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

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

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

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

cos 2 (2x) 1 dx c) sin(2x)dx c) cos(3x)dx π 4 cos(2x) dx c) 5sin 2 (x)cos(x)dx x3 5 x 4 +11dx arctg 11 (2x) 4x 2 +1 π 4

Matematika I. NÉV:... FELADATOK:

Többváltozós függvények Feladatok

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

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

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

A fontosabb definíciók

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

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

Analízis I. beugró vizsgakérdések

7. Oldjuk meg az alábbi kezdetiérték-problémát: y x y = 6x, y(0) =

valós számot tartalmaz, mert az ilyen részhalmazon nem azonosság.

VIK A3 Matematika, Gyakorlati anyag 2.

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

MATEMATIKA 2. dolgozat megoldása (A csoport)

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.

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 II. Feladatgyűjtemény GEMAN012B. Anyagmérnök BSc szakos hallgatók részére

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

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

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

Matematikai analízis II.

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

Kalkulus 2., Matematika BSc 1. Házi feladat

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

Kétváltozós függvények differenciálszámítása

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

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

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

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

Differenciálegyenletek

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

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

PTE PMMFK Levelező-távoktatás, villamosmérnök szak

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

I. feladatsor i i i i 5i i i 0 6 6i. 3 5i i

A Matematika I. előadás részletes tematikája

Kalkulus I. gyakorlat Fizika BSc I/1.

Matematika III. harmadik előadás

Differenciálegyenletek. Vajda István március 4.

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

Hatványsorok, Fourier sorok

Meghatározás: Olyan egyenlet, amely a független változók mellett tartalmaz egy vagy több függvényt és azok deriváltjait.

3. Lineáris differenciálegyenletek

VIK A1 Matematika BOSCH, Hatvan, 5. Gyakorlati anyag

ANALÍZIS III. ELMÉLETI KÉRDÉSEK

BIOMATEMATIKA ELŐADÁS

5. fejezet. Differenciálegyenletek

Differenciálegyenletek

Debreceni Egyetem. Feladatok a Matematika II. tárgy gyakorlataihoz. Határozatlan integrál

Matematika A1a Analízis

(1 + (y ) 2 = f(x). Határozzuk meg a rúd alakját, ha a nyomaték eloszlás. (y ) 2 + 2yy = 0,

1. Folytonosság. 1. (A) Igaz-e, hogy ha D(f) = R, f folytonos és periodikus, akkor f korlátos és van maximuma és minimuma?

Feladatok a levelező tagozat Gazdasági matematika I. tárgyához. Halmazelmélet

Feladatok matematikából 3. rész

Matematika III előadás

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Feladatgyûjtemény. Analízis III. Sáfár Zoltán

HÁZI FELADATOK. 2. félév. 1. konferencia Komplex számok

2.7. Fourier-sor Gyakorló feladatok... 84

1. Komplex függvények dierenciálhatósága, Cauchy-Riemann egyenletek. Hatványsorok, elemi függvények

Tartalomjegyzék. 1. Előszó 1

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

(!), {z C z z 0 < R} K (K: konv. tart.) lim cn+1

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

A L Hospital-szabály, elaszticitás, monotonitás, konvexitás

A gyakorlatok anyaga

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

Megoldások MATEMATIKA II. VIZSGA (VK) NBT. NG. NMH. SZAKOS HALLGATÓK RÉSZÉRE (Kérjük, hogy a megfelelő szakot jelölje be!

n 2 2n), (ii) lim Értelmezési tartomány, tengelymetszetek, paritás. (ii) Határérték. (iii) Első derivált, monotonitás, (ii) 3 t 2 2t dt,

11. gyakorlat megoldásai

Alapfogalmak, valós számok Sorozatok, határérték Függvények határértéke, folytonosság A differenciálszámítás Függvénydiszkusszió Otthoni munka

y + a y + b y = r(x),

Analízis szigorlat informatikusoknak (BMETE90AX20) tárgykövetelmény és tételsor

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)

Integrálszámítás (Gyakorló feladatok)

Matematika M1 Gyakorlat

Boros Zoltán február

Matematika A1a Analízis

6. Folytonosság. pontbeli folytonosság, intervallumon való folytonosság, folytonos függvények

Feladatok Oktatási segédanyag

Matematika III előadás

11. gyakorlat megoldásai

Gyakorlo feladatok a szobeli vizsgahoz

Részletes tantárgyprogram és követelményrendszer

1. Bevezetés. 2. Felületek megadása térben. A fenti kúp egy z tengellyel rendelkező. ismerhető fel, hogy. 1. definíció. Legyen D R n.

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

Alkalmazott matematika és módszerei I Tantárgy kódja

Feladatok a Diffrenciálegyenletek IV témakörhöz. 1. Határozzuk meg következő differenciálegyenletek általános megoldását a próba függvény módszerrel.

4. Laplace transzformáció és alkalmazása

Feladatok az 5. hétre. Eredményekkel és teljesen kidolgozott megoldásokkal az 1,2,3.(a),(b),(c), 6.(a) feladatokra

A legjobb közeĺıtés itt most azt jelentette, hogy a lineáris

Gyakorló feladatok az II. konzultáció anyagához

Analízis I. Vizsgatételsor

JPTE PMMFK Levelező-távoktatás, villamosmérnök szak

Átírás:

. Számsorok, hatványsorok, Taylor-sor, Fourier-sor Vizsgálja meg a következő végtelen sorokat konvergencia szempontjából. Tétel. (Cauchy-féle belső konvergenciakritérium) A a n végtelen sor akkor és csakis konvergens, ha bármely ε > 0 esetén van olyan N(ε) küszöbindex, hogy minden n > m > N(ε) esetén n k=m+ a k < ε.. n 2. ( ) n n 3. n 2 Határozza meg a következő végtelen sorok összegét. Sorösszeg meghatározása parciális törtekre bontás módszerével. Meghatározandó a p (n + r)(n + s) sor összege. A sor n-edik tagjára p (n + r)(n + s) = p s r s r (n + r)(n + s) = p ( s r n + r ). n + s Ekkor a sor n-edik részletösszege s n = n k= p n (k + r)(k + s) = k= p s r s r (k + r)(k + s) = p s r ahol a jobboldali összeg teleszkopikus, így s n határértéke kiszámítható. n k= ( k + r ), k + s Tétel. (Geometriai sor összege) Ha q <, akkor a q n sor konvergens, és q n = q 4. 7. n(n + ) 3 n 2 + 5n + 4 5. 8. n 2 + 3n + 2 log ( n ) 2 6. 9. 3 n 2 + 3n ( ) 2 n 5

0. 3 2n+2 5 n 3 n+7. 2 2n+4 3 n 5 n 2. 3 2n+2 5 n 3 2n+7 3. 2 2n+ + 3 n 5 n+ 4. 3 n + 2 n+ 4 n+3 5. ( 2) n+ 2 2n 3 Vizsgálja meg a következő végtelen sorokat konvergencia szempontjából valamelyik összehasonlító kritériumot használva. Tétel. (Majoráns, minoráns kritérium) Ha a a n és a b n pozitív tagú sorok tagjaira véges sok indextől eltekintve érvényes az a n b n egyenlőtlenség, akkor (i) ha b n konvergens, akkor a n is konvergens, és (ii) ha a n divergens, akkor b n is divergens. Tétel. Ha a n, b n > 0 minden n N esetén és a n lim = L > 0, n b n akkor a a n és b n sorok közül vagy mindkettő divergens vagy mindkettő konvergens. 6. ( n ) ( ) 2 n 7. 5 0n + 2 8. n + 3 n 2 2n + 4 9. 2n + 5 3n 2 20. 2. n(n + ) (3n ) 2 22. 2 n + 3 n 2 n + 23. n 2 n + 2 24. n 3 5 n 2 2 25. sin π n A hányados-, illetve gyökkritériumot használva vizsgálja meg a következő végtelen sorokat konvergencia szempontjából. 2

Tétel. (Gyökkritérium) Legyen (a n ) pozitív tagú sorozat, ekkor ha <, akkor a a n sor konvergens; lim n an >, hakkor a a n sor divergens; n =, akkor a a n lehet konvergens is, és divergens is. Tétel. (Hányadoskritérium) Legyen (a n ) pozitív tagú sorozat, ekkor ha a <, akkor a a n sor konvergens; n+ lim >, hakkor a a n a n sor divergens; n =, akkor a a n lehet konvergens is, és divergens is. 26. 2n ( 2) n 27. ( ) n + n 28. 2n e n n 3 29. 32. 2 n+ n n 2 n 3n + n 3 + n + 2 30. 33. n! 2 n + ( 2 n + n) n 34. 3. 3 n n! n! n n 35. 2... (2n ) 4 8... 4n Tétel. (Integrálkritérium) Legyen j N rögzített és f : [j, ) R folytonos, monoton csökkenő és pozitív. Ekkor a n=j f(n) végtelen sor akkor és csak akkor konvergens, ha az j f(x) dx improprius integrál konvergens. Ekkor j f(x) dx f(n) n=j j f(x) dx, illetve j f(x) dx f(n) f(j) + n=j j f(x) dx. 36. Az integrálkritériumot használva igazolja, hogy a becslést az összegére. n 2 sor konvergens, és adjon 3

37. Az integrálkritériumot használva igazolja, hogy a becslést az összegére. n 2 sor konvergens, és adjon + 5 A Leibniz kritériumot használva vizsgálja meg a következő végtelen sorokat konvergencia, illetve abszolút konvergencia szempontjából. Tétel. (Leibniz-kritérium) Ha az (a n ) pozitív tagú szigorúan monoton csökkenő ( 0 < a n+ < a n ) sorozatra lim n a n = 0, akkor a ( ) n a n sor konvergens. Tétel. Abszolút konvergens sor konvergens. 38. 4. ( ) n 2n ( ) n n 3 n n 39. ( ) n 3n + n 3 + 2 42. ( ) n n + 2 n 2 + 5 40. ( ) n 2n 3 n + 2 Határozza meg a következő hatványsorok konvergenciatartományát. Tétel. (Cauchy-Hadamard) A a nx n hatványsor konvergenciasugara ϱ, ahol ϱ = lim n an = lim a n+ n n a n, amennyiben a fenti határérték létezik és véges. Ha a határérték végtelen, akkor a konvergenciasugár 0, ha a határérték 0, akkor a konvergenciasugár végtelen. 43. x n n2 n 44. (n + ) 5 x 2n 2n + 45. 3 n2 x n 46. (x + 3) n n 2 47. 5 n x n n! 48. (x 3) n n 2 2 n Határozza meg a következő függvények Taylor-sorát a megadott pontok körül. 4

Taylor-sor. Legyen az f : I R függvény akárhányszor differenciálható a 0-t is tartalmazó nyitott I intervallumon. A f (k) (0) x k k! hatványsort az f függvény Taylor-sorának nevezzük. Taylor-formula. Ha az f : I R függvény (n + )-szer folytonosan differenciálható a 0-t is tartalmazó I intervallumon, akkor minden x I esetén ahol f(x) = valamely 0 és x közötti c számra. k=0 f (k) (0) x k + R n+ (x), k! R n+ (x) = f n+ (c) (n + )! xn+ Tétel. Ha a a nx n hatványsor konvergens a ( c, c) intervallumon, és f(x) = a nx n, x ( c, c), akkor az f függvény Taylor-sora a nx n, azaz f (n) (0) = a n n! (n {0,, 2,...}) 49. f(x) = x 2, x 0 = 0 50. f(x) = x, x 0 = 2 5. f(x) = + x 2, x 0 = 0 52. f(x) = + 2x, x 0 = 53. f(x) = sin x, x 0 = 0 54. Határozza meg az f(x) = e x függvény 0 körüli Taylor-sorának első három tagját, majd ennek segítségével becsülje az integrált. 0 e x dx 5

55. Határozza meg az f(x) = e x2 /2 függvény x 0 = 0 körüli Taylor sorának első négy tagját, majd ennek segítségével adjon becslést az határozott integrálra. 2π e x2 /2 dx Tétel. Legyen a a nx n hatványsor konvergens a ( c, c) intervallumon. Definiáljuk az f : ( c, c) R függvényt a következőképpen: Ekkor a f(x) := a n x n. (n + )a n+ x n = a + 2a 2 x + 3a 3 x 2 +... hatványsor is konvergens a ( c, c) intervallumon, az f függvény differenciálható a ( c, c) intervallumon, és f (x) = (n + )a n+ x n. (x ( c, c)). Tétel. Legyen a a n hatványsor konvergens a ( c, c) intervallumon. Definiáljuk az f : ( c, c) R függvényt a következőképpen: Ekkor a f(x) := a n x n. a n n + xn+ = a 0 x + a 2 x2 + a 2 3 x3 +... hatványsor is konvergens a (-c,c) intervallumon, az f függvény folytonos a ( c, c) intervallumon, és f(x) dx = a n n + xn+ (x ( c, c)). 6

Tétel. Legyen a a nx n hatványsor konvergens a ( c, c) intervallumon, és legyen f(x) = a n x n, ha x ( c, c). Ha az f függvény kiterjeszthető a ( c, c] intervallumra úgy, hogy c-ben folytonos legyen, akkor a a nx n hatványsor konvergens c-ben is, és f(c) = a n c n. 56. Határozza meg az f(x) = ln ( x) függvény Taylor-sorát az a = 0 pont körül, és ezt felhasználva határozza meg a ( ) n+ n = 2 + 3 4 +... sor összegét. 57. Határozza meg az f(x) = arctan x függvény Taylor-sorát az a = 0 pont körül, és ezt felhasználva határozza meg a sor összegét. ( ) n+ 2n + = 3 + 5 7 +... 58. Határozza meg az f(x) = ( + x) ln ( + x) függvény Taylor-sorát az a = 0 pont körül, és ezt felhasználva határozza meg a sor összegét. n=2 ( ) n+ n 2 n = 2 6 + 2 20 +... Tétel. (Binomiális sorfejtés) Ha x <, akkor ( + x) α = ( ) α x n, n ahol ( ) α = n α(α )(α 2)... (α n + ), n! ( ) α =. 0 7

59. A binomiális sorfejtést használva határozza meg az f(x) = + x függvény a = 0 pont körüli Taylor-sorának első 4 tagját. A megfelelő függvények binomiális sorfejtését felhasználva adjon becslést a következőkre. 60. 6 6..5 62. 3 3 63. A binomiális sor segítségével becsülje meg /2 0 3 x 2 + dx értékét. Fourier-sor Az f ( π, π) intervallumon integrálható függvény Fourier-sora ahol és f(x) a 0 2 + a n cos nx + b n sin nx, a n = π b n = π π π π π f(x) cos nx dx, n = 0,, 2,... f(x) sin nx dx, n =, 2,... Tétel. (Parseval-formula) Ha az f függvény négyzetesen integrálható a ( π, π) intervallumon, akkor π π ( ( a 2 0 f(x) 2 + a n cos nx + b n sin nx)) dx 0, (n ), továbbá érvényes az úgynevezett Parseval-formula: π f 2 (x) dx = a2 0 π π 2 + (a 2 n + b 2 n). 64. Adja meg az f(x) = x függvény Fourier-sorát, majd ennek segítségével számítsa ki a sor összegét. n 2 65. Határozza meg az f(x) = sgn x függvény Fourier-sorát. 8

2. Differenciálegyenletek Oldja meg a következő szétválasztható változójú differenciálegyenleteket, illetve kezdetiérték problémákat. Szétválasztható változójú differenciálegyenlet. Az y = g(x)h(y) típusú egyenletet szétválasztható változójú differenciálegyenletnek nevezzük. 66. y = x y 67. xyy = x 2 68. y = + y 2 69. y tan x = y 70. y + yx x 7. xy = y 2 y 72. x 2 y + y = 2xy 73. y (x + 3) y + = 0 y( ) = 0 74. y y sin x = 0 y(π) = 3 75. xy + y = y 2 y() = 2 76. 2yy cos x = tan x y(π) = 2 77. A rádium bomlási sebessége arányos a pillanatnyi rádiummennyiséggel. Ha a bomlás következtében a rádium mennyisége kereken 600 év alatt a felére csökken, a kiindulási anyag mennyiségének hány százaléka bomlik el 00 év alatt? Oldja meg a következő homogén fokszámú differenciálegyenleteket. 9

Homogén fokszámú differenciálegyenlet. Az y = f ( y x), illetve y = f ( ) x y alakú egyenleteket változóiban homogén fokszámú differenciálegyenletnek nevezzük. Az első esetben az u = y/x, a másodikban a v = x/y helyettesítést elvégezve az u + xu = f(u), illetve v xv = g(v)v 2 szétválasztható változójú differenciálegyenlethez jutunk. 78. xy = 2y + x 79. y y x = x2 80. x y + xy = 0 8. xe y x + y xy = 0 82. x 2 y = 2xy y 2 83. y = x + y x y 84. x 2 y 2 + 2xyy = 0 Oldja meg a következő elsőrendű lineáris differenciálegyenleteket. Lineáris differenciálegyenlet. Az y + p(x)y = q(x) alakú egyenletet lineáris differenciálegyenletnek nevezzük. Ha q(x) = 0, akkor a lineáris differenciálegyenletet homogénnek, különben inhomogénnek nevezzük. Tétel. Az inhomogén lineáris differenciálegyenlet általános megoldását az y IH = y H + y p összefüggés szolgáltatja, ahol y H = cf(x) a homogén egyenlet megoldása, y p az inhomogén egyenlet egy partikuláris megoldása. Konstansvariáció. Az inhomogén egyenlet y p partikuláris megoldását y p = c(x)f(x) alakban keressük, melyet az eredeti egyenletbe visszahelyettesítve c(x)-re a következő egyenletet kapjuk c (x)f(x) = q(x). 0

85. y + yx x = 0 86. y y x = x2 87. y xy = x 3 88. y + y = e x 89. xy y x + = x 90. xy + y = x ln x 9. y cos x + y sin x = 92. (x + )y y = 3x 4 + 4x 3 Oldja meg a következő konstans együtthatójú másodrendű differenciálegyenleteket. Másodrendű konstans együtthatós differenciálegyenlet. Az () y + ay + by = 0 alakú egyenletet homogén másodrendű konstans együtthatós differenciálegyenletnek nevezzük. A λ 2 + aλ + b = 0 egyenletet az () alatti differenciálegyenlet karakterisztikus egyenletének nevezzük. Ennek megoldását jelölje λ, λ 2 C. Ekkor az egyenlet megoldása y = c e λ x + c 2 e λ 2x, y = c e λ x + c 2 xe λ x, y = e p (c cos qx + c 2 sin qx), ha λ λ 2 és λ, λ 2 R ha λ = λ 2 és λ R ha λ = p + qi és λ 2 = p qi Tétel. Az y + ay + by = q(x) inhomogén másodrendű konstans együtthatós differenciálegyenlet megoldása y IH = y H + y p, ahol y H a homogenizált egyenlet megoldása, y p pedig egy partikuláris megoldás. 93. y + 5y + 4y = 0 94. y + 5y + 4y = 2x 2 95. y + 5y + 4y = 3e x 96. y + y 5y = cos 2x 97. y 3y + 2y = e x 98. y + 4y = 2 sin x

99. Oldja meg a következő kezdetiérték problémát y 4y + 5y = 0 y (0) = 3 y(0) = 2 3. Többváltozós valós függvények Határozza meg a következő függvények értelmezési tartományát. 00. f(x, y) = x 0. f(x, y) = ln ( + y) 02. x y 04. f(x, y) = y 2y + y 2 x 03. f(x, y) = x 2 + y 2 3 05. f(x, y) = sin x cos y Határozza meg a következő határértékeket. Derékszögű és polárkoordináta-rendszer kapcsolata. x = r cos ϕ r = x 2 + y 2 y = r sin ϕ tan ϕ = y x 06. xy 2 lim (x,y) (2, ) x 2 + y 4 07. sin xy lim (x,y) (0,2) x 08. 2xy y 2 lim (x,y) (0,0) x 2 + y 2 09. lim (x,y) (0,0) xx2 x 2 + y 2 0. xy 2 lim (x,y) (0,0) x 2 + y 4. x + lim (x,y) (2,) y 2. xy + 2x 3y + lim (x,y) (2,) yx + x 2 3. xy + 2x 3y + lim (x,y) (,) yx + x Definíció alapján határozza meg a következő függvények parciális differenciálhányadosait a 2

megadott helyen. Parciális derivált. Legyen adott az f : D R 2 R függvény. Tegyük fel, hogy f értelmezve van x 0 = (x 0, y 0 ) D egy környezetében. Ha a f x (x 0) = f x(x 0 ) = f x(x f(x 0 + h, y 0 ) f(x 0, y 0 ) 0, y 0 ) := lim h 0 h határérték létezik és véges, akkor azt mondjuk, hogy f x-szerint parciálisan differenciálható az x 0 pontban, az f x(x 0 ) értéket pedig az f x 0 pontban vett x-szerinti parciális deriváltjának nevezzük. 4. f(x, y) = xy 2, P (2, 3) 5. f(x, y) = 2x y +, P (2, ) Totális differenciálhatóság. Legyen adott az f : D R 2 R függvény. Tegyük fel, hogy f értelmezve van x 0 D egy környezetében. Az f függvény (totálisan) differenciálható az x 0 pontban, ha létezik A = (A, A 2 ) R 2 és a 0 egy V környezetében értelmezett ω : V R függvény úgy, hogy f(x) = f(x 0 ) + A (x x 0 ) + ω(x x 0 ) az x 0 egy környezetében lévő minden x pontra, továbbá ω(x x 0 ) lim x x 0 x x 0 = 0. Ekkor az A = (A, A 2 ) R 2 vektort az f függvény x 0 pontban vett gradiensének nevezzük. Jelölés: f(x 0 ) = A. Totális differenciálhatóság szükséges feltétele. Ha az f : D R 2 R függvény totálisan differenciálható az x 0 = (x 0, y 0 ) D pontban, akkor mindkét változója szerint parciálisan is differenciálható, továbbá ( f f(x 0 ) = x (x 0), f ) y (x 0) = ( f x(x 0 ), f y(x 0 ) ). Totális differenciálhatóság elegendő feltétele. Ha az x 0 = (x 0, y 0 ) D pont valamely környezetében az f : D R 2 R függvény mindkét parciális deriváltja létezik, továbbá az x 0 pontban folytonosak, akkor f(x, y) az x 0 pontban totálisan differenciálható és f(x 0 ) = ( f x (x 0), f ) y (x 0) = ( f x(x 0 ), f y(x 0 ) ). 3

6. Definíció szerint mutassa meg, hogy az f(x, y) = x 2 + xy y 2 függvény totális differenciálható, majd határozza meg a gradiens vektorát és parciális deriváltjait. 7. Határozza meg az f(x, y) = xy függvény parciális deriváltjait és totális differenciálját az origóban. Határozza meg a következő függvények érintősíkjának egyenletét az adott M pontokban. Érintősík egyenlete. Legyen az f(x) függvény differenciálható az x 0 = (x 0, y 0 ) pontban. A z = f(x 0 ) + f(x 0 )(x x 0 ) egyenletű sík az f függvény (x 0, f(x 0 )) pontbeli érintősíkja. 8. f(x, y) = x 2 + xy + 2y 2, M(, 2) 9. f(x, y) = xy 2 2x +, M(0, 4) 20. f(x, y) = x 2 y + 2x 2 y, M(2, ) Határozza meg a következő függvények u irány szerinti deriváltját a megadott P pontban. Irány menti derivált. Legyen adott az f : D R 2 R függvény. Tegyük fel, hogy f értelmezve van x 0 = (x 0, y 0 ) D egy környezetében. Az f függvény x 0 pontban vett u ( u = ) irány szerinti deriváltja az határérték, ha létezik és véges. f u = lim h 0 f(x 0 + hu) f(x 0 ) h Tétel. Ha az f : D R 2 R függvény differenciálható az x 0 pontban, akkor f bármely u, ( u = ) irány szerint differenciálható x 0 -ban, és f u(x 0 ) = f(x 0 ) u 2. f(x, y) = x 2 y, P (, ), u(3, 4) ( 22. f(x, y) = x 2 xy, P (, 2), u 3 5, 4 ) 5 23. f(x, y) = 3xe y2 sin x, P (0, ), u( 2, 2) 4

24. f(x, y) = x tan y e xy2, P (, 0), u(, ) Határozza meg a következő függvények szélsőértékeit. Szélsőérték létezésének szükséges feltétele. Ha az f(x) : D R 2 R függvény differenciálható az x 0 pontban, és ott lokális szélsőértéke van, akkor f(x 0 ) = 0. Szélsőérték létezésének elegendő feltétele. Tegyük fel, hogy az f(x) : D R 2 R függvénynek léteznek és folytonosak a másodrendű parciális deriváltjai az x 0 pont egy környezetében, továbbá f(x 0 ) = 0. Legyen Ha D(x 0 ) = f xx(x 0 ) f yy(x 0 ) [f xy(x 0 )] 2 D(x 0 ) < 0, akkor x 0 nem lokális szélsőértékhely; D(x 0 ) > 0 és f xx(x 0 ) > 0 akkor f-nek x 0 -ban lokális minimuma van; D(x 0 ) > 0 és f xx(x 0 ) < 0 akkor f-nek x 0 -ban lokális maximuma van. 25. f(x, y) = (x ) 2 + 2y 2 26. f(x, y) = y 2 + 2x 2 y + x 2 27. f(x, y) = yx 2 /2 yx + y 2 + 7 28. f(x, y) = x 2 xy + y 2 2x + y 29. f(x, y) = x 4 + y 4 2x 2 + 4xy 2y 2 30. f(x, y) = 2x 2 + y 2 2xy + 4x 2y + 5 3. Egy téglatest egy pontba összefutó éleinek a hossza 2. Mekkorák a lehető legnagyobb ilyen térfogatú téglatest élei? Oldja meg a következő egzakt differenciálegyenleteket. 5

Egzakt differenciálegyenlet. A P (x, y)dx + Q(x, y)dy = 0 egyenletet egzakt differenciálegyenletnek nevezzük, ha P y = Q x. Ekkor van olyan U(x, y) függvény, melynek totális differenciálja du = P (x, y)dx + Q(x, y)dy. 32. (2xy 3)dx + x 2 dy = 0 33. dx 2 x y + 4 x y 2 dy = 0 x y 34. ( 2xy + ) ( ) x 2 dx + + y + x2 dy = 0 35. (cos x x sin x + y)dx + (x cos y)dy = 0 Határozza meg az integrálási tartományt és írja fel a határokat a fordított sorrendben történő integráláshoz. 36. 2 0 5 3 f(x, y) dy dx 37. 2 x 0 0 f(x, y) dy dx 38. x 2 0 x f(x, y) dy dx 39. 2 /x 0 f(x, y) dy dx Számítsa ki az alábbi kettős integrálokat. 40. D (x2 + 2y) dy dx, ahol D a tengelyek és az x + 2y = 2 egyenletű egyenes által határolt háromszög. 4. x 0 x 2 x + y dy dx 42. x 2 0 0 x 2 + 2y dy dx 43. 45. 2 /x 0 xy dy dx 44. D x2 + y 2 dy dx, ahol D az egység sugarú kör. x 0 x 2 x + y 3 dy dx 6

46. 2xy D dy dx, ahol D az az origó középpontú körgyűrű, mely külső körének sugara x 2 +y 2 2, belső körének sugara pedig. 47. Határozza meg az R sugarú gömb térfogatát. 48. Határozza meg az e x2 /2 integrál értékét. 4. Komplex függvénytan Igazolja, hogy a következő függvények harmonikusak, majd határozza meg a harmonikus társat. Harmonikus társ keresés. harmonikusnak nevezzük, ha teljesíti a Laplace-egyenletet: A kétszer folytonosan differenciálható u(x, y) függvényt u xx + u yy = 0. A v(x, y) függvényt az u(x, y) függvény harmonikus társának nevezzük, ha harmonikus és teljesíti a Cauchy-Riemann egyenleteket: u x = v y, u y = v x 49. u(x, y) = x 2 5xy + 3y y 2 50. x 3 3xy 2 5. u(x, y) = x 3 y xy 3 + 2x + 3y 52. Határozza meg az (z 2i) dz integrál értékét, ahol L az A = 3 i, B = + 2i L pontokat összekötő szakasz 53. Határozza meg az (z + 3 2i) dz integrál értékét, ahol L az A = i, B = 2i L pontokat összekötő szakasz 54. Határozza meg az (z + 3 2i) dz integrál értékét, ahol L a 2i középpontú, r = L sugarú körnek az A = i, B = 2i pontjait összekötő negyed körív (A B) 7

55. Határozza meg az L (z i) dz integrál értékét, ahol L a i középpontú, r = 2 sugarú körnek az A = i, B = 3i pontjait összekötő fél körív (A B) 56. Határozza meg az (z i) dz integrál értékét, ahol L a i középpontú, r = 2 sugarú L körnek az A = i, B = 3i pontjait összekötő fél körív (A B) Határozza meg az a következő függvények Laurent-sorát a megadott pontok körül 57. f(z) = z, P = + i 58. f(z) = z 2i z + 2i, P = i 59. f(z) = z 2 +, P = i 60. f(z) = z 3 ( z), P = 0 6. f(z) = z 3 ( z), P = Határozza meg F (F )-et, ha, 62. F (s) = 2 s 3 63. F (s) = 3 s 2 + 9 64. F (s) = s s 2 2s + 5 65. F (s) = 7s s 2 + 3s + 2 66. F (s) = 3 s 6 + 6s s 2 + 6 67. F (s) = 2s + s(s )(s + 2) Oldja meg a következő kezdetiérték problémákat Laplace-transzformáció segítségével. y y 2y = 0 y 2y + 5y = 8e x 68. y(0) = 2 69. y(0) = 2 y (0) = 5 y (0) = 2 y 4y + 5y = 4e 3x y 4y = 3e x 70. y(0) = 2 7. y(0) = y (0) = 7 y (0) = 5 8