SPECIÁLNÍCH PRIMITIVNÍCH FUNKCÍ INTEGRACE RACIONÁLNÍCH FUNKCÍ

Podobné dokumenty
SPECIÁLNÍCH PRIMITIVNÍCH FUNKCÍ

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

Matematická analýza ve Vesmíru. Jiří Bouchala

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

1 Polynomiální interpolace

Kapitola 7: Neurčitý integrál. 1/14

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

Kapitola 7: Integrál.

II. 3. Speciální integrační metody

Matematická analýza 1b. 9. Primitivní funkce

Kapitola 7: Integrál. 1/17

7.1 Úvod. Definice: [MA1-18:P7.1a]

kuncova/, 2x + 3 (x 2)(x + 5) = A x 2 + B Přenásobením této rovnice (x 2)(x + 5) dostaneme rovnost

Praha & EU: investujeme do vaší budoucnosti. Daniel Turzík, Miroslava Dubcová,

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

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

1 Mnohočleny a algebraické rovnice

PRIMITIVNÍ FUNKCE DEFINICE A MOTIVACE

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

PRIMITIVNÍ FUNKCE. Primitivní funkce primitivní funkce. geometrický popis integrály 1 integrály 2 spojité funkce konstrukce prim.

FAKULTA STAVEBNÍ MATEMATIKA I MODUL 7 STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

c ÚM FSI VUT v Brně 20. srpna 2007

Integrální počet - II. část (další integrační postupy pro některé typy funkcí)

Wolfram Alpha. v podobě html stránky, samotný výsledek je často doplněn o další informace (např. graf, jiné možné zobrazení výsledku a

1 1 x 2. Jedná se o diferenciální rovnici se separovanými proměnnými, která má smysl pro x ±1 a

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

Teorie. Hinty. kunck6am

Primitivní funkce a Riemann uv integrál Lineární algebra Taylor uv polynom Extrémy funkcí více prom ˇenných Matematika III Matematika III Program

Teorie. Hinty. kunck6am

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Integrální počet VY_32_INOVACE_M0308. Matematika

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.

1. Několik základních pojmů ze středoškolské matematiky. Na začátku si připomeneme následující pojmy:

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Integrální počet VY_32_INOVACE_M0307. Matematika

1 Nulové body holomorfní funkce

Matematika 1 pro PEF PaE

MATEMATIKA II V PŘÍKLADECH

1 Integrální počet. 1.1 Neurčitý integrál. 1.2 Metody výpočtů neurčitých integrálů

Pavel Kreml Jaroslav Vlček Petr Volný Jiří Krček Jiří Poláček

9.5. Soustavy diferenciálních rovnic

Algebraické výrazy-ii

HL Academy - Chata Lopata Emu (Brkos 2012) Řetězové zlomky / 27

y = 1 x (y2 y), dy dx = 1 x (y2 y) dy y 2 = dx dy y 2 y y(y 4) = A y + B 5 = A(y 1) + By, tj. A = 1, B = 1. dy y 1

Matematika 1A. PetrSalačaJiříHozman Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická Technická univerzita v Liberci

Diferenciální rovnice 1

Přehled základních vzorců pro Matematiku 2 1

Elementární funkce. Polynomy

Limita a spojitost LDF MENDELU

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

Diferenciální rovnice 3

ALGEBRA. 1. Pomocí Eukleidova algoritmu najděte největší společný dělitel čísel a a b. a) a = 204, b = 54, b) a = , b =

Inverzní Laplaceova transformace

Příklad. Řešte v : takže rovnice v zadání má v tomto případě jedno řešení. Pro má rovnice tvar

4C. Polynomy a racionální lomené funkce. Patří mezi tzv. algebraické funkce, ke kterým patří také funkce s odmocninami. Polynomy

7 Integrální počet funkce

x 2 +1 x 3 3x 2 4x = x 2 +3

MATEMATIKA K ZÁKLADŮM FYZIKY 2 (prezenční studium) RNDr. Jiří Lipovský, Ph.D.

Věta 12.3 : Věta 12.4 (princip superpozice) : [MA1-18:P12.7] rovnice typu y (n) + p n 1 (x)y (n 1) p 1 (x)y + p 0 (x)y = q(x) (6)

Nejdřív spočítáme jeden příklad na variaci konstant pro lineární diferenciální rovnici 2. řádu s kostantními koeficienty. y + y = 4 sin t.

METODICKÉ LISTY Z MATEMATIKY pro gymnázia a základní vzdělávání

f konverguje a g je omezená v (a, b), pak také konverguje integrál b a fg. Dirichletovo kritérium. Necht < a < b +, necht f : [a, b) R je funkce

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

Neurčitý integrál. Robert Mařík. 4. března 2012

INTEGRÁLY S PARAMETREM

Polynomy a racionální lomené funkce

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LDF MT MATEMATIKA NEURČITÝ INTEGRÁL

MO-ME-N-T MOderní MEtody s Novými Technologiemi

4.3.8 Vzorce pro součet goniometrických funkcí. π π. π π π π. π π. π π. Předpoklady: 4306

Matematika IV 9. týden Vytvořující funkce

Nerovnice v součinovém tvaru, kvadratické nerovnice

1 Neurčitý integrál 1.1 NEURČITÝ INTEGRÁL

Příklad 1 ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 12. a) 3 +1)d. Vypočítejte určité integrály: b) 5sin 4 ) d. c) d. g) 3 d. h) tg d. k) 4 arctg 2 ) d.

7B. Výpočet limit L Hospitalovo pravidlo

Seznámíte se s principem integrace metodou per partes a se základními typy integrálů, které lze touto metodou vypočítat.

Diferenciální rovnice

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

= - rovnost dvou výrazů, za x můžeme dosazovat různá čísla, tím měníme

FUNKCE A JEJICH VLASTNOSTI

ŘADY KOMPLEXNÍCH FUNKCÍ

Nalezněte obecné řešení diferenciální rovnice (pomocí separace proměnných) a řešení Cauchyho úlohy: =, 0 = 1 = 1. ln = +,

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Čebyševovy aproximace

Určete (v závislosti na parametru), zda daný integrál konverguje, respektive zda konverguje. dx = t 1/α 1 dt. sin x α dx =

Kvadratické rovnice. Řešení kvadratických rovnic. Kvadratická rovnice bez lineárního členu. Příklad 1:

55. ročník matematické olympiády

Test M1-ZS12-2 M1-ZS12-2/1. Příklad 1 Najděte tečnu grafu funkce f x 2 x 6 3 x 2, která je kolmá na přímku p :2x y 3 0.

Řešíme tedy soustavu dvou rovnic o dvou neznámých. 2a + b = 3, 6a + b = 27,

Jan Kotůlek. verze 3 ze dne 25. února 2011

Nyní využijeme slovník Laplaceovy transformace pro derivaci a přímé hodnoty a dostaneme běžnou algebraickou rovnici. ! 2 "

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

Integrální počet funkcí jedné proměnné

POŽADAVKY pro přijímací zkoušky z MATEMATIKY

1 Mnohočleny a algebraické rovnice

Soustavy lineárních rovnic

4.1 Řešení základních typů diferenciálních rovnic 1.řádu

MAT 1 Mnohočleny a racionální lomená funkce

Funkce základní pojmy a vlastnosti

Začneme obráceným postupem k počítání derivací, tj. hledáním funkcí, jejichž derivaci známe.

Teorie měření a regulace

dx se nazývá diferenciál funkce f ( x )

7. Aplikace derivace

Transkript:

VÝPOČET PEIÁLNÍH PRIMITIVNÍH FUNKÍ Obecně nelze zadat algoritmus, který by vždy vedl k výpočtu primitivní funkce. Nicméně eistují jisté třídy funkcí, pro které eistuje algoritmus, který vždy vede k výpočtu jejich primitivní funkce. INTEGRAE RAIONÁLNÍH FUNKÍ Z linearity neurčitého integrálu a znalosti primitivní funkce k n je zřejmý výpočet primitivní funkce polynomů. Pro racionální funkce je postup složitější. V této části bude R značit racionální funkci Q P, kde P, Q jsou polynomy stupňů n, m resp., a m. Lze předpokládat, že koeficient u m v Q je.. Je-li n m, eistují polynomy P, P, tak, že R P + P Q, stupeň P je n m, stupeň P je menší než m.. Polynom Q lze napsat (jednoznačně) ve tvaru Q() ( r ) k ( r p ) kp ( + u + v ) l ( + u q + v q ) lq, kde r,..., r p jsou různá reálná čísla (kořeny polynomu Q, k i je násobnost kořenu r i ) a + p j + q j jsou kvadratické polynomy bez reálných kořenů (l j je násobnost jejich kompleních kořenů) a pro různá j mají tyto polynomy různé komplení kořeny. 3. Racionální funkce P Q lze napsat jednoznačně ve tvaru p i ( Ai,ki ( r i ) k +... + A ) i, i ( r i ) kde koeficienty typu A, B, jsou reálná čísla. + q j ( B j,lj + j,lj ( + u j + v j ) l +... + B j, + ) j, j (, + u j + v j ) Získat takový rozklad (na parciální zlomky) znamená (viz příklady ve vičení). Zjistit kořeny jmenovatele, pak formálně napsat uvedený rozklad, vynásobit rovnost jmenovatelem a získat tak rovnost dvou polynomů.. rovnat koeficienty u jednotlivých mocnin. Tím dostaneme soustavu lineárních rovnic pro neznámé koeficienty A, B, s potřebnými indey. 3. Tento systém vyřešíme (má jediné řešení). Integrace racionální funkce byla tedy převedena na integraci polynomu (někdy nulového) a součet jistých jednodušších racionálních funkcí, pro které lze jejich primitivní funkce snadno zjistit. Dále uvedené primitivní funkce jsou definovány na stejné množině jako příslušné částečné zlomky. I. Funkce typu ( r) k jejich integrál je znám z předchozí kapitoly: ( r) k d k ( r) k, pro k ; lg r, pro k.

II. Funkce typu B+ ( +u+v) l se pro B 0 nejdříve převede na tvar, kdy v čitateli je derivace kvadratického trojčlenu z jmenovatele, tj. na B + u ( + u + v) l, jehož integrál se substitucí y + u + v převede na integrál z předchozí části I pro r 0, k l; zbyde výraz tvaru ( + u + v) l, který se pomocí úpravy na čtverec (viz Příklady 4 v předchozí kapitole) převede na tvar (y + ) l a pro jeho integrál eistuje rekurentní vzorec (viz Příklady 3 v předchozí kapitole). Poznámky Příklady vičení Učení PŘEVOD FUNKÍ NA RAIONÁLNÍ FUNKE Některé funkce vzniklé substitucí do racionálních funkcí, se dají integrovat pomocí převodu jinými substitucemi zpět na (obecně jiné) racionální funkce. R(e a ) d Tyto integrály (a je libovolné reálné nenulové číslo) se převedou na integraci racionálních funkcí pomocí substituce e a t: R(e a ) d R(t) dt. a t e e + d : e t e d dt R, t R + log t + ) log e +, R. t + dt R(lg ) Tyto integrály se převádějí na integraci racionální funkce substitucí lg t: R(lg ) d R(t) dt. d + log log d : log t / d dt t + dt t (, ), t R t + log t ) log + log log, (, ). + t dt Příklady

R(sin, cos ) d V tomto případě lze vždy použít substituci tg t t t sin t, cos + t +, d t + dt. sin d tg t : d t + dt (0, π), t R t + t dt t t ( t t + ) tg tg t + dt. Výsledek platí na otevřených intervalech tvaru (kπ, (k + )π), kde k Z. R(sin, cos ) d pokud R( sin, cos ) R(sin, cos ) tg t sin t t +, cos t +, d dt t +. sin d tg t : d t + dt (0, π/), t R t dt t tg. t t + t + dt Jestliže byla hledána primitivní funkce na (0, π) (jak to bude na jiných intervalech?), předchozí postup z tohoto intervalu vynechává bod π/ a dává primitivní funkci na (0, π/) nebo na (π/, π). Napíšeme-li výsledek jako cos sin, dostáváme primitivní funkci na celém intervalu (0, π) (proč?). cos t pokud R( sin, cos ) R(sin, cos ), sin t pokud R(sin, cos ) R(sin, cos ). Příklady 3 cos sin d t sin t : cos d dt (0, π), t (0, ], (0, π). sin R (, p a+b c+d ) d t dt Zde je p přirozené číslo a a, b, c, d jsou reálná čísla splňující vhodné podmínky, aby následující postup a výrazy měly smysl (např. ad bc 0). ubstituce p a + b c + d t 3

převede daný integrál na integrál z racionální funkce. Po umocnění dostaneme a je patrno, že dovedeme vyjádřit pomocí t. Dostaneme p a + b c + d t a + b c + d tp dtp b a ct p. dtp b a ct p, d ( dt p ) b a ct p dt, p a + b c + d t. + + d + t t : Ověříme.M!!! d t (t ) dt (0, ) t (, ) t + ( t t ) (t ) dt 3 t3 t 3 t + t dt ( ) 3 + +, (0, ). R(, a + b + c) d Pokud je a > 0, lze použít substituci a + b + c a + t, pak umocněním se vyřeší t c b at, odkud lze dosazením získat výraz pro a + b + c a pro d. V uvedené substituci lze na pravé straně měnit znaménka; např. někdy bývá výhodnější (podle tvaru integrované funkce) použít a + b + c a + t. Pokud je c > 0, lze použít substituci a + b + c c + t, pak umocněním se vyřeší b ct t a, odkud lze dosazením získat výraz pro a + b + c a pro d. I zde lze na pravé straně substituce měnit znaménka. Ověřte předpoklady. substituční věty pro obě substituce. Zkusíme Eulerovy substituce na příkladech: + + + d + + + t t +t : Ověříme.M!!! d t +t+ (+t) dt (, ) t (0, ) t + t + t( + t) dt.... 4

+ d + + t t +t : Ověříme.M!!! d t +4t+ dt t + t + t(t )( + t ) dt.... (+t ) t NAVÍ: Pokud má dvojčlen a + b + c reálné kořeny (např. když a < 0, c > 0), lze převést odmocninu v R(, a + b + c) d na lineárně lomenou funkci. Např., má-li a + b + c polynom kořeny α < β, pak úprava (pro jednoduchost a ) + b + c α ( α)(β ) (β ) β, vše na intervalu (α, β). Dostaneme se k integrálu typu Q (, p a + b c + d ) d. Zkusíme si to na příkladě ( 3 ) d. Zde ( )( + ), tedy (pro (, )) ( ) + + ( ). Zvolíme substituci Výpočet je standardní: Příklady 4 ( 3 ) t d t +. + t : ( ) d dt (, ), t (0, ) t 4 3t 4 + dt.... 5