5 M¨ a¨ aratud integraal 5.1 M¨ a¨ aratud integraali mo ~iste Olgu funktsioon y = f (x) m¨a¨aratud l~oigul [a; b]. Jaotame l~oigu [a; b] suvalisel viisil punktidega x1 , x2 , ... xn-1 n osal~oiguks, kusjuures a = x0 < x1 < x2 < . . . < xk-1 < xk < . . . < xn = b. Tekkinud osal~oigud on [xk-1 ; xk ], kus k = 1, 2, . . . , n. T¨ahistagu xk = xk - xk-1 k-nda osal~oigu pikkust. Edasi valime igalt osal~oigult t¨aiesti suvalise punkti k [xk-1 ; xk ], k = 1, 2, . . . , n, ja moodustame korrutised f (k )xk . Liites need korrutised, saame summa n
{ x = (t) (1.6) y = (t) , t [T1 , T2 ] . S¨usteem (1.6) m¨a¨ arab iga t [T1 , T2 ] korral u¨he kindla arvupaari ehk tasandi punkti ristkoordinaatidega (x, y) = ((t), (t)). Uldiselt¨ vastavad muutuja t erinevatele v¨a¨artustele ka erinevad tasandi punktid. Kui muutuja t jookseb l¨ abi kogu l~oigu [T1 , T2 ], siis t-le vastav punkt kujundab tasandil teatud joone. V~orrandeid (1.6) nimetatakse selle joone parameetrilisteks v~ orranditeks ja muu- tujat t selle joone parameetriks. N¨ aide. Vaatleme joont { x = a cos t (1.7) y = b sin t , t [0, 2] , kus a ja b on positiivsed konstandid. Arvutame
x = (t) (1.6) y = (t) , t [T1 , T2 ] . S¨ usteem (1.6) m¨a¨arab iga t [T1 , T2 ] korral u ¨he kindla arvupaari ehk tasandi punkti ristkoordinaatidega (x, y) = ((t), (t)). Uldiselt ¨ vastavad muutuja t erinevatele v¨a¨artustele ka erinevad tasandi punktid. Kui muutuja t jookseb l¨abi kogu l~oigu [T1 , T2 ], siis t-le vastav punkt kujundab tasandil teatud joone. V~orrandeid (1.6) nimetatakse selle joone parameetrilisteks v~ orranditeks ja muu- tujat t selle joone parameetriks. N¨ aide. Vaatleme joont x = a cos t (1.7) y = b sin t , t [0, 2] , kus a ja b on positiivsed konstandid. Arvutame x2 y2 (a cos t)2 (b sin t)2 2
T~oestus. Kuna f(x) on pidev l~oigul [a,b], siis saavutab ta oma suurima ja v¨ahima v¨a¨artuse sellel l~oigul. Olgu M suurim v¨a¨artus ja m v¨ahim v¨a¨artus. Kui M = m, siis on funktsioon l~oigul [a,b] konstantne, st k~oigi x [a,b] korral kehtib f(x) = M = m. Sellisel juhul on f(x) tuletis nullfunktsioon, st f'(x) 0, ja teoreemi v¨aide on t¨aidetud iga c (a,b) korral. Edasi vaatleme juhtu, kui M m. Funktsioon v~oib oma absoluutse ekstreemumi saavutada kas l~oigu [a,b] otspunktis v~oi vahemikus (a,b). Oletame k~oigepealt, et m~olemad absoluutsed ekstreemumid saavutatakse l~oigu otspunktides a ja b. Siis on f(x) v¨a¨artus u¨hes otspunktis M ja teises otspunktis m ning v~orratusest M m tuleneb, et f(x) v¨a¨artused l~oigu otspunktides on erinevad. Kuid me ju eeldasime, et funktsiooni v¨a¨artused l~oigu otspunktides on v~ordsed (vt tingimus f(a) = f(b) teoreemi s~onastuses!). Tekib vastuolu.
R } dy x x + x x Joonis 2.2: funktsiooni diferentsiaal tuletis t¨ahendab funktsiooni graafikule punktis P (abstsissiga x) t~omma- tud puutuja t~ousu ehk t~ousunurga tangensit. Korrutis f (x)dx t¨ahendab t¨aisnurkse kolmnurga P RT kaatetit RT ehk funktsiooni diferentsiaaliks on l~oigu RT pikkus. J¨arelikult n¨aitab diferentsiaali arvuline v¨a¨artus, kui palju muutub y ar- gumendi x muutudes x v~orra, kui liikumine m¨oo¨da joont on asendatud liikumisega m¨o¨oda joone puutujat. Mehaaniliselt on kiirus muutuv suurus. Kui fikseerida kiirus u ¨hes punktis ja j¨atkata liikumist selle kiirusega, siis diferentsiaal n¨aitab, kui pika vahemaa l¨abib liikuv objekt selle konstantse kiirusega ajavahemiku x jooksul.
kui 1. f on m¨a¨aratud argumendi v¨a¨artusel a, st a X, 2. eksisteerib l~oplik vasakpoolne piirv¨a¨artus lim xa- f(x), 3. lim xa- f(x) = f(a). Analoogiliselt defineeritakse ka paremalt pidev funktsioon. Vahemikus ja lõigul pidevad funktsioonid. Kui funktsioon f on pidev vahemiku (a,b) k~oigis punktides, siis ¨oeldakse, et see funktsioon on pidev vahemikus (a,b). Kui funktsioon f on m¨a¨aratud l~oigul [a,b], pidev vahemikus (a,b) ning l~oigu otspunktides a ja b vastavalt paremalt ja vasakult pidev, siis ¨oeldakse, et see funktsioon on pidev l~oigul [a,b]. Elementaarfunktsioonide pidevus. k~oik elementaarfunktsioonid on oma m¨aa¨ramispiirkonnas pidevad 16. Funktsiooni absoluutsete ekstreemumite definitsioonid lõigul. Kui leidub punkt x1 l~oigult [a,b] nii, et iga teise punkti x korral samalt l~oigult kehtib v~orratus f(x1) f(x), siis nimetatakse arvu f(x1) funktsiooni f suuri- maks v¨a¨artuseks
Kasutades valemeid neid valemeid saame integraali all suurused x ja dx asendada vastavate u-st s˜oltuvate suurustega. Erinevalt m¨a¨aramata integraalist, tuleb m¨a¨aratud integraali korral lisaks suurustele x ja dx asendada ka integreerimisl˜oik koos rajadega. Uus integreerimisl˜oik koosneb funktsiooni u = ϕ(x) v¨a¨artustest, mis on saadud argumendi x varieerimisel ¨ule kogu esialgse integreerimisl˜oigu [a, b]. Uhtlasi on uue integraali alumine raja v˜ordne ¨ u v¨a¨artusega, mis vastab muutuja x v¨a¨artusele a ja ¨ulemine raja on v˜ordne u v¨a¨artusega, mis vastab muutuja x v¨a¨artusele b. Seega on uue integraali alumine raja ϕ(a) ja ulemine raja ϕ(b). Kokkuv˜ottes saame j¨argmise valemi: b φ(b) ∫ f ( x ) dx = ∫ f [ψ ( u ) ] ψ ' ( u ) du . a φ(a)
. . , am = bm . Nullpunktiks ehk koordinaatide alguspunktiks ruumis Rm nimetatakse punkti O = (0, 0, . . . , 0). Kaugus ruumis Rm . Olgu ruumis Rm antud kaks punkti A = (a1 , a2 , . . . , am ) ja B = (b1 , b2 , . . . , bm ). Defineerime A ja B vahelise kauguse j¨argmise valemiga: |AB| = (a1 - b1 )2 + (a2 - b2 )2 + . . . + (am - bm )2 . (6.1) ¨ Uhe- kahe- ja kolmem~o~otmelisel juhul v~ordub valemiga (6.1) antud kaugus punk- tide A ja B vahele t~ommatud sirgl~oigu pikkusega. Kauguse omadused. 1. A = B siis ja ainult siis kui |AB| = 0. 2. |AB| = |BA|. 3. |AB| |AC| + |CB|. Parameetrilised jooned ruumis Rm . Olgu l~oigul [T1 , T2 ] antud m funkt- siooni x1 = 1 (t), x2 = 2 (t), . . . , xm = m (t). Vaatleme nende funktsioonide v~orranditest moodustatud s¨ usteemi x1 = 1 (t) x2 = 2 (t)
integraal on arvuliselt võrdne xy-tasandil funktsiooni graafiku, x-telje ning vertikaalsete sirgetega x = a ja x = b piiratud kujundi märgiga pindalaga, s.o x-teljest ülespoole ja allapoole jääva osa pindalade vahega. 37. Too arvutamine sirgjoonelisel liikumisel muutuvas jouvaljas. Tuletada vastav valem. Vt konspekt 120-121 38. Maaratud integraali geomeetriline sisu: kovertrapetsi pindala leidmine. Tuletada vastav valem. Selleks jaotame l~oigu [a, b] n osal~oiguks punktidega x0, x1, x2, . . . . . . , xn, kusjuures a = x0 < x1 < x2 < . . . < xn = b. Fikseerime igal osal~oigul [xi-1, xi] .uhe punkti pi. T.ahistame xi = xi - xi-1 . Vaatleme osal~oigule [xi-1, xi] toetuvat k~overtrapetsi osa Si (joonisel 5.2 on selle k.uljed t~ommatud katkendliku joonega). Kui xi on v.aike, siis muutub pidev funktsioon f osal~oigul [xi-1, xi] v.ahe. Seega v~oib ta sellel osal~oigul lugeda
topoloogia baasiks parajasti siis, kui B rahuldab tingimusi 12 1 TOPOLOOGILINE RUUM 10 ∅ ∈ B; 20 ∪ B = ∪B∈B B = X ; 30 kui B1 , B2 ∈ B, siis B1 ∩ B2 avaldub u ¨hendina hulka B kuuluvatest hulkadest. 1.7 Vaadelgem kolmeelemendilise hulga X = { a, b, c } alam- hulkade hulka T = { ∅, X, {a}, {b}, {a, b} }. N¨aidata, et T on topoloogia hulgal X. 1.8 N¨aidata, et l˜oigu X = [0; 1] alamhulkade hulk T = { A | 0 ∈ A ⊂ X }∪ ∪{ A | 0 ∈ A ⊂ X, X A on l˜oplik v˜oi loenduv } on topoloogia hulgal X. ¨ 2 UMBRUSED 2.1 Punkti u ¨ mbruste s¨ usteem Olgu (X, T ) topoloogiline ruum. Definitsioon 2.1 Punkti x ∈ X u ¨ mbruseks nimetatak- se ruumi X alamhulka A, mis sisaldab alamhulgana mingit punkti x sisaldavat lahtist hulka B: x ∈ B ⊂ A, B ∈ T (joonis 2.1).
Kn := Mat1 × n (K) = {(x1 , . . . , xn )|xi K} reavektorite ruum n K := Matn × 1 (K) = {(x1 , . . . , xn )T |xi K} veeruvektorite ruum Tehted aritmeetiliste vektoritega toimuvad maatriksarvutuse reeg- lite kohaselt. 2.6 N¨ aide: geomeetrilised vektorid Geomeetriline vektor on suunatud sirgl~ oik. Vektorite liitmine defi- neeritakse r¨o¨opk¨ uliku reegliga. Korrutamine arvuga defineeritakse l~oigu pikendamise v~oi l¨ uhendamise teel ja negatiivsete arvude kor- ral veel lisaks suuna muutmisega vastupidiseks. 4 V. Vektorruumid 2.7 N¨ aide: l~ oigus pidevate funktsioonide ruum Olgu C[a, b] k~oigi l~ oigus [a, b] pidevate reaalarvuliste v¨ a¨artustega funktsioonide hulk. Olgu f, g C[a, b] ning R
Vaatleme funktsiooni Oletame v¨ 1 g(x) = . M - f (x) Nendime, et g(x) > 0 (x [a, b]) ja g(x) C[a, b], sest 1 C[a, b] M - f (x) C[a, b] M - f (x) = 0 (x [a, b]). Et g(x) > 0 (x [a, b]) ja Lause 1 p~ohjal on funktsioon g(x) t~okestatud sel l~oigul, siis leidub selline konstant K > 0, et l~ oigu [a, b] iga punkti x korral 1 1 1 K M - f (x) f (x) M - , M - f (x) K K st, et oleme saanud funktsiooni v¨ a¨artuste hulgale {f (x)}x[a,b] v¨aiksema u ¨lemise t~okke M - 1/K, kui on seda u ¨lemine raja M = sup f (x). See on vastuolu, mis on tingitud
annaabi.ee 
