Processing math: 0%

streda 28. novembra 2012

Geometrický význam derivácie funkcie - Príklad 1

Geometrický význam derivácie funkcie

Príklad 1

Nájdite rovnicu dotyčnice v bode T=[1;y_0] ku krivke f(x)=3x\cdot (2-x).

Riešenie

f:y=3x\cdot (2-x)
Dopočítame chýbajúcu súradnicu dotykového bodu:
f(x_0)=3\cdot 1 (2-1)=3\cdot 1 =3
T=[1;3]
Vypočítame smernicu dotyčnice:
k=f^{\prime}(x_0)
f(x)=3x\cdot (2-x)
Funkciu f derivujeme podľa pravidiel derivovania. Konkrétne funkciu f derivujeme ako súčin dvoch funkcii. 
f^{\prime}(x)=(3x)^{\prime}\cdot (2-x)+3x\cdot (2-x)^{\prime}= 3(2-x)+3x(-1)=6-3x-3x=6-6x
f^{\prime}(x)=6-6x 
k=f^{\prime}(x_0)=6-6\cdot 1
Dosadíme do vzťahu pre dotyčnicu: 
y-y_0=f^{\prime}(x_0)\cdot (x-x_0)
y-3=0\cdot(x-1)
y=3




Derivácia funkcie - Úlohy

Derivácia funkcie 


Úlohy

  1. \displaystyle f(x)=2x^6-5x^{-2}-\frac{34}{x^4}+\sin x
  2. \displaystyle g(x)=2x^2-14x^{-3}-\frac{3}{\sin x}+\arcsin x
  3. \displaystyle h(x)=\frac{\ln x}{x^4+2x^3}+ 9
  4. \displaystyle f(x)=\sqrt{x^7}-\frac{\sqrt[4]{x^5}\cdot x^{-2}}{x^4\cdot\sqrt[3]{x^2}}
  5. \displaystyle g(x)=e^{x}\cdot \sin x-\frac{4}{x}+\arctan x
  6. \displaystyle h(x)=\frac{\ln x+\cos x- 2x^3}{\sin x}
  7. \displaystyle f(x)=x^2\cdot e^x \cdot \sin x
  8. \displaystyle g(x)=\sqrt{x}\cdot \arcsin x-\tan x\cdot (4x-4)
  9. \displaystyle h(x)=\frac{1-x^2}{x^2+1}
  10. \displaystyle f(x)=e^x-3^x+\log_3 x 
  11. \displaystyle g(x)=\frac{3e^x\cdot \cos x}{1-x^4+x^3}
  12. \displaystyle h(x)=(3+\sin x-3x^2)\cdot(3\ln x-\arctan x)
  13. \displaystyle f(x)=\frac{e^x}{x^3}\cdot\left(1+\frac{\sin x}{x}\right)
  14. \displaystyle g(x)=\frac{1-x}{1+x}+\frac{1-x^3}{1+x^2}
  15. \displaystyle h(x)=\sin x\cdot\tan x\cdot \cos x
  16. \displaystyle f(x)=\sqrt[3]{x}-\frac{3}{\sqrt[4]{x^3}}+x^{-5} 
  17. \displaystyle g(x)=\frac{4x^4+\sin x}{\arccos x}
  18. \displaystyle h(x)=2^x-5x^{-4}-\frac{\tan x}{x^4}+x^3\cos x
  19. \displaystyle f(x)=(x^3\cdot e^x+x^3-5)\cdot(11\sin x+e^x\cdot\cos x) 
  20. \displaystyle g(x)=x\cdot\ln x-\sqrt[5]{x^{\frac{3}{2}}}
  21. \displaystyle h(x)=\frac{1}{2}\arctan{\left(\frac{x}{4}\right)}
  22. \displaystyle f(x)=\frac{\ln (x^2+1)}{x}+\sqrt{x^4+4x^3+2x^2-2}
  23. \displaystyle g(x)=\arctan{(2x^4+3x^2+3)}
  24. \displaystyle h(x)=\ln{\sqrt{x^2+2x+1}}
  25. \displaystyle f(x)=\arccos{\frac{3x-1}{4}}
  26. \displaystyle g(x)=\ln{(1+\sin^2 x)}
  27. \displaystyle h(x)=\frac{x}{2}+\frac{1}{4}\sin(2x)
  28. \displaystyle f(x)=\ln{(1+\tan x)}
  29. \displaystyle g(x)=-2\sqrt{1-e^x}
  30. \displaystyle h(x)=-\frac{\sqrt{x^2+1}}{x-1}
  31. \displaystyle f(x)=-\frac{x}{\sqrt{5-x^2}}
  32. \displaystyle g(x)=\ln\left(\frac{x+\sqrt{4+x^2}}{x^3+2x+1}\right)
  33. \displaystyle h(x)=\sqrt{\frac{x-1}{x+1}}
  34. \displaystyle f(x)=-2\arctan{\sqrt{\frac{3-x}{x-1}}}
  35. \displaystyle g(x)=\ln({e^x+\sqrt{e^{2x}-1}})+\arctan{\sqrt{e^{2x}-1}}
  36. \displaystyle h(x)=\sin\left(\frac{2x^3-5x^2+16x-9}{x\cdot e^{3x-2}}\right)
  37. \displaystyle f(x)=\frac{x^2\cos(3x^2-6x)}{(3x-5)^4}
  38. \displaystyle g(x)=\frac{25}{2}\arctan^4{(1+\sin x^2)}
  39. \displaystyle h(x)=e^{\cos x}\cdot\sin^2(3x^5-6x^3)
  40. \displaystyle g(x)=x\cdot \sqrt{1+x^2}-\frac{1}{(1+x^2)^3} 

    Determinanty - Príklad 6

    Determinanty

    Príklad 6

    Vypočítajte nasledujúci determinant:
    \left| \begin{array}{rrrr} 1 & 1& 1&1\\ 1 & 2& 3&4\\ 1 &3& 6&10\\ 1& 4& 10&20\\ \end{array} \right|

    Riešenie

    \left| \begin{array}{rrrr} 1 & 1& 1&1\\ 1 & 2& 3&4\\ 1 &3& 6&10\\ 1& 4& 10&20\\ \end{array} \right|=
    Mínus jeden násobok prvého riadku pripočítame postupne k riadku dva, tri a štyri. Dostávame determinant z matice 4\times 4, ktorý má v prvom riadku, v prvom stĺpci číslo 1 a pod nim samé nuly.
    \left| \begin{array}{rrrr} 1 & 1& 1&1\\ 0 & 1& 2&3\\ 0 &2& 5&9\\ 0& 3& 9&19\\ \end{array} \right|=
    Ďalej by sme mohli pokračovať:
    • rozvojom podľa prvého stĺpca,
    • úpravou matice na hornú trojuholníkovú maticu.
    Zvolíme si úpravu na hornú trojuholníkovú maticu.
    Horná trojuholníková matica je taká matica, ktorá má rôzne čísla na hlavnej diagonále a nad ňou a pod hlavnou diagonálou iba nuly.
    K tretiemu riadku matice pripočítame mínus dvojnásobok riadku dva a k štvrtému riadku pripočítame mínus trojnásobok riadku dva.
    \left| \begin{array}{rrrr} 1 & 1& 1&1\\ 0 & 1& 2&3\\ 0 &0&1&3\\ 0& 0& 3&10\\ \end{array} \right|=
    K štvrtému riadku matice pripočítame mínus trojnásobok riadku tri.
    \left| \begin{array}{rrrr} 1 & 1& 1&1\\ 0 & 1& 2&3\\ 0 &0&1&3\\ 0& 0& 0&1\\ \end{array} \right|= 1\cdot 1\cdot 1\cdot 1=1



    utorok 27. novembra 2012

    Maticová rovnica - Príklad 1

    Maticová rovnica


    Príklad 1

    Nájdite všetky matice X spĺňajúce danú maticovú rovnicu
    X\cdot A=B\cdot C^T,
    ak A=\left( \begin{array}{rr} -2 & 1  \\ -7 &3 \end{array} \right), B=\left( \begin{array}{rrr} -1 & 3&-4  \\ 1 &2 &0\end{array} \right), C=\left( \begin{array}{rrr} 0 & -2&-3  \\ 4 &3&-1 \end{array} \right)

    Riešenie

    X\cdot A=B\cdot C^T

    Najprv vypočítame pravú stranu danej maticovej rovnice.
    Matica B je typu 2\times 3. Matica C je typu 2\times 3. Transponovaná matica k matici C je typu 3\times 2.
    C^T= \left( \begin{array}{rrr} 0 & -2&-3  \\ 4 &3&-1 \end{array} \right)^T=\left( \begin{array}{rr} 0 & 4  \\ -2 &3\\ -3&-1 \end{array}\right)
    Výsledkom násobenia matice typu 2\times 3 s maticou typu 3\times 2 je matica typu 2\times 2.

    B\cdot C^T=\left( \begin{array}{rrr} -1 & 3&-4  \\ 1 &2 &0\end{array} \right)\cdot \left( \begin{array}{rr} 0 & 4  \\ -2 &3\\ -3&-1 \end{array}\right)=\left( \begin{array}{rr} 6 & 9  \\ -4 &10\end{array} \right)

    X\cdot A=B\cdot C^T
    Z rovnice vyjadríme X. Pozor: Delenie matíc nie je definovaná operácia.
    Využijeme násobenie inverznou maticou k matic A.
    X\cdot A\cdot A^{-1}=B\cdot C^T\cdot A^{-1}
    X\cdot I=B\cdot C^T\cdot A^{-1} 
    X=B\cdot C^T\cdot A^{-1}

    Matica A^{-1} je inverzná matica k matici A.

    Inverznú maticu k matici A vypočítame pomocou:
    • pridruženej (adjungovanej) matice,
    • blokovej matice.
    Zvolíme si postup výpočtu inverznej matice pomocou pridruženej (adjungovanej) matice.
    A^*=\left( \begin{array}{rr} A_{11} & A_{21} \\ A_{12} &A_{22}\\  \end{array} \right)
    s využitím vzťahu:
    A^{-1}=\frac{1}{\det{(A)}}A^*
    Vypočítame determinant matice A a všetky algebrické doplnky:
    \det{(A)}= \left| \begin{array}{rrr} -2 & 1 \\ -7 & 3\\ \end{array} \right|=1
    A_{ij}=(-1)^{i+j}\det{M_{ij}}, kde \det{M_{ij}} je determinant matice M_{ij}, ktorá vznikne z matica A vynechaním i-teho riadku a j-teho stĺpca.
    Algebrický doplnok A_{11} vznikne z matice A vynechaním prvého riadku a prvého stĺpca.
    A_{11}=(-1)^{1+1}\cdot 3 = 3
    ďalšie algebrické doplnky:
    A_{12}=(-1)^{1+3}\cdot (-7) = 7
    A_{21}=(-1)^{2+1}\cdot 1 = -1
    A_{22}=(-1)^{2+2}\cdot (-2) = -2
    Dosadením do vzťahu:
    A^{-1}=\frac{1}{\det{(A)}}A^*
    dostávame inverznú maticu k matici A
    A^{-1}=\left( \begin{array}{rr} 3 & -1 \\ 7 &-2 \end{array} \right)
    Maticu X vypočítame pomocou "obyčajného" násobenie matíc:
    X=B\cdot C^T\cdot A^{-1} 
    X=\left( \begin{array}{rr} 6 & 9  \\ -4 &10\end{array} \right)\cdot \left( \begin{array}{rr} 3 & -1  \\ 7 &-2 \end{array} \right)
    X=\left( \begin{array}{rr}81 &-24  \\58 &-16\end{array} \right) .

    Iný spôsob výpočtu matice X bez vyučitia inverznej matice:
    X\cdot A=B\cdot C^T
    kde
    X\cdot \left( \begin{array}{rr} -2 & 1  \\ -7 &3\end{array} \right)=  \left( \begin{array}{rr} 6 & 9  \\ -4 &10\end{array} \right)
    Matica X je typu  2\times 2. Všeobecne ju môžeme zapísať
    X=\left( \begin{array}{rr} x_1 & x_2  \\ x_3 &x_4\end{array} \right)
    \left( \begin{array}{rr} x_1 & x_2  \\ x_3 &x_4\end{array} \right)\cdot \left( \begin{array}{rr} -2 & 1  \\ -7 &3\end{array} \right)= \left( \begin{array}{rr} 6 & 9  \\ -4 &10\end{array} \right)
    Vynásobíme matice na ľavej strane rovnice
    \left( \begin{array}{rr}-2 x_1-7 x_2 & x_1+3 x_2  \\ -2x_3-7 x_4 & x_3+3x_4\end{array} \right)=  \left( \begin{array}{rr} 6 & 9  \\ -4 &10\end{array} \right)
    Dve matice rovnakého typu sa rovnajú vtedy, ak sa rovnajú čísla na rovnakých pozíciách. T.j.
    -2 x_1-7 x_2=6
    x_1+3 x_2=9
    -2x_3-7 x_4 =-4
    x_3+3x_4=10
    Výsledkom porovnania dvoch matíc sú dve sústavy lineárnych algebrických rovníc s dvoma neznámymi.
    \begin{array}{rr} -2 x_1-7 x_2&=&6\\ x_1+3 x_2&=&9\\ \end{array}
    Riešením tejto sústavy lineárnych algebrických rovníc s dvoma neznámymi je usporiadaná dvojica [x_1;x_2]=[81;-24].
    \begin{array}{rr} -2x_3-7 x_4 &=&-4\\ x_3+3x_4&=&10\\ \end{array}
    Riešením tejto sústavy lineárnych algebrických rovníc s dvoma neznámymi je usporiadaná dvojica [x_3;x_4]=[58;-16].

    Matica X= \left( \begin{array}{rr} x_1 & x_2  \\ x_3 &x_4\end{array} \right)= \left( \begin{array}{rr}81 &-24  \\58 &-16\end{array} \right) .
    je riešením maticovej rovnice X\cdot A=B\cdot C^T.

    Limita funkcie - Príklad 1

    Limita funkcie


    Príklad 1

    Vypočítajte limitu funkcie
    \lim_{x\rightarrow -1}\frac{x^2-x-2}{x+1}

    Riešenie

    Výpočet limity funkcie pomocou úprav.
    \lim_{x\rightarrow -1}\frac{x^2-x-2}{x+1}
    Táto limita je typu \frac{0}{0}.  Napíšeme čitateľa v tvare súčin dvoch výrazov.
    =\lim_{x\rightarrow -1}\frac{(x-2)\cdot (x+1)}{x+1}=\lim_{x\rightarrow -1}(x-2)=-1-2=-3

    Výpočet limity funkcie pomocou L' Hospitalovho pravidla.
    Keďže limita funkcie
    \lim_{x\rightarrow -1}x^2-x-2= 0
    a limita funkcie
    \lim_{x\rightarrow -1}x+1=0
    k výpočtu limity podielu týchto dvoch funkcií  je možné využiť L' Hospitalovo pravidlo:
    \lim_{x\rightarrow a}\frac{f(x)}{g(x)}=\lim_{x\rightarrow a}\frac{f(x)^{\prime}}{g(x)^{\prime}}
    \lim_{x\rightarrow -1}\frac{x^2-x-2}{x+1}=\lim_{x\rightarrow -1}\frac{x^2-x-2}{x+1}=\lim_{x\rightarrow -1}\frac{2x-1}{1}=\frac{2(-1)-1}{1}=-3

    pondelok 19. novembra 2012

    Determinanty - Príklad 4

    Determinanty - Príklad 4

     

    Príklad4

    Vypočítajte determinant matice

    \mathbf{A}=\left(\begin{array}{rrrrr}0 & 5 & -10 & 2 & 1\\0 & 3 & 0 & 1 & -5\\0 & -5 & 7 & -5 & 1\\ -1 & -1 & 3 & -1 & 0\\0 & 4 & 0 & 5 & 0\end{array} \right)


    Riešenie:

    Determinant matice rozvinieme podľa 1. stĺpca. Dostaneme determinant matice rádu 4. Ten následne rozvinieme pomocou 2. stĺpca, čím dostaneme determinant matice rádu 3, potom vypočítame príslušné determinanty pomocou Sarussovho pravidla.

    \det{A}=\left\vert\begin{array}{rrrrr}0 & 5 & -10 & 2 & 1\\0 & 3 & 0 & 1 & -5\\0 & -5 & 7 & -5 & 1\\ -1 & -1 & 3 & -1 & 0\\0 & 4 & 0 & 5 & 0\end{array} \right\vert =
    = 0 + 0 + 0 + (-1)(-1)^{4+1} \left\vert\begin{array}{rrrr}5 & -10 & 2 & 1\\3 & 0 & 1 & -5\\-5 & 7 & -5 & 1\\ 4 & 0 & 5 & 0\end{array} \right\vert = \left\vert\begin{array}{rrrr}5 & -10 & 2 & 1\\3 & 0 & 1 & -5\\-5 & 7 & -5 & 1\\ 4 & 0 & 5 & 0\end{array} \right\vert =
    =4\cdot(-1)^{4+1} \left\vert\begin{array}{rrr}-10& 2& 1\\0& 1& -5\\7& -5 & 1\end{array} \right\vert + 0 + 5\cdot(-1)^{4+3} \left\vert\begin{array}{rrr}5 & -10& 1\\3 & 0& -5\\-5& 7& 1\end{array} \right\vert + 0 =
    =-4\cdot(-10+0-70-7+250-0)-5\cdot(0+21-250-0+175+30)=
    = -4\cdot163-5\cdot(-24)= -532 V nasledujúcich riadkoch je zachytená vizualizácia riešenia. Táto vizualizácia je ovládaná iba šípkami vľavo a vpravo: V·ö prehliadaË nepodporuje Canvas...
    Zadanie detA det44_11 det44_21 det44_31 det44_41 det44_51 det44_41_medzivysledok det44_medzivysledok det33_41 det33_42 det33_43 det33_44

    Derivácia funkcie - Príklad 7

    Derivácia funkcie - Príklad 7

     

    Príklad4

    Vypočítajte deriváciu nasledujúcej funkcie a výsledok upravte
    y=\frac{\displaystyle 4x^3+3}{\displaystyle x^2-3x}



    Riešenie:

    y'=\left(\frac{\displaystyle 4x^3+3}{\displaystyle x^2-3x}\right)'=\frac{\displaystyle(4x^3+3)'(x^2-3x)-(4x^3+3)(x^2-3x)'}{\displaystyle(x^2-3x)^2}=
    =\frac{\displaystyle 12x^2(x^2-3x)-(4x^3+3)(2x-3)}{\displaystyle(x^2-3x)^2}=\frac{\displaystyle 12x^4-36x^3-8x^4-6x+12x^3+9}{\displaystyle (x^2-3x)^2}=
    =\frac{\displaystyle 4x^4-24x^3-6x+9}{\displaystyle x^2(x-3)^2}

    štvrtok 15. novembra 2012

    Limita postupnosti - Príklad 1

    Limita postupnosti 


    Príklad 1


    Vypočítajte limitu postupnosti

    \lim_{n\rightarrow \infty}{\frac{(n+2)!+(n+1)!}{(n+2)!-(n+1)!}}

    Riešenie:


    \lim_{n\rightarrow \infty}{\frac{(n+2)!+(n+1)!}{(n+2)!-(n+1)!}} =

    Využijeme definíciu faktoriálu:
    n!=n\cdot (n-1)\cdot (n-2)\cdot (n-3)\cdot ... \cdot 3 \cdot 2 \cdot 1
    \lim_{n\rightarrow \infty}{\frac{(n+2)(n+1)!+(n+1)!}{(n+2)(n+1)!-(n+1)!}} = \lim_{n\rightarrow \infty}{\frac{(n+1)![(n+2)+1]}{(n+1)![(n+2)-1]}} = \lim_{n\rightarrow \infty}{\frac{(n+2)+1}{(n+2)-1}} =

    \lim_{n\rightarrow \infty}{\frac{n+2+1}{n+2-1}} = \lim_{n\rightarrow \infty}{\frac{n+3}{n+1}} = \lim_{n\rightarrow \infty}{\frac{(n+3)\frac{1}{n}}{(n+1)\frac{1}{n}}} = \lim_{n\rightarrow \infty}{\frac{1+\frac{3}{n}}{1+\frac{1}{n}}}=1

    Zložená funkcia - Príklad 1

    Zložená funkcia


    Pod zloženou funkciou (f\circ g) z funkcií f, g (inými slovami kompozíciou (f\circ g) funkcií f, g) rozumieme funkciu definovanú nasledovne: (f\circ g)(x) = f(g(x)). Funkciu f nazývame vonkajšou zložkou a funkciu g vnútornou zložkou kompozície (f\circ g)(x).

    Príklad 1


    Zostrojte zložené funkcie
    (f\circ g), (g\circ f), (f\circ f), (g\circ g), ak f(x)= x^3 a g(x)=\cos x. Výsledný vzťah zjednodušte, ak je to možné.

    Riešenie:


    Definičným oborom danej funkcie f(x)= x^3 je D(f)= \mathbb{R} a definičný obor funkcie g(x)=\cos x je tiež D(g)= \mathbb{R}.

    Hľadané funkcie sú:
    (f\circ g)(x)=f(g(x))= {(\cos x)}^3= \cos^3x
    (g\circ f)(x)=g(f(x))= \cos ({x}^3)=\cos x^3
    (f\circ f)(x)=f(f(x))={({x}^3)}^3= x^9
    (g\circ g)(x)=g(g(x))= \cos (\cos x)
    Pričom definičným oborom každej funkcie, ktorá vzniká z tohto zloženia, je množina všetkých reálnych čísel ( \mathbb{R}).

    sobota 10. novembra 2012

    Derivácia funkcie - Príklad 1

    Derivácia funkcie


    Príklad 1


    Z definície derivácie vypočítajte deriváciu funkcie f^{\prime}(16), ak f(x)=\sqrt{x}.

    Riešenie:

    Defininícia deriácie:
    f^{\prime}(x_0)=\lim_{x\rightarrow x_0}\frac{f(x)-f(x_0)}{x-x_0}

    Najprv zistíme čomu sa rovná funkčná hodnota v čísle 16.
    f(x)=\sqrt{x}
    f(16)=\sqrt{16}=4
    Z definície derivácie
    f^{\prime}(16)=\lim_{x\rightarrow 16}\frac{\sqrt{x}-4}{x-16}
    Táto limita je typu \frac{0}{0}.
    Rozšírime výraz vhodnou jednotkou a použijeme vzťah: a^2-b^2=(a+b)\cdot(a-b)
    f^{\prime}(16)=\lim_{x\rightarrow16 }\frac{\sqrt{x}-4}{x-16} \cdot \frac{\sqrt{x}+4}{\sqrt{x}+4}=
    \lim_{x\rightarrow 16}\frac{x-16}{(x-16)\cdot(\sqrt{x}+4)}=
    Vykrátime zlomok výrazom   x-16:
    \lim_{x\rightarrow 16}\frac{1}{\sqrt{x}+4} =\frac{1}{8}
    f^{\prime}(16)=\frac{1}{8}

    štvrtok 8. novembra 2012

    Sústava lineárnych algebrických rovníc - Príklad 2

    Sústava lineárnych algebrických rovníc


    Cramerovo pravidlo
    Túto metódu je možné použiť pri riešení ľubovoľného systému rovníc. Hlavná myšlienka tejto metódy spočíva v riešení determinantov.
    Už pri riešení sústavy štyroch rovníc o štyroch neznámych je potrebné vypočítať celkovo päť determinantov rádu \displaystyle 4\times 4. Neznamená to však, že túto metódu nesmieme použiť pri riešení sústavy viacerých lineárnych rovníc o viacerých neznámych, ale často je tento proces riešenia zložitejší ako riešenie sústavy lineárnych rovníc Gaussovov eliminačnou metódou.

    Príklad 2


    Pomocou Cramerovho pravidla riešte sústavu rovníc:
    \begin{array}{rrr} 2x+y&= &5\\ x+3z&= &16\\ 5y-z&= &10\\ \end{array}

    Riešenie:


    Najprv prepíšeme sústavu lineárnych algebrických rovníc do maticového tvaru:
    \left( \begin{array}{rrr|r} 2& 1&0&5\\ 1 & 0&3&16\\ 0 & 5&-1&10\\ \end{array} \right)
    Ak existuje riešenie tejto sústavy lineárnych rovníc, tak toto riešenie bude v tvare usporiadanej trojice \left[x;y; z \right].

    Cramerovo pravidlo môžeme použiť iba vtedy, ak determinant, ktorý vznikne z matice bez jej pravej strany je rôzny od nuly.
    D= \left| \begin{array}{rrr} 2& 1&0\\ 1 & 0&3\\ 0 & 5&-1\\ \end{array}\right| =-29
    Determinant z matice je rôzny od nuly. Môžeme ďalej pokračovať v riešení použitím Cramerovho pravidla.

    Hodnoty premenných  x, y a z vypočítame využitím vzťahov:
    x=\frac{D_{x}}{D},
    y=\frac{D_{y}}{D},
    z=\frac{D_{z}}{D},
    kde determinant D_{x} vznikne z determinantu D tak, že namiesto prvého stĺpca (stĺpec, v ktorom sa vyskytujú hodnoty premennej x) použijeme stĺpec pravých strán, determinant D_{y} vznikne z determinantu D tak, že namiesto druhého stĺpca (stĺpec, v ktorom sa vyskytujú hodnoty premennej y) použijeme stĺpec pravých strán a determinant D_{z} vznikne z determinantu D tak, že namiesto druhého stĺpca (stĺpec, v ktorom sa vyskytujú hodnoty premennej z) použijeme stĺpec pravých strán.
    D_x= \left| \begin{array}{rrr} 5& 1&0\\ 16 & 0&3\\ 10 & 5&-1\\ \end{array}\right| =-29
    D_y= \left| \begin{array}{rrr} 2& 5&0\\ 1 & 16&3\\ 0 & 10&-1\\ \end{array}\right| =-87
    D_z= \left| \begin{array}{rrr} 2& 1&5\\ 1 & 0&16\\ 0 & 5&10\\ \end{array}\right| =-145
    Samotné riešenie sústavy:
    x=\frac{D_{x}}{D}= \frac{-29}{-29}=1
    y=\frac{D_{y}}{D}= \frac{-87}{-29}=3
    z=\frac{D_{z}}{D}= \frac{-145}{-29}=5
    Sústava lineárnych algebrických rovníc má jediné riešenie v tvare usporiadanej trojice: \left[1;3;5 \right].

    Sústava lineárnych algebrických rovníc - Príklad 5

    Sústava lineárnych algebrických rovníc


    Príklad 5


    Riešte sústavu lineárnych rovníc
    \begin{eqnarray*}  px_1+x_2-x_3&=&1\\ x_1+px_2-x_3&=&1\\ -x_1+x_2+px_3&=&1\\ \end{eqnarray*}

    Riešenie

    Sústavu lineárnych algebrických rovníc budeme riešiť pomocou Cramerovho pravidla.
    Najprv prepíšeme sústavu rovníc do maticového tvaru:
    \left( \begin{array}{rrr|r} p& 1& -1&1\\ 1& p& -1&1\\ -1 &1& p&1\\ \end{array} \right)

    Následne vypočítame determinant z matice bez pravej strany. Ak je tento determinant rôzny od nuly, tak môžeme ďalej pokračovať vo výpočte pomocou Cramerovho pravidla.
    D= \left| \begin{array}{rrr} p& 1& -1\\ 1& p& -1\\ -1 &1& p\\ \end{array} \right|=p^3-1+1-p+p-p=p^3-p=p(p^2-1)
    D\neq 0
    p(p^2-1) \neq 0
    Výraz  p^2-1 napíšeme v tvare súčinu podľa vzťahu: a^2-b^2=(a+b)(a-b)
    p(p-1)(p+1) \neq 0
    Súčin je rôzny od nuly vtedy a len vtedy, ak je každý z činiteľov rôzny od nuly.
    p \neq 0 \wedge p+1 \neq 0 \wedge p-1 \neq 0
    Pre p\in \mathrm{R}-\{-1,0,1\} riešime sústavu lineárnych algebrických rovníc pomocou Cramerovho pravidla.
    D_{x_1}= \left| \begin{array}{rrr} 1& 1& -1\\ 1& p& -1\\ 1 &1& p\\ \end{array} \right|=p^2-1-1+p+1-p=p^2-1
    x_1=\frac{D_{x_1}}{D}
    x_1=\frac{p^2-1}{p(p^2-1)}=\frac{1}{p}
    D_{x_2}= \left| \begin{array}{rrr} p& 1& -1\\ 1& 1& -1\\ -1 &1& p\\ \end{array} \right|=p^2-1+1-1+p-p=p^2-1
    x_2=\frac{D_{x_2}}{D}
    x_2=\frac{p^2-1}{p(p^2-1)}=\frac{1}{p}
    D_{x_3}= \left| \begin{array}{rrr} p& 1& 1\\ 1& p& 1\\ -1 &1& 1\\ \end{array} \right|= p^2+1-1+p-p-1=p^2-1
    x_3=\frac{D_{x_3}}{D}
    x_3=\frac{p^2-1}{p(p^2-1)}=\frac{1}{p}
    Ak p\neq 0 a zároveň je p\neq \pm 1, tak riešením sústavy je usporiadaná trojica: \left[\frac{1}{p};\frac{1}{p};\frac{1}{p}\right].

    Ak p=0, tak Cramerovo pravidlo použiť nemôžeme. Sústavu lineárnych rovníc riešime pomocou Gaussovej eliminačnej metódy.
    \begin{eqnarray*}  0x_1+x_2-x_3&=&1\\ x_1+0x_2-x_3&=&1\\ -x_1+x_2+0x_3&=&1\\ \end{eqnarray*}
    Označme:
    A=\left( \begin{array}{rrr} 0& 1& -1\\ 1& 0& -1\\ -1 &1& 0\\ \end{array} \right), \, A^*=\left( \begin{array}{rrr|r} 0& 1& -1&1\\ 1& 0& -1&1\\ -1 &1& 0&1\\ \end{array} \right)
    O počte riešení rozhodneme na základe Frobeniovej vety. Preto je nutné zistiť hodnosť matice A a matice A^*. Maticu A^* upravujeme na trojuholníkový resp. lichobežníkový tvar pomocou ekvivalentných úprav.
    \left( \begin{array}{rrr|r} 0& 1& -1&1\\ 1& 0& -1&1\\ -1 &1& 0&1\\ \end{array} \right)\sim \left( \begin{array}{rrr|r} 1& 0& -1&1\\ 0& 1& -1&1\\ -1&1& 0&1\\ \end{array} \right)\sim \left( \begin{array}{rrr|r} 1& 0& -1&1\\ 0& 1& -1&1\\ 0& 1& -1&2\\ \end{array} \right)\sim
    \left( \begin{array}{rrr|r} 1& 0& -1&1\\ 0& 1& -1&1\\ 0& 0& 0&1\\ \end{array} \right)
    Hodnosť matice A je 2, ale hodnosť matice rozšírenej o stĺpec pravých strán A^* je 3. Podľa Frobeniovej vety sústava lineárnych algebrických rovníc nemá riešenie.

    Ak p=1, tak Cramerovo pravidlo použiť nemôžeme. Sústavu lineárnych rovníc riešime pomocou Gaussovej eliminačnej metódy.
    \begin{eqnarray*}  1x_1+x_2-x_3&=&1\\ x_1+1x_2-x_3&=&1\\ -x_1+x_2+1x_3&=&1\\ \end{eqnarray*}
    Označme:
    B=\left( \begin{array}{rrr} 1& 1& -1\\ 1& 1& -1\\ -1 &1& 1\\ \end{array} \right), \, B^*=\left( \begin{array}{rrr|r} 1& 1& -1&1\\ 1& 1& -1&1\\ -1 &1& 1&1\\ \end{array} \right) \left( \begin{array}{rrr|r} 1& 1& -1&1\\ 1& 1& -1&1\\ -1 &1& 1&1\\ \end{array} \right)\sim \left( \begin{array}{rrr|r} 1& 0& -1&1\\ 0& 0& 0&0\\ 0& 2& 0&2\\ \end{array} \right)\sim \left( \begin{array}{rrr|r} 1& 0& -1&1\\ 0& 2& 0&2\\ 0& 0& 0&0\\ \end{array} \right)
    Hodnosť matice B je 2, ale hodnosť matice rozšírenej o stĺpec pravých strán B^* je 2.Podľa Frobeniovej vety sústava lineárnych algebrických rovníc má nekonečne veľa riešení v tvare usporiadanej trojice: [1-t;1; t], kde t\in \mathrm{R}.
    Toto riešenie vypočítame, ak maticu \left( \begin{array}{rrr|r} 1& 0& -1&1\\ 0& 2& 0&2\\ 0& 0& 0&0\\ \end{array} \right) prepíšeme znova do tvaru systému rovníc: \begin{eqnarray*}  1x_1+0x_2-x_3&=&1\\ 0x_1+2x_2+0x_3&=&2\\ 0x_1+0x_2+0x_3&=&0\\ \end{eqnarray*}
    Jedna premenná je voľná. Nech je to x_3. Zvoľme za túto premennú parameter t t.j. x_3=t. Z druhej rovnice vyjadríme x_2 t.j. x_2=1 a následne z prvej rovnice x_1 t.j. x_1=1-t, kde t\in \mathrm{R}.

    Ak p=-1, tak Cramerovo pravidlo použiť nemôžeme. Sústavu lineárnych rovníc riešime pomocou Gaussovej eliminačnej metódy.
    \begin{eqnarray*}  -1x_1+x_2-x_3&=&1\\ x_-1x_2-x_3&=&1\\ -x_1+x_2-1x_3&=&1\\ \end{eqnarray*}
    Označme:
    C=\left( \begin{array}{rrr} 0& 1& -1\\ 1& 0& -1\\ -1 &1& 0\\ \end{array} \right), \, C^*=\left( \begin{array}{rrr|r} 0& 1& -1&1\\ 1& 0& -1&1\\ -1 &1& 0&1\\ \end{array} \right)
    \left( \begin{array}{rrr|r} -1& 1& -1&1\\ 1& -1& -1&1\\ -1 &1& -1&1\\ \end{array} \right)\sim \left( \begin{array}{rrr|r} 1& 1& -1&1\\ 0& 0& -2&2\\ 0&0& 0&2\\ \end{array} \right)
    Hodnosť matice C je 2, ale hodnosť matice rozšírenej o stĺpec pravých strán C^* je 3. Podľa Frobeniovej vety sústava lineárnych algebrických rovníc nemá riešenie.

    pondelok 5. novembra 2012

    Priebeh funkcie - Príklad 1

     Priebeh funkcie 


    Príklad 1


    Vyšetrite priebeh funkcie f a nakreslite jej graf.

    f: y=16x(x-1)^3

    Riešenie:

    I. Z predpisu funkcie určujeme:
    • 1. definičný obor funkcie,
    • 2. párnosť, nepárnosť funkcie,
    • 3. priesečníky so súradnicovými osami,
    • 4. asymptoty so smernicou, asymtoty bez smernice

    1. definičný obor funkcie

    D(f)=\mathrm{R}

    2. párnosť, nepárnosť funkcie

    Funkcia je párna vtedy a len vtedy, ak spĺňa dve nasledujúce podmienky:
    • Ak x\in D(f), tak -x\in D(f), t.j. definičný obor je symetrický.
    • f(-x)=f(x) , t.j. graf funkcie je symetrický podľa osi o_y.
    Funkcia je nepárna vtedy a len vtedy, ak spĺňa:
    • Ak x\in D(f), tak -x\in D(f), t.j. definičný obor je symetrický.
    • f(-x)=-f(x) , t.j. graf funkcie je symetrický podľa bodu [0,0].

    Keďže definičný obor je symetrický, prvá podmienka je splnená. Ostáva overiť druhú podmienku a teda čomu sa rovná funkčná hodnota funkcie f v bode -x;
    f(-x)=16(-x)(-x-1)^3=16x(x+1)
    Funkcia nie je ani párna ani nepárna.

    3. priesečníky s osou x a osou y

    Priesečník s osou x (osou y) je bod, v ktorom funkcia f pretne x-ovú (y-ovú) súradnicovú os. Tento bod má súradnice [x,0] (resp. [0,y]).

    Najprv určíme priesečník s osou x, teda [x,0]. Hľadaný bod x spĺňa rovnosť:
     0=16x(x-1)^3
    Tento výraz sa rovná nule vtedy, ak 
    \begin{array}{rclcrcl} 16x&=& 0 &\text{alebo}& (x-1)^3&=&0 \\ x&=& 0& &x&=& 1\\ && & &x&=& 0\\ \end{array}

    Priesečníky so súradnicovou osou x sú body so súradnicami [0,0] a [1,0].

    Priesečník  so súradnicovou osou y má súradnice [0,f(0)], kde funkčnú hodnotu v čísle 0 získame dosadením x=0 do predpisu funkcie f.
    f(0)= 16\cdot 0\cdot (0-1)^3
    Vidíme, že priesečník s osou y je zároveň aj priesečníkom s osou x (graf funkcie f pretne súradnicové osi v bode [0,0]). Iné priesečníky graf funkcie f so súradnicovými osami nemá.

    4. Asymptoty so smernicou, asymptoty bez smernice

    Funkcia f nemá asymptoty bez smernice, keďže nemá žiadne body nespojitosti.

    Asymptoty so smernicou sú vo všeobecnosti dve priamky, ku ktorým sa graf funkcie limitne približuje v "krajných bodoch", t.j. plus a mínus nekonečne.
    Všeobecné rovnice týchto priamok sú: y=k_1\cdot x + q_1 a y=k_2\cdot x + q_2, kde k_1, k_2 (označované tiež ako smernice priamok) a q_1, q_2 sú parametre, ktoré sa v závislosti od typu funkcie menia. Tieto parametre je možné vypočítať podľa nasledujúcich vzťahov:
    \begin{array}{ccl} k_1&=& \lim\limits_{x\rightarrow \infty} \frac{f(x)}{x}\\ q_1 &=&\lim\limits_{x\rightarrow \infty} (f(x)-k_1\cdot x)\\ \end{array}

    \begin{array}{ccl} k_2&= &\lim\limits_{x\rightarrow -\infty} \frac{f(x)}{x}\\ q_2 &=&\lim\limits_{x\rightarrow -\infty} (f(x)-k_2\cdot x)\\ \end{array}
    V našom prípade asymtoty so smernicou neexistujú, lebo
    k_1= \lim\limits_{x\rightarrow \infty}\frac{16x(x-1)^3}{x}=\lim\limits_{x\rightarrow \infty}16(x-1)^3=\infty

    II. Z prvej derivácia funkcie určujeme
    • 5. stacionárne body,
    • 6. monotónnosť funkcie, t.j. intervaly na ktorých funkcia rastie resp. klesá,
    • 7. extrémy funkcie.
    f(x)=16x(x-1)^3
    Túto funkciu derivujeme ako súčin dvoch funkcií
    \begin{array}{ccl} f^{\prime}(x)&=&(16x)^{\prime}\cdot (x-1)^3+(16x)\cdot ((x-1)^3)^{\prime}\\ f^{\prime}(x)&=&(16)\cdot (x-1)^3+16x\cdot 3(x-1)^2=16(x-1)^2(4x-1)\\ \end{array}

    5. stacionárne body

    Stacionárne body funkcie sú všetky čísla z oboru definície funkcie f(x), v ktorých je f^{\prime}(x)= 0.
    Sú to také body z definičného oboru funkcie, v ktorých sa mení monotónnosť funkcie t.j. rastúca funkcia sa zmení na klesajúcu a naopak.
    \begin{array}{rclcrcl} 16(x-1)^2&=&0&\text{alebo}&4x-1&=&0\\ (x-1)^2&=&0&&x&=&\frac{1}{4}\\ x&=&1&&&&\\ \end{array}

    Funkcia má dva stacionárne body.
    Aby sme dokázali nakresliť graf funkcie f, je nutné dopočítať aj y-ové súradnice týchto stacionárnych bodov, teda
    \begin{array}{ccl} f(1)&=&16(1-1)^3=0\\ f\left(\frac{1}{4}\right)&=&16\cdot \frac{1}{4}\left(\frac{1}{4}-1\right)^3\\ \end{array}

    6. Intervaly na ktorých funkcie rastie (klesá)

    Funkcia je rastúca práve vtedy a len vtedy, ak f^{\prime}(x)> 0.
    f^{\prime}(x)=16(x-1)^2(4x-1)>0
    Čísla 1 a \frac{1}{4} rozdeľujú definičný obor funkcie f(x) na nasledujúce tri intervaly: \left(-\infty,  \frac{1}{4}\right), \left(\frac{1}{4}, 1\right), \left(1, \infty\right), v ktorých vyšetríme znamienko prvej derivácie.
    Funkcia 16(x-1)^2 je kladná pre ľubovoľné x \in D(f). Súčin je kladný, ak platiť:
    \begin{array}{rcl} 4x-1&>&0\\ x&>&\frac{1}{4}\\ \end{array}
    Keďže prvá derivácia je kladná v intervaloch \left(\frac{1}{4}, 1\right) a \left(1, \infty\right), tak funkcia f v týchto intervaloch rastie. 

    Ďalej je potrebné určiť intervaly, v ktorých funkcia f klesá. Funkcia je klesajúca práve vtedy a len vtedy, ak f^{\prime}(x)<0).
    f^{\prime}(x)=16(x-1)^2(4x-1)<0
    Keďže výraz 16(x-1)^2 je kladný pre ľubovoľné číslo z definičného oboru funkcie f.
    Prvá derivácia bude záporná vtedy, keď 4x-1<0.

    Keďže prvá derivácia je záporná v intervale \left(-\infty, \frac{1}{4}\right), tak funkcia f v tomto intervale klesá.

    7. Lokálne extrémy funkcie

    Funkcia nadobúda lokálne extrémy v čísle \frac{1}{4}

    III. Z druhej derivácie funkcie určujeme:
    • 8. intervaly, v ktorých je funkcia konkávna, konvexná,
    • 9. inflexné body funkcie
    \begin{array}{ccl} f^{\prime\prime}(x)&= &(f^{\prime}(x))^{\prime}\\ f^{\prime\prime}(x)&= &\left(16(x-1)^2(4x-1)\right)^{\prime}\\ f^{\prime\prime}(x)&=&32(x-1)(4x-1)+64(x-1)^2=64(x-1)(3x-2)\\ \end{array}

    8. Inflexné body funkcie
    Inflexný bod je taký bod z definičného oboru funkcie, v ktorom funkcia mení svoj priebeh z konkávnej na konvexnú a naopak. Tento bod vypočítame z druhej derivácie funkcie tak, že
    \begin{array}{lcl} f^{\prime\prime}(x)&=& 0\\ 64(x-1)(3x-2)&=&0\\ \end{array}

    \begin{array}{rclcrcl} 64(x-1)&=&0&\text{alebo}&3x-2&=&0\\ x-1&=&0&&3x&=&2\\ x&=&1&&x&=&\frac{2}{3}\\ \end{array}

    Týmto postupom sme vypočítali x-ovú súradnicu inflexné hodu. Aby sme dokázali nakresliť graf funkcie f, je nutné dopočítať aj y-ovú súradnicu tohto bodu a to tak, že do predpisu funkcie f  za x dosadíme číslo 1 a číslo \frac{2}{3}.

    9. Intervaly, v ktorých je funkcia konkávna, konvexná

    Funkcia je konvexná vtedy a len vtedy, ak f^{\prime\prime}(x)>0 t.j.
    64(x-1)(3x-2)>0
    Chceme určiť intervaly, v ktorých je výraz 64(x-1)(3x-2) kladný.
    Súčin je kladný, ak prvý činiteľ je kladný (t.j. ak x\in (1;\infty) a zároveň druhý činiteľ je kladný (t.j. ak  x\in\left(\frac{2}{3};\infty\right)), alebo ak prvý činiteľ je záporný (t.j. ak x\in (-\infty,1)) a zároveň druhý činiteľ je záporný (t.j. ak x\in\left(-\infty,\frac{2}{3}\right)).

    Funkcia je konvexná, ak
    x\in (-\infty;\frac{2}{3}) \cup (1;\infty).

    Funkcia je konkávna vtedy a len vtedy, ak f^{\prime\prime}(x)<0 t.j.
    64(x-1)(3x-2)<0
    Súčin je záporný, ak prvý činiteľ je kladný (t.j. ak x\in (1;\infty) a zároveň druhý činiteľ je záporný (t.j. ak  x\in\left(-\infty,\frac{2}{3}\right)), alebo ak prvý činiteľ je záporný (t.j. ak x\in (-\infty,1)) a zároveň druhý činiteľ je kladný (t.j. ak  x\in\left(\frac{2}{3};\infty\right))

    Funkcia je konkávna, ak
    x\in \left(\frac{2}{3};1\right)



    10. Graf funkcie