derivace Pˇredn aˇska ˇr ıjna 2015

Použití derivací. V této části budou uvedena některá použití derivací. LEKCE08-PRU. Použití derivací. l Hospital

Texty k přednáškám z MMAN3: 4. Funkce a zobrazení v euklidovských prostorech

Numerické řešení nelineárních rovnic

Diferenciální počet - II. část (Taylorův polynom, L Hospitalovo pravidlo, extrémy

7.1 Extrémy a monotonie

I. 7. Diferenciál funkce a Taylorova věta

Derivace a monotónnost funkce

Monotonie a lokální extrémy. Konvexnost, konkávnost a inflexní body. 266 I. Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Limita posloupnosti, limita funkce, spojitost. May 26, 2018

Přednáška 6, 6. listopadu 2013

2.7. Průběh funkce. Vyšetřit průběh funkce znamená určit (ne nutně v tomto pořadí): 1) Definiční obor; sudost, lichost; periodičnost

- funkce, které integrujete aproximujte jejich Taylorovými řadami a ty následně zintegrujte. V obou případech vyzkoušejte Taylorovy řady

2. LIMITA A SPOJITOST FUNKCE

Limita funkce. FIT ČVUT v Praze. (FIT) Limita funkce 3.týden 1 / 39

Text může být postupně upravován a doplňován. Datum poslední úpravy najdete u odkazu na stažení souboru. Veronika Sobotíková

Cvičení 1 Elementární funkce

Riemannův určitý integrál

Management rekreace a sportu. 10. Derivace

5.3. Implicitní funkce a její derivace

Derivace funkce DERIVACE A SPOJITOST DERIVACE A KONSTRUKCE FUNKCÍ. Aritmetické operace

Spojitost funkce. Spojitost je nejdůležitější obecná vlastnost funkcí. Umožňuje aproximace různých řešení.

Funkce a limita. Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

I. Úvod. I.1. Množiny. I.2. Výrokový a predikátový počet

Asymptoty funkce. 5,8 5,98 5,998 5,9998 nelze 6,0002 6,002 6,02 6, nelze

Metody výpočtu limit funkcí a posloupností

Kapitola 1. Úvod. 1.1 Značení. 1.2 Výroky - opakování. N... přirozená čísla (1, 2, 3,...). Q... racionální čísla ( p, kde p Z a q N) R...

{ } Ox ( 0) 4.2. Konvexnost, konkávnost, inflexe. Definice Obr. 52. Poznámka. nad tečnou

Matematická analýza III.

LEKCE10-RAD Otázky

Poznámka. Je-li f zobrazení, ve kterém potřebujeme zdůraznit proměnnou, píšeme f(x) (resp. f(y), resp. f(t)) je zobrazení místo f je zobrazení.

NMAF 051, ZS Zkoušková písemná práce 17. února ( sin (π 2 arctann) lim + 3. n 2. π 2arctan n. = lim + 3.

LIMITA FUNKCE, SPOJITOST FUNKCE

3. LIMITA A SPOJITOST FUNKCE

( + ) ( ) f x x f x. x bude zmenšovat nekonečně přesný. = derivace funkce f v bodě x. nazýváme ji derivací funkce f v bodě x. - náš základní zápis

1.1 Existence a jednoznačnost řešení. Příklad 1.1: [M2-P1] diferenciální rovnice (DR) řádu n: speciálně nás budou zajímat rovnice typu

1. Posloupnosti čísel

IX. Vyšetřování průběhu funkce

Kapitola 4: Průběh funkce 1/11

1 LIMITA FUNKCE Definice funkce. Pravidlo f, které každému x z množiny D přiřazuje právě jedno y z množiny H se nazývá funkce proměnné x.

V této kapitole si zobecníme dříve probraný pojem limita posloupnosti pro libovolné funkce.

ŘADY KOMPLEXNÍCH FUNKCÍ

Matematika III. Miroslava Dubcová, Daniel Turzík, Drahoslava Janovská. Ústav matematiky

Teorie. kunck6am/ (a) lim. x x) lim x ln ) = lim. vnitřní funkce: lim x. = lim. lim. ln(1 + y) lim = 1,

Příklad 1 ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 6

Reálné posloupnosti 1. Reálné posloupnosti

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Matematická analýza pro informatiky I. Spojitost funkce

IV. Základní pojmy matematické analýzy IV.1. Rozšíření množiny reálných čísel

Kapitola 4: Průběh funkce 1/11

Derivace funkce. Obsah. Aplikovaná matematika I. Isaac Newton. Mendelu Brno. 2 Derivace a její geometrický význam. 3 Definice derivace

Michal Fusek. 10. přednáška z AMA1. Ústav matematiky FEKT VUT, Michal Fusek 1 / 62

3. ledna list a odevzdejte tento zvláštní list (listy) i všechny ostatní listy, které jste při řešení

Transkript:

KAPITOLA 5: Spojitost a derivace na intervalu [MA-8:P5] 5 Funkce spojité na intervalu Věta 5 o nulách spojité funkce: Je-li f spojitá na uzavřeném intervalu a, b a fa fb < 0, pak eistuje c a, b tak, že fc 0 Metoda půlení intervalu bisekce hledání nulových bodů funkce Předpoklady: f spojitá na a, b, fa fb < 0 Cíl: Najít c a, b takové, že fc 0 nebo alespoň jeho aproimaci Algoritmus pro fa < 0, fb > 0 jinak analogicky : Konstruujeme posloupnosti a n n, b n n následujícím způsobem, dokud není fc n 0 nebo b n a n < ε, kde ε > 0 je požadovaná přesnost: a 0 a, b 0 b pro n 0,, pokládáme: c n a n + b n a n+ { an pro fc n > 0 c n pro fc n < 0, b n+ { cn pro fc n > 0 b n pro fc n < 0 Příklad 5: Najděte s přesností 0 3 hodnotu 3 0 Řešení: Protože c 3 0 právě tehdy, když c 3 0, budeme hledat nulový bod spojité funkce 3 0 Víme, že 3 8 tj f < 0 a 3 3 7 tj f3 > 0 Tedy c bude ležet v intervalu, 3 Metoda půlení intervalu nám dává postupně následující hodnoty podtržena je vždy ta krajní mez intervalu, která se změnila: n fc n a n b n b n a n c n an+bn 0 3 5 +565 5 05 5 +39065 5 05 5 3 0096875 5 5 05 875 +0675997 5 875 0065 565 5 +0059907 5 565 0035 065 6 090667 065 565 00565 8375 7 0083775 8375 565 000785 53375 8 009087603 53375 565 00039065 596875 9 0009899 596875 565 0009535 557338 0 +006839 596875 557338 0000976563 578556 Zde proces hledání nulového bodu funkce f končí, protože máme b 0 a 0 < 0 3 Hodnotu 3 0 tak bude s požadovanou přesností aproimovat libovolné číslo z intervalu a 0, b 0 Můžeme tedy psát např 3 0 55 Důkaz Věty 5: Důkaz provedeme pro případ fa < 0, fb > 0, opačný případ by se dokázal analogicky Jako v metodě bisekce konstruujeme postupně posloupnosti a n, b n, c n, nekontrolujeme ale při tom velikost rozdílu b n a n Mohou nastat dva případy: a Pro nějaké n 0 N platí fc n0 0 V tom případě jsme našli hledaný nulový bod, položíme c : c n0 a s konstrukcí posloupností končíme

[MA-8:P5] b Pro všechna n N je fc n 0 V tomto případě máme zkonstruované neklesající posloupnost a n n a nerostoucí posloupnost b n n Protože monotonní posloupnosti mají itu, eistují A, B R tak, že a n A, b n B Přitom b a B A n b n a n n 0 Tedy A B Ze spojitosti funkce f eistuje n A a je rovna fa Z Heineovy věty 33 dostáváme n fb n 0 }{{} >0 fa n fa n 0 }{{} <0 To znamená, že fa 0, takže můžeme položit c : A Důsledek 5 o mezihodnotě: Jestliže je funkce f spojitá na intervalu I, a, b I, a < b a platí fa fb, pak pro každé z ležící mezi fa a fb, tj z fa, fb pro fa < fb a z fb, fa pro fa > fb eistuje c a, b tak, že fc z Tj f má Darbouovu vlastnost Důkaz: Použijeme Větu 5 na funkci z Důsledek 53: Je-li f spojitá na intervalu I, pak nabývá všech hodnot mezi m inf { I } a M sup { I} Důkaz: Je-li z m, M, pak z definice infima a suprema není dolní ani horní mezí množiny fi Tedy eistují α, β I tak, že fα < z < fβ Nyní už stačí použít na interval s krajními body α a β větu o mezihodnotě Důsledek 5: Je-li f spojitá na intervalu I, pak fi { I} je bud jednobodová množina nebo interval Věta 55 Weierstrassova: Je-li f spojitá na uzavřeném intervalu a, b, pak a f je omezená na a, b, b eistují α, β a, b tak, že fα fβ pro každé a, b Tj f nabývá na a, b svého minima a maima Věta 56: Je-li f spojitá na intervalu I, pak f je prostá na I právě tehdy, když je na I ryze monotonní Věta 57: Je-li f spojitá a prostá na intervalu I, pak f je spojitá na fi 5 Věta o střední hodnotě Věta 58 Rolleova: Necht f je spojitá na a, b, v každém a, b eistuje f R a fa fb Pak eistuje c a, b tak, že f c 0 Věta 59 Lagrangeova o střední hodnotě; o přírůstku funkce: Necht f je spojitá na a, b a v každém a, b eistuje f R Pak eistuje c a, b tak, že f c fb fa b a

Důsledek 50: Necht f je spojitá na a, b a pro každé a, b platí f 0 Pak f je konstantní na a, b [MA-8:P53] Věta 5 zobecněná o střední hodnotě Cauchyova: Necht f a g jsou funkce spojité na a, b a v každém a, b eistuje vlastní nebo nevlastní f a vlastní g 0 Pak eistuje c a, b tak, že 53 l Hospitalovo pravidlo Věta 5 l Hospitalovo pravidlo: Necht 0 R a pro funkce f, g platí: a g 0 nebo f c g c fb fa gb ga g +, b eistuje Pak eistuje g f g A R a je rovna A Analogicky pro jednostranné ity Poznámka: Může se stát, že eistuje g sin, 0 0 máme g sin sin g, ale f g 0 omez 0 0 0 0 omez 0 0, neeistuje Například pro sin, sin sin přitom f g sin + cos sin cos cos cos 0 omez nee 0 nee nee neeistuje Jiný příklad: Pro + sin, g sin, 0 + g 0 na 0, máme g a g + sin sin + sin + 0 omez sin 0 omez Přitom g cos, takže g k 0 pro každé k N, což ale znamená, že podíl f g není definován na žádném prstencovém okolí bodu 0 a nemůže mít tedy v tomto bodě itu Příklad 5: ln 0 Použití Věty 5 pro ity typu 0 Jestliže 0 a g, pak použijeme jeden z přepisů g g g 0 0 ± ± a můžeme aplikovat Větu 5 V druhém případě jsou ity absolutních hodnot čitatele a jmenovatele

Příklad 53: ln 0 + Použití Věty 5 pro ity typu [MA-8:P5] Jestliže g ±, pak lze v obecném případě použít přepis g g g 0 v konkrétních příkladech lze často součin získat jednodušeji a dále postupovat jako výše Příklad 5: cotg 0 5 Taylorův polynom Předpokládejme, že funkce f má n tou derivaci v bodě 0 Hledáme polynom tak, aby Máme T n a 0 + a 0 + a 0 + + a n 0 n T k n 0 f k 0 pro k 0,, n T 0 n a 0 + a 0 + a 0 + a 3 0 3 + a 0 + + a n 0 n, T n a + a 0 + 3 a 3 0 + a 0 3 + + n a n 0 n, T n a + 3 a 3 0 + 3 a 0 + + n n a n 0 n, T n 3 a 3 + 3 a 0 + + n n n a n 0 n 3, T n 3 a + + n 3 n n n a n 0 n, T n n 3 n n n a n Odtud dostáváme, že má platit Tedy pro k 0,,, n musí být Máme tak T 0 n 0 a 0 f 0 T n 0 a f 0 T n 0 a f 0 T n 0 3 a 3 f 0 T n 0 3 a f 0 T n n 0 3 n n a n f n 0 k! a k f k 0, tj a k f k 0 k! T n f 0 + f 0 0 + f 0 0 + f 0 3 0 3 + f n 0 0 n n! n f k 0 0 k k! T n Taylorův polynom řádu n stupně n funkce f v bodě 0 Taylorův polynom zapisujeme ve výše uvedeném tvaru Členy 0k neroznásobujeme! k0

[MA-8:P55] Věta 53 Taylorova; pro 0 0 : Mac Laurinova: Necht funkce f má vlastní derivaci řádu n + n 0 na nějakém okolí U 0 bodu 0 a necht U 0 Pak eistuje mezi body 0 a bod ξ tj ξ, 0 pro < 0, ξ 0, pro > 0 takový, že T n + R n, kde R n f n+ ξ n +! 0 n+ Poznámky : Jestliže je na nějakém U 0 f n+ omezená, tj eistuje-li takové K R, že na U 0 platí f n+ K, pak pro všechna U 0 máme To ale znamená, že a tedy R n K n +! 0 n+ R n 0 n K n +! 0 R n 0 n 0 0, To nám říká, že pro 0 se R n blíží k nule podstatně rychleji než 0 n Funkci R n nazýváme zbytkem řádu n Tento zbytek lze vyjádřit i v jiných tvarech než ve větě 53 Tvar z věty 53 se nazývá Lagrangeův tvar zbytku Příklad 55: Najděte Taylorův polynom řádu funkce g e sin 5 v bodě 0 Řešení: Postupně dostáváme Odtud g g 0 e sin 5 g e sin + e cos e sin + cos g e sin + cos + e cos sin e cos g e cos + e sin e cos + sin g e cos + sin + e sin + cos e sin T e 5 0! 0 + e! + 0! + e 3! 3 + e! g e 5 g e g g g 0 e e e 5 e + e 3 3 e 6 Všimněte si, že úprava derivací nám výrazně zjednodušila další derivování i výpočet hodnot derivací v bodě 0 Kdybychom si nevytkli v každé derivaci e, derivovali bychom v posledním kroku místo jednoho součinu součinů osm Příklad 56: Najděte Taylorův polynom 3 řádu funkce ln + 3 v bodě 0 a odhadněte velikost R k pro k 3, 5 a, 3, 0,, Řešení: Funkci f budeme potřebovat derivovat, proto si její předpis nejdřív upravíme na tvar ln ln + 3, který je pro derivování výhodnější Postupně pak dostaneme viz Příklad 9: k 0 3 5 6 f k ln ln + 3 f k 3 3 6 5 0 6 čtvrtou a další derivace použijeme jen k odhadu zbytků, nepotřebujeme proto znát jejich hodnoty v bodě 0

[MA-8:P56] Nyní už můžeme určit polynom T 3 : T 3 3 0! +! +! + 3! 3 3 + 8 + 3 Zbývá nám ještě odhadnout zbytky Pro vhodné ξ mezi a 0 pro naše > 0 je zřejmě též ξ > 0 máme R 3 f ξ 6 ξ 0 ξ!! ξ, R 5 6 6 6 6! 6 ξ 6 Pokud nyní místo ξ napíšeme vždy nejmenší číslo, které leží mezi a 0 tj pro, 3, 0 ; pro ; pro, jmenovatele zmenšíme a celý zlomek tím zvětšíme Dostaneme tak pro chyby horní odhady: 3 0 R 3 6 0 6 0 3 8 R 5 6 6 6 6 6 6 6 38 6 0 6 6 38 0 6 6 3 6 3 6 6 6 6 6 Všimněte si, že pokud se s blížíme k 0, odhad chyby se nám zlepšuje Nezáleží ovšem jen na vzdálenosti od 0, ale také na které straně od 0 se nachází Chyby vlevo jsou vyšší než vpravo Proč? Načrtněte si graf funkce, je to jen posunutý logaritmus