MM502+4 forelæsningsslides. uge 6, 2009

Relaterede dokumenter
Funktion af flere variable

Partielle afledede og retningsafledede

MASO Uge 7. Differentiable funktioner. Jesper Michael Møller. Uge 7. Formålet med MASO. Department of Mathematics University of Copenhagen

MASO Uge 7. Differentiable funktioner. Jesper Michael Møller. Uge 7. Formålet med MASO. Department of Mathematics University of Copenhagen

Gradienter og tangentplaner

Oversigt [S] 2.7, 2.9, 11.4

Funktion af flere variable

Funktioner af flere variable

Oversigt [S] 2.7, 2.9, 11.4

EKSAMENSOPGAVELØSNINGER CALCULUS 2 (2005) AUGUST 2006 AARHUS UNIVERSITET

Funktioner af to variable

Test grafisk afledede Højere partielle afledede Differentiationsordenen er ligegyldig Partielle differentialligninger Test Laplaces ligning

Mere om differentiabilitet

Grafisk bestemmelse - fortsat Støttepunkter. Grafisk bestemmelse y. giver grafen. Niveaukurver og retning u = ( 1

Calculus Uge

Oversigt Matematik Alfa 1, August 2002

MM502+4 forelæsningsslides

Oversigt Matematik Alfa 1, Januar 2003

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

Differentiabilitet. f(h) = f(x 0 +h) f(x 0 ). y = f(x) f(h) df(h) Figur 1: Tangent, tilvækst og differential. lim. df(h) = f (x 0 )h.

MM501 forelæsningsslides

Figur y. Nøgleord og begreber Tangentlinje for graf Tangentplan for graf

Vejledende besvarelse på august 2009-sættet 2. december 2009

Matematik A. Studentereksamen. Forberedelsesmateriale til de digitale eksamensopgaver med adgang til internettet

Reeksamen i Calculus

MATEMATIK A-NIVEAU-Net Forberedelsesmateriale

INSTITUT FOR MATEMATIK OG DATALOGI. TIDLIGERE EKSAMENSOPGAVER MM501 Calculus I, MM502 Calculus II Januar 2006 juni 2010

Eksamen i Calculus. 14. juni f (x, y, z) = 1 + x 2 + y 2. x 2 + y 2 1 Hele rummet uden z aksen

z + w z + w z w = z 2 w z w = z w z 2 = z z = a 2 + b 2 z w

Største- og mindsteværdi Uge 11

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

Sætning (Kædereglen) For f(u), u = g(x) differentiable er den sammensatte funktion F = f g differentiabel med

Løsninger til eksamensopgaver på A-niveau 2017

MASO Uge 8. Invers funktion sætning og Implicit given funktion sætning. Jesper Michael Møller. Department of Mathematics University of Copenhagen

GEOMETRI-TØ, UGE 6. . x 1 x 1. = x 1 x 2. x 2. k f

Nøgleord og begreber Eksistens og entydighed Retningsfelt Eulers metode Hastighedsfelt Stabilitet

Reeksamen i Calculus

EKSAMENSOPGAVELØSNINGER CALCULUS 2 (2005) JANUAR 2006 AARHUS UNIVERSITET.. Beregn den retningsafledede D u f(0, 0).

Ekstrema, Teori og Praksis

Eksamen i Calculus. 14. juni f (x, y, z) = 1 + x 2 + y 2. x 2 + y 2 1 Hele rummet uden z aksen

Eksamen i Calculus. 14. juni f (x, y, z) = 1 + x 2 + y 2. Hele rummet uden z aksen

Matematisk modellering og numeriske metoder

Differentialligninger med TI-Interactive!

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

11. Funktionsundersøgelse

Nøgleord og begreber Eksistens og entydighed Retningsfelt Eulers metode Hastighedsfelt Stabilitet

Eksamen i Calculus. Første Studieår ved Det Tekniske Fakultet for IT og Design samt Det Ingeniør- og Naturvidenskabelige Fakultet. 3.

CALCULUS "SLIDES" TIL CALCULUS 1 + 2

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 11

Prøveeksamen i Calculus

LiA 2 Side 0. Lineær algebra 3. kursusgang

Test grafisk afledede Højere partielle afledede Differentiationsordenen er ligegyldig Partielle differentialligninger Test Laplaces ligning

Taylorudvikling I. 1 Taylorpolynomier. Preben Alsholm 3. november Definition af Taylorpolynomium

Reeksamen i Calculus

Mat H /05 Note 2 10/11-04 Gerd Grubb

(Prøve)Eksamen i Calculus

Ekstremumsbestemmelse

Aalborg Universitet - Adgangskursus. Eksamensopgaver. Matematik B til A

Opgave 1 - løsning 1) De partielle afledede beregnes. Opgave 1 Betragt funktionen. x + y for x > 0, y > 0. f x = y 1 (x + y) 2.

Løsninger til eksamensopgaver på A-niveau 2019 ( ) ( )

Nøgleord og begreber Separable ligninger 1. ordens lineær ligning August 2002, opgave 7 Rovdyr-Byttedyr system 1. ordens lineært system Opgave

Eksamen i Calculus. Onsdag den 1. juni Første Studieår ved Det Teknisk-Naturvidenskabelige Fakultet og Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet

Lokalt ekstremum DiploMat 01905

Besvarelser til Calculus Ordinær eksamen - Forår - 6. Juni 2016

MM501 forelæsningsslides

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 3. Januar 2017

INDHOLDSFORTEGNELSE. Side Indledning 2. Kapitel 1 Introduktion til funktioner af 2 variable 3 Niveaukurver 5

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 13

Prøveeksamen MR1 januar 2008

Besvarelser til de to blokke opgaver på Ugeseddel 7

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2018

Besvarelser til Calculus og Lineær Algebra Globale Forretningssystemer Eksamen - 3. Juni 2014

Matematik A. Studentereksamen. Digital eksamensopgave med adgang til internettet

Geometriske grundbegreber 8. lektion

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen - 5. Januar 2018

Oversigt [S] 7.2, 7.5, 7.6; [LA] 18, 19

Opgave 1 Betragt funktionen. x + y for x > 0, y > 0. 3) Angiv en enhedsvektor u så at den retningsafledede D u f(5, 2) er 0.

Nøgleord og begreber Analysens hovedsætning Stamfunktioner Itereret integral Test itereret integral Fubinis sætning Test Fubini Eksempler Test produkt

Differential- regning

Opgave 1 - løsning 1) De partielle afledede beregnes. Opgave 1 Betragt funktionen. x + y for x > 0, y > 0. f x = y 1 (x + y) 2.

Lineær algebra 4. kursusgang

Vektorer i 3D. 1. Grundbegreber. 1. Koordinater. Enhedsvektorerne. Vektor OP. De ortogonale enhedsvektorer kaldes for: Hvis punkt p har koordinaterne:

af koblede differentialligninger (se Apostol Bind II, s 229ff) 3. En n te ordens differentialligning

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

Introduktion til Laplace transformen (Noter skrevet af Nikolaj Hess-Nielsen sidst revideret marts 2013)

x 2 + y 2 dx dy. f(x, y) = ln(x 2 + y 2 ) + 2 1) Angiv en ligning for tangentplanen til fladen z = f(x, y) i punktet

Supplerende opgaver. 0. Opgaver til første uge. SO 1. MatGeo

Vektorfunktioner. (Parameterkurver) x-klasserne Gammel Hellerup Gymnasium

Eksamen i Calculus. Første Studieår ved Det Teknisk-Naturvidenskabelige Fakultet og Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet. 6.

Oversigt [S] 7.3, 7.4, 7.5, 7.6; [LA] 15, 16, 17

Sandsynlighedsregning 6. forelæsning Bo Friis Nielsen

MOGENS ODDERSHEDE LARSEN. Funktioner af flere variable

Oversigt [S] 7.3, 7.4, 7.5, 7.6; [DL] 1, 2

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

Differentialligninger. Ib Michelsen

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 10 opgaver over. , og et punkt er givet ved: P (2, 1).

MATEMATIK A-NIVEAU. Kapitel 1

Om første og anden fundamentalform

Epistel E2 Partiel differentiation

Transkript:

MM502+4 forelæsningsslides uge 6, 2009 1

Definition partielle afledede: De (første) partielle afledede af en funktion f(x, y) af to variable er f(x + h, y) f(x, y) f 1 (x, y) := lim h 0 h f(x, y + k) f(x, y) f 2 (x, y) := lim k 0 k f 1 (x, y) hedder den partielle afledede af f(x, y) i x-retningen, f 2 (x, y) hedder den partielle afledede af f(x, y) i y-retningen. Man bestemmer f 1 (x, y) ved at opfatte y-variablen i f(x, y) som en konstant, hvorved f(x, y) bliver en funktion i een variabel x, som nu differentieres på sædvanlig vis. På tilsvarende måde bestemmes f 2 (x, y). Notationer: For en funktion z = f(x, y) i 2 variable benyttes erne: f 1 (x, y) = z f(x, y) = x x = f x(x, y) = D 1 f(x, y) f 2 (x, y) = z f(x, y) = y y = f y(x, y) = D 2 f(x, y) Notationer: Evaluering af partielle afledede i et punkt (a, b): ( ) f 1 (a, b) = f(x, y) = z = f x (a, b) = D 1 f(a, b) x (a,b) x (a,b) ( ) f 2 (a, b) = f(x, y) = z = f y (a, b) = D 2 f(a, b) y (a,b) y (a,b) 2

Definition partielle afledede: For en funktion i flere end to variable, fx. f(x, y, z) eller f(x 1, x 2,..., x n ), defineres de partielle afledede f 1 (x, y, z) = x f(x, y, z), f 2(x, y, z) = y f(x, y, z), f 3(x, y, z) = f(x, y, z) z hhv. f 1 (x 1, x 2,..., x n ) = x 1 f(x 1, x 2,..., x n ), f 2 (x 1, x 2,..., x n ) = x 2 f(x 1, x 2,..., x n ), f n (x 1, x 2,..., x n ) = f(x 1, x 2,..., x n ) x n helt analogt! Tangentplan og normallinie til grafen for f(x, y): Tangentplanen til grafen for f(x, y) i punktet (a, b) er udspændt af de to retningsvektorer T 1 = i + f 1 (a, b)k, T 2 = j + f 2 (a, b)k. Normalvektoren n til tangentplanen er vinkelret på T 1 og T 2, og kan således bestemmes til at være n = f 1 (a, b)i + f 2 (a, b)j k. Tangentplanen til grafen for f(x, y) i punktet (a, b) går igennem punktet (a, b, f(a, b)) og har normalvektor n, og har derfor ligningen f 1 (a, b)(x a) + f 2 (a, b)(y b) + ( 1)(z f(a, b)) = 0, som kønnere kan skrives på formen: z = f(a, b) + f 1 (a, b)(x a) + f 2 (a, b)(y b). Normallinien til grafen for f(x, y) i punktet (a, b) går gennem punktet (a, b, f(a, b)) og har retningsvektor n, og har derfor parameterfremstillingen (a, b, f(a, b)) + t n, eller og ligningerne (a + tf 1 (a, b))i + (b + tf 2 (a, b))j + (f(a, b) t)k, t R, x a f 1 (a, b) = y b f 2 (a, b) z f(a, b) =, 1 (sidstnævnte forudsætter, at f 1 (a, b) 0 og f 2 (a, b) 0). 3

Definition Højere partielle afledede: For en funktion z = f(x, y) af to variable defineres de højere afledede bla. som følger: 2 z := z x 2 x x 2 z := z y 2 y y 2 z := z x y x y 2 z y x := z y x 3 z := 2 z x 2 y x x y = f 11 (x, y) = f xx (x, y) = f 22 (x, y) = f yy (x, y) = f 21 (x, y) = f yx (x, y) = f 12 (x, y) = f xy (x, y) = f 211 (x, y) = f yxx (x, y) Theorem 1: Hvis f(x, y) er en funktion af to variable, hvis P = (a, b) er et punkt i domænet for f(x, y), og hvis de partielle afledede 2 x y f(x, y) og 2 f(x, y) y x findes og er kontinuerte i en omegn af punktet P, da er 2 f(a, b) = 2 x y f(a, b). y x Denne sætning betyder, at vi under passende, men ikke særligt strenge betingelser på f(x, y) kan ombytte differentiationsrækkefølgen. Også for funktioner af flere end to variable. Bla. er 4 x y z x f(x, y, z) = 4 f(x, y, z), x 2 y z hvis alle de involverede højere partielle afledede findes og er kontinuerte. 4

Kæderegel, Version I: Hvis f(x, y) er en funktion i 2 variable og u(t) og v(t) er funktioner i en variabel, hvis f(x, y), u(t) og v(t) er differentiable, og hvis g(t) := f(u(t), v(t)), da er g(t) differentiabel og g (t) = f 1 (u(t), v(t)) u (t) + f 2 (u(t), v(t)) v (t) = f ( ) u(t), v(t) du f ( ) (t) + u(t), v(t) dv x dt y dt (t). Reglen kan omformuleres ved at bruge z istedet for f(x, y): Hvis z afhænger differentiabelt af x og y, og hvis x og y begge afhænger differentiabelt af en parameter t, da er dz dt = z dx x dt + z dy y dt. 5

Kæderegel, Version II: Hvis f(x, y) er en funktion i 2 variable og u(s, t) og v(s, t) er funktioner i to variable, hvis f(x, y), u(s, t) og v(s, t) er differentiable, og hvis g(s, t) := f ( u(s, t), v(s, t) ), da er g(s, t) differentiabel og ( ) u g 1 (s, t) = f 1 u(s, t), v(s, t) s (s, t) + f 2(u(s, t), v(s, t)) v (s, t) s = f ( ) u f ( ) v u(s, t), v(s, t) (s, t) + u(s, t), v(s, t) (s, t). x s y s ( ) u g 2 (s, t) = f 1 u(s, t), v(s, t) (s, t) = f x ( u(s, t), v(s, t) ) u t t (s, t) + f 2(u(s, t), v(s, t)) v t f (s, t) + y ( ) v u(s, t), v(s, t) (s, t). t Også her kan reglen omformuleres ved at bruge z istedet for f(x, y): Hvis z afhænger differentiabelt af x og y, og hvis x og y begge afhænger differentiabelt af variable s og t, da er z s = z x x s + z y y s og z t = z x x t + z y y t Linearisering: Lineariseringen af en funktion f(x, y) i to variable i punktet (a, b) er funktionen L(x, y) = f(a, b) + f 1 (a, b)(x a) + f 2 (a, b)(y b). Lineariseringen er defineret, hvis de partielle afledede f 1 (a, b) og f 2 (a, b) findes. Ligning for tangentplan: z = L(x, y) Ligning for graf: z = f(x, y) Vi forventer, at f(x, y) L(x, y) når (x, y) er tæt på (a, b). 6

Gradient definition: Til en funktion f(x, y), som har første partielle afledede, defineres gradienten ved f(x, y) = f 1 (x, y)i + f 2 (x, y)j Bemærk, at gradienten f(x, y) er en vektor. Den benævnes også gradf(x, y). Theorem 6 Hvis f(x, y) er differentiabel i punktet (a, b) og hvis f(a, b) 0, da er f(a, b) vinkelret på niveaukurven gennem (a, b). f(x, y) vokser mest i retningen f(a, b), f(x, y) aftager mest i retningen f(a, b), f(x, y) er konstant langs niveaukurven gennem (a, b) Retningsafledede definition: Antag at f(x, y) er differentiabel i punktet (a, b). Til enhver enhedsvektor u = (u, v) defineres den retningsafledede af f(x, y) i retningen u ved D u f(a, b) = lim t 0 f(a + tu, b + tv) f(a, b) t Den retningsafledede u f(a, b) kaldes også rate of change i retningen u. Hvis f(x, y) er differentiabel i (a, b), så findes den retningsafledede i hver retning u, og den er i bekræftende fald bestemt ved D u f(a, b) = u f(a, b) Rate of change i retningen bestemt ved f(a, b) er lig med f(a, b) : D u f(a, b) = f(a, b), når u = f(a, b)/ f(a, b) D i f(a, b) = f 1 (a, b), D j f(a, b) = f 2 (a, b), D i f(a, b) = f 1 (a, b). D j f(a, b) = f 2 (a, b). 7

Gradient i 3 eller flere dimensioner definition: Gradienten af en funktion f(x 1, x 2,..., x n ) i n variable, som har alle første afledede, defineres ved f(x 1, x 2,..., x n ) = f x 1 e 1 + f x 2 e 2 + + f x n e n Her er e 1, e 2,..., e n enhedsvektorer langs koordinatretningerne. Specielt, hvis f(x, y, z) er en funktion i 3 variable, har vi f(x, y, z) = f x i + f y j + f z k Også her kan vi tale om retningsafledede og rate of change, som vi i tre dimensioner kan definere ved D u f(a, b, c) = u f(x, y, z) Funktionen f(x, y, z) vokser mest i retningen bestemt ved f, den aftager mest i retningen f, og f er vinkelret på niveaufladerne for f(x, y, z). 8