background image

MATEMATYKA PwZ

Praca domowa 3. VI 2011

1. Podać równania płaszczyzn stycznych do powierzchni będących wykresami funkcji

(a) (x, y) = x

3

− xy w punkcie = 2 , = 3, (23) ,

(b) g(x, y) = x

2

ln w punkcie = 2 , = 1 , = 0 ,

(c) h(x, y) = (x

2

+ 1)

w punktach (31, h(31)) oraz (14, h(14)) ,

(d) korzystając z rozwiązania punktów (b) i (c) i z różniczki zupełnej podać przybliżone

wartości (199)

2

ln 102, ((295)

2

+ 1)

104 i ((103)

2

+ 1)

396.

2. Podać i zinterpretować geometrycznie równanie płaszczyzny stycznej do wykresu funk-
cji dwóch zmiennych w punkcie (x

0

, y

0

, z

0

) (gdzie z

0

(x

0

, y

0

)), gdy wiadomo, że

(x

0

, y

0

) jest punktem stacjonarnym tej funkcji.

Rozwiązania

1. W całym zadaniu korzystamy z równania płaszczyzny stycznej do wykresu funkcji w
punkcie (x

0

, y

0

, z

0

) (gdzie z

0

(x

0

, y

0

)) :

z

0

+ (x − x

0

)f

0

x

(x

0

, y

0

) + (y − y

0

)f

0

y

(x

0

, y

0

.

Stąd

(a) (23)+(x−2)f

0

x

(23)+(y−3)f

0

y

(23) = 2

3

2·3+(3·2

2

3)(x−2)+(2)(y−3) =

9x − 2y − 10

f

0

x

(x, y) = 3x

2

− y , f

0

y

(x, y) = −x ,

(b) = 2

2

ln 1 + (x − 2)(2 · · ln 1) + (y − 1)

2

2

1

= 4y − 4 , (g

0

x

(x, y) = 2ln y , g

0

y

(x, y) =

x

2

y

)

(c) = ((3)

2

+ 1)

1 + (+ 3) · (2 · (3) ·

1) + (y − 1) ·

(3)

2

+1

2

1

6+ 5y − 13

= (1

2

+ 1)

4 + (x − 1) · (2 · ·

4) + (y − 4) ·

1

2

+1

2

4

= 4+

1
2

y − 2

odpowiednio w (3110) i w (144)

(h

0
x

(x, y) = 2x

y, h

y

(x, y) =

x

2

+1

2

y

),

(d) (199)

2

ln 102 ≈ 2 ln 1 + (199 − 2)(2 · · ln 1) + (102 − 1)

2

2

1

= 008 ,

((295)

2

+ 1)

104 ≈ (3

2

+ 1)

1 + (295 − (3)) · (2 · (3) ·

1)

+ (104 − 1) ·

(3)

2

+1

2

1

= 10 − 03 + 02 = 990 ,

((103)

2

+ 1)

396 ≈ (1

2

+ 1)

4 + 003 · (2 · ·

4) + (004) ·

1

2

+1

2

4

= 410 ,

albo prościej:
(199)

2

ln 102 ≈ · (102) − 4 , ((295)

2

+ 1)

104 ≈ −· (295) + 5 · 104 − 13 , . . .

2. Ponieważ w punkcie stacjonarnym funkcji obie pochodne cząstkowe, f

0

x

f

0

y

, są równe

0, płaszczyzna styczna do wykresu ma równanie z ≡ z

0

, czyli jest pozioma.

background image

MATEMATYKA PwZ

Praca domowa 27. V 2011

1. Obliczyć pierwsze i drugie pochodne cząstkowe funkcji:

(x, y) = ln(xy)

,

g(x, y) = x

2

(y

3

− 1) + 3y(x − y)

,

h(x, y) =

y

x − 1

.

2. Znaleźć wszystkie ekstrema lokalne funkcji

(a) (x, y) = 2x

2

+ 2y

2

+ 3xy − 5x − 9+ 1 ,

(b) g(x, y) = 3+ 6xy − x

2

− y

2

+ 4 .

3. Znaleźć i sklasyfikować wszystkie punkty stacjonarne funkcji

(a) (x, y) = xy

2

+ 4xy − 2x

2

− 2 ,

(b) g(x, y) = x

2

y

2

+ 8+ 2y − 4xy ,

(c) h(x, y) = e

2x

(y

2

− 2y) .

(Klasyfikacja punktów stacjonarnych polega na ustaleniu, które z nich są ekstremami
lokalnymi funkcji i jakimi, a które jej punktami siodłowymi).

Rozwiązania

1.

(x, y) = ln(xy) : f

0

x

(x, y) = ln(xy) + 1, f

0

y

(x, y) =

x

y

,

f

00

xx

(x, y) =

1

x

, f

00

xy

(x, y) = f

00

yx

(x, y) =

1

y

, f

00

yy

(x, y) =

−x

y

2

g(x, y) = x

2

(y

3

− 1) + 3y(x − y) : ∇g(x, y) = [2x(y

3

− 1) + 3y

3x

2

y

2

+ 3x − 6y,

g

00

(x, y) =

"

2(y

3

− 1)

6xy

2

+ 3

6xy

2

+ 3

6x

2

y − 6

#

h(x, y) =

y

x − 1

∇h(x, y) =

"

− y

(x − 1)

2

1

x − 1

#

,

h

00

(x, y) =

2(y+1)
(x−1)

3

1

(x−1)

2

1

(x−1)

2

0

background image

2. (a) jedyne ekstremum – minimum lokalne – w jedynym punkcie stacjonarnym 1
= 3 gdyż

∇f (x, y) = [4+ 3y − 5

3+ 4y − 9] , f

00

(x, y

"

4

3

3

4

#

i det f

00

(x, y≡ 0 , 

xx

≡ 0.

(b) maksimum lokalne w jedynym punkcie stacjonarnym = 4 , = 5

∇f (x, y) = [2+ 3

x − 2+ 6] , f

00

(x, y

"

2

1

1

2

#

3.

(a) ∇f (x, y) = [y

2

+ 4y − 4x

2xy + 4x] = [y

2

+ 4y − 4x

2x(+ 2)] ,

więc punktami stacjonarnymi są rozwiązania układu równań y

2

+ 4y − 4= 0 = 2x(+ 2);

z drugiego równania mamy 2= 0 , wtedy pierwsze przyjmuje postać y

2

+ 4= 0

lub 2 , wtedy pierwsze przyjmuje postać 4 − − 4= 0, ostatecznie mamy więc
trzy punkty stacjonarne: = 0 , = 0 ; = 0 , 4 ; 1 , 2 .

Druga pochodna: f

00

(x, y) =

"

4

2+ 4

2+ 4

2x

#

, więc

(0 , 0) i (0 , –4) są punktami siodłowymi: f

00

(00) =

"

4 4

4

0

#

f

00

(0, −4) =

"

4
4

0

#

, det f

00

(00) = det f

00

(0, −4) = 16 0 ,

a (–1 , –2) jest maximum lokalnym bo f

00

(1, −2) =

"

4

0

0

2

#

, det f

00

(1, −2) 0 i

f

00

xx

(1, −2) 0.

(b) ∇g(x, y) = [2x − 4+ 8

2y − 4+ 2] , jedyny punkt stacjonarny = 2 , = 3

i on jest punktem siodłowym, bo g

00

(x, y

"

4

4

2

#

, det g

00

(x, y≡ −12 0.

(c) ∇h(x, y) = e

2x

· [2+ 2y

2

− 4+ 1

2y − 2] , jedyny punkt stacjonarny =

1
2

= 1

h

00

(x, y) = e

2x

·

"

4+ 4y

2

− 8+ 4

4y − 4

4y − 4

2

#

h

00

(

1
2

1) = e ·

"

2 0
0 2

#

,

więc w jedynym punkcie stacjonarnym jest minimum lokalne (h(

1
2

1) =

e
2

).

background image

MATEMATYKA PwZ

Praca domowa 20. V 2011

1. Obliczyć pochodne cząstkowe funkcji:

(x, y) = ln(xy)

,

g(x, y) =

q

33 − x

2

− y

2

, j(x, y) = x

2

+ 3y

2

+ 6xy − ,

h(x, y) =

x

x

2

y

2

,

k(x, y) =

x − y

y

, l(u, v) = u

v −

v

u

oraz wartości gradientów:

∇f (1, −1) , ∇f (1, −e) , ∇f (ee

2

, ∇g(2, −2) , ∇g(14) , ∇g(00) ,

∇h(1, −3) , ∇h(02) , ∇h(21) , ∇k(11) , ∇k(03) , ∇k(4, −2) .

2. Obliczyć gradienty funkcji (x, y) = 3x − y oraz g(x) =

26 − x

2

− y

2

w punktach

= 3 , = 4 oraz 1 , 3 i podać równania poziomic tych funkcji przechodzących
przez te punkty. Jakie jest wzajemne położenie gradientu (jako wektora) i poziomicy w
tym samym punkcie? (Przydadzą się rysunki).

3. Znaleźć wszystkie punkty stacjonarne funkcji z zadania 1 oraz funkcji

(x, y) = x

2

y

3

− x

y

,

h(x, y) = x

2

+ 2y

2

+ 2xy − 4x − 12+ 3 .

(Punkt stacjonarny funkcji to taki punkt, w którym gradient tej funkcji jest
wektorem zerowym).

background image

Rozwiązania

1.

(x, y) = ln(xy) :

f

0

x

(x, y) =

(ln xy)

∂x

y · y ·

1

xy

=

y

x

,

f

0

y

(x, y) =

(ln xy)

∂y

= ln(xy) + y · x ·

1

xy

= ln(xy) + 1 ,

więc

∇f (x, y) =



y

x

1 + ln xy



;

∇f (1, −1) = [0

1] , ∇f (1, −e) = [e

2] , ∇f(ee

2

) = [e

4]

g(x, y) =

q

33 − x

2

− y

2

:

g

0

x

(x, y) =

2x

2

33 − x

2

− y

2

=

−x

33 − x

2

− y

2

, g

0

y

(x, y) =

−y

33 − x

2

− y

2

,

∇g(x, y) =

"

−x

33 − x

2

− y

2

−y

33 − x

2

− y

2

#

;

∇g(2, −2) =



2

5

2

5



, ∇g(14) =



1

4

− 1



, ∇g(00) = [0

0]

h(x, y) =

x

x

2

y

2

:

h

0
x

(x, y) =

1(x

2

y

2

− x · 2x

(x

2

y

2

)

2

=

y

2

− x

2

(x

2

y

2

)

2

, h

0
y

(x, y) =

0(x

2

y

2

− x · 2y

(x

2

y

2

)

2

=

2xy

(x

2

y

2

)

2

,

∇h(x, y) =

"

y

2

− x

2

(x

2

y

2

)

2

2xy

(x

2

y

2

)

2

#

;

∇h(1, −3) = [008

006] , ∇h(02) =



1

4

0



, ∇h(21) =



3

25

4

25



k(x, y) =

x − y

y

:

k

0

x

(x, y) =

y − (x − y)

(y)

2

=

2y

(y)

2

, k

0

y

(x, y) =

(y− (x − y)

(y)

2

=

2x

(y)

2

,

∇k(11) =



1

2

1

2



, ∇k(03) =



2

3

0



, ∇k(4, −2) = [1

− 2]

j(x, y) = x

2

+ 3y

2

+ 6xy − 3 :

j

0

x

(x, y) = 2xy + 6y , j

0

y

(x, y) = x

2

+ 6+ 6x

l(u, v) = u

v −

v

u

:

l

0
u

(u, v) =

+

v

2u

u

, l

0
v

(u, v) =

u

2

v

1

u

.

2. Gradienty:

∇f (34) = ∇f (1, −3) = [3

− 1] (podobnie jak w każdym innym punkcie (x, y)),

a poziomice mają równania: = 3x − 5 (przechodząca przez punkt (34)) i = 3x
(przechodząca przez punkt (1, −3)). Gradient w każdym punkcie jest zatem prostopadły
do tych poziomic.

Podobnie: ∇g(34) = [3

− 4] , ∇g(1, −3) =

h

1
4

3
4

i

(por. ∇g w zadaniu 1),

background image

zaś poziomica przechodząca przez (34) to okrąg x

2

y

2

= 25, a przechodząca przez

(1, −3) – okrąg x

2

y

2

= 10 . W obu przypadkach gradient w punkcie jest wektorem

prostopadłym do poziomicy – skierowanym do środka okręgu, (00).

3. Ponieważ ∇f (x, y) =

h

2x −

y

3y

2

x

2

y

i

, punkty stacjonarne muszą spełniać

równania

2x −

= 0 3y

2

x

2

y

= 0

czyli

= 2i 48x

4

x

4x

= 0 :

∇h(x, y) = [2+ 2y − 4

4+ 2x − 12]

więc jedynym punktem stacjonarnym funkcji jest 2 , = 4.

Dla funkcji z zadania 1: jedynym punktem stacjonarnym jest (00) (oczywiste),

punkty stacjonarne funkcji muszą spełniać równania

(2+ 6)= 0 , x

2

+ 6+ 6= 0

czyli = 0 i wtedy x

2

+ 6= 0 , lub 3 (czyli 2+ 6 = 0) i wtedy 6y − 9 = 0,

ostatecznie więc ma 3 punkty stacjonarne: (00) , (60) i



3,

3
2



.

Natomiast funkcja nie ma punktów stacjonarnych, gdyż l

0
u

(v, u0 dla każdego v > 0

(a dla = 0 nie istnieje l

0
v

(v, u)).

background image

MATEMATYKA PwZ

Praca domowa 11. V 2011

1. Sprawdzić, które z poniższych całek istnieją, i obliczyć te które istnieją:

Z

2

1

x

4

dx ,

Z

3

5 e

2x

dx ,

Z

−∞

|xe

−x

2

|dx .

2.

(a) Wyznaczyć dziedziny funkcji:

(x, y) =

1

x − y

, g(x, y) =

q

100 − x

2

− y

2

,

h(x, y) = 3x − y , j(x, y) =

ln x

(x − 2)(y − 1)

.

(b) Podać równania poziomic każdej z tych funkcji dla = 1 , = 0 , = 2 i 1.

(Uwaga: niektóre z tych poziomic są zbiorami pustymi).

(c

) O której z funkcji można powiedzieć, że jest rosnącą (malejącą) funkcją

zmiennej (zmiennej y)?

(d

) Zastanowić się, jak wyglądają wykresy funkcji .

3. Dla każdej z funkcji dwóch zmiennych

(x, y) =

xy

2

− x

oraz

g(x, y) =

q

y − x − x

2

wyznaczyć poziomice dla wartości = 0 i = 1 oraz poziomicę przechodzącą przez punkt
(2,10). Jakie to krzywe?

background image

Rozwiązania

1.

Z

2

1

x

4

d=

lim

b→∞



1

3x

3



b

2

= lim

b→∞



1

3b

3

1

· 2

3



=

1

24

Z

3

5 e

2x

d=

lim

b→∞



5

2

e

2x



b

3

=

5

2e

6

Z

−∞

|xe

−x

2

d=

Z

0

−∞

(−xe

−x

2

) d+

Z

0

xe

−x

2

d= lim

a→−∞



1

2

e

−x

2



0

a

+ lim

b→∞



1

2

e

−x

2



b

0

=

=

1

2

+

1

2

= 1

2. (a) D() = {(x, y) : x > y} (półpłaszczyzna),

D(g) = {(x, y) : x

2

y

2

¬ 100(koło o środku w (00) i promieniu 10), D(h) = R

2

,

D(j) = {(x, y) : x > ∧ x 6= 2 ∧ y 6= 1(półpłaszczyzna bez pary półprostych).

(b) Np. P

0

() = {(x, y) :

1

x−y

= 0∅ ,

P

1

() = {(x, y) :

1

x−y

= 1{(x, y) : x − y = 1– prosta

i podobnie prostymi są wszystkie inne niepuste poziomice (te na poziomach c > 0);

P

0

(g) = {(x, y) :

100 − x

2

− y

2

= 0{(x, y) : x

2

y

2

= 100– okrąg o środku w

(00) i promieniu 10,

P

1

(g) = {(x, y) : x

2

y

2

= 99i podobnie wszystkie poziomice na poziomach c ∈ [010[

są współśrodkowymi okręgami, zaś na poziomach c < 0 i c > 10 są puste ;

P

c

(h) = {(x, y) : 3x − y c} {(x, y) : = 3x − c} – np. poziomica dla = 0 to prosta

= 3, a dla 1 prosta = 3+ 1.

(c) Oczywiście jest rosnącą funkcją zmiennej i malejącą funkcją zmiennej , natomiast
jest malejącą funkcją i rosnącą funkcją y.

3.

P

0

() = {(x, y) :

xy

2

− x = 0{(x, y) : = 0 ∨ y = 2– para prostopadłych prostych,

P

1

() = {(x, y) :

xy

2

− x = 1{(x, y) : = 2 +

2
x

– hiperbola,

P

0

(g) = {(x, y) :

y − x − x

2

= 0{(x, y) : x(+ 1),

P

1

(g) = {(x, y) :

y − x − x

2

= 1{(x, y) : x(+ 1) + 1– parabole,

przez punkt (210) przechodzą poziomice P

8

() i P

2

(g) , gdyż

(210) = 8 , g(210) = 2 .

background image

MATEMATYKA PwZ

Praca domowa 6. V 2011

1. Obliczyć całki oznaczone:

Z

9

0

(x

2

+ 2) dx ,

Z

0

1

xe

x

dx ,

Z

1

1

xe

x

dx ,

Z

4

1

2+ 3

x

2

+ 3x − 3

dx .

2. Obliczyć pola figur zawartych pomiędzy:

(a) osiami OX i OY a prostą = 4+ 2 ,

(b) prostymi = 0 (osią OX), = 4 oraz połówką paraboli =

,

(c) prostą o równaniu = 5

1
5

− x a hiperbolą o równaniu =

1

x

,

(d) prostą o równaniu = 9 − x a parabolą o równaniu x

2

− x .

3. Dla dowolnej liczby naturalnej obliczyć średnią wartość funkcji (x) = x

n

(a) w przedziale [0 , 1] , (b) w przedziale [–1 , 1] ,

oraz obliczyć wartość średnią funkcji g(x) = e

x

(c) w przedziale [0 , 1] , (d) w przedziale [–1 , 2] .

4(

). Rowerzysta po starcie najpierw jedzie przez 10 sekund ze stałym przyśpieszeniem

1 m/s

2

, a potem przez następne 20 sekund ze stałą prędkością. Jaką drogę przebędzie

przez te pół minuty i z jaką średnią prędkością?

background image

Rozwiązania

1.

Z

9

0

(x

2

+ 2) d=

"

x

3

3

+ 2x

#

9

0

= 261

Z

0

1

xe

x

d= [(x − 1)e

x

]

0
1

e

0

− (2)e

1

=

2

e

− 1

Z

1

1

xe

x

d= [(x − 1)e

x

]

1
1

= 0 · − (2)e

1

=

2

e

Z

4

1

2+ 3

x

2

+ 3x − 3

d= [ln |x

2

+ 3x − 3|]

4
1

= ln 25 .

2. (a)

Z

0

1/2

(4+ 2) d= [2x

2

+ 2x]

0
1/2

= 0 − (05) =

1

2

(b)

Z

4

0

d=

"

2x

x

3

#

4

0

= 5

1

3

(c) punkty przecięcia prostej z hiperbolą to rozwiązania równania +

1

x

= 5

1
5

, czyli =

1
5

= 5 , pole =

Z

5

1/5

(5

1

5

− x) dx −

Z

5

1/5

1

x

d=

"

16

5

x −

x

2

2

− ln x

#

5

1/5

= 16 

25

2

− ln 5 

16
25

+

1

50

+ ln

1
5

= 432 − 2 ln 5

(d) punkty przecięcia prostej z parabolą to rozwiązania równania 9 − x x

2

− x , czyli

±3 ;

pole =

Z

3

3

(9 − x) dx −

Z

3

3

(x

2

− x) d=

Z

3

3

9 dx −

Z

3

3

x

2

d= [9x]

3

3

h

x

3

3

i

3

3

= 54 

18 = 36.

3. (a)

1

− 0

Z

1

0

x

n

d=

"

x

n+1

+ 1

#

1

0

=

1

+ 1

,

(b)

1

− (1)

Z

1

1

x

n

d=

1

2

"

x

n+1

+ 1

#

1

1

= 0 dla nieparzystych i

1

n+1

dla parzystych,

(c) e − 1 , (d)

e

2

2

1

2e

.

4.

Prędkość kolarza w chwili [s] , v(t), jest równa [m/s] dla t ¬ 10 (ze względu na

stałe przyśpieszenie od zera) i 10 m/s dla 10 ¬ t ¬ 20. Droga przebyta do chwili to

całka oznaczona z prędkości,

Z

T

t=0

v(t) dt. Stąd droga przebyta w 30 sekund jest równa

Z

30

0

v(t) d=

Z

10

0

v(t) d+

Z

30

10

v(t) d=

Z

10

0

d+

Z

30

10

10 d=

"

t

2

2

#

10

0

+ [10t]

30
10

= 50 + 200

= 250 m , a średnia prędkość

250

30

= 83(3) m/s .

background image

MATEMATYKA PwZ

Praca domowa 29. IV 2011

1. Obliczyć całkę

Z

2 sin cos d(całkując przez części) i wywnioskować stąd wzór na

Z

((x· F

0

(x)) ddla dowolnej całkowalnej i jednocześnie różniczkowalnej funkcji .

2. Obliczyć całki nieoznaczone:

Z

(x − 3)e

x

dx ,

Z

(

x · ln x) dx ,

całkując przez części, oraz

Z

4

(4+ 3)

5

dx ,

Z

6x − 1 dx ,

Z

3x

2

+ 6

x

3

+ 6x − 2

dx

korzystając z wzorów będących szczególnymi przypadkami całkowania przez podstawienie.

background image

Rozwiązania

1. Wstawiamy np. (x) = F

0

(x) = cos G(x) = sin ; wówczas (x) = sin g(x) =

G

0

(x) = cos i całkując przez częsci dostajemy

Z

2 sin cos d= 2 sin sin x − 2

Z

sin cos d= 2 sin

2

x −

Z

2 sin cos d;

stąd

2

Z

2 sin cos d= 2 sin

2

x

i ostatecznie

R

2 sin cos d= sin

2

C.

(Można też podstawić = sin ; wtedy

dt

dx

= cos i

Z

2 sin cos d=

Z

2t

dt

dx

d=

Z

2dt

2

= sin

2

).

Ogólnie:

Z

((x· F

0

(x)) d(x· F (x

Z

(F

0

(x· F (x)) dx ,

stąd 2

R

((x· F

0

(x)) d= ((x))

2

.

2. Biorąc (x) = (x) = e

x

G(x) = x − 3 :

Z

(x − 3)e

x

d= (x − 3)e

x

Z

e

x

d= (x − 4)e

x

C

Biorąc G(x) = ln (x) =

; wtedy g(x) = x

1

(x) =

2
3

x

3/2

i

Z

(

x · ln x) d=

2

3

x

3/2

ln x −

Z

2

3

x

3/2

x

1

d=

2

3

x

ln x −

4

9

x

C

Natomiast

Z

4

(4+ 3)

5

d= 4

Z

(4+ 3)

5

d= 4 ·

1

4

·

(4+ 3)

4

4

=

1

4(4+ 3)

4

C

Z

6x − 1 d=

1

6

·

2

3

· (6x − 1)

3/2

=

1

9

(6x − 1)

6x − 1 + C

(ze wzoru na

R

(ax b) dx) , a

Z

3x

2

+ 6

x

3

+ 6x − 2

d= ln |x

3

+ 6x − 2C

,

– ze wzoru na

Z

F

0

(x)

(x)

dx.

background image

MATEMATYKA PwZ

Praca domowa 15. IV 2011

1. Obliczyć całki nieoznaczone

Z



8x

3

+

2

x

2



dx ,

Z

(2x

x − 4e

x

+ 5 sin x) dx ,

Z



3

x

+

3

x

2

+

4

x

3

6

x

4



dx .

2. Znaleźć

(a) funkcję pierwotną funkcji funkcji (x) = 6x

2

+ 3 +

4

x

2

, dla której (1) = 3,

(b) funkcję pierwotną funkcji z punktu (a) , dla której (4) = 0,

(c) funkcję pierwotną funkcji g(x) = cos x − sin x, dla której G(

Π

2

) = 1.

3. Koszt krańcowy w pewnym procesie produkcyjnym wynosi

K

0

(q) =

6q

2

25

+ 2 .

Wiadomo także, że wyprodukowanie 5 jednostek kosztuje K(5) = 20.

(a) Wyznaczyć funkcję kosztu K(q) i obliczyć K(0) i K(10).

(b) Przy jakiej wielkości produkcji zysk jest maksymalny, jeżeli wiadomo, że cena zbytu
wynosi = 56 ?

(Jak Państwo powinni wiedzieć z mikroekonomii, koszt krańcowy to pochodna
kosztu całkowitego).

background image

Rozwiązania

1.

Z



8x

3

+

2

x

2



d=

Z

8x

3

d+

Z

2

x

2

d= 2

Z

4x

3

d+ (2)

Z

1

x

2

= 2x

4

2

x

C

Z

(2x

x − 4e

x

+ 5 sin x) d= 2

Z

x

3/2

dx − 4

Z

e

x

d+ 5

Z

sin d=

4

5

x

2

x − 4e

x

− 5 cos C

Z



3

x

+

3

x

2

+

4

x

3

6

x

4



d= 3 ln |x| −

3

x

2

x

2

+

2

x

3

C

2. (a) i (b) : ponieważ

Z

6x

2

+ 3 +

4

x

2



d= 2x

3

+ 3x −

4

x

C, trzeba dobrać stałą C

tak, by

(a) 2 · 1

3

+ 3 · 

4
1

= 3

,

(b) 2 · 4

3

+ 3 · 

4
4

= 0 ;

(a) = 2 , (x) = 2x

3

+ 3x −

4

x

+ 2

,

(b) 139 , (x) = 2x

3

+ 3x −

4
x

− 139 ;

(c)

R

(cos x − sin x) d= sin + cos , aby G(

Π

2

) = 1 trzeba dobrać tak by

sin

Π

2

+ cos

Π

2

1 , więc G(x) = sin + cos x − 2.

3. (a) K(q) jest tą funkcją pierwotną funkcji K

0

(q) =

6q

2

25

+ 2, dla której K(5) = 20, a

zatem K(q) =

2q

3

25

+ 2K(0) = 0 i K(10) = 100 ;

(b) przy takiej, przy której pochodna zysku jest równa 0 (a druga pochodna jest ujemna):

Z(q) = 56q −



2q

3

25

+ 2q



Z

0

(q) = 56 



6q

2

25

+ 2



Z

00

(q) = 

12q

25

0 dla każdego q > 0,

Z

0

(q) = 0 gdy koszt krańcowy jest równy cenie zbytu, czyli gdy

6q

2

25

+ 2 = 56 , = 15 .

background image

MATEMATYKA PwZ

Praca domowa 1. IV 2011 (st. dzienne)

Ta praca nie będzie sprawdzana na zajęciach,

natomiast może być pożytecznym przygotowaniem do kolokwium.

1. Zbadać przebieg zmienności funkcji

(a) (x) = 80x − x

5

,

(b) h(x) = 2x

3

− 6x

2

,

(c) j(x) = x(x − 2)

2

,

(d) g(x) = 2 ln(x

2

+ 1) − x

2

,

(Wskazówka: g

0

ma 3 miejsca zerowe, g

00

dwa; znalezienie miejsc zerowych g

00

jest dość

skomplikowane (choć nie poza Państwa zasięgiem), ale łatwo wywnioskować ich przybliżone

położenie znając g

00

(1), g

00

(0) oraz g

00

(1)).

2. Ustalić, które z poniższych funkcji są parzyste, a które nieparzyste:

x

2

+ 1 sin(2x− x

3

, x cos x , 2

x

2

(2x − 5)

2

,

sin x

x

− 3e

x

2

ln(x

2

+ 1) .

3. Obliczyć granice

lim

x→∞

ln x

x

lim

x→∞

ln x

x

lim

x→1

+ 1

x

3

+ 2+ 3

,

lim

x→−1

+ 1

x

3

+ 2+ 3

,

lim

x→

Π

2

cos

2

x

sin x − 1

lim

x→9

− x

x − 3

,

lim

x→0

+

ln x .

background image

Rozwiązania

1.

(a) D() = R – funkcja jest określona dla każdej liczby rzeczywistej ;

(−x) = 80 · (−x− (−x)

5

80x

5

−f (x) , więc jest funkcją nieparzystą;

lim

x→∞

(x) = lim

x→∞

x(80 − x

4

) = −∞ , lim

x→−∞

(x) = lim

x→−∞

x(80 − x

4

) = ∞ ;

monotoniczność, ekstrema i tempo zmian:

f

0

(x) = 80 − 5x

4

ma miejsca zerowe tam gdzie 5x

4

= 80 , czyli x

4

= 16, ±2 ,

f

0

(x0 gdy x

4

16 , czyli < x < 2 , f

0

(x0 gdy |x| > 2 ;

f

00

(x) = 20x

3

ma jedyne miejsce zerowe w = 0 , poza tym ma znak przeciwny niż x.

Stąd jest wypukła w przedziale [−∞, 0] , a wklęsła w [0, ∞] i

x

− ∞, −2[

2

− 20[

0

]02[

2

]2, ∞[

f

0

(x)

0

+

+

+

0

f

00

(x)

+

+

+

0

(x)

m.c.w

min

r.c.sz

p.p.

r.c.w.

max

m.c.sz.

(r.c.w. = rośnie coraz wolniej , m.c.sz = maleje coraz szybciej itd.)

(b) dziedziną funkcji jest zbiór wszystkich liczb rzeczywistych,

2. Parzyste są funkcje 2

x

2

,

sin x

x

− 3e

x

2

oraz ln(x

2

+ 1)

– np.

sin(−x)

−x

− 3e

(−x)

2

=

− sin x

−x

− 3e

x

2

=

sin x

x

− 3e

x

2

,

a nieparzyste sin(2x− x

3

oraz cos x

– np. sin(2x− (−x)

3

− sin(2x) + x

3

(sin(2x− x

3

).

Pozostałe dwie funkcje nie są ani parzyste, ani nieparzyste. Na przykład dla h(x) =
x

2

+ 1 mamy h(1) = 1 , h(1) = 3, a dla g(x) = (2x − 5)

2

mamy g(2) = 1 ,

g(2) = 81.

3.

lim

x→∞

ln x

x

=

lim

x→∞

1/x

1

= 0 ,

lim

x→∞

ln x

x

=

lim

x→∞

1/x

1/2

x

= lim

x→∞

2

x

x

= 0 ,

lim

x→1

+ 1

x

3

+ 2+ 3

=

1

2

(uwaga – tu nie można użyć reguły de l’Hospitala),

lim

x→−1

+ 1

x

3

+ 2+ 3

=

lim

x→−1

1

3x

2

+ 2

1

5

,

lim

x→

Π

2

cos

2

x

sin x − 1

=

lim

x→

Π

2

2 sin cos x

cos x

,

lim

x→9

− x

x − 3

=

lim

x→9

1

1/2

x

,

lim

x→0

+

ln =

lim

x→0

+

ln x

1/x

= lim

x→0

+

1/x

1/x

2

= lim

x→0

+

(−x) = 0 .

background image

MATEMATYKA PwZ

Praca domowa 25. III 2011 (st. dzienne)

1.

Wyznaczyć przedziały monotoniczności i wszystkie ekstrema lokalne oraz zbadać

tempo zmian funkcji:

(x) =

x

4

4

x

3

,

g(x) = x(x − 2)

2

,

h(x) = x

2

ln x .

2. Dla funkcji

(x) = x

4

11

3

x

3

− 2x

2

+ 11x

ustalić (nie wypisując ”siatki znaków”), które z punktów x

0

1 , 0 , 1 , 2 są jej ekstre-

mami lokalnymi i jakimi, a które punktami przegięcia,

W jakich przedziałach ta funkcja jest wklęsła, a w jakich wypukła?

(wybiegając w przyszłość, nieobowiązkowe). Przeczytawszy w regułach różniczkowania
materiał o pochodnej funkcji złożonej spróbować obliczyć pochodne funkcji

2x

2

− x , e

−x

2

+ e

x

2

+ e

3x+1

sin(x

3

(+ ln x)

3

.

Rozwiązania

1.

Dla (x) =

x

4

4

x

3

dziedziną funkcji jest zbiór wszystkich liczb rzeczywistych, po-

chodne to

f

0

(x) = x

3

+ 3x

2

x

2

(+ 3) , f

00

(x) = 3x

2

+ 6= 3x(+ 2) ;

miejsca zerowe pierwszej pochodnej to 0 oraz 3 , a drugiej 0 i 2 ;

f

0

jest ujemna w przedziale ]−∞, −3[ a f

00

w przedziałe ]20[ i ostatecznie dostajemy

x

]−∞, −3 [

3

]3, −2[

2

]20[

0

]0, ∞[

f

0

(x)

0

+

+

+

0

+

f

00

(x)

+

+

+

0

0

+

(x)

m.c.w

min

r.c.sz

p.p.

r.c.w.

p.p.

r.c.sz.

(p.p. = punkt przegięcia, r.c.w. = rośnie coraz wolniej , m.c.sz = maleje coraz szybciej
itd.). Funkcja jest wklęsła w przedziale [20], a poza nim jest wypukła.

Warto zauważyć, że = 0 nie jest ekstremum tej funkcji mimo że pochodna w tym punkcie
jest równa zeru: f

0

nie zmienia znaku w = 0, a więc jest to punkt przegięcia.

background image

Dla g(x) = x(x − 2)

2

dziedziną funkcji jest zbiór wszystkich liczb rzeczywistych, pochodne

to

g

0

(x) = (x − 2)

2

x · · 2(x − 2) = (x − 2)(3x − 2)

g

00

(x) = 3x − 2 + 3(x − 2) = 6x − 8

(tu policzono jako pochodną iloczynu funkcji złożonych – można sprawdzić sprowadzając
do postaci wielomianu). Miejsca zerowe pierwszej pochodnej to 2 oraz

2
3

, a drugiej

4
3

;

g

0

jest ujemna w przedziale (

2
3

2) , a g

00

w przedziałe (−∞,

4
3

) i ostatecznie dostajemy

x

(−∞,

2
3

)

2
3

(

2
3

,

4
3

)

4
3

(

4
3

2)

2

(2, ∞)

g

0

(x)

+

0

0

+

g

00

(x)

0

+

+

+

g(x)

r.c.w

max

m.c.sz

p.p.

m.c.w.

min

r.c.sz.

Funkcja h(x) = x

2

ln jest określona dla wszystkich x > 0 i tylko dla nich. Pochodne to

h

0

(x) = 2ln x(2 ln + 1) , h

00

(x) = 2 ln + 3 ;

jedynym miejscem zerowym h

0

jest

1

e

, a jedynym miejscem zerowym h

00

jest

1

e

e

(loga-

rytmy naturalne tych liczb to odpowiednio 

1
2

3
2

). Ponieważ zaś logarytm naturalny jest

funkcją rosnącą, mamy tabelę:

x

(0,

1

e

e

)

1

e

e

(

1

e

e

,

1

e

)

1

e

(

1

e

, ∞)

h

0

(x)

0

+

h

00

(x)

0

+

+

+

h(x)

m.c.sz

p.p.

m.c.w

min (

1

2e

)

r.c.sz.

(To, że lim

x→0

h(x) = 0 , wyliczymy na następnych zajęciach z reguły de l’Hospitala).

2.

Wystarczy zbadać znaki pierwszej i drugiej pochodnej funkcji w tych punktach.

Mamy

f

0

(x) = 4x

3

− 11x

2

− 4+ 11 , f

00

(x) = 12x

2

− 22x − 4

i stąd

f

0

(1) = 0 i f

00

(1) = 30 0 , więc w x

0

1 funkcja ma minimum lokalne,

f

0

(0) = 11 i f

00

(0) = 4 , więc w x

0

= 0 nie ma ekstremum ani punktu przegięcia,

f

0

(1) = 0 i f

00

(1) = 14 0 , więc w x

0

= 1 funkcja ma maksimum lokalne,

f

0

(2) = 6= 0 i f

00

(2) = 0 , więc x

0

= 2 jest punktem przegięcia funkcji .

(Drugim punktem przegięcia jest 

1
6

jest wklęsła w przedziale [

1
6

2] , a wypukła

poza nim).

background image

MATEMATYKA PwZ

Praca domowa 19. III 2011 (st. zaoczne)

1. Wyznaczyć przedziały monotoniczności i wszystkie ekstrema lokalne funkcji

(x) = x

3

− 4x

2

+ 4+ 1 ,

ustalając przy użyciu drugiej pochodnej, które z ekstremów są minimami lokalnymi, a
które maximami.

2.

Znaleźć najmniejszą i największą wartość funkcji x − 6

w przedziale domknię-

tym [1 , 16] oraz najmniejszą i największą wartość funkcji z zadania 1 w przedziale
domkniętym [–1 , 3] .

3. Popyt na pewien gatunek herbaty z górnej półki jest dany wzorem

D(p) =

2 000 000

p

2

,

gdzie jest ceną tej herbaty (w złotówkach za kilogram), a D(p) wielkością popytu (w
kilogramach) przy cenie p. Jaką cenę sprzedaży tej herbaty powinien wyznaczyć jej jedyny
importer, jeżeli sprowadza ją po 200 zł za kilogram, i ile powinien jej zakupić?

background image

MATEMATYKA PwZ

Praca domowa 11. III 2011 (st. dzienne)

1. Wyznaczyć przedziały monotoniczności i wszystkie ekstrema lokalne funkcji:

(a) (x) = x

4

− 2x

2

+ 5 ,

(b) g(x) = x

2

+

16

x

(uwaga na dziedzinę!),

(c) h(x) = x

3

− 2x

2

− 4+ 2

oraz najmniejszą i największą wartość funkcji w przedziale [1 , 4] i najmniejszą i naj-
większą wartość funkcji w przedziale [–1 , 3] .

2. U pewnego producenta koszt wyprodukowania jednostek towaru wynosi K(q) =

q

3

125

+ 12 , a cena zbytu jednostki towaru wynosi 16.

(a) Obecnie produkuje się 15 jednostek. Czy opłaca się zwiększyć tę wielkość? A zmniej-

szyć?

(b) To samo pytanie dla obecnej produkcji równej 30.

(c) Przy jakiej wielkości produkcji producent osiągnie największy zysk, jeżeli maksymal-

nie może wyprodukować 40 jednostek?

(d) To samo pytanie dla maksymalnej możliwej produkcji równej 20.

3. Znaleźć najmniejszą i największą wartość funkcji x

3

−x

2

5w przedziale domkniętym

[-2 , 2] oraz funkcji sin x −

x

2

w przedziale domkniętym [0 , 2Π].

4. Jakie jest największe możliwe pole prostokąta o obwodzie 8? Jak wygląda prostokąt
o takim polu?

background image

Rozwiązania

1. (a) f

0

(x) = 4x

3

− 4= 4x(x − 1)(+ 1) , f

0

(x) = 0 dla 1 , = 0 , = 1 ;

x

−∞ . . . − 1

1

. . . 0

0

. . . 1

1

. . . ∞

f

0

(x)

0

+

0

0

+

(x)

&

min (4)

%

max (5)

&

min (4)

%

(b) g

0

(x) = 2x −

16

x

2

g

0

(x) = 0 gdy 2x

3

= 16 , czyli = 2;

x

−∞ . . . 0

0

. . . 2

2

. . . ∞

g

0

(x)

*

0

+

g(x)

&

*

&

min (12)

%

(w = 0 nie jest określona),

maleje w [1 , 2] i rośnie w [2 , 4] , g(1) = 17 , g(4) = 20, g(2) = 12 (minimum), więc
najnniejszą wartością funkcji w przedziale [1 , 4] jest 12, a największą g(4) = 20;

(c) h

0

(x) = 3x

2

− 4x − 4 = 3(x − 2)(+

2
3

)

x

−∞ . . . −

2
3

2
3

2
3

. . . 2

2

. . . ∞

h

0

(x)

+

0

0

+

h(x)

%

max (

86
27

)

&

min (–6)

%

h(1) = 3 i h(3) = 1 , więc najmniejszą wartością funkcji w przedziale [–1 , 3] jest
6, a największą

86
27

.

2. Zysk producenta przy produkcji qz(q), to różnica między przychodem a kosztem:

z(q) = 16q − K(q) = 16q −

 

q

3

125

+ 12

!

q

3

125

+ 15q − 12 ,

a jego pochodna jest równa

z

0

(q) = 15 

3q

2

125

.

Stąd

(a) W punkcie = 15 pochodna jest równa z

0

(15) = 15 

27

5

0, więc funkcja zysku jest

rosnąca w otoczeniu tego punktu – produkcję opłaca się zwiększyć.

(b) W punkcie = 30 mamy z

0

(30) = 15 

108

5

0, więc funkcja zysku jest malejąca w

otoczeniu tego punktu – produkcję opłaca się zmniejszyć.

(c) W przedziale możliwych wielkości produkcji [0 , 40] mamy: z(0) = 12, z(40) = 640

512 − 40 − 12 = 76 i jedyny punkt stacjonarny = 25 (ten gdzie 15 

3q

2

125

= 0); przy

wielkości produkcji = 25 zysk wynosi 338 i jest maksymalny (jedyne ekstremum
w tym przedziale).

background image

(d) W przedziale możliwych wielkości produkcji [0 , 20] pochodna z

0

jest dodatnia, a

więc funkcja zysku jest rosnąca i stąd maksymalny zysk jest osiągany przy = 20 i
wynosi 224.

3. Dla (x) = x

3

− x

2

− 5mamy f

0

(x) = 3x

2

− 2x − 5 = 3(+ 1)(x −

5
3

) , f

0

(x) = 0 dla

1 i dla =

5
3

;

x

−∞ . . . − 1

1

. . .

5
3

5
3

5
3

. . . ∞

h

0

(x)

+

0

0

+

h(x)

%

max (3)

&

min (6

13
27

)

%

oraz (2) = 2, (2) = 6, a zatem najmniejszą wartością funkcji w przedziale [22]
jest 6

13
27

, a największą 3;

dla g(x) = sin x −

x
2

mamy g

0

(x) = cos x −

1
2

, więc g

0

(x) = 0 w tych punktach w których

cos =

1
2

– w przedziale [0 , 2Π] są takie dwa:

Π

3

i

3

. Mamy:

g(0) = 0 , g(2Π) = Π , g

 

Π

3

!

=

3

2

Π

6

≈ 04 oraz g

 

3

!

3

2

6

≈ −3,

a więc największą wartością funkcji w tym przedziale jest g



Π

3



, a najmniejszą g



3



.

4. Jeśli prostokąt o obwodzie 8 ma bok o długości a, to 0 < a < 4 (dlaczego?), przyległy
bok ma długość 4 − a, a pole prostokąta wynosi a(4 − a). Szukamy zatem największej
wartości funkcji (x) = x(4 − x) w przedziale otwartym ] 0 , 4 [ . Mamy

f

0

(x) = 4 − 2x , f

0

(x) = 0 ⇔ x = 2

i w punkcie = 2 pochodna, f

0

, zmienia znak z dodatniego na ujemny, a więc funkcja, ,

ma maksimum lokalne. Największe pole pośród rozpatrywanych prostokątów ma zatem
kwadrat o boku 2.

background image

MATEMATYKA PwZ

Praca domowa 4. III 2011 (st. dzienne i zaoczne)

1. Obliczyć pierwsze i drugie pochodne funkcji

(3+ 2)(2x − 1) 3z

2

ln z , ctg x , t ln cos t ,

x

2

− 4x

e

x

,

2x

+ 1

(szczególnie kłopotliwych drugich pochodnych można nie liczyć).

2. Wyznaczyć przedziały monotoniczności funkcji

(x) =

+ 2

x

2

+ 5

,

g(x) = x

3

− x

2

− 5x ,

h(x) =

ln x

x

– tzn. ustalić, w jakich przedziałach te funkcje są rosnące, a w jakich malejące.

background image

Rozwiązania

1.

(x) = (3+ 2)(2x − 1) f

0

(x) = 3(2x − 1) + 2(3+ 2) = 12+ 1

f

00

(x) = 12

g(z) = 3z

2

ln z

g

0

(z) = 6ln + 3z

2

·

1
z

= 3z(2 ln + 1)

g

00

(z) = 6 ln + 3 + 3z ·

2
z

= 6 ln + 9

h(x) = ctg =

cos x

sin x

h

0

(x) =

− sin x · sin x − cos x · cos x

(sin x)

2

1

(sin x)

2

h

00

(x) =

2 sin cos x

(sin x)

4

=

2 cos x

(sin x)

3

=

2 ctg x

(sin x)

2

j(t) = ln cos t

j

0

(t) = (1 + ln t) cos t − t ln sin t

j

00

(t) =



1

t

− t ln t



cos t − 2(1 + ln t) sin t

k(x) =

x

2

− 4x

e

x

k

0

(t) =

6x − − x

2

e

x

k

00

(x) =

x

2

− 8+ 10

e

x

u(x) =

2x

+ 1

u

0

(x) =

2 +

x

+ 2

+ 1

u

00

(t) =

2

x

− 2

(+ 2

+ 1)

2

2.

Dla każdej z tych funkcji badamy znak pochodnej; funkcja jest rosnąca

(malejąca)

w

tych przedziałach, w których jej pochodna jest dodatnia

(ujemna)

.

(x) =

+ 2

x

2

+ 5

f

0

(x) =

− 4x − x

2

(x

2

+ 5)

2

,

;

f

0

(x0 gdy − < x < , f

0

(x0 gdy x < −5 i gdy x > 1 ;

g(x) = x

3

− x

2

− 5x

g

0

(x) = 3x

2

− 2x − ,

;

g

0

(x0 gdy x < −1 i gdy x >

5

3

, g

0

(x0 gdy − < x <

5

3

;

h(x) =

ln x

x

h

0

(x) =

− ln x

x

2

;

;

h

0

(x0 gdy x < e (ln x < 1) , h

0

(x0 gdy x > .

Wobec tego:

jest rosnąca w przedziale [–5 , 1] , malejąca w przedziałach [−∞ , −5] i [1 , ∞] ,

jest malejąca w przedziale [,

5
3

] , rosnąca w przedziałach [−∞ , −1] i [

5
3

, ∞] ,

rośnie w przedziale ]0 e] i maleje w przedziale [e , ∞]

background image

MATEMATYKA PwZ

Praca domowa 25. II 2011 (st. dzienne)

1.

(a) Podać równania prostych stycznych do wykresu funkcji (x) =

3

w punktach

x

0

= 8 i x

0

27 oraz do wykresu funkcji (x) = ln w punktach x

0

= 1 i x

0

= 2.

(b) Przy pomocy różniczki funkcji wyliczyć przybliżone wartości

ln 097 ,

2

(051)

2

,

3

q

2673 (099)

3

(można posłużyć się rozwiązaniem części (a)).

2. (a) Podać równanie prostej stycznej do hiperboli o równaniu =

a

x

(gdzie

a > 0) w dowolnym punkcie x

0

0.

(b

) Udowodnić następującą własność hiperboli =

a
x

: dla każdej prostej

stycznej do tej hiperboli punkt styczności dzieli jest środkiem odcinka
tej prostej zawartego w pierwszej ćwiartce układu współrzędnych.

3. Obliczyć pierwsze i drugie pochodne funkcji

x − 4x

2

− e

x

− 3 sin x , 2x

3

3

x

4

+

x

5

10

2 ln(3x− x

4

+ 4

x

.

(Druga pochodna to pochodna pochodnej – np. drugą pochodną funkcji (x) = x

2

jest

pochodna funkcji f

0

(x) = 2, czyli f

00

(x) = 2).

background image

Rozwiązania

1. Jak wiemy, styczna do wykresu funkcji w punkcie x

0

, w którym jest różniczkowalna,

ma równanie = (x − x

0

)f

0

(x

0

) + (x

0

). Stąd

(a) (x) =

3

x

1/3

f

0

(x) =

1
3

x

2/3

=

1

3

3

x

2

, równaniami stycznych do wykresu są

x

0

= 8 : =

1

3

3

8

2

(x − 8) +

3

8 =

1

12

+

4
3

,

x

0

27 : =

1

3

3

(27)

2

(+ 27) +

3

27 =

1

27

x − 2 ,

(x) = ln f

0

(x) =

1
x

i równaniami stycznych do wykresu są

x

0

= 1 : =

1
1

(x − 1) + ln 1 = x − 1 ,

x

0

= 2 : =

1
2

(x − 2) + ln 2 =

x
2

− 1 + ln 2 .

(b) Przybliżamy wartość (x) wartością g(x) funkcji liniowej, której wykresem jest prosta
styczna do wykresu (x) w punkcie x

0

(w którym (x

0

) jest łatwe do policzenia):

(x) = ln f

0

(x) =

1

x

x

0

= 1 , x − x

0

003 ,

ln 097 ≈ ln 1 +

1
1

· (003) = 003 ,

(x) =

2

x

2

f

0

(x) =

4

x

3

x

0

= 05 , = 001 ,

2

(0,51)

2

2

(0,5)

2

+

4

(0,5)

3

· (001) = 8 − 032 = 768 ,

3

2673 

3

27 +

1

3

3

(27)

2

· 027 = 3 + 027 ·

1

27

299 ,

(099)

3

≈ 1

3

+ 3 · 1

2

· (001) = 097 .

2. (a) Ponieważ pochodną funkcji (x) =

a
x

jest f

0

(x) =

−a

x

2

, styczna do hiperboli =

a
x

w dowolnym (ale ustalonym) punkcie x

0

6= 0 ma równanie

f

0

(x

0

· (x − x

0

) + (x

0

) =

−a

x

2

0

· (x − x

0

) +

a

x

0

=

−a

x

2

0

+

2a

x

0

.

(b) Wobec tego styczna do hiperboli =

a
x

przecina oś OX w punkcie (2x

0

0), a oś OY

w punkcie



0,

2a
x

0



, a zatem punkt styczności,



x

0

,

a

x

0



dzieli ten odcinek na połowy.

3.

(x) = x − ,

f

0

(x) = 1

f

00

(x) = 0 ,

g(x) = 4x

2

− e

x

− 3 sin x ,

g

0

(x) = 8x − e

x

− 3 cos x g

00

(x) = 8 − e

x

+ 3 sin x ,

h(x) = 2x

3

3
x

,

h

0

(x) = 6x

2

3

x

2

h

00

(x) = 12+

6

x

3

,

j(x) = 4

+

x

5

10

,

j

0

(x) =

2

x

+

x

4

2

j

00

(x) = 

1

x

x

+ 2x

3

,

k(x) = 2 ln(3x− x

4

+ 4

x

= 2(ln 3 + ln x− x

4

+ 4

x

,

k

0

(x) = 0 +

2

x

− 4x

3

+ ln 4 · 4

x

k

00

(x) = 

2

x

2

− 12x

2

+ (ln 4)

2

· 4

x

.

background image

MATEMATYKA PwZ

Praca domowa 18. II 2011 (st. dzienne i zaoczne)

1. Podać równania prostych stycznych

(a) do hiperboli o równaniu (x) =

1
x

w punktach 1 i = 3 (f

0

(x) = 

1

x

2

) ,

(b) do wykresu funkcji (x) = e

x

w punktach = 0 i = 1 ,

(c) do paraboli o równaniu (x) = x

2

− 1 w punktach 1 i = 2 .

2.

Wyznaczyć wszystkie punkty, w których proste styczne do wykresu funkcji (x) =

x

3

− 4x

2

+ 5są (a) poziome, (b) równoległe do prostej o równaniu = 5x.

(Wskazówka: pochodna tej funkcji jest równa f

0

(x) = 3x

2

− 8+ 5).

3* (tylko studenci dzienni)

Obliczyć pochodną funkcji (x) =

w punktach x

0

= 1 i x

0

= 4.

Rozwiązania

1. (a) (x) =

1
x

x

0

1 ; f

0

(x) =

1

x

2

f

0

(1) = 1 ,

g(x) = (x

0

) + (x − x

0

)f

0

(x

0

) =

1

1

+ (1)(x − (1)) = −x − 2 ;

x

0

= 3 ; (x

0

) =

1
3

f

0

(x

0

) = 

1
9

g(x) =

1
3

1
9

(x − 3) =

1
9

+

2
3

(b) (x) = f

0

(x) = e

x

; styczna w x

0

= 0 : g(x) = e

0

+ e

0

(x − 0) = + 1 ,

styczna w x

0

= 1 : g(x) = e

1

+ e

1

(x − 1) = e · x

(c) (x) = x

2

− 1 , f

0

(x) = 2(taka sama jak pochodna funkcji h(x) = x

2

– dlaczego?)

styczna w x

0

1 : g(x) = (1)

2

− 1 + 2 · (1) · (x − (1)) = 2x − 2 ,

styczna w x

0

= 2 : g(x) = 2

2

− 1 + 2 · · (x − 2) = 4x − 5.

2. Ponieważ nachylenie (czyli współczynnik kierunkowy) stycznej do wykresu funkcji f
w punkcie to pochodna w punkcie f

0

(x), styczna jest

(a) pozioma w tych punktach x, w których pochodna jest równa 0,
(b) równoległe do prostej = 5w tych x, w których pochodna jest równa 5.

Skoro zaś f

0

(x) = 3x

2

− 8+ 5, mamy

(a) f

0

(x) = 0 ⇔ 3x

2

− 8+ 5 = 0 ⇔ (= 1 ∨ x =

5
3

),

(b) f

0

(x) = 5 ⇔ 3x

2

− 8+ 5 = 5 ⇔ (=

8
3

∨ x = 0) .

3. Z definicji pochodnej :

d(

x)

dx

= lim

h→0

h −

x

h

= lim

h→0

(

h −

x)(

+

x)

h(

+

x)

= lim

h→0

h

(

+

x)

=

1

2

x

,

stąd f

0

(1) =

1
2

f

0

(4) =

1
4

. Zamiast tego można też skorzystać z faktu, że pochodna

funkcji

w punkcie x

0

0 jest odwrotnością pochodnej funkcji g(x) = x

2

w punkcie x

2
0

(zrobić rysunek i wywnioskować, dlaczego).