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)4−8e(x+1)sin(x)2+e(x+1)
|
8e(x+1)sin(x)4−8e(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 ∫ba√1+(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+12≈1,27:
![]() |
14π√16π2+1
|
1.27155427531352
|
Numerička integracija daje ispravnu, iako samo približnu vrijednost:
(1.3175917907978152,1.462820743200827×10−14)
|
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
Uputa: ako je funkcija pozitivna na segmentu, onda je ploština jednaka određenom integralu na tom segmentu.
![]() |
−116√π((−(i+1)√2cos(5)+(i−1)√2sin(5))erf((32i+32)√2)+((i+1)√2cos(5)−(i−1)√2sin(5))erf((12i+12)√2)+((i−1)√2cos(5)−(i+1)√2sin(5))erf((12i−12)√2)+(−(i−1)√2cos(5)+(i+1)√2sin(5))erf((32i−32)√2)+((i−1)√2cos(5)−(i+1)√2sin(5))erf(3√−i)+(−(i−1)√2cos(5)+(i+1)√2sin(5))erf(√−i)+(−(i+1)√2cos(5)+(i−1)√2sin(5))erf(3(−1)14)+((i+1)√2cos(5)−(i−1)√2sin(5))erf((−1)14))+4
|
4.32479637388442
|
... ili:
(4.324796373884419,4.8014885111018686×10−14)
|
5. zadatak za zadaću
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)dx−∫π0g(x)dx=∫π0(f(x)−g(x))dx.
|
7. zadatak
Uputa: obujam tijela nastaloga rotacijom površine oko osi y računa se po formuli Vy=2π∫bax⋅h(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=π∫baf2(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
|
Cex−x−2
|
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+14x−14arctan(x)
|
x ↦ x3arctan(x)+x44(x2+1)−14x2−14(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?
36.846839451634837.7369704639599
|
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 ↦ 3x2x ↦ 6x
|
... simbolički:
9.05754711239777
|
... numerički:
(9.057547112397764,1.0055897350811098×10−13)
|
... 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.
∫32√64x2(x2+1)2+1dx
|
(2.94845650680337,3.273444300958961×10−14)
|
Rješenje 5. zadatka za zadaću
Uputa: ako je funkcija negativna na segmentu, onda je ploština jednaka apsolutnoj vrijednosti određenoga integrala po tom segmentu.
![]() |
(−0.06788249400308537,7.536470781120449×10−16)
|
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)dx−∫π0g(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=π∫baf2(x)dx.
π(√π(−(0.375+0.375i)√2erf((1.25+1.25i)√2)+(0.375−0.375i)√2erf(−(1.25−1.25i)√2)−(0.375−0.375i)√2erf(2.5√−i)−(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+C√x
|
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)
|
|