1.6 Heildi sem innihalda vísis- og lograföll – Stærðfræðigreining 2. bindi (IS) | Námsgögn
11 Heildun
1.6 Heildi sem innihalda vísis- og lograföll
1.6 Heildi sem innihalda vísis- og lograföll
Námsmarkmið
1.6.1 Heilda föll sem innihalda vísisföll.
1.6.2 Heilda föll sem innihalda lograföll.
Vísis- og lograföll eru meðal annars notuð til að lýsa fólksfjölgun, frumuvexti og fjárhagslegum vexti, svo og afskriftum, geislavirkri hrörnun og auðlindanotkun. Í þessum hluta skoðum við heildun falla sem innihalda vísis- og lograföll.
Heildi vísisfalla
Vísisfallið er ef til vill það fall sem þægilegast er að vinna með í stærðfræðigreiningu. Vísisfallið er sín eigin afleiða og sitt eigið heildi.
Dæmi 1.37
Stofnfall vísisfalls fundið
Finnið stofnfall vísisfallsins e−x.
Lausn
Beitið innsetningu og látið og síðan Margfaldið jöfnuna fyrir du með −1 þannig að nú sé Þá er
Algeng mistök við meðferð vísissegða eru að fara með veldisvísi e eins og veldisvísi í margliðusegð. Ekki má beita veldareglunni á veldisvísi e. Þetta getur valdið sérstökum ruglingi þegar sama segð inniheldur bæði vísisfall og margliðu, eins og í sjálfsprófinu hér á undan. Í slíkum tilvikum ætti alltaf að ganga úr skugga um að réttri reglu sé beitt á hvert fall sem á að heilda.
Mynd 1.37. Grafið sýnir margfeldi vísisfalls og kvaðratrótar vísisfalls.
Dæmi 1.39
Innsetning notuð með vísisfalli
Notið innsetningu til að reikna óákveðna heildið
Lausn
Hér látum við u vera segðina í veldisvísi e. Látum og Enn vantar fastan margföldunarþátt í du: upphaflega fallið inniheldur þáttinn 3x2 en ekki 6x2. Margföldum báðar hliðar jöfnunnar með svo heildisstofninn með tilliti til u verði jafn heildisstofninum með tilliti til x. Því er
Heildið segðina með tilliti til u og setjið síðan upphaflegu segðina í x aftur inn fyrir u:
Eins og fram kom í upphafi þessa hluta eru vísisföll notuð í mörgum raunverulegum verkefnum. Talan e tengist oft samsettum eða sífellt hraðari vexti, eins og við höfum séð í fyrri hlutum um afleiður. Afleiða táknar breytingar- eða vaxtarhraða en heildi táknar heildarbreytingu eða heildarvöxt. Skoðum dæmi þar sem heildun vísisfalls leysir algengt viðskiptaverkefni.
Verð–eftirspurnarfall lýsir sambandi eftirspurðs magns vöru og verðs hennar. Almennt lækkar verðið þegar eftirspurt magn eykst. Jaðarverð–eftirspurnarfallið er afleiða verð–eftirspurnarfallsins og sýnir hve hratt verðið breytist við tiltekið framleiðslustig. Slík föll eru notuð í viðskiptum til að ákvarða verðteygni eftirspurnar og meta hvort breyting á framleiðslustigi yrði arðbær.
Dæmi 1.40
Verð–eftirspurnarjafna fundin
Finnið verð–eftirspurnarjöfnuna fyrir tiltekna tannkremstegund hjá stórmarkaðskeðju þegar eftirspurnin er 50 túbur á viku við verðið $2.35 fyrir túbuna, að því gefnu að jaðarverð–eftirspurnarfallið fyrir x túbur á viku sé
Hvaða verð ætti stórmarkaðskeðjan að setja ef hún selur 100 túbur á viku?
Lausn
Heildum jaðarverð–eftirspurnarfallið til að finna verð–eftirspurnarjöfnuna. Finnum fyrst stofnfallið og beitum síðan gefnu skilyrðunum. Því er
Notum innsetningu og látum og Deilum síðan báðum hliðum jöfnunnar fyrir du með −0.01. Þá fæst
Næsta skref er að einangra C. Við vitum að þegar verðið er $2.35 fyrir hverja túbu er eftirspurnin 50 túbur á viku. Það merkir að
Nú er aðeins eftir að finna C:
Því er
Ef stórmarkaðurinn selur 100 tannkremstúbur á viku verður verðið
Stórmarkaðurinn ætti að taka $1.99 fyrir hverja túbu ef hann selur 100 túbur á viku.
Dæmi 1.41
Ákveðið heildi með vísisfalli reiknað
Reiknið ákveðna heildið
Lausn
Aftur á að nota innsetningu. Látum og þá er eða þá er Breytum næst heildismörkunum. Samkvæmt jöfnunni er
Mynd 1.38. Reikna má sýnda flatarmálið með því að reikna ákveðið heildi með innsetningu.
Dæmi 1.42
Vöxtur bakteríuræktar
Gerum ráð fyrir að vaxtarhraði bakteríuræktar í petrískál sé þar sem t er mælt í klukkustundum og í þúsundum baktería á klukkustund. Ef ræktunin inniheldur 10,000 bakteríur í upphafi, finnið fall sem gefur fjölda baktería í petrískálinni á hverjum tíma t. Hve margar bakteríur eru í skálinni eftir 2 klukkustundir?
Lausn
Við höfum
Þegar er og því Þá fæst
Þegar er
Eftir 2 klukkustundir eru 17,282 bakteríur í skálinni.
Dæmi 1.43
Stofnvöxtur ávaxtaflugna
Gerum ráð fyrir að stofn ávaxtaflugna vaxi með hraðanum flugur á dag. Ef stofninn er 100 flugur í upphafi, hve margar flugur eru í honum eftir 10 daga?
Lausn
Látum tákna fjölda flugna í stofninum á tímanum t. Með setningunni um heildarbreytingu fæst
Í stofninum eru 122 flugur eftir 10 daga.
Dæmi 1.44
Ákveðið heildi reiknað með innsetningu
Reiknið ákveðna heildið með innsetningu:
Lausn
Umrita þarf dæmið nokkuð svo auðveldara sé að beita eiginleikunum. Fyrst umritum við veldisvísinn á e sem veldi af x og færum síðan x2 úr nefnaranum upp í teljarann með neikvæðum veldisvísi. Þá fæst
Látum vera veldisvísinn á e. Þá er
Þegar mínusmerkið er tekið út fyrir heildismerkið verður dæmið
Næst breytum við heildunarmörkunum:
Takið eftir að neðri mörkin eru nú hærri talan. Því þurfum við að margfalda með −1 og víxla mörkunum. Þannig fæst
Heildi sem innihalda lograföll
Heildun falla af gerðinni gefur algildi náttúrulega lografallsins, eins og sýnt er í eftirfarandi reglu. Reglan inniheldur einnig heildunarformúlur fyrir önnur lograföll, svo sem og
Dæmi 1.45
Stofnfall fundið fyrir fall sem inniheldur ln x
Finnið stofnfall fallsins
Lausn
Takið fyrst 3 út fyrir heildismerkið. Notið síðan u−1-regluna. Þá fæst
Mynd 1.39. Skilgreiningarmengi fallsins er x ≠ 10 .
Dæmi 1.46
Stofnfall ræðs falls fundið
Finnið stofnfall
Lausn
Umrita má þetta sem Notum innsetningu. Látum þá er Breytum du með því að taka 2 út fyrir sviga. Þá fæst
Umritum heildisstofninn með u:
Þá fæst
Dæmi 1.47
Stofnfall lografalls fundið
Finnið stofnfall lografallsins
Lausn
Fylgjum sniðinu í formúlunni sem gefin er í reglunni um heildunarformúlur fyrir lograföll. Samkvæmt því fæst
Dæmi 1.48 er ákveðið heildi hornafalls. Þegar unnið er með hornaföll þarf oft að beita eiginleika eða hornafallasamsemd áður en lengra er haldið. Að koma heildisstofninum á rétta mynd er yfirleitt lykillinn að greiðri heildun.
Dæmi 1.48
Ákveðið heildi reiknað
Reiknið ákveðna heildið
Lausn
Við þurfum innsetningu til að reikna heildið. Látum þannig að Umritum heildið með u og breytum jafnframt heildunarmörkunum. Þá fæst
Þá er
Æfingar í hluta 1.6
Reiknið hvert óákveðið heildi í eftirfarandi æfingum.
320.
321.
322.
323.
324.
325.
326.
327.
Finnið hvert óákveðið heildi í eftirfarandi æfingum með viðeigandi innsetningu.
328.
329.
330.
331.
332.
333.
334.
335.
336.
337.
338.
339.
340.
341.
Sannreynið í eftirfarandi æfingum með deildun að og reiknið síðan heildið með viðeigandi breytuskiptum.
342.
343.
344.
345.
346.
Skrifið heildi sem lýsir flatarmálinu undir grafi frá til ex og reiknið heildið.
347.
Skrifið heildi sem lýsir flatarmálinu undir grafi milli og og reiknið heildið.
Notið viðeigandi innsetningar í eftirfarandi æfingum til að setja hornafallsheildin fram sem samskeytingar með lograföllum.
348.
349.
350.
351.
352.
353.
354.
Reiknið ákveðna heildið í eftirfarandi æfingum.
355.
356.
357.
358.
359.
Heildið í eftirfarandi æfingum með tilgreindri innsetningu.
360.
361.
362.
363.
364.
365.
Er nálgunin með hægri endapunktum í eftirfarandi æfingum ofmat eða vanmat á nákvæma flatarmálinu? Reiknið matið með hægri endapunktum, R50, og finnið nákvæma flatarmálið.
366.
[T] á
367.
[T] á
368.
[T] á
369.
[T] á
370.
[T] á
371.
[T] á
Í eftirfarandi æfingum er fyrir Finnið flatarmálið undir grafi milli gefinna gilda a og b með heildun.
372.
373.
374.
375.
376.
Finnið flatarmálið undir grafi fallsins milli og
377.
Reiknið heildi og finnið minnsta gildi N þannig að flatarmálið undir grafi milli og sé í mesta lagi 0.01.
378.
Finnið, þegar N stefnir á óendanlegt, markgildi flatarmálsins undir grafi milli og
379.
Sýnið að þegar
380.
Gerum ráð fyrir að fyrir öll x og að f og g séu deildanleg. Notið samsemdina og keðjuregluna til að finna afleiðu
381.
Notið fyrri æfingu til að finna stofnfall og reiknið
382.
Sýnið að ef þá sé heildið af frá ac til bc jafnt heildinu af frá a til b.
Markmið eftirfarandi æfinga er að leiða út grundvallareiginleika náttúrulega lograns út frá skilgreiningunni með því að nota eiginleika ákveðna heildisins án frekari forsendna.
383.
Notið samsemdina til að leiða út samsemdina
384.
Notið breytuskipti í heildinu til að sýna að
385.
Notið samsemdina til að sýna að sé vaxandi fall af x á og notið fyrri æfingar til að sýna að myndmengi sé Ályktið, án frekari forsendna, að hafi andhverft fall sem er skilgreint á
386.
Gerum um stund ráð fyrir að við vitum ekki að sé andhverft fall en höfum í huga að hefur andhverft fall sem er skilgreint á Köllum það E. Notið samsemdina til að leiða út að fyrir sérhverjar rauntölur a og b.
387.
Gerum um stund ráð fyrir að við vitum ekki að sé andhverft fall en höfum í huga að hefur andhverft fall sem er skilgreint á Köllum það E. Sýnið að
388.
Sínusheildið, sem er skilgreint sem er mikilvæg stærð í verkfræði. Þótt ekki sé til einföld lokuð formúla fyrir það er hægt að meta hegðun þess fyrir stór x. Sýnið að fyrir
389.
[T] Normaldreifing í líkindafræði er gefin með þar sem σ er staðalfrávikið og μ meðaltalið. Stöðluð normaldreifing í líkindafræði, samsvarar Reiknið hægri endapunktsmötin á