Matematika A2H Vizsga feladatsor M

Hasonló dokumentumok
Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

Matematika I. NÉV:... FELADATOK: 2. Határozzuk meg az f(x) = 2x 3 + 2x 2 2x + 1 függvény szélsőértékeit a [ 2, 2] halmazon.

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

Sorozatok, sorok, függvények határértéke és folytonossága Leindler Schipp - Analízis I. könyve + jegyzetek, kidolgozások alapján

1/1. Házi feladat. 1. Legyen p és q igaz vagy hamis matematikai kifejezés. Mutassuk meg, hogy

A fontosabb definíciók

Matematika szigorlat június 17. Neptun kód:

VIK A2 Matematika - BOSCH, Hatvan, 3. Gyakorlati anyag. Mátrix rangja

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

0-49 pont: elégtelen, pont: elégséges, pont: közepes, pont: jó, pont: jeles

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

1. Számsorok, hatványsorok, Taylor-sor, Fourier-sor

Matematika I. NÉV:... FELADATOK:

Feladatok megoldásokkal a 9. gyakorlathoz (Newton-Leibniz formula, közelítő integrálás, az integrálszámítás alkalmazásai 1.

Matematika III előadás

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

Analízis I. beugró vizsgakérdések

1. feladatsor: Vektorterek, lineáris kombináció, mátrixok, determináns (megoldás)

T obbv altoz os f uggv enyek integr alja. 3. r esz aprilis 19.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Számsorok. 1. Definíció. Legyen adott valós számoknak egy (a n ) n=1 = (a 1, a 2,..., a n,...) végtelen sorozata. Az. a n

1. Bázistranszformáció

sin x = cos x =? sin x = dx =? dx = cos x =? g) Adja meg a helyettesítéses integrálás szabályát határozott integrálokra vonatkozóan!

n n (n n ), lim ln(2 + 3e x ) x 3 + 2x 2e x e x + 1, sin x 1 cos x, lim e x2 1 + x 2 lim sin x 1 )

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

1. feladatsor: Vektorfüggvények deriválása (megoldás)

LINEÁRIS ALGEBRA. matematika alapszak. Euklideszi terek. SZTE Bolyai Intézet, őszi félév. Euklideszi terek LINEÁRIS ALGEBRA 1 / 40

Függvények Megoldások

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

Kettős integrál Hármas integrál. Többes integrálok. Sáfár Orsolya május 13.

Kalkulus I. gyakorlat Fizika BSc I/1.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

ANALÍZIS II. Példatár

f(x) vagy f(x) a (x x 0 )-t használjuk. lim melyekre Mivel itt ɛ > 0 tetszőlegesen kicsi, így a a = 0, a = a, ami ellentmondás, bizonyítva

minden x D esetén, akkor x 0 -at a függvény maximumhelyének mondjuk, f(x 0 )-at pedig az (abszolút) maximumértékének.

Matematika elméleti összefoglaló

FELVÉTELI VIZSGA, szeptember 12.

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

8n 5 n, Értelmezési tartomány, tengelymetszetek, paritás. (ii) Határérték. (iii) Első derivált, monotonitás,

Szélsőérték feladatok megoldása

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

Többváltozós függvények Feladatok

Széchenyi István Egyetem

2 (j) f(x) dx = 1 arcsin(3x 2) + C. (d) A x + Bx + C 5x (2x 2 + 7) + Hx + I. 2 2x F x + G. x

Analízis II. Analízis II. Beugrók. Készítette: Szánthó József. kiezafiu kukac gmail.com. 2009/ félév

1. zárthelyi,

b) Ábrázolja ugyanabban a koordinátarendszerben a g függvényt! (2 pont) c) Oldja meg az ( x ) 2

12. Mikor nevezünk egy részhalmazt nyíltnak, illetve zártnak a valós számok körében?

I. feladatsor. 9x x x 2 6x x 9x. 12x 9x2 3. 9x 2 + x. x(x + 3) 50 (d) f(x) = 8x + 4 x(x 2 25)

2. Hogyan számíthatjuk ki két komplex szám szorzatát, ha azok a+bi alakban, illetve trigonometrikus alakban vannak megadva?

Matematika II képletek. 1 sin xdx =, cos 2 x dx = sh 2 x dx = 1 + x 2 dx = 1 x. cos xdx =,

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Matematika (mesterképzés)

Az f ( xy, ) függvény y változó szerinti primitív függvénye G( x, f xydy= Gxy + C. Kétváltozós függvény integrálszámítása. Primitívfüggvény.

Mátrixok 2017 Mátrixok

Gyakorló feladatok I.

MATEMATIKA 2. dolgozat megoldása (A csoport)

Lineáris leképezések. Wettl Ferenc március 9. Wettl Ferenc Lineáris leképezések március 9. 1 / 31

1. Házi feladat. Határidő: I. Legyen f : R R, f(x) = x 2, valamint. d : R + 0 R+ 0

A Matematika I. előadás részletes tematikája

5 1 6 (2x3 + 4) 7. 4 ( ctg(4x + 2)) + c = 3 4 ctg(4x + 2) + c ] 12 (2x6 + 9) 20 ln(5x4 + 17) + c ch(8x) 20 ln 5x c = 11

Kalkulus 2., Matematika BSc 1. Házi feladat

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Kalkulus I. NÉV: Határozzuk meg a következő határértékeket: 8pt

2012. október 2 és 4. Dr. Vincze Szilvia

2. Zárthelyi megoldásokkal 1998 tavasz I. évf tk.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Függvények

Testek. 16. Legyen z = 3 + 4i, w = 3 + i. Végezzük el az alábbi. a) (2 4), Z 5, b) (1, 0, 0, 1, 1) (1, 1, 1, 1, 0), Z 5 2.

Haladó lineáris algebra

ANALÍZIS III. ELMÉLETI KÉRDÉSEK

Matematika szigorlat, Mérnök informatikus szak I máj. 12. Név: Nept. kód: Idő: 1. f. 2. f. 3. f. 4. f. 5. f. 6. f. Össz.: Oszt.

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

Lineáris leképezések (előadásvázlat, szeptember 28.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

x 2 e x dx c) (3x 2 2x)e 2x dx x sin x dx f) x cosxdx (1 x 2 )(sin 2x 2 cos 3x) dx e 2x cos x dx k) e x sin x cosxdx x ln x dx n) (2x + 1) ln 2 x dx

Numerikus módszerek I. zárthelyi dolgozat (2017/18. I., A. csoport) Megoldások

Értelmezési tartomány, tengelymetszetek, paritás. (ii) Határérték. (iii) Első derivált, monotonitás, x x 2 dx = arctg x + C = arcctgx + C,

Integrálszámítás. a Matematika A1a-Analízis nevű tárgyhoz november

Sorozatok. 5. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Sorozatok p. 1/2

Gauss-Jordan módszer Legkisebb négyzetek módszere, egyenes LNM, polinom LNM, függvény. Lineáris algebra numerikus módszerei

Optimalizálási eljárások GYAKORLAT, MSc hallgatók számára. Analízis R d -ben

VEKTORTEREK I. VEKTORTÉR, ALTÉR, GENERÁTORRENDSZER október 15. Irodalom. További ajánlott feladatok

Függvény határérték összefoglalás

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

PTE PMMFK Levelező-távoktatás, villamosmérnök szak

9. TÖBBVÁLTOZÓS FÜGGVÉNYEK DIFFERENCIÁLSZÁMITÁSA. 9.1 Metrika és topológia R k -ban

Boros Zoltán február

15. LINEÁRIS EGYENLETRENDSZEREK

Gyakorló feladatok. Agbeko Kwami Nutefe és Nagy Noémi

Energetika és Mechatronika BSc szakok Matematika A2H Vizsga gyakorló feladatsor F. Kiadva: május 22.

2. SZÉLSŽÉRTÉKSZÁMÍTÁS. 2.1 A széls érték fogalma, létezése

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

1. Absztrakt terek 1. (x, y) x + y X és (λ, x) λx X. műveletek értelmezve vannak, és amelyekre teljesülnek a következő axiómák:

Kétváltozós függvények differenciálszámítása

MATE-INFO UBB verseny, március 25. MATEMATIKA írásbeli vizsga

Átírás:

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Energetika és Mechatronika BSc szakok Matematika AH Vizsga feladatsor M Dátum: 6. június 3. Munkaidő: 9 perc Hallgató neve: Hallgató Neptun kódja:. Egy feltételesen konvergens sor részletösszegei nem alkothatnak monoton sorozatot..) (3 pont: 3 jó válasz 3 pont, jó, kevesebb pont) Melyik állítás igaz, melyik nem? a.) b.) Ha a λ szám az A R 3 3 mátrix karakterisztikus polinomjának -szeres gyöke, és A diagonalizálható, akkor mindig van olyan O ortogonális mátrix, amelyre OAO T D diagonális. c.) Ha egy differenciálható f függvénynek egy P int D f pontban van támaszsíkja, akkor az érintősíkja is..) (3 pont) Definiálja, mit jelent az, hogy egy f n : H R függvénysorozat egyenletesen konvergens egy E H halmazon! Fogalmazzon meg ezzel ekvivalens kritériumot!.) (5 pont) Hogyan van értelmezve egy A R m n mátrix rangja? Adjon meg legalább öt különböző, de ekvivalens meghatározást! 3.) (5 pont) Adja meg egy H R n korlátos halmaz n-dimenziós Jordan-mérhetőségének és a V n (H) n dimenziós Jordan-térfogatának a definícióját! n e n+in 4.) (3 pont) Tekintsük a komplex tagú numerikus sort! n e 3n i n a.) b.) n Állapítsa meg, hogy konvergens-e a sor! Állapítsa meg, hogy abszolút konvergens-e a sor! 5.) (4 pont) Tekintsük a H(x) : a.) Írja fel H(x) Maclaurin-sorát! x e t3 dt integrált! b.) Meddig kell elmenni a szummázásban, hogy H(, 5) értékét legalább 4 tizedesre pontosan megállapítsuk? 6.) (5 pont) Legyenek e(z) : e z, f(z) : e z, g(z) : ch (z + ) és h(z) : sh (z )! a.) Keressük meg a W : [e(z), f(z), g(z), h(z)] C(R) altér egy bázisát! b.) Hány dimenziós teret feszítenek ki ezek a függvények a C(R) vektortérben?

7.) (5 pont) Állapítsa meg, hogy diagonalizálható-e az M : mátrix, és ha igen, akkor írja fel a diagonális átalakítás szorzat alakját! 8.) (6 pont) Tekintsük a h(x, y, z) (xy + z, e x y, zx + 3y) : R 3 R 3 függvényt! Ekkor az a : (,, ) pont képe a b : h(a) (4,, 3) pont lesz. Invertálható-e differenciálható módon a h függvény a b pont egy környezetében? Ha igen, határozza meg a h inverz függvény deriváltját a b pontban! 9.) (3 pont) Teljes differenciál-e az (x 3 + ch y) dx + (e z + xsh y) dy + e z ydz differenciál? Válaszát indokolja!.) (6 pont) Állapítsa meg a g(x, y) : e x 3x + x y függvény értelmezési tartományát és értékkészletét!.) (7 pont) A P paralelogrammát az xy síkban az x 3, x, y x és y x + (x 3y) ch (y x) egyenesek határolják. Számítsuk ki az I : dxdy területi integrált! P 3 4x + 4y (Útmutatás: Alkalmazzuk az u : x 3y, v : x + y helyettesítést!).) (5 pont) Egy R 3 cm sugarú, gömb alakú görödgdinnyébe egyenes kúp alakú L léket vágunk úgy, hogy annak csúcsa a dinnye közepébe ér, és a kúpnak a gömb héjánál l 5 cm a sugara. Mennyi lesz a kivágott lék tömege, ha a dinnye sűrűségét a vízével egyezőleg g/cm 3 -nek vesszük, és úgy számolunk, hogy π 6, 3? (Útmutatás: Használjuk az (x, y, z) G : (r sin θ cos ϕ, r sin θ sin ϕ, r cos θ) gömbi koordinátákra való áttérést!) EMLÉKEZTETŐ: A GÖMBI KOORDINÁTÁK A térben egy P pont gömbi koordinátái az r : OP x + y + z, a P pontnak az xy-síkra vetített merőleges P vetületének a polárkoordinátákból jól ismert ϕ irányszöge (azaz az OP szöge a pozitív x tengely irányával), és a P pont θ elhajlása, azaz OP -nek a pozitív z tengellyel bezárt szöge. Mivel OP sin θ OP, a gömbi koordinátákkal kifejezve a a P ponthoz tartozó szokásos derékszögű (x, y, z) koordinátákat, azt kapjuk, hogy x r sin θ cos ϕ, y r sin θ sin ϕ, z r cos θ. Tehát a gömbi koordinátákra való áttérést a G (r sin θ cos ϕ, r sin θ sin ϕ, r cos θ) leképezés valósítja meg. Az áttérés Jacobi determinánsára x x x r ϕ θ sin θ cos ϕ r sin θ sin ϕ r cos θ cos ϕ J G y r r y ϕ ϕ y θ θ sin θ sin ϕ r sin θ cos ϕ r cos θ sin ϕ cos θ r sin θ aminek utolsó két oszlopából r-et kiemelve és a determinánst az utolsó sor szerint kifejtve J G r cos θ sin θ sin ϕ cos θ cos ϕ sin θ cos ϕ cos θ sin ϕ + ( sin θ) sin θ cos ϕ sin θ sin ϕ sin θ sin ϕ sin θ cos ϕ r sin θ.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Energetika és Mechatronika BSc szakok Matematika AH Vizsga feladatok megoldásai M.) (3 pont: 3 jó válasz 3 pont, jó, kevesebb pont) a.) IGAZ. (U.i. ha S n monoton, akkor a n S n S n állandó előjelű, így ha konvergens is, akkor már abszolút konvergens is /mert n a n ± a n feltétel szerint konvergens/, azaz nem lehetne csak feltételesen, de nem abszolút konvergens.) b.) HAMIS. (Akkor lehet ortogonális transzformációval/mátrixszal diagonalizálni, ha a mátrix szimmetrikus és a feltevésekből ez nem következik. Ld. pl. az mátrixot, amely alsó háromszögmátrix, sajátértékei λ és λ,3, és az utóbbiakhoz e és e sajátvektorok is; ezért biztosan lehet diagonalizálni (u.i. λ -hez is kell lennie egy sajátvektornak ez egyébként konrétan az (,, ) T vektor) de mégsem lehet ortogonálisan diagonalizálni, hiszen A nem szimmetrikus.) c.) IGAZ. (U.i. differenciálható függvény minden támaszsíkja egyúttal az adott pont körüli legjobb lineáris közelítés is.).) (3 pont) Az f n függvénysorozat egyenletesen konvergens egy E H részhalmazon, ha az f n E E : R függvénysorozatra ε > N N(ε) ú.h. n N x E f n (x) f(x) ε. Ez akkor és csak akkor teljesül, ha a függvénysorozat egyenletesen Cauchy tulajdonságú az E halmazon: ε > N(ε), m n N x E f n (x) f m (x) ε. Tehát az egyenletesség mindig azt jelenti, hogy N(ε) nem függ x-től..) (5 pont) Az A mátrix r(a) rangja definíció szerint az s(a) sor-rang és o(a) oszloprang közös értéke volt: a sor- ill. oszlop-rang pedig a sorok ill. oszlopok által kifeszített altér dimenziója (azaz a vektorok közt található lineárisan független vektorok maximális száma) volt. Ezzel egyenlő a mátrix redukált lépcsős alakjában (r.r.e.f) található vezérelemek e(a) száma, vagy az im A képtér dimenziója, valamint a k k-as nem-szinguláris részmátrixok méretének max{k : B R k k, B A, det B } maximális értéke. Ki lehet még számítani a rangot a dimenzió-tételből is úgy, mint m dim ker A, mert az A mátrix lineáris leképezést valósít meg az U : R m térből az R n térbe (az y Ax képlettel) és m dim U dim ker A + dim im A r(a) dim im A m dim ker A. Mivel ker A {x R m : Ax a i x (i,..., m)} S(A), azt is mondhatjuk, hogy a sortér merőleges kiegészítő alterének a dimenzióját kell levonni m-ből. Hasonló okoskodással egyébként a képtér n dimenziójából levonva az R(A) oszloptér ( im A képtér) merőleges kiegészítő alterének dimenzóját, szintén meg kell kapjuk az oszloptér (képtér) dimenzióját, azaz a rangot.

3.) (5 pont) Az R n -beli téglák mérhetőek, és térfogatuk az oldalaik hosszának a szorzata ekvivalensen, elegendő azt feltenni, hogy V n ([, ] n ). H csak akkor lehet Jordan-mérhető, ha korlátos. Általában, egy korlátos H halmazt Jordan-mérhetőnek nevezünk, ha a V (H) alsó- és V (H) felső Jordan-mértéke megegyezik. Ekkor ezek közös értéke a H halmaz V n (H) n-dimenziós Jordan térfogata v. mértéke. Itt a felső Jordan-térfogat V (H) : inf m R j V n(r j ), ahol R tetszőleges lefedő téglarendszer, azaz tetszőleges m N mellett R j R n (j,..., m) téglák olyan rendszere, amelyre m j R j H. Az alsó Jordan-mérték hasonlóan V (H) : sup m Q j V n(q j ), ahol Q tetszőleges beírt tégla-rendszer, azaz tetszőleges m N mellett Q j R n (j,..., m) téglák olyan diszjunkt rendszere, amelyre Q j H. 4.) (3 pont) A b.) résszel kezdjük a megoldást, mert ha a sor abszolút konvergens, n e n+in akkor konvergens is. A sor tagjainak abszolút értékeire a n ne 3n i n n e n+in n e 3n i n n e n ne 3n ne n, mivel e a+ib e a és e a /e b e a b. Így az abszolút értékekből álló sorra a n ne n e ( e ) e (e ) <, n n konvergens, hiszen előadáson kiszámítottuk (a geometriai sor deriváltsorából), hogy z < esetén így z /e < -re is nz n z ( z). n Ha ez nem jut eszünkbe, akkor is könnyen látható (pl. a hányadoskritériummal vagy a gyökkritériummal), hogy n ne n <. Tehát b.)-re a válasz: a sor abszolút konvergens. a.) Mivel azt találtuk, hogy a sor abszolút konvergens, így automatikusan konvergens is. 5.) (4 pont) Az exponenciális függvény e z n zn /n! hatványsora (Maclaurin sora) minden korlátos és zárt halmazon így a [, x] [,, 5] intervallumon is egyenletesen konvergens. Ezért hatványsorba fejtés és z t 3 helyettesítése után felcserélhető x az integrálás és a szummáció sorrendje. Így kapjuk, hogy H(x) ( t) 3n /n! dt x [ ( ) n t 3n /n! dt ( ) n t 3n+ ] x ( ) n x 3n+ n (3n + )n! n (3n + )n!. n A kapott sorfejtés egy Leibniz típusú (alternáló) sor, ezért konvergens és a hibájára R N < a N+. Tehát ha a sort ε <, 5 /. hibával akarjuk kiszámolni, akkor minden olyan N küszöb alkalmas, amelyre a N+ ( ) N+ x 3N+4 (3N + 4)(N + )!, 5 3N+4 (3N + 4)(N + )! <, 5, azaz amelyre. < 3N+4 (3N + 4)(N + )!. N 3-ra a jobboldali mennyiség 3 3 4! 3 3 4 6 39 > 4 >.., tehát már R 3 a 4 < /.. <, 5, és hat tizedesjegyre is jól közelít. N -re ez 6 >., tehát már N -re fennáll a 4 tizedesjegyre való közelítés. n

6.) (5 pont) a.) A legtermészetesebb választás talán pont az {e(z), f(z)} rendszer. Ez a két függvény C(R)-ben lineárisan függgetlen, mert ha ae(z) + bf(z) (azonosan, tehát a C(R) térben mint konstans függvény jelentkezik az összegük), akkor pl. a z és z értékeket behelyettesítve a + b és ea + e b, tehát (e )a és így a, amiből pedig már a + b miatt b is következik. A további függvények a definíciójuk miatt g(z) ch (z + ) (ez+ + e z ) e e(z) f(z) illetve h(z) sh (z ) e (ez e z ) e e(z) e f(z) alakban az e(z) és f(z) függvények lineáris kombinációiként állnak elő, tehát ezektől lineárisan függenek. Így W [e(z), f(z)], ahol ez a két generáló függvény már lineárisan független, azaz bázis, és a generált altér dimenziója ennek megfelelően dim W. 7.) (5 pont) Alsó háromszögmátrix lévén, M sajátértékei a diagonális elemek: p M (λ) (λ )(λ ) és λ, valamint λ,3 kétszeres sajátérték. A sajátvektorokat az (M I)x illetve (M I)y saját-egyenletekből lehet kiszámítani: ezeknek az egyenleteknek az együttható-mátrixaira Gauss-Jordan eliminációt [ ] végezve adódik A I, x + x és x 3, azaz x t [ ] [ ] illetve A I, y, y, tehát y s. A mátrixnak csak két lineárisan független sajátvektora van így nem diagonalizálható. (Megjegyzés: Az súlyosan hibás, ha a megkapott két sajátvektort vektoriálisan szorozva, konstruálunk egy harmadikat... de a legnagyobb veszteség ezzel a hibás okoskodással az, hogy akkor bizony számolhatunk világba!) 8.) (6 pont) A parciális deriváltak folytonosak, így h C (R 3 ). Ezért alkalmazható az a tétel, miszerint h-nak egy adott b h(a) pontban létezik differenciálható inverze pontosan akkor, ha Dh(a) nem-szinguláris: és ebben az esetben Dh (b) Dh(a). Tehát azt kell először tisztázzuk, hogy szinguláris-e a Dh(a) deriváltmátrix. Kiszámítva, h x (x, y, z) h y (x, y, z) h (x, y, z) y x z 4 h Dh(x, y, z) x (x, y, z) h y (x, y, z) h (x, y, z) h 3 x (x, y, z) h 3 y (x, y, z) h 3 (x, y, z) e x y e x z 3 x, Dh(a) 3 ami láthatóan egy nem-szinguláris mátrix, hiszen a determináns értéke 4, így létezik deriválható h inverz függvény is. Az inverz meghatározásához Gauss-Jordan eliminációt végzünk: 4 S 4 S, S 3 S 4 S 3 3S 3 3 8 4 4 4 3 Ebből tehát Dh (b) S S 3,S +S 3 4 S 3 3 /4 3/4 /4. 3. /4 3/4 /4

9.) (3 pont) Ha az (volna), akkor a Young tétel szerint a keresztbe vett parciális deriváltaknak is meg kell (kéne) egyeznie. A differenciált P dx+qdy+rdz alakban írva, P y sh y és Q x sh y stimmel, P z R z is egyezik, és Q z e z R y is teljesül, azaz teljesülnek a Young tétel feltételei, és (tanult tétel értelmében) létezik f(x, y, z) potenciálfüggvény. Nem volt kötelező, de egyébként a potenciálfüggvényt meg is lehet keresni: f(x, y, z) 4 x4 + xch y + ye z + c. Ennek kiszámolása: mivel f x P, rögzített y, z értékekre f(x, y, z) 4 x4 +xch y+c(y, z), hasonlóan a második parciális deriváltból f(x, y, z) ye z + xch y + B(x, z) és a harmadikból f(x, y, z) ye z + A(x, y). Így pl. az első kettőből C(y, z) B(x, z) 4 x4 ye z, azaz C(y, z) ye z 4 x4 + B(x, z), és, mivel itt a baloldal nem függ x-től, a jobb oldal pedig nem függ y-tól, a másik oldalak sem függhetnek, tehát a két oldal egy c(z) függvény kétféle felírása, és ezért C(y, z) ye z + c(z) és B(x, z) 4 x4 + c(z). Ebből tehát f(x, y, z) 4 x4 + xch y + C(y, z) 4 x4 + xch y + ye z + c(z) ( ye z + xch y + B(x, z) ye z + xch y + 4 x4 + c(z)). A harmadik egyenletet is figyelembe véve ebből levonva adódik tehát, hogy 4 x4 + xch y + ye z + c(z) (ye z + A(x, y)), tehát c(z) 4 x4 + xch y A(x, y), és így itt a baloldal nem függhet z-től sem, konstans: c(z) c. Ezért végül f(x, y, z) 4 x4 + xch y + ye z + c..) (6 pont) A négyzetgyök miatt D g {(x, y) R : y } (azaz a felső félsík). Az értékkészlet meghatározásához a függvény szélsőértékeit, illetve supremumát és infimumát keressük: mivel f folytonos, az értékkészletében bármely két felvett érték közötti összes többi valós szám is ott lesz, tehát az értékkészlet, R g, biztosan intervallum lesz. Csak az a kérdés, hogy véges vagy végtelen, nyílt vagy zárt végű intervallum lesz-e: ha a függvénynek van (globális) maximuma illetve minimuma, akkor a felső illetve alsó végpont benne lesz az intervallumban, ha nincsen, csak sup és inf, akkor pedig nem tartozik hozzá. Az nyilvánvaló, hogy a függvényértékek felülről nem korlátosak, supremumuk + : például ha rögzítjük az egyik változót, mondjuk x x értékkel, akkor g(x, y) e 3 + y + (y + ). Tehát R g (α, ) vagy [α, ) alakú intervallum lesz. Az esetleges szélsőértékek vagy a D g értelmezési tartomány belsejében lesznek, vagy a határán. A tartomány belseje az S : {(x, y) R : y > } nyílt félsík, határa az E : D g {(x, ) R : x R} x-tengely egyenese. A tartomány belsejében a g függvény differenciálható, mert parciális deriváltjai léteznek és folytonosak, ezért ott szélsőérték csak kritikus pontban fordulhat elő. Ezért minden szélsőérték-helyen a g(x, y) ( g/ x, g/ y) (, ) azaz az (e x 3 + 4x y, x / y) (, ) egyenletnek kell teljesülnie. A második egyenletből (koordinátából) x, így az elsőből e 3 +, tehát e 3, ami nem áll fenn, tehát nincsen a g (, ) egyenletnek megoldása, azaz nincsen g-nek kritikus pontja S-ben. Az E határ-egyenesen g(x, y) g(x, ): jelölje tehát γ(x) : g(x, ) e x 3x. Ez láthatóan egy folytonosan diffrenciálható konvex egyváltozós függvénye az x változónak. (A konvexitás következik pl. abból, hogy γ (x) e x >.) A derivált γ (x) e x 3, ami akkor tűnik el, ha x log 3; ebben a ponban minimum van, sőt, ez a minimum az egész E-re vonatkozó abszolút minimuma is γ-nak. Valóban, γ konvex és így az érintő egyenesei γ alatt haladnak mindenütt; speciálisan az x log 3 minimumhelyen is a vízszintes érintő γ alatt kell haladjon, tehát másutt nagyobbak a függvényértékek.

Ezzel azonban csak annyit igazoltunk, hogy (log 3, ) a g függvénynek feltételes szélsőértéke az E határegyenesre vonatkozólag (azaz ha feltesszük, hogy (x, y) E, tehát y ). Azonban tetszőleges (x, y) D g esetén igaz, hogy g(x, y) g(x, ), mivel x és rögzített x érték mellett y, így x y is, y-nak monoton növő függvénye [, )-en. Ezért tetszőleges (x, y)-ra g(x, y) g(x, ) g(log 3, ), tehát ez az érték g-nek globálisan is minimuma. Így R g [g(log 3, ), + ) [3 3 log 3, + ) balról zárt, jobbról végtelen intervallum lesz..) (7 pont) A javasolt helyettesítéssel f(x, y) (x 3y) ch (y x) 3 4x + 4y u ch v 4v + 3 : φ(u, v) alakba kerül, ami már kicsit kedvezőbb kinézetű. A transzformáció egyelőre csak u(x, y), v(x, y) alakban van meg ebből először is kiszámítjuk a T (u, v) (x, y) fordított irányú transzformációt. Ez lineáris egyenletrendszert jelent: megoldása x v u, y v + u, tehát T (u, v) ( u + v, u + v). Az áttérés derivált-mátrixa [ ] [ ] x/ u x/ v DT (u, v) (konstans, mivel lineáris volt a T transzformáció). y/ u y/ v Ezért a Jacobi-determináns J T (u, v) det DT (u, v) 5. Meg kell határozzuk azt az E tartományt is az uv síkon, amelyre T (E) P. Tekintve, hogy lineáris transzformációról van szó, egyenesek egyenesekbe mennek át, így elég a határegyenesek megfelelőit megkeresni. x 3 u + v 3, azaz v (u 3) vagy u v+3; x u+v, azaz v u vagy u v; y x v y x+ v. Természetesen az ezekkel határolt E tartomány szintén egy paralelogramma lesz, amelynek a csúcsai egyébként az O (, ), az R (, ), az S (3, ) és a T (5, ) pontok lesznek. Az integrálban az áttérés után Fubini tételét alkalmazva úgy, hogy belül u, majd kívül v szerint integráljunk, adódik I : u ch v ( 5 ch v E 4v + 3 5 dudv 4v + 3 ( (v + 3) (v) ) dv (x 3y) ch (y x) dxdy P 3 4x + 4y v+3 ) [ 5 ch v u u du dv v 4v + 3 5 ch v 4v + 3 (v + 9) dv 5 φ(u, v)j T (u, v) dudv E] v+3 v dv 5 ch v 4v + 3 ch v dv 5 [sh v] 5 sh..) (5 pont) A lékre V (L) L dxdydz E J G drdϕdθ, ahol J a G (r sin θ cos ϕ, r sin θ sin ϕ, r cos θ) gömbi koordinátákra való áttérés leképezés Jacobi-determinánsa (deriváltmátrixa determinánsának abszolút értéke) és E az L kúpmetszetnek megfelelő koordináta-hármasok a gömbi koordinátákban felírva: azaz E { : r R, ϕ π, θ α} [, R] [, π] [, α], ahol a feltételek szerint α : arcsin(l/r). A gömbi koordináta-áttérés Jacobi-determinánsa J G sin θr. A Fubini tétel alkalmazásával szukcesszív integrálokra áttérve V (L) E J G drdϕdθ [ ] α π R r 3 R sin θr dr dϕ dθ π α π[ cos α] 3 sin θ dθ R 3. 3 Behelyettesítve és az ismert azonosságokkal cos(α) sin (α) (l/r) π[ /3] 5/69 44/69 /3. Ezért V (L) 3 3 π 3 3 3 6, 3/3 69, 69 354, 9 (cm 3 ), azaz az L lék tömege 354, 9g 35 dkg.