1.6. Integrace goniometrických funkcí



Podobné dokumenty
Seznámíte se s principem integrace substituční metodou a se základními typy integrálů, které lze touto metodou vypočítat.

MATEMATIKA II V PŘÍKLADECH

Kvadratické rovnice pro učební obory

8. Lineární rovnice s parametrem

Fyzikální korespondenční seminář MFF UK

Kapitola 7: Integrál. 1/14

x udává hodnotu směrnice tečny grafu

Kvadratické rovnice pro studijní obory

Lineární rovnice prvního řádu. Máme řešit nehomogenní lineární diferenciální rovnici prvního řádu. Funkce h(t) = 2

IMPULSNÍ A PŘECHODOVÁ CHARAKTERISTIKA,

10. Polynomy a racionálně lomenné funkce

Vzorce na integrování. 1. x s dx = xs+1. dx = ln x +C 3. e x dx = e x +C. 4. a x dx = ax. 14. sinhxdx = coshx+c. 15. coshxdx = sinhx+c.

2.7.2 Mocninné funkce se záporným celým mocnitelem

Úloha V.E... Vypař se!

Lokální a globální extrémy funkcí jedné reálné proměnné

Nerovnice s absolutní hodnotou

Základní škola Ústí nad Labem, Rabasova 3282/3, příspěvková organizace, Ústí nad Labem. Příloha č.1. K SMĚRNICI č. 1/ ŠKOLNÍ ŘÁD

Teorie obnovy. Obnova

Diferenciální rovnice 1. řádu

f ( x) = ψϕ ( ( x )). Podle vět o derivaci složené funkce

ax + b = 0, kde a, b R, přímky y = ax + b s osou x (jeden, nekonečně mnoho, žádný viz obr. 1.1 a, b, c). Obr. 1.1 a Obr. 1.1 b Obr. 1.

INŽENÝRSKÁ MATEMATIKA LOKÁLNÍ EXTRÉMY

(a) = (a) = 0. x (a) > 0 a 2 ( pak funkce má v bodě a ostré lokální maximum, resp. ostré lokální minimum. Pokud je. x 2 (a) 2 y (a) f.

( ) Neúplné kvadratické rovnice. Předpoklady:

DERIVACE A MONOTÓNNOST FUNKCE DERIVACE A MONOTÓNNOST FUNKCE. y y

Funkce. Liché a sudé funkce, periodické funkce. Mgr. Tomáš Pavlica, Ph.D. Digitální učební materiály, Gymnázium Uherské Hradiště

1.1.1 Kvadratické rovnice (dosazení do vzorce) I

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Návod k obsluze. Vnitřní jednotka pro systém tepelných čerpadel vzduch-voda s příslušenstvím EKHBRD011ABV1 EKHBRD014ABV1 EKHBRD016ABV1

2.7.1 Mocninné funkce s přirozeným mocnitelem

LS Příklad 1.1 (Vrh tělesem svisle dolů). Těleso o hmotnosti m vrhneme svisle

( ) ( ) ( ) 2 ( ) Rovnice s neznámou pod odmocninou II. Předpoklady: 2715

ČESKÁ ZEMĚDĚLSKÁ UNIVERZITA V PRAZE PROVOZNĚ EKONOMICKÁ FAKULTA DOKTORSKÁ DISERTAČNÍ PRÁCE

= musíme dát pozor na: jmenovatel 2a, zda je a = 0 výraz pod odmocninou, zda je > 0, < 0, = 0 (pak je jediný kořen)

Vztah mezi dvěma čísly, které se rovnají, se nazývá rovnost, jako například : ( 2) 3 = 8 4 = 2 ; 16 = 4 ; 1 = 1 a podobně. 2

2.8.9 Parametrické rovnice a nerovnice s absolutní hodnotou

KVADRATICKÉ ROVNICE A NEROVNICE (včetně řešení v C)

Funkce více proměnných

listopadu 2016., t < 0., t 0, 1 2 ), t 1 2,1) 1, 1 t. Pro X, U a V najděte kvantilové funkce, střední hodnoty a rozptyly.

Studie proveditelnosti (Osnova)

POKUSY S OPERAČNÍMI ZESILOVAČI Studijní text pro řešitele FO Přemysl Šedivý, gymnázium J. K. Tyla, Hradec Králové. Úvod

UŽITÍ DERIVACÍ, PRŮBĚH FUNKCE

Zvyšování kvality výuky technických oborů

7. DIFERENCIÁLNÍ POČET FUNKCÍ DVOU PROMĚNNÝCH Definiční oblasti Úlohy k samostatnému řešení... 83

FINANČNÍ MATEMATIKA- ÚVĚRY

10a. Měření rozptylového magnetického pole transformátoru s toroidním jádrem a jádrem EI

Klasifikace, identifikace a statistická analýza nestacionárních náhodných procesů

Matematika - Tercie Matematika tercie Výchovné a vzdělávací strategie Učivo ŠVP výstupy

Dopravní úloha. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FEM UO Brno

Důkazové metody. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

Práce a výkon při rekuperaci

Obsah. x y = 1 + x y = 3x y = 2(x2 x + 1) (x 1) x 3. y = x2 + 1 x y =

10. ANALOGOVĚ ČÍSLICOVÉ PŘEVODNÍKY

Matematika v automatizaci - pro řešení regulačních obvodů:

Rozklad na parciální zlomky

Návrh číslicově řízeného regulátoru osvětlení s tranzistorem IGBT

INTEGRÁLNÍ POČET. Primitivní funkce. Neurčitý integrál. Pravidla a vzorce pro integrování

Tvorba trendové funkce a extrapolace pro roční časové řady

M - Rovnice - lineární a s absolutní hodnotou

000 Základní aplikace (I/O funkce)

Základní škola Kaznějov, příspěvková organizace, okres Plzeň-sever

Zvyšování kvality výuky technických oborů

ALGEBRA LINEÁRNÍ, KVADRATICKÉ ROVNICE

Číselné soustavy Ing. M. Kotlíková, Ing. A. Netrvalová Strana 1 (celkem 7) Číselné soustavy

Oceňování finančních investic

KINEMATIKA. 1. Základní kinematické veličiny

Numerická integrace. b a. sin 100 t dt

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

PREDIKCE OPOTŘEBENÍ NA KONTAKTNÍ DVOJICI V TURBODMYCHADLE S PROMĚNNOU GEOMETRIÍ

Aritmetika s didaktikou I.

Předpokládané znalosti ze středoškolské matematiky. Pokuste se rozhodnout o pravdivosti následujících výroků a formulujte jejich negace.

INTEGRÁLNÍ POČET NEURČITÝ INTEGRÁL,

9.2.5 Sčítání pravděpodobností I

EXPONENCIÁLNÍ A LOGARITMICKÁ FUNKCE

2.1. Pojem funkce a její vlastnosti. Reálná funkce f jedné reálné proměnné x je taková

ZPŮSOBY MODELOVÁNÍ ELASTOMEROVÝCH LOŽISEK

14. Soustava lineárních rovnic s parametrem

Využijeme znalostí z předchozích kapitol, především z 9. kapitoly, která pojednávala o regresní analýze, a rozšíříme je.

STEREOMETRIE. Vzdálenost bodu od přímky. Mgr. Jakub Němec. VY_32_INOVACE_M3r0113

Výroba a užití elektrické energie

Identifikátor materiálu: VY_32_INOVACE_353

IMPULSNÍ TECHNIKA II.

Dualita v úlohách LP Ekonomická interpretace duální úlohy. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FEM UO Brno

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Převody a mechanizmy. Ing. Magdalena Svobodová Číslo: VY_32_INOVACE_ Anotace:

=, kde P(x) a Q(x) jsou polynomy. Rozklad na parciální zlomky Parciální zlomky jsou speciální racionální lomené funkce. Rozlišujeme 2 typy:

Sbírka B - Př

Goniometrické funkce obecného úhlu

3. Základní dynamické systémy 3.1. Základní spojité dynamické systémy. Čas ke studiu: 12 až 18 hodin. Cíl Po prostudování tohoto odstavce budete umět

Maturitní okruhy z matematiky školní rok 2007/2008

ÚVOD DO DYNAMIKY HMOTNÉHO BODU

Úlohy 22. ročníku Mezinárodní fyzikální olympiády - Havana, Cuba

Řešení: ( x = (1 + 2t, 2 5t, 2 + 3t, t); X = [1, 2, 2, 0] + t(2, 5, 3, 1), přímka v E 4 ; (1, 2, 2, 0), 0, 9 )

1 Průběh funkce. Pomůcka pro cvičení: 1. semestr Bc studia Průběh funkce - ruční výpočet

Vliv funkce příslušnosti na průběh fuzzy regulace

( ) Základní transformace časových řad. C t. C t t = Μ. Makroekonomická analýza Popisná analýza ekonomických časových řad (ii) 1

4. Gomory-Hu Trees. r(x, z) min(r(x, y), r(y, z)). Důkaz: Buď W minimální xz-řez.

Učební dokument FUNKCE. Vyšetřování průběhu funkce. Mgr. Petra MIHULOVÁ. 4.roč.

3. ROVNICE A NEROVNICE Lineární rovnice Kvadratické rovnice Rovnice s absolutní hodnotou Iracionální rovnice 90

2.1 Pokyny k otevřeným úlohám. 2.2 Pokyny k uzavřeným úlohám TESTOVÝ SEŠIT NEOTVÍREJTE, POČKEJTE NA POKYN!

M - Příprava na 2. zápočtový test pro třídu 2D

Transkript:

Maemaika II.6. Inegrace goniomerických funkcí.6. Inegrace goniomerických funkcí Průvodce sudiem V éo kapiole se budeme podrobněji zabýva inegrací funkcí, keré jsou složené z goniomerických funkcí. Takové inegrály se časo vyskyují v prakických aplikacích. Budeme se s nimi sekáva hlavně při výpoču vícenásobných inegrálů v Maemaice III. Při výpoču inegrálů ohoo ypu je obvykle používána subsiuční meoda. Někeré inegrály se aké dají vypočía meodou per pares. Vhodnou subsiucí lze dané inegrály časo převés na inegrály z racionálních funkcí, keré jsme se naučili inegrova v předcházející kapiole. Pro jednolivé ypy inegrálů přehledně uvedeme vhodnou meodu výpoču. Cíle Seznámíe se s posupy, keré jsou vhodné při inegraci funkcí složených z goniomerických funkcí. Uvedeme základní ypy ěcho inegrálů a nejvhodnější meody inegrace ěcho funkcí. Předpokládané znalosi Předpokládáme, že znáe základní inegrály uvedené v abulce.. a umíe vypočía inegrály subsiuční meodou, meodou per pares a umíe inegrova racionální funkce. Předpokládáme, že znáe základní vlasnosi goniomerických funkcí a důležié vzahy, keré pro ně plaí. m Inegrály ypu Výklad n d Nejprve se budeme zabýva inegrály ypu m n d, kde m, n jsou celá čísla. Jeden akový inegrál jsme již počíali, viz příklad... Inegrály ohoo ypu budeme velmi časo dosáva při výpoču dvojných a rojných inegrálů v předměu Maemaika III. Posup výpoču závisí na om, zda jsou čísla m, n sudá nebo lichá. Nejprve uvedeme přehledně posup pro jednolivé možnosi a pak pro každou možnos vypočíáme příklad, na kerém posup objasníme. - 69 -

Maemaika II.6. Inegrace goniomerických funkcí Výpoče inegrálů ypu d, kde m, n Z : m a) m je liché subsiuce =, b) n je liché subsiuce =, m i n sudé, alespoň jedno záporné subsiuce g =, n d) m i n sudé nezáporné použijeme vzorce pro dvojnásobný úhel =, + =. Řešené úlohy Příklad.5.. Vypočěe inegrál 5 d. Řešení: V omo případě je m = 5, n =, akže budeme voli subsiuci =. Pro diferenciál dosáváme d = d. Z inegrované funkce si edy vypůjčíme jeden us pro diferenciál a zbývající y snadno převedeme na funkci kous pomocí známého vzahu + =. Dosaneme: ( ) 5 = = = d d d subsiuce: = d = = = d ( ) ( ) = d = d 7 5 6 7 5 ( ) d C C. = + = + + = + + 7 5 7 5 Poznámky. Jsou-li lichá m i n, můžeme si vybra, jakou subsiuci použijeme, zda a) nebo b). Takovou úlohu jsme již řešili v příkladu.... Obecně si sačí pamaova, že v případě liché mocniny použijeme jednu funkci us (resp. kous) pro diferenciál a zbývající mocninu (bude sudá) převedeme na druhou funkci (kous, resp. us) a u aké položíme rovnu nové proměnné. - 70 -

Maemaika II.6. Inegrace goniomerických funkcí Příklad.5.. Vypočěe inegrál 8. d Řešení: V omo případě je m =, n = 8. Jelikož je n<0, budeme voli subsiuci g = pro ( π, π ). Pro hodnoy z uvedeného inervalu je = arcg, a edy diferenciál d d =. Pro výpoče inegrálu ješě pořebujeme vyjádři funkce a + pomocí funkce g. Pořebné vzahy snadno odvodíme z pravoúhlého rojúhelníka, jehož jeden úhel má velikos. Jesliže přilehlou odvěsnu zvolíme rovnu, bude mí proilehlá odvěsna velikos g =. Z Pyhagorovy věy + g = vypočeme velikos přepony +. Z definic funkcí us a kous (poměr velikosí proilehlé, resp. přilehlé odvěsny ku přeponě) dosaneme: = + a =. + subsiuce + d ( d + ) d = g = = = + = d = 8 8 d + + ( + ) d = + ( + + ) ( ) ( ) ( ) 5 7 6 = + d = + + d = + + d = + + + C = 5 7 5 7 = g + g + g +C. 5 7 Příklad.5.. Vypočěe inegrál d. Řešení: Máme m = a n = 0. Jelikož je m>0 a je sudé, snížíme mocninu použiím vzorce pro poloviční úhel. - 7 -

Maemaika II ( ).6. Inegrace goniomerických funkcí d = d = d = ( + ) d = + ( ) = + d = C + + + = = C + + 8. Poznámka Inegrál z funkcí a jsme vypočeli podle vzorce [6] z abulky... Prakicky používáme subsiuci Inegrály ypu R(, ) d Výklad =, resp. =. V další čási se budeme zabýva inegrály racionálních funkcí, keré dosaneme z funkcí, a reálných čísel pomocí konečného poču arimeických operací (sčíání, odčíání, násobení a dělení). Časo jsou yo inegrály značeny jako inegrály ypu R(, ) d, kde R( uv, ) předsavuje racionální funkci dvou proměnných v=. Jedná se například o inegrály funkcí: R(, ) =, R(, ) =, + + R(, ) =. u = a Poznámka Pokud bychom mezi výchozí funkce přidali ješě funkce g a cog, nedosaneme nic nového, neboť g = a vyvořenou ze ů a koů. cog =. Po úpravě dosaneme opě racionální funkci - 7 -

Maemaika II.6. Inegrace goniomerických funkcí Univerzální subsiuce Ukážeme, že inegrál ypu R(, ) d můžeme subsiucí g =, ( π, π ) převés na inegrál racionální lomené funkce. K omu musíme nejprve funkce a vyjádři pomocí g. Analogicky jako v příkladu.5.. snadno odvodíme pořebné vzahy pro poloviční úhel z pravoúhlého rojúhelníka. Jesliže přilehlou odvěsnu zvolíme rovnu, bude mí proilehlá odvěsna velikos g =. + g = Z Pyhagorovy věy vypočeme velikos přepony +. Z definic funkcí us a kous (poměr velikosí proilehlé resp. přilehlé odvěsny ku přeponě) dosaneme: = + a =. + S použiím vzorců pro dvojnásobný úhel ( α = αα, = α α ) získáme α = = = + + +, = = = + + +. Podsané je, že po subsiuci dosáváme míso funkcí us a kous racionální funkce. Ze vzahu g = pro ( π, π ) dosáváme = arcg, = arcg, a edy d = d. Po dosazení dosáváme inegrál racionální funkce + - 7 -

Maemaika II.6. Inegrace goniomerických funkcí R(, ) d= R, d + + +. Shrnuí: Inegrály ypu R(, ) d můžeme řeši subsiucí g =, ( π, π ). Pak vyjádříme =, + =, + d = d. + Řešené úlohy Příklad.5.. Vypočěe inegrál d, (0, π ). Řešení: Uvedený inegrál jsme již jednou řešili subsiucí (příklad..6). Z výše odvozených vzahů snadno dosaneme: d = d = d = ln + C = ln g C + + +. Příklad.5.5. Vypočěe inegrál Řešení: Použijeme subsiuci g + d. =. Z výše odvozených vzahů snadno dosaneme: d d d = + + + + + + + = = = d = d = d = d = + + + + + ( ) = arcg( ) + C = arcg(g ) +C. - 7 -

Maemaika II Příklad.5.6. Vypočěe inegrál + + d..6. Inegrace goniomerických funkcí Řešení: Použijeme subsiuci g =. Z výše odvozených vzahů dosaneme: + + + + + d = + + d = d + + + + = ( + ) ( + ) = d = d ( )( + ) ( )( + ) Dosali jsme inegrál z racionální funkce ryze lomené. Pro rozklad racionální funkce na parciální zlomky použijeme posup uvedený v kapiole.5. Polynom ve jmenovaeli má reálné kořeny = 0, = a kompleně sdružené kořeny, = ± i. Rozklad na souče parciálních zlomků bude mí var: ( + ) A B C D = + + +. ( )( + ) + + Nalezneme neznámé koeficieny A, B, C, D rozkladu z rovnice ( + ) = A( )( + ) + B( + ) + C ( ) + D( ). Dosaneme: A=, B=, C = 0, D=. Inegrujeme parciální zlomky: ( + ) d = ( + + ) d = ln + ln arcg + C ( )( + ) + = g = ln g + ln g arcg g + C = ln +C. g Poznámka Subsiucí g = pro ( π, π ) můžeme řeši každý inegrál ypu R(, ) d. Vzniklé racionální funkce však mohou bý komplikované a inegrace pracná. V někerých speciálních případech může k cíli rychleji vés subsiuce g =. =, =, případně - 75 -

Maemaika II.6. Inegrace goniomerických funkcí Konrolní oázky. Jakou subsiuci zvolíe při výpoču inegrálu ypu d, mn, Z, je-li m liché?. Jakou subsiuci zvolíe při výpoču inegrálu ypu d, mn, Z, je-li n liché?. Jakou subsiuci zvolíe při výpoču inegrálu ypu d, mn, Z, jsou-li m i n sudé?. Jakou subsiuci zvolíe při výpoču inegrálu 5. Jakou subsiuci zvolíe při výpoču inegrálu m m m d?? d 6. Jakou subsiuci zvolíe při výpoču inegrálu d? 7. Jaký posup zvolíe při výpoču inegrálu 8. Jakou subsiuci zvolíe při výpoču inegrálu 9. Jakou funkci předsavuje zápis R(, )? 0. Kdy je vhodná univerzální subsiuce g d? =?? d. Je vhodná univerzální subsiuce při výpoču inegrálu d?. Při výpoču inegrálu d je vhodnější jiná než univerzální subsiuce. Jaká? n n n Úlohy k samosanému řešení. a) d) g) j) d b) d e) h) d k) d 5 d d f) 5 i) d d l) d d d d - 76 -

Maemaika II.6. Inegrace goniomerických funkcí. a) d) d + b) d + e) d + d f) d + 5 d. a) d) b) d e) d + 5 5 d f) d d g g d g +. a) d) d b) d e) 7 7 d d f) d d + Výsledky úloh k samosanému řešení. a) + C ; b) 5 5 + + C; 5 + + C; 5 6 d) + C ; e) + + C; f) + + + C; 6 8 8 g) + + C ; h) + + C ; i) ln + + C ; + j) + ln + C ; k) + ln + C ; l) + +C. 8. a) ln + + C ; b) + ln + + C ; arcg + C ; d) arcg + C ; e) 5 + C; 5 0 6 f) + + C.. a) g + C; b) g + C ; 5 6 ln g + C ; d) arcg g + C 5 5 ; e) g + C ; f) ln g + + C. g. a) + g ln g + C ; b) ln g + C ; C + ; d) ln g 7 +C ; g - 77 -

Maemaika II.6. Inegrace goniomerických funkcí e) ln g + g + C ; f) arcg g + C. Konrolní es. Jakou subsiuci zvolíe při výpoču inegrálu a) =, b) =, univerzální, d) g =. d?. Jakou subsiuci zvolíe při výpoču inegrálu a) =, b) =, univerzální, d) g =.. Jakou subsiuci zvolíe při výpoču inegrálu a) univerzální, b) =, g =, d) =.. Vypočěe neurčiý inegrál 5 d. 7 d? d + 9 5 5 a) + +C, b) + + C, 5 5 5 5 + + C, d) + + C. 5 5 5. Vypočěe neurčiý inegrál a) C, + + b) C, + + d) 6. Vypočěe neurčiý inegrál d. + + + d. a) ( + ) +C, b) ( + ) + C, 8 6 6 ( + ) + C, d) ( ). 8 8 6 6 8 6 C, C.? - 78 -

Maemaika II.6. Inegrace goniomerických funkcí 7. Vypočěe neurčiý inegrál d (lze i bez subsiuce). a) cog + g + g +C, b) cog g C, g + + + cog + g + C, d) 8. Vypočěe neurčiý inegrál d. g + cog + g + C. a) ln, + C b) ln, + + C ln, + +C d) d 9. Vypočěe neurčiý inegrál. + + + + ln + C. a) ln+ g, b) ln + g + C, ln + g + C, d) ln+ g + C. 0. Bez použií univerzální subsiuce vypočěe neurčiý inegrál a) g + C, b) g + C, d. cog C, + d) g + + C. Výsledky esu. b);. a);. ;. b); 5. b); 6. ; 7. a); 8. d); 9. ; 0. d). Průvodce sudiem Pokud jse správně odpověděli nejméně v 8 případech, pokračuje další kapiolou. V opačném případě je řeba prosudova kapiolu.6 znovu a propočía další úlohy k samosanému řešení. Shrnuí lekce V prakických aplikacích se velmi časo vyskyují inegrály, keré obsahují goniomerické funkce. Při výpoču inegrálů ohoo ypu je obvykle užívána subsiuční meoda. V éo kapiole jsou přehledně uvedeny subsiuce používané pro základní ypy inegrálů, se kerými - 79 -

Maemaika II.6. Inegrace goniomerických funkcí se časo sekáváme. Časo se vyskyují inegrály, keré je možno řeši několika způsoby. Je dobré zvoli akovou meodu, kerá povede nejrychleji k cíli. Obvykle posupujeme ako: - Nejprve uvažíme, zda nelze použí subsiuci = nebo =, - pak zkoušíme, zda není vhodná subsiuce g =, - nakonec se pokusíme problém vyřeši univerzální subsiucí g =. - 80 -