8. Elementární funkce. I. Exponenciální funkce Definice: Pro komplexní hodnoty z definujeme exponenciální funkci předpisem ( ) e z z k k!.

Podobné dokumenty
I. Exponenciální funkce Definice: Pro komplexní hodnoty z definujeme exponenciální funkci předpisem. z k k!. ( ) e z = k=0

Matematická analýza ve Vesmíru. Jiří Bouchala

Matematika 1. Matematika 1

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

FUNKCE A JEJICH VLASTNOSTI

P ˇ REDNÁŠKA 3 FUNKCE

(FAPPZ) Petr Gurka aktualizováno 12. října Přehled některých elementárních funkcí

4.2. CYKLOMETRICKÉ FUNKCE

V této chvíli je obtížné exponenciální funkci přesně definovat. Můžeme však říci, že

Mezi elementární komplexní funkce se obvykle počítají tyto funkce: f(z) = az + b,

Derivace funkce. Přednáška MATEMATIKA č Jiří Neubauer

Cyklometrické funkce

6 kapitola Z 0 7akladn funkce v C

x (D(f) D(g)) : (f + g)(x) = f(x) + g(x), (2) rozdíl funkcí f g znamená: x (D(f) D(g)) : (f g)(x) = f(x) g(x), (3) součin funkcí f.

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

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.

Matematika 1 pro PEF PaE

soubor FUNKCÍ příručka pro studenty

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.

Elementární funkce. Polynomy

funkce konstantní (y = c); funkce mocninné (y = x r pro libovolné r R, patří sem tedy i

0.1 Funkce a její vlastnosti

1. sin(x + y) = sin(x) cos(y) + cos(x) sin(y) pro x, y R, cos(x + y) = cos(x) cos(y) sin(x) sin(y) pro x, y R;

Matematika (KMI/PMATE)

Matematická analýza I

Matematika I (KMI/PMATE)

Cyklometrické 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.

Kapitola1. Lineární lomená funkce Kvadratická funkce Mocninná funkce s obecným reálným exponentem Funkce n-tá odmocnina...

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

Proseminář z matematiky pro fyziky

Funkce základní pojmy a vlastnosti

Funkce základní pojmy a vlastnosti

Matematika a 2. března 2011

Funkce základní pojmy a vlastnosti

F (x) = f(x). Je-li funkce f spojitá na intervalu I, pak existuje k funkci f primitivní funkce na intervalu I.

Goniometrické a hyperbolické funkce

Kapitola 1: Reálné funkce 1/13

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

0.1 Úvod do matematické analýzy

ELEMENTÁRNÍ KOMPLEXNÍ FUNKCE SPECIÁLNÍ ELEMENTÁRNÍ FUNKCE

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

Základní elementární funkce

. 1 x. Najděte rovnice tečen k hyperbole 7x 2 2y 2 = 14, které jsou kolmé k přímce 2x+4y 3 = 0. 2x y 1 = 0 nebo 2x y + 1 = 0.

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

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

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

8 Limita. Derivace. 8.1 Okolí bodu. 8.2 Limita funkce

1. Písemka skupina A...

7.1 Úvod. Definice: [MA1-18:P7.1a]

Kapitola 1: Reálné funkce 1/20

Text m ºe být postupn upravován a dopl ován. Datum poslední úpravy najdete u odkazu na staºení souboru. Veronika Sobotíková

16. DEFINIČNÍ OBORY FUNKCÍ

Definice (Racionální mocnina). Buď,. Nechť, kde a a čísla jsou nesoudělná. Pak: 1. je-li a sudé, (nebo) 2. je-li liché, klademe

27. června Abstrakt. druhá odmocnina a pod. jsou vynechány. Také je vynechán např. tangensu.) 1 x ln x. e x sin x. arcsin x. cos x.

6. Bez použití funkcí min a max zapište formulí predikátového počtu tvrzení, že každá množina

Důkazy tvrzení uvedených v této kapitole lze nalézt např. v[23].

Matematika 1 pro PEF PaE

Petr Hasil. c Petr Hasil (MUNI) Množiny, číselné obory, funkce MA I (M1101) 1 / 125

Matematika vzorce. Ing. Petr Šídlo. verze

4.3. GONIOMETRICKÉ ROVNICE A NEROVNICE

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

Bakalářská matematika I

Matematická analýza pro informatiky I.

Funkce. Vlastnosti funkcí

4. Funkce Funkce. S pojmem funkce jsme se setkali již v Kapitole 1F Zobrazení. Připomeňme základní pojmy.

Cyklometrické funkce

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

DERIVACE FUNKCE, L HOSPITALOVO PRAVIDLO

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

Integrální počet - I. část (neurčitý integrál a základní integrační metody)

FUNKCE, ZÁKLADNÍ POJMY

Matematika I Reálná funkce jedné promìnné

2. FUNKCE JEDNÉ PROMĚNNÉ

FUNKCE, ZÁKLADNÍ POJMY

FAKULTA STAVEBNÍ MATEMATIKA I MODUL BA01 M04, GA01 M03 STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

y = 1/(x 3) - 1 x D(f) = R D(f) = R\{3} D(f) = R H(f) = ( ; 2 H(f) = R\{ 1} H(f) = R +

Aplikovaná matematika I (NMAF071) ZS 2013/14

Quantities and units - Part 11: Mathematical signs and symbols for use in the physical sciences and technology

1 Množiny, výroky a číselné obory

MATEMATIKA 1B ÚSTAV MATEMATIKY

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

Matematická analýza 1, příklady na procvičení (Josef Tkadlec, )

Kapitola 7: Neurčitý integrál. 1/14

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

Úvod, základní pojmy, funkce

Úvodní informace. 17. února 2018

SBÍRKA ÚLOH I. Základní poznatky Teorie množin. Kniha Kapitola Podkapitola Opakování ze ZŠ Co se hodí si zapamatovat. Přírozená čísla.

Vypracoval: Mgr. Lukáš Bičík TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

MATEMATIKA 1 pro obory Finance a řízení a Cestovní ruch

Matematická analýza 1

Planimetrie 2. část, Funkce, Goniometrie. PC a dataprojektor, učebnice. Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora. Průřezová témata Poznámky

1 1 x. (arcsinx) = (arccosx) = (arctanx) = x 2. (arcctg) = (e x ) = e x

Obecnou definici vynecháme. Jednoduše řečeno: složenou funkci dostaneme, když dosadíme za argument funkci g. Potom y f g

MATEMATIKA. Příklady pro 1. ročník bakalářského studia. II. část Diferenciální počet. II.1. Posloupnosti reálných čísel

Doporučená literatura 1. Jako doplněk k přednáškám: V. Hájková, M. Johanis, O. John, O.F.K. Kalenda a M. Zelený: Matematika (kapitoly I IV)

Příklad 1. Řešení 1a Máme vyšetřit lichost či sudost funkce ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 3

Seznámíte se s pojmem primitivní funkce a neurčitý integrál funkce jedné proměnné.

4.3.1 Goniometrické rovnice

Transkript:

8. Elementární funkce I. Exponenciální funkce Definice: Pro komplexní hodnoty z definujeme exponenciální funkci předpisem ( ) e z z k = k!. Vlastnosti exponenciální funkce: a) řada ( ) konverguje absolutně v C; b) pro z = x + jy je ( ) e z = e x (cos y + j sin y); c) je e z 0; d) je e z = (e z ) 1 = e x (cos y j sin y); e) je e z 1+z 2 = e z 1.e z 2 ; f) je e z = e x = e Re z ; g) funkce je periodická s periodou 2πj, tedy e z+2kπj = e z pro celé k; h) funkce je holomorfní v C a (e z ) = e z, z C. II. Goniometrické funkce 1. Funkce sinus a kosinus jsou pro komplexní hodnoty z C definovány vztahy ( ) sin z = 1 2j ( e jz e jz), cos z = 1 ( e jz + e jz). 2 Vlastnosti funkcí sinus a kosinus: a) je sin z = ( 1) k z 2k+1, cos z = (2k + 1)! ( 1) k z 2k, z C; (2k)! b) funkce jsou holomorfní v C a (sin z) = cos z, (cos z) = sin z; 65

c) funkce jsou periodické s periodou 2π, tedy sin (z + 2kπ) = sin z a cos (z + 2kπ) = cos z, k Z; d) je sin (x + jy) = sin x cosh y + j cos x sinh y, cos (x + jy) = cos x cosh y j sin x sinh y; e) pro nulové body platí: sin z = 0 z = kπ, cos z = 0 z = π 2 + kπ, k Z; f) je sin 2 z + cos 2 z = 1. 2. Funkce tangens a kotangens jsou pro komplexní hodnoty definovány vztahy tg z = sin z cos z = ejz e jz j(e jz + e jz ) = e2jz 1 j(e 2jz + 1), z π 2 + kπ; cotg z = cos z sin z = j(ejz + e jz ) e jz e jz = j(e2jz + 1) e 2jz 1, z kπ; Vlastnosti funkcí tangens a kotangens: a) funkce jsou holomorfní na celém definičním oboru a (tg z) = 1 cos 2 z, (cotg z) = 1 sin 2 z ; b) funkce jsou periodické s periodou π, tedy tg (z + kπ) = tg z a cotg (z + kπ) = cotg z, k Z; c) tg z.cotg z = 1. III. Hyperbolické funkce 3. Funkce hyperbolický sinus a kosinus jsou pro komplexní hodnoty z C definovány vztahy ( ) sinh z = 1 2 ( e z e z), cosh z = 1 2 ( e z + e z). 66

Vlastnosti funkcí hyperbolický sinus a kosinus: a) je sinh z = z 2k+1 (2k + 1)!, cosh z = b) funkce jsou holomorfní v C a (sinh z) = cosh z, (cosh z) = sinh z; z 2k (2k)!, z C; c) funkce jsou periodické s periodou 2πj, tedy sinh (z + 2kπj) = sinh z a cosh (z + 2kπj) = cosh z; d) je sinh (x + jy) = sinh x cos y + jcosh x sin y, cosh (x + jy) = cosh x cos y + jsinh x sin y; e) pro nulové body platí: sinh z = 0 z = kπj, cos z = 0 z = πj 2 + kπj, k Z; f) je g) cosh 2 z sinh 2 z = 1. sin z = jsinh (jz), sin jz = jsinh z; cos z = cosh (jz), cos (jz) = cosh z. 4. Funkce hyperbolický tangens a kotangens jsou pro komplexní hodnoty definovány vztahy tgh z = sinh z cosh z = ez e z e z + e z = e2z 1 e 2z + 1, z πj 2 + kπj; cotgh z = cosh z sinh z = ez + e z e z e z = e2z + 1 e 2z 1, z kπj; Vlastnosti funkcí hyperbolický tangens a kotangens: 67

a) funkce jsou holomorfní na celém definičním oboru a (tgh z) = 1 cosh 2 z, (cotg z) = 1 sinh 2 z ; b) funkce jsou periodické s periodou πj, tedy tgh (z + kπj) = tgh z a cotgh (z + kπj) = cotgh z; c) tgh z.cotgh z = 1. 9. Inverzní funkce Definice: Je-li f : G C prostá funkce, pak funkci f 1, která je definována předpisem w = f 1 (z) z = f(w), z Hf, w Df, nazýváme inverzní funkcí k funkci f. Věta. Pro funkci a funkci inverzní platí: Df = Hf 1, Hf = Df 1, (f 1 ) 1 = f, f(f 1 (z)) = z, z Hf, f 1 (f(z)) = z, z Df. Mnohoznačné funkce V případě funkcí komplexní proměnné uvažujeme zobecnění inverzní funkce i pro případy, kdy funkce f není prostá. Pak má rovnice w = f(z) jako řešení vzor f 1 (w) = {z; w = f(z), z Df}, který je množinou několika hodnot. Takové přiřazení považujeme také za funkci, kterou nazýváme mnohoznačnou funkcí. Definice: Je-li f : G C komplexní funkcí, pak inverzní funkcí k funkci f nazýváme funkci f 1, která je definovaná předpisem f 1 (z) = {w; z = f(w), w Df, z Hf}. V případě, že f 1 (z) obsahuje více hodnot, mluvíme o mnohoznačné funkci. Pokud provedeme v množině f 1 (z) výběr jediné hodnoty, dostaneme jednoznačnou funkci, kterou nazýváme jednoznačnou větví mnohoznačné funkce f 1. 68

Poznámka: Mnohoznačnou funkci a její jednoznačné větve označujeme stejným symbolem. Rozlišujeme je tak, že u mnohoznačné funkce je první písmeno velké a u jednoznačné větve malé. Např. Arg, arg, arg α. IV. Odmocnina Je-li z = z (cos ϕ+j sin ϕ) komplexní číslo zapsané v goniometrickém tvaru, pak rovnice ( ( ) ( )) ϕ + 2kπ ϕ + 2kπ z = w n w = z n cos + j sin n n má n různých řešní pro 0 k n 1. Tato řešení jsou hodnotami n značné funkce, která je inverzní k funkci z = w n. Nazýváme ji n-tou odmocninou a značíme ji w = n z. Pro z = 0 je n 0 = 0 a odmocnina má jedinou hodnotu. Věta. O derivaci inverzní funkce. Je-li f : G C prostá a holomorfní funkce v oblasti G, kde f (z) 0, pak je inverzní funkce v oblasti f 1 (G) holomorfní a a tedy (f 1 (w)) = 1 f, w = f(z), z G. (z) Příklad. Pro z 0 je (z n ) = nz n 1 0. Je w = z n z = n w ( n w) = 1 nz n 1 = 1 nw n 1 n = 1 n w 1 n 1. V. Logaritmus je definován jako inverzní funkce k exponenciální funkci. Protože je vždy e z 0, pak definujeme logaritmickou funkci předpisem ( ) w = Ln z z = e w, z 0. Vzorec pro hodnotu logaritmu Pro z 0 je logaritmus mnohoznačnou funkcí a Ln z = ln z + jarg z = ln z + j(arg z + 2kπ), k Z. 69

Funkci ln z = ln z + jarg z nazýváme hlavní hodnotou logaritmu. Jednoznačné větve logaritmu ln α z = ln z + jarg α z jsou holomorfní funkce v oblasti {z; z 0, α π < arg z < α + π} a je: (ln α z) = 1 (e w ) = 1 e w = 1 z. VI. Cyklometrické funkce dostaneme jako inverzní funkce ke goniometrickým funkcím. Odvodíme si jejich vyjádření jako množinu řešení odpovídajících rovnic, ale nebudeme hledat, kde mají jednoznačné větve. Vzorce pro derivace jsou shodné s jejich vyjádřením v případě reálné proměnné. 5. Funkce arkussinus je inverzní k funkci sinus a platí: w = Arcsin z z = sin w. w = Arcsin z = jln (jz ± ) 1 z 2, z C. 6. Funkce arkuskosinus je inverzní k funkci kosinus a platí: w = Arccos z z = cos w. ( w = Arccos z = jln z ± ) z 2 1, z C. 7. Funkce arkustangens je inverzní k funkci tangens a platí: w = Arctg z z = tg w. 70

w = Arctg z = j 2 Ln j + z j z, z ±j. 8. Funkce arkuskotangens je inverzní k funkci kotangens a platí: w = Arccotg z z = cotg w. w = Arccotg z = j 2 Ln z j z + j, z ±j. VII. Hyperbolometrické funkce dostaneme jako inverzní funkce k hyperbolickým funkcím. Odvodíme si jejich vyjádření jako množinu řešení odpovídajících rovnic, ale nebudeme hledat, kde mají jednoznačné větve. Vzorce pro derivace jsou shodné s jejich vyjádřením v případě reálné proměnné. 9. Funkce argument hyperbolického sinu je inverzní k funkci hyperbolický sinus a platí: w = Argsinh z z = sinh w. w = Argsinh z = Ln (z ± ) 1 + z 2, z C. 10. Funkce argument hyperbolického kosinu je inverzní k funkci hyperbolický kosinus a platí: w = Argcosh z z = cosh w. ( w = Argcosh z = Ln z ± ) z 2 1, z C. 11. Funkce argument hyperbolické tangenty je inverzní k funkci hyperbolický tangens a platí: w = Argtgh z z = tgh w. 71

w = Argtgh z = 1 2 Ln 1 + z 1 z, z ±1. 12. Funkce argument hyperbolické kotangenty je inverzní k funkci hyperbolický kotangens a platí: w = Argcotgh z z = cotgh w. w = Argcotgh z = 1 2 Ln z + 1 z 1, z ±1. 72