5. cvičení z Matematiky 2

Podobné dokumenty
5.3. Implicitní funkce a její derivace

Nalezněte hladiny následujících funkcí. Pro které hodnoty C R jsou hladiny neprázdné

Diferenciální počet funkcí více proměnných

III. Diferenciál funkce a tečná rovina 8. Diferenciál funkce. Přírůstek funkce. a = (x 0, y 0 ), h = (h 1, h 2 ).

Matematika 1 pro PEF PaE

MATEMATIKA II - vybrané úlohy ze zkoušek (2015)

Transformujte diferenciální výraz x f x + y f do polárních souřadnic r a ϕ, které jsou definovány vztahy x = r cos ϕ a y = r sin ϕ.

Definice Řekneme, že funkce z = f(x,y) je v bodě A = [x 0,y 0 ] diferencovatelná, nebo. z f(x 0 + h,y 0 + k) f(x 0,y 0 ) = Ah + Bk + ρτ(h,k),

9. přednáška 26. listopadu f(a)h < 0 a pro h (0, δ) máme f(a 1 + h, a 2,..., a m ) f(a) > 1 2 x 1

= 2x + y, = 2y + x 3. 2x + y = 0, x + 2y = 3,

1. Je dána funkce f(x, y) a g(x, y, z). Vypište symbolicky všechny 1., 2. a 3. parciální derivace funkce f a funkce g.

Derivace funkcí více proměnných

verze 1.4 Ekvivalentní podmínkou pro stacionární bod je, že totální diferenciál je nulový

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2018) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Občas se používá značení f x (x 0, y 0 ), resp. f y (x 0, y 0 ). Parciální derivace f. rovnoběžného s osou y a z:

I. Diferenciální rovnice. 3. Rovnici y = x+y+1. převeďte vhodnou transformací na rovnici homogenní (vzniklou

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

Uzavřené a otevřené množiny

Funkce zadané implicitně

Napište rovnici tečné roviny ke grafu funkce f(x, y) = xy, která je kolmá na přímku. x = y + 2 = 1 z

Úvodní informace. 17. února 2018

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

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2017) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

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).

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

Písemná zkouška z Matematiky II pro FSV vzor

Drsná matematika III 2. přednáška Funkce více proměnných: Aproximace vyšších rádů, Taylorova věta, inverzní zobrazení

Implicitní funkce. 2 + arcsin(x + y2 ) = arccos(y + x 2 ), [0, 0] , 5] stacionární bod?

Kristýna Kuncová. Matematika B3

EXTRÉMY FUNKCÍ VÍCE PROMĚNNÝCH

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

PŘEDNÁŠKA 9 KŘIVKOVÝ A PLOŠNÝ INTEGRÁL 1. DRUHU

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

10 Funkce více proměnných

Drsná matematika III 2. přednáška Funkce více proměnných: Aproximace vyšších rádů, Taylorova věta, inverzní zobrazení

1 Funkce dvou a tří proměnných

Derivace funkce. Přednáška MATEMATIKA č Jiří Neubauer

Otázku, kterými body prochází větev implicitní funkce řeší následující věta.

8.1. Určete všechny lokální extrémy funkce f(x, y) = x 2 + arctg 2 x + y 3 + y, x, y R.

Matematická analýza III.

Zimní semestr akademického roku 2014/ prosince 2014

Extrémy funkce dvou proměnných

Globální extrémy (na kompaktní množině)

Derivace a monotónnost funkce

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2018

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2014/2015

Michal Bulant. Masarykova univerzita Fakulta informatiky

ÚSTAV MATEMATIKY A DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE. Matematika 0A2. Cvičení, letní semestr DOMÁCÍ ÚLOHY. Jan Šafařík

Matematika II: Pracovní listy Funkce dvou proměnných

13. cvičení z Matematické analýzy 2

Hledáme lokální extrémy funkce vzhledem k množině, která je popsána jednou či několika rovnicemi, vazebními podmínkami. Pokud jsou podmínky

5. Lokální, vázané a globální extrémy

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

Teorie. Hinty. kunck6am

Teorie. Hinty. kunck6am

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2011/2012. x + y + 3z = 1 (2a 1)x + (a + 1)y + z = 1 a

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

MATEMATIKA III. Olga Majlingová. Učební text pro prezenční studium. Předběžná verze

Matematická analýza pro informatiky I. Extrémy funkcí více proměnných

verze 1.3 x j (a) g k 2. Platí-li vztahy v předchozím bodu a mají-li f, g 1,..., g s v a diferenciál K = f + j=1

1. a) Určete parciální derivace prvního řádu funkce z = z(x, y) dané rovnicí z 3 3xy 8 = 0 v

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

Matematika I pracovní listy

má spojité parciální derivace druhého řádu ve všech bodech této množiny. Výpočtem postupně dostaneme: y = 9xy2 + 2,

Q(y) dy = P(x) dx + C.

Parciální derivace a diferenciál

Parciální derivace a diferenciál

Matematická analýza pro informatiky I.

Drsná matematika III 1. přednáška Funkce více proměnných: křivky, směrové derivace, diferenciál

Derivace funkce Otázky

Spojitost funkcí více proměnných

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2017

VI. Derivace složené funkce.

+ 2y y = nf ; x 0. závisí pouze na vzdálenosti bodu (x, y) od počátku, vyhovuje rovnici. y F x x F y = 0. x y. x x + y F. y = F

Bakalářská matematika I

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

4. cvičení z Matematiky 2

Sbírka příkladů z matematické analýzy II. Petr Tomiczek

x + F F x F (x, f(x)).

Základy matematiky pracovní listy

DERIVACE FUNKCE, L HOSPITALOVO PRAVIDLO

Kristýna Kuncová. Matematika B2

Úvod. Integrování je inverzní proces k derivování Máme zderivovanou funkci a integrací získáme původní funkci kterou jsme derivovali

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Základy teorie funkcí více proměnných. študenti MFF 15. augusta 2008

ÚSTAV MATEMATIKY A DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE. Matematika 0A1. Cvičení, zimní semestr. Samostatné výstupy. Jan Šafařík

MATEMATIKA II V PŘÍKLADECH

Diferenciál a Taylorův polynom

MATEMATIKA II - vybrané úlohy ze zkoušek ( 2015)

VIDEOSBÍRKA DERIVACE

Definice globální minimum (absolutní minimum) v bodě A D f, jestliže X D f

DERIVACE. ln 7. Urči, kdy funkce roste a klesá a dále kdy je konkávní a

PŘÍKLADY K MATEMATICE 2

Vybrané kapitoly z matematiky

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.

ÚSTAV MATEMATIKY A DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE. Matematika I/1 BA06. Cvičení, zimní semestr

dx se nazývá diferenciál funkce f ( x )

5. cvičení z Matematické analýzy 2

0 = 2e 1 (z 3 1)dz + 3z. z=0 z 3 4z 2 + 3z + rez. 4. Napište Fourierův rozvoj vzhledem k trigonometrickému systému periodickému

EXTRÉMY FUNKCÍ VÍCE PROMĚNNÝCH

Petr Hasil

Transkript:

5. cvičení z Matematiky 2 21.-25. března 2016 5.1 Nalezněte úhel, který v bodě 1, 0, 0 svírají grafy funkcí fx, y ln x 2 + y 2 a gx, y sinxy. Úhel, který svírají grafy funkcí je dán jako úhel mezi jednotlivými tečnými rovinami a ten je zase určen jejich normálovými vektory, tj. gradienty. Grafy si zadáme implicitně: pro f to bude Γ f {x, y, z R 3 F x, y, z 0 & x, y 0, 0}, kde F x, y, z 1 2 lnx2 + y 2 z a pro g to bude Γ g {x, y, z R 3 Gx, y, z 0}, kde Gx, y, z sinxy z. Normálové vektory tečných rovin jsou nyní x n 1 grad F 1,0,0 x 2 + y 2, y x 2 + y 1,0,0 2, 1 1, 0, 1 n 2 grad G 1,0,0 y cosxy, x cosxy, 1 0, 1, 1 Úhel α 0, π 2 je nyní dán jako tedy α π 3. n 1 n 2 cos α n 1 n 2 1 2, 1,0,0 5.2 Vyšetřete existenci derivace totálního diferenciálu v bodě 0, 0 u funkce { x 3 fx, y x 2 +y, x, y 0, 0 2 0, x, y 0, 0 Podle definice je derivace f v bodě a 0 0, 0 takové lineární zobrazení f a 0 L : R 2 R, že fa fa 0 La a 0 0. a a 0 a a 0

Pokud derivace existuje, pak je jednoznačně určena parciálními derivacemi v daném bodě: ft, 0 f0, 0 t x 0,0 t 0 t t 0 t 1 f0, t f0, 0 0 y 0,0 t 0 t t 0 t 0 Pro a x, y tak je Takže x 0 La a 0 1, 0 y 0 x. fa fa 0 La a 0 a a 0 a a 0 x,y 0,0 x 3 x 2 +y 2 0 x x2 + y 2 x,y 0,0 Pokud si ted vezmeme zúžení výsledného výrazu např. pro x y dostaneme x,y 0,0 xy xy 2 x 2 + y 2 3/2 x 0 x 3 2x 2 3/2 x 0 x 8 x. xy 2 x 2 + y 2 3/2 Tato ita ale neexistuje a tím spíš původní ita neexistuje a už vůbec není nulová, jak bychom potřebovali. Derivace totální diferenciál v bodě 0, 0 tedy neexistuje. 5.3 Najděte derivaci funkce z fx, y, která splňuje rovnici z 3 3xyz 2 pro všechna x, y z vhodného definičního oboru funkce. Postupujte nejdříve obecně a pak v bodě x, y, z 1, 1, 2. Funkci z sice neumíme nějak jednoduše explicitně vyjádřit, ale i tak můžeme zjistit její parciální derivace. Na obě strany rovnosti použijeme x a y, přičemž využijeme řetízkové pravidlo z je závislé na proměnných x a y: 0 2 x 3 3xyz 3z 2 3yz 3xy x x x a odsud si parciální derivace vyjádříme: 0 2 y 3 3xyz 3z 2 3xz 3xy y y y x yz z 2 xy y xz z 2 xy To samozřejmě děláme za předpokladu, že 3z 2 3xy 0. Tento výraz je právě parciální derivaci podle x funkce Φ : R 3 R, Φ x, ỹ, z z 3 3 xỹ z 2 tří NEZÁVISLÝCH proměnných, která určuje původní rovnici jako Φ x, y, zx, y 0 tzv. implicitně určená funkce. Tedy Φ z 3 z2 3 xỹ. Page 2

V bodě z1, 1 2, který splňuje implicitní rovnici a ve kterém je výraz 3z 2 3xy 0, pak dostáváme 1 2 x 1,1 2 2 1 1 2 3 1 2 y 1,1 2 2 1 1 2 3. 5.4 Najděte derivaci složené funkce f g, kde st i g : R 2 R 3, gs, t s cos t a f : R 3 R, fx, y, z x 2 + y 2 + z 2, s sin t st ii g : R 2 R 3, gs, t e st a f : R 3 R, fx, y, z xy + yz + zx. t 2 i Můžeme bud vyjádřit funkci hs, t f gs, t st 2 + s sin t 2 + s cos t 2 s 2 t 2 + s 2 a tu zderivovat h h s, t s, h 2st 2 + 2s, 2s 2 t t nebo použít větu o derivaci složené funkce: x, h s, t f g s, t f gs, t g s, t g 1 g 1 g 2 g 2 2x, 2y, 2z t s gs,t cos t s sin t gs,t g 3 g 3 sin t s cos t 2st, 2s cos t, 2s sin t t s cos t s sin t 2st 2 + 2s, 2s 2 t sin t s cos t y, kde g i s, t jsou jednotlivé složky zobrazení g. Přitom je třeba při derivování f mít stejně zvolené pořadí proměnných jako je pak pořadí jednotlivých složek g i v matici derivace zobrazení g tedy např. pokud bychom derivovali v pořadí podle y, z, x pak pořadí složek v matici derivace g bude odshora postupně g 2, g 3 a g 1. Změna pořadí jen odpovídá tomu, že si matici derivace zvolíme v jiné bázi. nebo ii Postupujeme podobně: hs, t f gs, t ste st + t 2 e st + st 3 h s, t h s, h t + st 2 + t 3 e st + t 3, s + s 2 t + 2t + st 2 e st + 3st 2 t h s, t f gs, t g s, t y + z, z + x, x + y t s te st gs,t 0 2t e st + t 2, st + t 2, e st + st t s te st se st 0 2t se st Page 3

t + st 2 + t 3 e st + t 3, s + s 2 t + 2t + st 2 e st + 3st 2. 5.5 Najděte Taylorův polynom druhého stupně pro funkci f v okolí bodu a 0 : i fx, y e x2 +y 2 cosx y, a 0 0, 0, ii fx, y e 2xy y 2, a 0 0, 0, iii fx, y, z xy 2 z 3, a 0 1, 2, 1. V případě i a ii rozhodněte, zda má funkce v tomto bodě minimum, maximum nebo sedlový bod. Taylorův polynom stupně nejvýše 2, který aproximuje funkci f v bodě a 0 R n, je dán vztahem: kde h h 1,..., h n R n. T 2 a 0 + h fa 0 + f a 0 h + 1 2! f a 0 h, h i Máme f 0,0 f 0,0 2xe x2 +y 2 + sinx y, 2ye x2 +y 2 sinx y 0, 0 0,0 2e x2 +y 2 + 4x 2 e x2 +y 2 + cosx y 4xye x2 +y 2 cosx y 4xye x2 +y 2 cosx y 2e x2 +y 2 + 4y 2 e x2 +y 2 + cosx y Pro h h 1, R 2 máme T 2 h f0, 0 + f 0,0 h + 1 2! f 0,0 h, h 1 3 1 2 h 1, 1 3 0,0 3 1 1 3 h1 3 2 h2 1 h 1 + 3 2 h2 2. Podle Sylvestrova kritéria 1 3 > 0, 2 8 > 0 je matice f 0,0 bodě a 0, 0 je lokální minimum. ii Máme f 0,0 f 0,0 2ye 2xy, 2xe 2xy 2y 0,0 4y 2 e 2xy 2e 2xy + 4xye 2xy 2e 2xy + 4xye 2xy 4x 2 e 2xy 2 0, 0 0,0 Pro h h 1, R 2 máme T 2 h f0, 0 + f 0,0 h + 1 2! f 0,0 h, h 1 + 1 0 2 2 h 1, 2 2 Kvadratická forma gh 1, 2h 1 2 2h 1 pozitivně definitní, takže v 0 2 2 2 h1 1 + 2h 1 2. druhé derivace je indefinitní např. g1, 1 1 > 0 a g0, 1 1 < 0. V bodě a 0, 0 je tedy sedlový bod funkce f. Page 4

a iii Máme f a 0 f a 0 y 2 z 3, 2xyz 3, 3xy 2 z 2 a0 4, 4, 12 0 2yz 3 3y 2 z 2 2yz 3 2xz 3 6xyz 2 3y 2 z 2 6xyz 2 6xy 2 z a0 0 4 12 4 2 12 12 12 24. Tedy T 2 a 0 + h 4 + 4, 4, 12 h 1 h 3 + 1 2 h 1,, h 3 0 4 12 4 2 12 12 12 24 4 + 4h 1 + 4 + 12h 3 + 4h 1 + 12h 1 h 3 + 2 + 12 h 3 + 12 3. h 1 h 3 Page 5