Processing math: 100%

MPZI_vj08_s_izradom

2423 days ago by fresl

Integrali i diferencijalne jednadžbe


Neodređeni integral


1. zadatak

Zadana je funkcija  f(x)=xlnx+x2.  Izračunajte neodređeni integral funkcije f(x).  Deriviranjem funkcije dobivene integriranjem provjerite rezultat.

       
x  x2+xlog(x)
                                
                            

                                
       
x  13x3+12x2log(x)14x2
                                
                            

                                

... ili:

       
x  13x3+12x2log(x)14x2
                                
                            

                                

... strogo matematički:

       
x  13x3+12x2log(x)14x2+C
                                
                            

                                
       
x  x2+xlog(x)
                                
                            

                                
       
True
                                
                            

                                


2. zadatak

Koju funkciju treba derivirati da se dobije funkcija f(x)=ex+1cos(4x)?  Deriviranjem provjerite dobiveni rezultat (za „vizualnu” će vam usporedbu trebati i funkcija .simplify_full()).

Uputa: tražena je funkcija neodređeni integral zadane funkcije f(x).

       
x  cos(4x)e(x+1)
                                
                            

                                
       
x  117(cos(4x)+4sin(4x))e(x+1)+C
                                
                            

                                
       
x  417(4cos(4x)sin(4x))e(x+1)+117(cos(4x)+4sin(4x))e(x+1)
                                
                            

                                
       
8e(x+1)sin(x)48e(x+1)sin(x)2+e(x+1)
                                
                            

                                
       
8e(x+1)sin(x)48e(x+1)sin(x)2+e(x+1)
                                
                            

                                

... za razliku od nas Sage za usporedbu ne treba pomoć funkcije .simplify_full():

       
True
                                
                            

                                


1. zadatak za zadaću

Koju funkciju treba derivirati da se dobije funkcija f(x)=x3arctgx?  Dobiveni rezultat provjerite deriviranjem.

       

 

Određeni integral


3. zadatak

Izračunajte određeni integral 1x2+2x+5dx.

       
12π
                                
                            

                                

... ili:

       
12π
                                
                            

                                


4. zadatak

(Primjena u kinematici)  Točka se giba po pravcu. Njezina brzina v, ovisna o vremenu t, zadana je formulom  v(t)=0,3cost2+0,5.  Koliki put pređe točka od  t1=0,2  do  t2=1  sekundi?

Uputa: duljina puta jednaka je određenom integralu brzine od t1 do t2.

Rješavanje neposrednom primjenom određenoga integrala:

       
0.6277552731744249
                                
                            

                                

Rješavanje primjenom neodređenoga integrala i Newton–Leibnizove formule:

       
t  0.5t+0.6sin(12t)
                                
                            

                                
       
0.627755273174425
                                
                            

                                


2. zadatak za zadaću

Točka se giba brzinom  v(t)=t+t.  Hoće li točka preći dulji put u prvih sedam sekundi ili između osme i jedanaeste sekunde?

       

 

5. zadatak

Odredite duljinu luka  grafa funkcije  f(x)=sin2x  nad segmentom  [0,π/4].

Uputa: duljina luka krivulje y=f(x) nad segmentom [a,b] jednaka je  ba1+(f(x))2dx.

„Točna” integracija:

       
x  sin(2x)
                                
                            

                                
       
16
                                
                            

                                

... greška u funkciji integral():  dobiveni rezultat nije ispravan — budući da funkcija f poprima u 0 vrijednost 0, a u π4 vrijednost 1, duljina luka mora biti veća od 1; štoviše, duljina mora biti veća od (π4)2+121,27:

       
       
14π16π2+1
                                
                            

                                
       
1.27155427531352
                                
                            

                                

Numerička integracija daje ispravnu, iako samo približnu vrijednost:

       
(1.3175917907978152,1.462820743200827×1014)
                                
                            

                                

Funkcija numerical_integral() kao rezultat vraća par brojeva; prvi je numerička vrijednost integrala, a drugi ocjena greške.

       
1.3175917907978152
                                
                            

                                

... ili:

       
1.3175917907978152
                                
                            

                                

... duljina luka leži u intervalu

       
[1.31759179079780,1.31759179079783]
                                
                            

                                



3. zadatak za zadaću

Odredite duljinu luka parabole  f(x)=3x2  od x1=1 do x2=4.

Napomena:  za izračunavanje ove duljine luka nije nužna numerička integracija, već se zadatak može riješiti i „simboličkom” funkcijom integral(). Pokušajte.

       


4. zadatak za zadaću

Odredite duljinu luka krivulje koja je graf funkcije  f(x)=4ln(x2+1)  za  2<x<3.

Napomena:  zadatak se ne može riješiti simboličkim integriranjem pomoću funkcije integral() (ipak, pokušajte), već se mora primijeniti numerička integracija funkcijom numerical_integral().

       

 

6. zadatak

  1. Definirajte funkciju  f(x)=x+sin(x2+5).
  2. Nacrtajte graf funkcije nad segmentom [1,3] i opcijom fill = True osjenčajte dio od osi x do grafa. (Uočite da je funkcija nad zadanim segmentom pozitivna.)
  3. Izračunajte ploštinu površine koja se proteže od zadanoga segmenta do grafa zadane funkcije.

Uputa:  ako je funkcija pozitivna na segmentu, onda je ploština jednaka određenom integralu na tom segmentu.

       
       
116π(((i+1)2cos(5)+(i1)2sin(5))erf((32i+32)2)+((i+1)2cos(5)(i1)2sin(5))erf((12i+12)2)+((i1)2cos(5)(i+1)2sin(5))erf((12i12)2)+((i1)2cos(5)+(i+1)2sin(5))erf((32i32)2)+((i1)2cos(5)(i+1)2sin(5))erf(3i)+((i1)2cos(5)+(i+1)2sin(5))erf(i)+((i+1)2cos(5)+(i1)2sin(5))erf(3(1)14)+((i+1)2cos(5)(i1)2sin(5))erf((1)14))+4
                                
                            

                                
       
4.32479637388442
                                
                            

                                

... ili:

       
(4.324796373884419,4.8014885111018686×1014)
                                
                            

                                


5. zadatak za zadaću

  1. Definirajte funkciju  f(x)=lnxx2+1.
  2. Nacrtajte graf funkcije nad segmentom [1,2] i opcijom fill = True osjenčajte dio od osi x do grafa. (Uočite da je funkcija nad zadanim segmentom negativna.)
  3. Izračunajte ploštinu površine koja se proteže od zadanoga segmenta do grafa funkcije.

Uputa:  ako je funkcija negativna na segmentu, onda je ploština jednaka apsolutnoj vrijednosti određenoga integrala na tom segmentu.

       

 

6. zadatak za zadaću

Izračunajte ploštinu osjenčane površine, omeđene grafovima funkcija  f(x)=2sin(4x)+1  i  g(x)=sin(8x)2+1  nad segmentom [0,π/4]:

       

Uputa:  tražena je ploština  A=π0f(x)dxπ0g(x)dx=π0(f(x)g(x))dx.

       

 

7. zadatak

  1. Definirajte funkciju  h(x)=3xsinx2.
  2. Nacrtajte njezin graf nad segmentom [0;2,5] i osjenčajte dio ravnine između osi x i grafa.
  3. Izračunajte obujam rotacijskoga tijela koje nastaje rotacijom oko osi y dijela ravnine omeđene grafom i segmentom osi x.

Uputa: obujam tijela nastaloga rotacijom površine oko osi y računa se po formuli  Vy=2πbaxh(x)dx.

       
       
8.332782751557833π
                                
                            

                                
       
26.1782090762538
                                
                            

                                

Plohu koja nastaje rotacijom grafa funkcije h(x) oko y osi možemo prikazati pomoću funkcije revolution_plot3d():

       


7. zadatak za zadaću

Izračunajte obujam tijela koje nastaje kada površina osjenčana u 7. zadatku rotira oko osi x.

Uputa:  formula za obujam koji nastaje rotacijom površine oko osi x jest  Vx=πbaf2(x)dx.

       

 

Diferencijalne jednadžbe

 

8. zadatak

Neka je y(x) nepoznata funkcija. Riješite diferencijalnu jednadžbu y(x)y(x)=x+1.

       
x  ((x+1)e(x)C+e(x))ex
                                
                            

                                
       
Cexx2
                                
                            

                                


8. zadatak za zadaću

Riješite diferencijalnu jednadžbu  2y(x)y(x)x=x2.

       

 

9. zadatak

Riješite diferencijalnu jednadžbu  xy(x)y(x)=x3  uz početni uvjet  y(1)=2.

(ics je skraćenica od "Initial ConditionS" — početni uvjeti)

       
x  12x3+32x
                                
                            

                                


9. zadatak za zadaću

Riješite diferencijalnu jednadžbu  y(x)xy(x)=x  uz početni uvjet  y(0)=2.

       

 






Rješenja zadataka za zadaću


Rješenje 1. zadatka za zadaću

Koju funkciju treba derivirati da se dobije funkcija f(x)=x3arctgx?  Dobiveni rezultat provjerite deriviranjem.

       
x  14x4arctan(x)112x3+C+14x14arctan(x)
                                
                            

                                
       
x  x3arctan(x)+x44(x2+1)14x214(x2+1)+14
                                
                            

                                
       
x3arctan(x)
                                
                            

                                
       
True
                                
                            

                                


Rješenje 2. zadatka za zadaću

Točka se giba brzinom  v(t)=t+t.  Hoće li točka preći dulji put u prvih sedam sekundi ili između osme i jedanaeste sekunde?

       
36.8468394516348
37.7369704639599
                                
                            

                                
       
37.7369704639599
                                
                            

                                
       
False
                                
                            

                                

Zaključak: dulji će put točka preći između osme i jednaeste sekunde.


Rješenje 3. zadatka za zadaću

Odredite duljinu luka parabole  f(x)=3x2  od x1=1 do x2=4.

       
x  3x2
x  6x
                                
                            

                                

... simbolički:

       
9.05754711239777
                                
                            

                                

... numerički:

       
(9.057547112397764,1.0055897350811098×1013)
                                
                            

                                

... dakle, duljina luka leži u intervalu

       
[9.05754711239766,9.05754711239786]
                                
                            

                                


Rješenje 4. zadatka za zadaću

Odredite duljinu luka krivulje koja je graf funkcije  f(x)=4ln(x2+1)  za  2<x<3.

       
3264x2(x2+1)2+1dx
                                
                            

                                
       
(2.94845650680337,3.273444300958961×1014)
                                
                            

                                


Rješenje 5. zadatka za zadaću

  1. Definirajte funkciju  f(x)=lnxx2+1.
  2. Nacrtajte graf funkcije nad segmentom [1,2] i opcijom fill = True osjenčajte dio od osi x do grafa. (Uočite da je funkcija nad zadanim segmentom negativna.)
  3. Izračunajte ploštinu površine koja se proteže od zadanoga segmenta do grafa funkcije.

Uputa: ako je funkcija negativna na segmentu, onda je ploština jednaka apsolutnoj vrijednosti određenoga integrala po tom segmentu.

       
       
(0.06788249400308537,7.536470781120449×1016)
                                
                            

                                
       
0.06788249400308537
                                
                            

                                


Rješenje 6. zadatka za zadaću

Izračunajte ploštinu površine omeđene grafovima funkcija  f(x)=2sin(4x)+1  i  g(x)=sin(8x)2+1  nad segmentom [0,π/4].

Uputa:  tražena je ploština  A=π0f(x)dxπ0g(x)dx=π0(f(x)g(x))dx.

       
1
                                
                            

                                

... ili:

       
1
                                
                            

                                


Rješenje 7. zadatka za zadaću

Izračunajte obujam tijela koje nastaje kada površina osjenčana u 7. zadatku rotira oko osi x.

Uputa:  formula za obujam koji nastaje rotacijom površine oko osi x glasi  Vx=πbaf2(x)dx.

       
π(π((0.375+0.375i)2erf((1.25+1.25i)2)+(0.3750.375i)2erf((1.251.25i)2)(0.3750.375i)2erf(2.5i)(0.375+0.375i)2erf(2.5(1)14)0.12203649614275235)+10.208883915108832)
                                
                            

                                
       
23.2775471845893
                                
                            

                                

Plohu koja nastaje rotacijom grafa funkcije h(x) oko x osi možemo vidjeti pomoću funkcije revolution_plot3d():

       


Rješenje 8. zadatka za zadaću

Riješite diferencijalnu jednadžbu  2y(x)y(x)x=x2.

       
x  15(x52+5C)x
                                
                            

                                
       
x  15x3+Cx
                                
                            

                                


Rješenje 9. zadatka za zadaću

Riješite diferencijalnu jednadžbu  y(x)xy(x)=x  uz početni uvjet  y(0)=2.

       
x  (e(12x2)+1)e(12x2)