4. cvičení z Matematické analýzy 2

Podobné dokumenty
5. cvičení z Matematické analýzy 2

ANALÝZA A KLASIFIKACE DAT

5. cvičení z Matematiky 2

6 Diferenciální operátory

Lineární algebra : Metrická geometrie

Diferenciální operátory vektorové analýzy verze 1.1

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

Propočty přechodu Venuše 8. června 2004

1 Seznamová barevnost úplných bipartitních

ANALÝZA A KLASIFIKACE DAT. Institut biostatistiky a analýz

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

5.3. Implicitní funkce a její derivace

do strukturní rentgenografie e I

Ing. Petra Cihlářová. Odborný garant: Doc. Ing. Miroslav Píška, CSc.

Matematika 1 pro PEF PaE

Přijímací zkoušky z matematiky pro akademický rok 2018/19 NMgr. studium Učitelství matematiky ZŠ, SŠ

Učební text k přednášce UFY102

Fyzikální korespondenční seminář MFF UK

Mechanika hmotného bodu

Matematika I (KX001) Užití derivace v geometrii, ve fyzice 3. října f (x 0 ) (x x 0) Je-li f (x 0 ) = 0, tečna: x = 3, normála: y = 0

x 2 = a 2 + tv 2 tedy (a 1, a 2 ) T + [(v 1, v 2 )] T A + V Příklad. U = R n neprázdná množina řešení soustavy Ax = b.

Úlohy krajského kola kategorie B

y = 2x2 + 10xy + 5. (a) = 7. y Úloha 2.: Určete rovnici tečné roviny a normály ke grafu funkce f = f(x, y) v bodě (a, f(a)). f(x, y) = x, a = (1, 1).

PŘEDNÁŠKA 9 KŘIVKOVÝ A PLOŠNÝ INTEGRÁL 1. DRUHU

Vzorový protokol pro předmět Zpracování experimentu. Tento protokol by měl sloužit jako vzor pro tvorbu vašich vlastních protokolů.

Příklady k přednášce 19 - Polynomiální metody

Lineární algebra : Změna báze

Funkce v ıce promˇ enn ych Extr emy Pˇredn aˇska p at a 12.bˇrezna 2018

ZÁKLADY ROBOTIKY Transformace souřadnic

ÚSTŘEDNÍ KOMISE FYZIKÁLNÍ OLYMPIÁDY ČESKÉ REPUBLIKY

11. cvičení z Matematiky 2

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

ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ V ROVINĚ

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

Rovnice rovnoměrně zrychleného pohybu

Necht L je lineární prostor nad R. Operaci : L L R nazýváme

11. cvičení z Matematické analýzy 2

( a ) s. Exponenciální rovnice teorie. Exponenciální rovnice ukázkové úlohy. Příklad 1.

+ 2y. a y = 1 x 2. du x = nxn 1 f(u) 2x n 3 yf (u)

DYNAMIKA HMOTNÉHO BODU

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

Diferenciální počet funkcí více proměnných

Matematická analýza III.

Příklad 1 Ověření šířky trhlin železobetonového nosníku

Z teorie je nutné znát pojmy: lineární funkcionál, jádro, hodnost a defekt lineárního funkcionálu. Také využijeme 2. větu o dimenzi.

Derivace funkce Otázky

7. Derivace složené funkce. Budeme uvažovat složenou funkci F = f(g), kde některá z jejich součástí

6 Samodružné body a směry afinity

Aplikovaná numerická matematika

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

Matematická analýza III.

10. cvičení z Matematické analýzy 2

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

f(x) = arccotg x 2 x lim f(x). Určete všechny asymptoty grafu x 2 2 =

Hlavní body. Keplerovy zákony Newtonův gravitační zákon. Konzervativní pole. Gravitační pole v blízkosti Země Planetární pohyby

1. Dvě stejné malé kuličky o hmotnosti m, jež jsou souhlasně nabité nábojem Q, jsou 3

( LEVEL 3 Laplaceova transformace jako nástroj řešení lineárních diferenciálních rovnic. )

y ds, z T = 1 z ds, kde S = S

Přijímací zkoušky z matematiky pro akademický rok 2016/17 NMgr. studium Učitelství matematiky ZŠ, SŠ

Uzavřené a otevřené množiny

Úlohy domácího kola kategorie B

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

MAGNETICKÉ POLE ELEKTRICKÉHO PROUDU. r je vyjádřen vztahem

8 - Geometrické místo kořenů aneb Root Locus

α β ) právě tehdy, když pro jednotlivé hodnoty platí β1 αn βn. Danou relaci nazýváme relace

(0, y) 1.3. Základní pojmy a graf funkce. Nyní se již budeme zabývat pouze reálnými funkcemi reálné proměnné a proto budeme zobrazení

Cvičení z termomechaniky Cvičení 6.

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

1 Báze a dimenze vektorového prostoru 1

Zavedeme-li souřadnicový systém {0, x, y, z}, pak můžeme křivku definovat pomocí vektorové funkce.

ANALYTICKÁ GEOMETRIE V ROVINĚ

Matematika 1. 1 Derivace. 2 Vlastnosti a použití. 3. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 16

1.7.2 Moment síly vzhledem k ose otáčení

PŘÍKLADY K MATEMATICE 2

Posouzení stability svahu

Parciální derivace a diferenciál

Parciální derivace a diferenciál

ANALÝZA PRŮCHODU PAPRSKOVÝCH SVAZKŮ KOUTOVÝM ODRAŽEČEM

7. cvičení návrh a posouzení smykové výztuže trámu

PRIMITIVNÍ FUNKCE DEFINICE A MOTIVACE

Rovnice rovnoměrně zrychleného pohybu

ANALÝZA A KLASIFIKACE DAT

Příklady k přednášce 19 - Polynomiální metody

Diferenciál funkce dvou proměnných. Má-li funkce f = f(x, y) spojité parciální derivace v bodě a, pak lineární formu (funkci)

0.1 Úvod do matematické analýzy

Příklady elektrostatických jevů - náboj

Matematika (KMI/PMATE)

Průvodce studiem. do bodu B se snažíme najít nejkratší cestu. Ve firmách je snaha minimalizovat

Zobrazení kružnice v pravoúhlé axonometrii. osy, která je normálou roviny dané kružnice; délka hlavní poloosy je rovna poloměru

Funkce zadané implicitně

verze 1.3 kde ρ(, ) je vzdálenost dvou bodů v R r. Redukovaným ε-ovým okolím nazveme ε-ové okolí bodu x 0 mimo tohoto bodu, tedy množinu

Extremální úlohy v geometrii

0.1 Funkce a její vlastnosti

Matematika I (KMI/PMATE)

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2016) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Dnešní látka: Literatura: Kapitoly 3 a 4 ze skript Karel Rektorys: Matematika 43, ČVUT, Praha, Text přednášky na webové stránce přednášejícího.

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Spojité rozložení náboje

Lineární zobrazení. 1. A(x y) = A(x) A(y) (vlastnost aditivity) 2. A(α x) = α A(x) (vlastnost homogenity)

Fyzika. Fyzikální veličina - je mírou fyzikální vlastnosti, kterou na základě měření vyjadřujeme ve zvolených jednotkách

arcsin x 2 dx. x dx 4 x 2 ln 2 x + 24 x ln 2 x + 9x dx.

Transkript:

4. cvičení z Matematické analýzy 2 22. - 26. října 208 4. Po funkci fx, y, z xy 2 + z 3 xyz učete v bodě a 0,, 2 deivaci ve měu u, kteý je učen tím, že víá kladnými měy ouřadných o potupně úhly 60, 45 a 60. [Výledky: mě u 2, 2 2, ; 2 u a 0 5. ] 4.2 Pomocí difeenciálu vhodné funkce ve vhodném bodě počtěte přibližnou hodnotu výazu a ln 3.03 + 4 0.98, b.04 2.02. [Výledky: a 0.005; b.08. ] 4.3 Najděte tečnou ovinu ke gafu funkce fx, y xy 2 v bodě 2,,?. [Výledky: bod 2,, 2, tečná ovina x + 4y z 4. ] 4.4 Předpokládejme, že výška teénu v R 3 je popána gafem funkce f : R 2 R, fx, y x 2 +2y 2 +. V bodě 2,,? putíme míč. a Učete vekto U R 3, jehož měem e bude míč kutálet, a pojekci u R 2 tohoto vektou do základny, neboli do oviny z 0. Vekto U je učen až na kladný náobek. b Učete úhel, kteý víá tečná ovina v uvedeném bodě ovinou z 0. a Míč e z bodu A 2,, 7 bude kutálet ve měu U u, u 2, u 3 R 3 největšího pádu funkce, tj. vekto u u, u 2 R 2 má mě opačný ke gadientu 2x 4y gadfa x 2 +2y 2 +, 2 x 2 +2y 2 + a2, 4 2 49, 4 49 tedy po jednoduchot ve měu učenému vektoem u,. V potou R 3 pak třetí ouřadnice je učena jako u 3 u 2, gadfa[ u] 8 49, tedy U,, 8 49. b Úhel α 0, π 2, kteý víá tečná ovina v bodě A 2,, 7 e základnou z 0, je učen jako tgα v a, kde v gadfa gadfa. Neboli tgα v a gadfa[ v ] gadfa 4 2 49 a α actg 4 2 49. 4.5 Nalezněte úhel, kteý víají gafy funkcí fx, y ln x 2 + y 2 a gx, y e xy v bodě, 0,?.

Bod je, 0, 0. Nomálové vektoy tečných ovin jou x n x 2 + y 2, y x 2 + y,0 2,, 0, n 2 ye xy, xe xy, 0,, Úhel α 0, π 2, kteý víají gafy funkcí je dán jako úhel mezi jednotlivými tečnými ovinami a ten je zae učen jejich nomálovými vektoy jako n n 2 co α n n 2 2, tedy α π 3.,0 4.6 Najděte ovnici tečné oviny k elipoidu M : x 2 + 2y 2 + z 2, kteá je ovnoběžná ovinou ϱ : 4x + 2y + z 3. Použijeme větu o tečné ovině k implicitně definované ploše v R 3 : Věta: Necht G je otevřená množina v R 3, Φ : G R je pojitě difeencovatelná na G. Označme M {a G Φa 0}. Jetliže po každé a M platí, že gadφa 0, pak M implicitně definovaná plocha a je to vtevnice funkce Φ. Tečná ovina k M v bodě a 0 x 0, y 0, z 0 M má ovnici x x 0 gadφa 0 y y 0 z z 0 0. V našem případě je fx, y, z x 2 + 2y 2 + z 2 a G R 3. Zřejmě gadφa 2x, 4y, 2z. Takže gadφa 0 pávě když a 0, 0, 0. Ovšem tento bod není v M. Můžeme poto použít uvedenou větu a nomálový vekto tečné oviny v bodě a 0 x 0, y 0, z 0 M je pávě gadφa 0. Tato ovina bude ovnoběžná ϱ, kteá má nomálový vekto n ϱ 4, 2,, pávě když 2x 0, 4y 0, 2z 0 gadφa 0 λ n ϱ λ 4, 2, po nějaké λ R, tedy x 0, y 0, z 0 2λ, λ/2, λ/2. Součaně má také platit, že x 2 0 + 2y0 2 + z0 2. Po doazení pak dotaneme 2λ 2 + 2λ/2 2 + λ/2 2 tedy λ ±2/ 9. Hledané tečné oviny pak muí mít nomálový vekto n ϱ, tedy ovnici 4x + 2y + z c, kde neznámé hodnoty c R učíme doazením počítaných bodů a 0 ± 9 4,,, kteými tečné oviny muí pocházet. Výledek je 4x + 2y + z 9 a 4x + 2y + z 9. Page 2

4.7 Nalezněte úhel, kteý víají plochy M : x 2 + y 2 + z 2 8 a N : x 2 + y 2 2 + z 3 2 6 v bodě 2, 0, 2. Gadienty funkcí a Φ x, y, z x 2 + y 2 + z 2 8 Φ 2 x, y, z x 2 + y 2 2 + z 3 2 6, zadávajících implicitně definované plochy M a N, mají v bodě A 2, 0, 2 hodnoty n 2 gad Φ 2 A n gad Φ A 2x, 2y, 2z A 4, 0, 4 2x, 2y 2, 2z 3 2, 4, 2. A Úhel α 0, π 2 je dán jako co α n n2 n 0, tedy α π n 2 2. 4.8 Tanfomujte výaz a x y b x2 y pomocí poláních ouřadnic. + 2 pomocí poměnných a t takových, že x t a y t +. Vyvětlení: Co to znamená vyjádřit nějaký výaz případně ovnici v jiných ouřadnicích? Předtavme i to tak, že v R n žije funkce f tj. f : R n R. Poto R n nebo jeho čát můžeme ale popiovat také pomocí jiných křivočaých ouřadnic Φ : G R n, kde G R n je vhodná množina. Je to podobné, jako když nějaké území na Zemi zachycujeme na ůzných mapách. A tejně jako nějaká oblat na Zemi vypadá na ůzných mapách vždy tochu jinak, tejně tak e funkce f vyjádřená pomocí ouřadnicového popiu Φ bude také pokaždé jevit jinak půjde totiž o funkci f Φ : G R. Pokud např. v případě a funkci f : R 2 R přiřadíme funkci x y : R2 R popanou katézkými ouřadnicemi, pak chceme vědět, jak bude vypadat odpovídající přiřazení v poláních ouřadnicích pomocí tanfomace Φ, kdy funkci F : f Φ : G R přiřazujeme funkci x Φ : G R. y Poledně zmíněnou funkci ovšem chceme vyjádřit pomocí deivací funkce F podle nových ouřadnic. Jak je vidět, i pře ložení funkce f e zobazením Φ, jde vlatně pořád o tentýž objekt, tj. tutéž funkci na potou R 2. Poznámka: Tanfomace ouřadnic je bijektivní zobazení. Po difeencovatelnou tanfomaci, pak požadujeme, aby definiční obo i obo hodnot byly obě otevřené množiny a invezní zobazení bylo také difeencovatelné. a Máme polání ouřadnice Φ : 0, + 0, 2π R 2 \ {x, 0 x 0}, ϕ x, y Page 3

ve fomě x co ϕ y in ϕ. Není těžké zjitit, že e jedná kutečně o bijekci tj. Φ je poté a ujektivní a invezní zobazení je také difeencovatelné. Definiční obo tanfomace Φ i můžeme náledně vzít i jiný např. 0, + π, π abychom pak pokyli další čát R 2, kteou jme mueli vynechat při pvní volbě definičního obou tanfomace. Ovšem bod x, y 0, 0 budeme muet v obou hodnot vynechávat vždycky, potože tam by tanfomace nebyla bijektivní. Nyní potřebujeme vyjádřit hodnoty x, y Φ, ϕ a F, ϕ fx, y. Vezmeme i tedy ovnot a použijeme na ní a neboli čímž dotaneme x, y a F, ϕ f co ϕ, in ϕ x, y pomocí hodnot a f co ϕ, in ϕ co ϕ + in ϕ f co ϕ, in ϕ in ϕ + co ϕ co ϕ in ϕ in ϕ co ϕ, ϕ a, ϕ, kde Odud vypočítáme např. invetováním matice nebo analogicky vynáobením ovnic tak, abychom zíkali výaz co 2 ϕ + in 2 ϕ : co ϕ in ϕ in ϕ + co ϕ Takže po doazení a vyjádření x a y pomocí a ϕ dotáváme x y co ϕ in ϕ + co ϕ in ϕ co ϕ in ϕ b Budeme potupovat tejně jako v příkladu a. Položíme F f Φ po Φ, t x, y a tedy F, t f x, t, y, t a dotáváme + + neboli t 2 Page 4

takže máme t 2 Po doazení a vyjádření x a y pomocí a t dotáváme 2 t+ t+ 2 t+ t t+ t 2 2 t + t + t t + + 2 x 2 y + 2 + 2 + 2 t + t + t t + + t + + 2 t t + + t t + +. Poznámka: Měli bychom ještě zjitit jakým zobazením Φ jme vlatně pacovali, tj. najít definiční obo a obo hodnot tak, aby zobazení bylo bijektivní atd.: Definiční obo e učitě muí vyhnout přímce 0. Dále zjitíme, kteé body x, y můžeme jednoznačně popat pomocí, t, neboli ze vztahu x t a y t + učíme a t. Máme x t a y x + x + tedy y a t xy x + x + pokud x. Dale po t 0 zřejmě je x t y t + 0. Tudíž vzoy bodu x, y, 0 jou body, po 0 R. Jetliže i ted zvolíme definiční obo zobazení Φ jako pak jeho bijektivním obazem bude obo hodnot D Φ {, t R 2 0 + t 0} H Φ {x, y R 2 x y 0} Obě tyto množiny jou otevřené a navíc e obě ozpadají na 4 dijunktní ouvilé otevřené množiny. Zobazení Φ je tedy učené vým předpiem a tím odkud a kam jde Φ : D Φ H Φ. Co e týče difeencovatelnoti zobazení Φ i jeho inveze, tu už jme vlatně zkontolovali výše a je vidět, že pávě ty výazy ve jmenovatelích, kteé by nám vadily, jme odtanili při volbě definičního obou Φ. Page 5