KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

Hasonló dokumentumok
KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

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

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

Speciális függvénysorok: Taylor-sorok

Hatványsorok, Fourier sorok

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

Függvények hatványsorba fejtése, Maclaurin-sor, konvergenciatartomány

PTE PMMFK Levelező-távoktatás, villamosmérnök szak

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

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

VIK A3 Matematika, Gyakorlati anyag 2.

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

Taylor-polinomok. 1. Alapfeladatok április Feladat: Írjuk fel az f(x) = e 2x függvény másodfokú Maclaurinpolinomját!

Szakdolgozat. Hatványsorok és alkalmazásaik

Analízis I. beugró vizsgakérdések

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit. (L Hospital szabály, Taylor-polinom,

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 )

KALKULUS INFORMATIKUSOKNAK II.

A fontosabb definíciók

Fourier sorok február 19.

Alkalmazott matematika és módszerei I Tantárgy kódja

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

Határozatlan integrál

A Matematika I. előadás részletes tematikája

Régebbi Matek B1 és A1 zh-k. deriválás alapjaival kapcsolatos feladatai. n )

6. ELŐADÁS DIFFERENCIÁLSZÁMÍTÁS II. DIFFERENCIÁLÁSI SZABÁLYOK. BSc Matematika I. BGRMA1HNND, BGRMA1HNNC

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit. (Derivált)

Feladatgyûjtemény. Analízis III. Sáfár Zoltán

Matematika A1a Analízis

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

1. Határozza meg az alábbi határértéket! A válaszát indokolja!

Matematika I. NÉV:... FELADATOK:

Sorozatok, sorozatok konvergenciája

Feladatok a levelező tagozat Gazdasági matematika I. tárgyához. Halmazelmélet

Elérhető maximális pontszám: 70+30=100 pont

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

Bevezetés az algebrába 2

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

4. SOROK. a n. a k (n N) a n = s, azaz. a n := lim

Differenciál - és integrálszámítás. (Kreditszám: 7) Tantárgyfelelős: Dr. Losonczi László egyetemi tanár. Meghirdető tanszék: Analízis Tanszék

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

Analízis szigorlat informatikusoknak (BMETE90AX20) tárgykövetelmény és tételsor

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

Határozatlan integrál

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

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

Integrálszámítás. a Matematika A1a-Analízis nevű tárgyhoz november

VIK A1 Matematika BOSCH, Hatvan, 5. Gyakorlati anyag

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

2. Zárthelyi megoldásokkal 1998 tavasz I. évf tk.

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

Kalkulus I. gyakorlat Fizika BSc I/1.

Differenciálszámítás. 8. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Differenciálszámítás p. 1/1

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

Matematika példatár 4.

Részletes tantárgyprogram és követelményrendszer

Tartalomjegyzék. 1. Előszó 1

Elemi függvények. Matematika 1. előadás. ELTE TTK Földtudomány BSc, Környezettan BSc, Környezettan tanár október 4.

Elemi függvények. Matematika 1. előadás. ELTE TTK Földtudomány BSc, Környezettan BSc, Környezettan tanár 3. előadás. Csomós Petra

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

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

Matematika II. Feladatgyűjtemény GEMAN012B. Anyagmérnök BSc szakos hallgatók részére

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

Többváltozós függvények Feladatok

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

1.1. Feladatok. x 0 pontban! b) f(x) = 2x + 5, x 0 = 2. d) f(x) = 1 3x+4 = 1. e) f(x) = x 1. f) x 2 4x + 4 sin(x 2), x 0 = 2. általános pontban!

Függvény differenciálás összefoglalás

SOROK Feladatok és megoldások 1. Numerikus sorok

Analízis I. Vizsgatételsor

x a x, ha a > 1 x a x, ha 0 < a < 1

A végtelen a matematikában Dr. Németh József egyetemi docens SZTE TTIK Bolyai Intézet.

Az előadások és gyakorlatok időpontja, tematikája

Hatványsorok, elemi függvények

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

Határozatlan integrál (2) First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

konvergensek-e. Amennyiben igen, számítsa ki határértéküket!

2.7. Fourier-sor Gyakorló feladatok... 84

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

Matematikai analízis 1. Szász Róbert

Programtervező informatikus I. évfolyam Analízis 1

A L Hospital-szabály, elaszticitás, monotonitás, konvexitás

Analízis ZH konzultáció

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

MATEMATIKA 2. dolgozat megoldása (A csoport)

Gazdasági matematika I.

Gazdasági matematika I.

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

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

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

Integrálszámítás (Gyakorló feladatok)

MATEMATIKA 1. GYAKORLATOK

Fourier-sorok. Lengyelné Dr. Szilágyi Szilvia április 7.

Ipari matematika 2. gyakorlófeladatok

Laplace-transzformáció. Vajda István február 26.

TANTÁRGYI PROGRAM Matematikai alapok I. útmutató

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.

Trigonometrikus függvények azonosságai

I. feladatsor. (t) z 1 z 3

Átírás:

KOVÁCS BÉLA, MATEmATIkA II 4

IV HATVÁNYSOROk 1 ELmÉLETI ALAPÖSSZEFÜGGÉSEk Az olyan végtelen sort, amelynek tagjai függvények, függvénysornak nevezzük Ha a tagok hatványfüggvények, akkor a sor neve hatványsor Általános alakja, (1) vagy (2) A (1) hatványsor konvergenciatartománya egy 2r hosszúságú intervallum, melynek középpontja a 0 pont (r lehet 0 vagy is) A hatványsor esetén abszolút konvergens, esetén divergens, míg x = r esetén lehet konvergens vagy divergens r neve konvergenciasugár, és, vagy (3), (4) A (2) hatványsor konvergenciaintervallumának középpontja az a pont A konvergens hatványsor összege egy függvény, amely a konvergenciatartományon van értelmezve Ha ez a függvény s, akkor írható, hogy, vagy Az s összegfüggvény a konvergenciaintervallum belsejében differenciálható, és deriváltja a sor tagonkénti deriválásával nyerhető Hasonló mondható az összegfüggvény integrálásáról is Ha az f függvény az x = a hely környezetében akárhányszor differenciálható, akkor az (5) hatványsort az f függvény x = a helyhez tartozó Taylor-sorának nevezzük Ha a = 0, akkor a Taylor-sor alakja, (6) amely az f függvény Maclaurin-sora A Taylor-sor összegfüggvénye, a gyakorlati esetek többségében, maga az f függvény Ekkor írható, hogy, (7)

ahol x a sor konvergenciaintervallumának pontja Ha f(x) -et a sor n -edik részletösszegével közelítjük, jelölje ezt, akkor, (8) ahol az n-edik maradéktag, melynek Lagrange-féle alakja:, (9) és az x és a érték között van A függvény (7) alakú előállítását a függvény sorbafejtésének mondjuk 2 MINTAPÉLDÁk Megoldások: láthatók nem láthatók 1 Az hatványsor egy mértani sor, melynek konvergenciasugara a (3) szerint: Tehát a sor a ( ; 1) intervallumon konvergens Összegfüggvénye Határozzuk meg az alábbi hatványsorok konvergenciatartományát: 2 ; Megoldás A (3) szerint a konvergenciasugár: A sor a ( ; 1) intervallumon konvergens (sőt abszolút konvergens) Ha x = 1, akkor a sor alakja: Ez pedig a harmonikus sor, amely divergens Ha x =, akkor a sort kapjuk Ez a Leibniz-kritérium érelmében konvergens Az adott hatványsor tehát a konvergenciatartomány intervallumon konvergens Ez a balról zárt intervallum a

3 ; Megoldás A (4) szerint A sor a intervallumon konvergens (sőt abszolút konvergens) Ha x = 2, akkor az 1 + 1 + 1 + sort kapjuk, amely divergens Ha x =, akkor a + 1 + 1 + sort kapjuk, amely szintén divergens A konvergenciatartomány tehát a intervallum Érdemes megjegyezni, hogy ez egy olyan mértani sor, ahol, és ez csak akkor konvergens, ha, azaz ha, vagyis ha 4 ; Megoldás A konvergenciasugár a (3) szerint Mivel a konvergenciaintervallum középpontja az x = 3 pont, ezért a sor konvergens a (2; 4) intervallumon Ha x = 4, akkor a sor alakja: Ez a sor a Leibniz-kritérium értelmében konvergens Ha x = 2, akkor a sor alakja: Ez pedig a harmonikus sor, amely divergens A sor konvergenciatartománya tehát a intervallum 5 Megoldás Az hatványsor konvergenciasugara:

Ez a hatványsor tehát minden x esetén konvergens 6 Írjuk fel az f(x) = lnx függvény x = 1 helyhez tartozó Taylor-sorát Más szavakkal: fejtsük Taylor-sorba az f(x) = lnx függvényt az x = 1 helyen Megoldás Az (5) alakú sort kell előállítani A deriváltak:,,, Ezek értékei az x = 1 helyen: ;, Mivel f(1) = ln 1 = 0, ezért a Taylor-sor: A sor konvergenciasugara: r = 1, a konvergenciatartománya pedig a az intervallumba esik, akkor írható, hogy intervallum Ha x ebbe 7 Fejtsük Maclaurin-sorba (azaz x hatványai szerint haladó sorba) az f(x) = cosx függvényt Megoldás A (6) alakú sort kell előállítani A deriváltak:,,,, Ezek értékei az x = 0 helyen: ;,, Mivel f(0) = cos 0 = 1, ezért a Maclaurin-sor: A sor konvergenciasugara: Tehát minden x esetén 8 Néhány nevezetes függvény hatványsorral való előállítása: ;

; ;,, (Mértani sor);, r = 1 (Binomiális sor) 9 hatványsorába x helyére x et írva, hatványsorát kapjuk, azaz 10 és hatványsorából kiindulva, chx hatványsora az alábbi módon állítható elő: 11 Az mértani sornál Így annak összege Ebből kiindulva, formálisan helyébe -et írva azt kapjuk, hogy 12 Állítsuk elő az f(x) = arctg x függvény hatványsorát Megoldás Tekintettel arra, hogy az előző példa alapján, mindkét oldal integrálásával az egyenlőséget kapjuk, ahol C egy integrálási állandó Ezt meghatározandó, írjunk mindkét oldalra x helyére nullát: Tehát

13 Számítsuk ki közelítő értékét 5 tizedes pontossággal Megoldás Használjuk fel hatványsorát: Vegyük a sor első n + 1 tagját Ekkor a (9) maradéktag:, ahol értéke 0 és 0,1 között van Használjuk az becslést Ha ez kisebb mint, akkor a közelítő érték megfelelő Próbálkozással azt kapjuk, hogy ez n = 4 -re már teljesül Tehát 3 FELADATOk Számítsa ki az alábbi hatványsorok konvergenciasugarát, majd vizsgálja meg, hogy a sorok a konvergenciaintervallum végpontjaiban konvergensek-e 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 7 ; 8 ; 9 ; Fejtse x hatványai szerint haladó hatványsorba az alábbi függvényeket: 10 ; 11 ; 12 ; 13 ; 14 ; 15 ; 16 ; 17 ; 18 ; 19 ; 20 ; 21 ; 22 ; 23 ; 24 Fejtse Taylor-sorba a következő függvényeket a megadott helyen:

25 ; 26 ; 27 ; 28 Igazolja az alábbi egyenlőségeket: 29 ; 30 31 Számítsa ki közelítő értékét 0,001 pontossággal Megoldások 1 Ha x = 1, akkor a sort kapjuk, amely konvergens Ha, akkor a sorhoz jutunk, amely szintén konvergens Tehát a hatványsor a konvergencia intervallum mindkét végpontjában konvergens 2 A hatványsor x = 5 -nél is és -nél is divergens 3 A hatványsor x = 4 -nél is és -nél is divergens 4 A sor mindkét végpontban divergens Ugyanis x = 1 esetén az esetén pedig a sort kapjuk, amelyek divergensek 5 Ez a sor tehát minden x esetén konvergens

6 Ez a sor tehát csak x = 0 esetén konvergens 7 Ha, akkor a sort kapjuk Ennek általános tagja:, Tehát a konvergencia szükséges feltétele nem teljesül, így a sor az helyen divergens Hasonló a helyzet az helyen is 8 A konvergenciaközéppont Így a jobb oldali végpont Itt a sor divergens A bal oldali végpont Itt a sor konvergens 9 A konvergenciaközéppont x = 4 A konvergenciaintervallum jobb oldali végpontja x = 5 Itt a sor divergens A bal oldali végpont x = 3 Itt a sor konvergens 10 Felhasználjuk az sorfejtést (l a 8 mintapéldát) 11,

12, Integráljuk mindkét oldalt Ha x = 0, akkor az 1 = C, azaz C = 0 Tehát, 13, 14, 15 Mindkét oldalt integrálva, majd az integrációs állandót meghatározva (pl abból a feltételből, hogy arctg 0 = 0): 16 17 18 Írjunk a sin x függvény sorába (l a 8 mintapéldát) x helyére -et: 19 A ln(1 x) függvény sorába (l a 12 feladatot) írjunk x helyére x et Ekkor megkapjuk ln(1 + x) sorát Majd ebből a sorból vonjuk ki ln(1 x) sorát Ekkor

20 21 A binomiális sort felhasználva (l a 8 mintafeladatot),, r = 1 23, 24 Integráljuk mind a két oldalt: Itt figyelembe vettük, hogy arcsin 0 = 0 25,,,,,,,,,,, Mindezeket felhasználva:, 0 < x < 1 26,, ;

,,, ; 27,,,, ;,,,, ; 28,,,, ;,,,,, 29 cosx hatványsorába (l a 8 mintapéldát) írjunk x helyére 1 -et 30 arctgx hatványsorába (l a 12 mintapéldát) írjunk x helyére 1 -et 31 helyére írjuk be annak hatványsorát, majd integráljunk tagonként: Elegendő a sor első 5 tagját összeadni Digitális Egyetem, Copyright Kovács Béla, 2011