8. Differentiaal- en integraalrekening



Vergelijkbare documenten
2. Een eerste kennismaking met Maxima

12. Uitwerkingen van de opgaven

5. Vergelijkingen Vergelijkingen met één variabele Oplossen van een lineaire vergelijking

Korte handleiding Maple, bestemd voor gebruik bij de cursus Wiskunde

Zomercursus Wiskunde. Katholieke Universiteit Leuven Groep Wetenschap & Technologie. September 2008

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Zomercursus Wiskunde. Module 4 Limieten en asymptoten van rationale functies (versie 22 augustus 2011)

dx; (ii) * Bewijs dat voor elke f, continu ondersteld in [0, a]: dx te berekenen.(oef cursus) Gegeven is de bepaalde integraal I n = π

Definitie: Een functie f heeft een absoluut maximum f(x 0 ) in het punt. x 1 Domein(f) als voor alle x Domein(f) geldt:

Naam: Studierichting: Naam assistent:

1.0 Voorkennis. Voorbeeld 1: Los op: 6x + 28 = 30 10x.

2.0 Voorkennis. Herhaling merkwaardige producten: (A + B) 2 = A 2 + 2AB + B 2 (A B) 2 = A 2 2AB + B 2 (A + B)(A B) = A 2 B 2

Reeksnr.: Naam: t 2. arcsin x f(t) = 2 dx. 1 x

6.0 Differentiëren Met het differentiequotiënt bereken je de gemiddelde verandering per tijdseenheid.

Korte handleiding Maple, bestemd voor gebruik bij de cursus Wiskunde

integreren is het omgekeerde van differentiëren

Radboud Universiteit Nijmegen Tentamen Calculus 1 NWI-NP003B 4 januari 2013,

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

(g 0 en n een heel getal) Voor het rekenen met machten geldt ook - (p q) a = p a q a

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Voorbereiding toelatingsexamen arts/tandarts

10.0 Voorkennis. Herhaling van rekenregels voor machten: a als a a 1 0[5] [6] Voorbeeld 1: Schrijf als macht van a:

2 Kromming van een geparametriseerde kromme in het vlak

Wiskundige Technieken 1 Uitwerkingen Hertentamen 23 december 2014

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Uitwerking Tentamen Calculus, 2DM10, maandag 22 januari 2007

Basiskennistoets wiskunde

Machtsfuncties al dan niet samengesteld in de vorm van een polynoom- of veeltermfunctie

Functieonderzoek. f(x) = x2 4 x Igor Voulis. 9 december De functie en haar definitiegebied 2. 2 Het tekenverloop van de functie 2

Studiewijzer Calculus 2 voor Bouwkunde (2DB90), cursus 2011/2012

Uitwerkingen Mei Eindexamen HAVO Wiskunde B. Nederlands Mathematisch Instituut Voor Onderwijs en Onderzoek

Wiskundige Technieken 1 Uitwerkingen Hertentamen 2 januari 2014

1.0 Voorkennis. Voorbeeld 1: Los op: 6x + 28 = 30 10x.

Inhoud college 5 Basiswiskunde Taylorpolynomen

Voorbereiding toelatingsexamen arts/tandarts

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

1. (a) Gegeven z = 2 2i, w = 1 i 3. Bereken z w. (b) Bepaal alle complexe getallen z die voldoen aan z 3 8i = 0.

Technische Universiteit Delft Tentamen Calculus TI1106M - Uitwerkingen. 2. Geef berekeningen en beargumenteer je antwoorden.

Centrale Commissie Voortentamen Wiskunde Uitwerkingen Voortentamen Wiskunde B 11 juni 2012

Calculus.nb 1. Werk dit Mathematica notebook aandachtig door en maak de (genummerde) oefeningen aan het einde van elke sectie. Succes!

Paragraaf 2.1 : Snelheden (en helling)

Primitieve functie Als f : R --> R continu is op een interval, dan noemt men F : R --> R een primiteive functie of

Machtsfuncties al dan niet samengesteld in de vorm van een polynoom- of veeltermfunctie. 1) Met een positief exponent in de term(en) ( )

2 Kromming van een geparametriseerde kromme in het vlak. Veronderstel dat een kromme in het vlak gegeven is door een parametervoorstelling

11.0 Voorkennis. Optellen alleen bij gelijknamige termen: 3a 3 + 4a 3 = 7a 3. Bij macht van een macht exponenten vermenigvuldigen: (a 5 ) 4 = a 20

Korte handleiding Maple bij de cursus Meetkunde voor B

Functies van één veranderlijke

Wiskundige Technieken 1 Uitwerkingen Tentamen 4 november 2013

Voorbeeldtentamen Wiskunde B

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica


V.4 Eigenschappen van continue functies

1 Limiet van een rij Het begrip rij Bepaling van een rij Expliciet voorschrift Recursief voorschrift 3

Checklist Wiskunde B HAVO HML

6. Functies Definities en gebruik van functies/variabelen

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Samenvatting Wiskunde B

Centrale Commissie Voortentamen Wiskunde Uitwerkingen Voortentamen Wiskunde B 28 januari 2013

De parabool en de cirkel raken elkaar in de oorsprong; bepaal ook de coördinaten van de overige snijpunten A 1 en A 2.

TENTAMEN ANALYSE 1. dinsdag 3 april 2007,

Derive in ons wiskundeonderwijs Christine Decraemer

STEEDS BETERE BENADERING VOOR HET GETAL π

Inhoud. Aan de student. Studiewijzer. Aan de docent. Over de auteurs. Hoofdstuk 0 Basiswiskunde 1

Verbanden en functies

(x x 1 ) + y 1. x x 1 x k x x x k 1

Uitwerkingen tentamen Wiskunde B 16 januari 2015

Voorbeeldtentamen Wiskunde B

Analyse I. 1ste Bachelor Ingenieurswetenschappen Academiejaar ste semester 31 januari 2006

Paragraaf 2.1 : Snelheden (en helling)

(x x 1 ) + y 1. x x k+1 x k x k+1

3 Opgaven bij Hoofdstuk 3

Reflecties bij de invoering van TI-Nspire CAS op de Europese Scholen L.A.A. Blomme

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN

2.1 Lineaire functies [1]

15.0 Voorkennis. Herhaling rekenregels voor differentiëren: (somregel) (productregel) (quotiëntregel) n( x) ( n( x))

Antwoordenboekje. Willem van Ravenstein

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Computerrekenpakket Maple zesde jaar

OEFENOPGAVEN BIJ HET TENTAMEN ANALYSE 1 (COLLEGE NAJAAR 2006). (z + 2i) 4 = 16. y 4y + 5y = 0 y(0) = 1, y (0) = 2. { 1 + xc 1 voor x > 0.

Tentamen Calculus 2 25 januari 2010, 9:00-12:00 uur

OPPERVLAKTEBEREKENING MET DE TI83

Voorbereiding toelatingsexamen arts/tandarts. Wiskunde: functieverloop. 22 juli dr. Brenda Casteleyn

4. Vereenvoudigen expressies

Hoofdstuk 10: Partiële differentiaalvergelijkingen en Fourierreeksen

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica. Uitwerking Tentamen Basiswiskunde, 2DL03, woensdag 3 oktober 2007.

Gaap, ja, nog een keer. In één variabele hebben we deze formule nu al een paar keer gezien:

Hoofdstuk 11: Eerstegraadsfuncties in R

Bepaalde Integraal (Training) Wat reken je uit als je een functie integreert

Uitwerkingen Mei Eindexamen VWO Wiskunde B. Nederlands Mathematisch Instituut Voor Onderwijs en Onderzoek

1.1 Lineaire vergelijkingen [1]

3. Bepaal de convergentie-eigenschappen (absoluut convergent, voorwaardelijk convergent, divergent) van de volgende reeksen: n=1. ( 1) n (n + 1)x 2n.

Analyse I. 2. Formuleer en bewijs de formule van Taylor voor een functie f : R R. Stel de formules op voor de resttermen van Lagrange en Liouville.

Tentamen Wiskunde B. Het gebruik van een mobiele telefoon of andere telecommunicatieapparatuur tijdens het tentamen

Tentamen WISN101 Wiskundige Technieken 1 Ma 7 nov :30 16:30

Hertentamen Wiskundige Technieken 1 Donderdag 4 jan 2018, 9-12 uur

1. Een van mijn collega s, liet een mooi verhaal zien: De opgave was: Los op ln(x + 2) ln(x + 1) = 1.

toelatingsexamen-geneeskunde.be Gebaseerd op nota s tijdens het examen, daarom worden niet altijd antwoordmogelijkheden vermeld.

Functies van één veranderlijke

Opgaven Inleiding Analyse

Wiskunde. voor. economie. drs. H.J.Ots. Hellevoetsluis

Transcriptie:

Computeralgebra met Maxima 8. Differentiaal- en integraalrekening 8.1. Sommeren Voor de berekening van sommen kent Maxima de opdracht: sum (expr, index, laag, hoog) Hierbij is expr een Maxima-expressie, index is de sommatie-index, laag is de ondergrens van index en hoog is de bovengrens van index. Voorbeeld 1: We berekenen de som van de natuurlijke getallen van 1 tot en met 100. Voorbeeld 2: n k 3 We berekenen de som voor n = 1, 2, 10; k = 1 5 (dit is de de som van de eerste n termen van een meetkundige rij met reden r = 3/5). Het is handig om hier een lijst te gebruiken: Dit ziet er vanwege de breuken niet zo veelzeggend uit, daarom stappen we over op kommagetallen via CTRL-F U weet dat in dit geval de rij van de partiële sommen convergeert omdat r < 1. k 3 Laten we daarom proberen de som s = ( ) uit te rekenen met Maxima. 5 k= 1 1

Differentiaal- en integraalrekening Dit wilde we Maxima inderdaad laten uitrekenen. Met de toevoeging simpsum (simplify sum) lukt dit inderdaad: Sommen kunnen ook via de menuopdracht Calculus Calculate sum.. berekend worden: 2

Computeralgebra met Maxima Voorbeeld 3: Voor de berekening/benadering van sin(π/6) willen we gebruik maken van de Taylorreeks van sin(x): 3 5 2n+ 1 n sin( x) = x x + x = ( 1) x 3! 5! (2n + 1)! n= 0 n 2k+ 1 k x We bepalen nu een benadering door middel van de partiële sommen 1). k= 0( (2 k + 1)! In Maxima definiëren we daartoe een functie van twee variabelen sin ben( x, n ) als volgt: We berekenen nu de benaderingen sinben(π/6,n) van sin(π/6) voor n = 0, 1,, 5 U ziet dat deze rij van partiële sommen vrij snel convergeert naar de waarde sin(π/6) (= 0.5)van de standaardfunctie sin van Maxima: Opmerking: Maxima heeft overigens een eigen opdracht voor Taylorbenaderingen. Willen we bijvoorbeeld een derde orde Taylorbenadering van sin(x) berekenen dan kan dat via de opdracht : taylor(sin(x), x, 0, 3) : 3

Differentiaal- en integraalrekening Vervolgens kunnen we hierin de waarde x=%pi/6 substitueren: 8.2. Berekening van limieten Voor de berekening van limieten kent Maxima de volgende mogelijkheden Via de opdracht : limit (expr, var, waarde,<plus/minus>) Deze opdracht bepaalt dus de limiet van de expressie expr als de reële variabele var nadert tot de gegeven waarde van rechts (plus) of van links (minus). Als u de optie plus/minus niet gebruikt dan zal Maxima proberen een tweezijdige limiet te bepalen. Via de menuopdracht Calculus Find limit.. Voorbeeld 1: We bepalen het differentiaalqoutiënt van de funktie f x 3 ( ) x 1 = voor x = 2. f (2) = lim f + h f h 0 (2 ) (2) h In kleine stapjes verloopt deze berekening als volgt: 4

Computeralgebra met Maxima Maxima kan dit alles ook in één opdracht berekenen : Voorbeeld 2: n 1 Beschouw de rij u gedefinieerd door u( n) = 1+, voor n = 1, 2,. n We vragen ons af tot welke waarde u(n) nadert als n nadert tot oneindig? We berekenen nu de waarden van u(n) voor n = 1, 2,, 8 5

Differentiaal- en integraalrekening Hieruit valt nog moeilijk iets over een eventuele limietwaarde te zeggen; daarom kiezen we voor n een aantal grotere waarden: De rij lijkt te convergeren naar een waarde van ongeveer 2,71... De convergentie en limietwaarde kan Maxima berekenen via limit (u(n),n,inf): Het resultaat is het beroemde getal van Euler e. Opmerking: Oneindig wordt met inf aangegeven en minusoneindig met mininf. Een limietberekening kan bijzondere resultaten opleveren: und : ongedefinieerd ind : onbepaald maar begrensd infinity : complex oneindig Opgave 8.1 Bepaal de limiet van de rij u(n) = 2 n 3 voor n gaat naar oneindig 3n + 1 Opgave 8.2 Bereken de helling van de functie f(x) = abs(x 2-1) in het punt x = 1. 8.3. Differentiëren 6

Computeralgebra met Maxima 8.3.1. Symbolisch differentiëren Voor het symbolisch differentiëren kent Maxima de volgende mogelijkheden Via de opdracht : diff (expr, var) resp. diff (expr, var, orde) voor hogere afgeleiden Via de menuopdracht Calculus Differentiate kan met behulp van een dialoogvenster in wxmaxima gewerkt worden. Voorbeeld 1: Bepaal de afgeleide van de functie 1, 3, 5 en 7. 3 2 f : x x + x 2x + 3 en bepaal de afgeleide in de punten Een andere handiger methode om de afgeleide in een punt direct te bepalen verloopt via de opdracht at als volgt: Hint: Als we de afgeleide in meerdere punten moeten berekenen is het handiger om de afgeleide functie als een zelfstandige functie bijvoorbeeld f1(x) expliciet te definiëren. 7

Differentiaal- en integraalrekening Opmerking: Een tweede mogelijkheid om een lijst van functiewaarden te produceren is via de opdracht map, bijvoorbeeld map(f1, [1,3,5,7]) Voorbeeld 2: Bepaal de buigpunten van de functie f x x x x 3 2 : + 2 + 3 Voor het bepalen van de buigpunten moeten we nagaan waar de tweede afgeleide 0 is en van teken verandert. Omdat f2 een lineaire functie is, zal er een tekenwisseling optreden in het nulpunt van f2. 8

Computeralgebra met Maxima Opgave 8.3 3 Beschouw de functie: f : x x + 2x 5. Bepaal de nulpunten en extremen van f. Opgave 8.4 3 Beschouw de schaar van functies : fa : x x + ax met a Plot de functieschaar voor a = -4,-3,.,2, 3, 4. Bepaal de nulpunten, extreme waarden en buigpunten in afhankelijkheid van de parameter a. 8.3.2. Toepassingen Bepalen raaklijn Uit de wiskunde van het VO weet u (misschien) nog dat de vergelijking van de raaklijn in het punt (a, f(a)) van de grafiek van de functie f te schrijven is als: y f ( a) = f ( a) ( x a) of als y = f ( a) + f ( a) ( x a) Bij gegeven functie f kunnen we in Maxima f ( a) bepalen via at(diff(f(x),x),x=a). De raaklijnfunctie behorend bij de functie f in het punt x=a kunnen we dan definiëren als: raakfunctie(f,a,x):= f(a)+ at(diff(f(x),x),x=a)*(x-a) Nemen we als voorbeeld de functie f(x) = sin(x), dan verloopt de berekening in Maxima als volgt: 9

Differentiaal- en integraalrekening De raaklijnfunctie in het punt x = %pi/3 wordt dan: De vergelijking van de raaklijn in x = a aan de grafiek van f kunnen we dan in Maxima definiëren door de volgende functie: 10

Computeralgebra met Maxima Extremen en buigpunten Bij het bepalen van extremen en buigpunten van een functie is het handig als we kunnen beschikken over het tekenverloop van de eerste en tweede afgeleide van die functie. In Maxima kunnen we beschikken over de functie signum (x), welke als volgt gedefinieerd is : + 1 x > 0 signum( x) = 0 x = 0 1 x < 0 Voorbeeld : Beschouw de functie 3 2 f : x 3x 9x + 6. De nulpunten van f vinden we door het oplossen van de vergelijking f(x)=0 : Het tekenoverzicht van de functie f wordt dan verkregen via de opdracht signum(f(x)) : 11

Differentiaal- en integraalrekening Uit de resultaten (%o2) en (%o4) mogen we dus concluderen: positief 1 3 < x < 1 en x > 1+ 3 f ( x) = nul x = 1+ 3, x = 1, x = 1+ 3 negatief x < 1 3 en 1< x < 1+ 3 Voor het bepalen van de extremen van f bepalen we eerst de eerste afgeleide f1 : Eventuele lokale extremen treden op in de nulpunten van f1: Het tekenoverzicht van f1 geeft ons nadere informatie over de aard van de extremen van f : Uit het tekenverloop van de eerste afgeleide f1 mogen we dus concluderen dat: f heeft een lokaal maximum voor x=0 f heeft een lokaal minimum voor x=2 De grootte van het maximum/minimum vinden we als volgt: 12

Computeralgebra met Maxima Deze resultaten zijn volledig in overeenstemming met het onderstaande plaatje : Opgave 8.5 3 2 Beschouw de functie f : x 3x 9x + 6 Bepaal de buigpunten van f en bepaal de vergelijking(en) van de buigraaklijn(en). Teken de grafiek van f en de buigraaklijnen van f in één figuur. 8.4. Integreren Voor het symbolisch integreren kent Maxima de volgende mogelijkheden Via de menuopdracht Calculus Integrate kan met behulp van een dialoogvenster in wxmaxima gewerkt worden. Via de opdracht: integrate (expr, var) Opmerking: Maxima geeft bij het integreren geen integratieconstante aan! 8.4.1. Onbepaalde integraal Bepaal een stamfunctie (onbepaalde integraal) van de volgende functies : 2 x, 1 x, sin(2 x ), 1 2x, 2 x + x 13

Differentiaal- en integraalrekening 1 Misschien dat u niet meteen zelf een stamfunctie van had gevonden, maar passen we 2 x + x eerst breuksplitsing toe dan wordt de zaak plots eenvoudiger: 14

Computeralgebra met Maxima 8.4.2. Bepaalde integraal Bij een bepaalde integraal integrate (expr, x, a, b) moeten we als derde en vierde argument ook de ondergrens resp. de bovengrens van het integratieinterval aangeven. Als Maxima een bepaalde integraal niet exact berekenen kan, dan wordt de invoer weer geretourneerd in een nette wiskundige notatie. Voor een benadering moeten we dan een numerieke methode gebruiken, bijv. romberg (expr,var,a,b) 8.4.3. Toepassing 3 2 Gegeven is de derdegraadsfunctie f : x 3x 9x + 6, waarvan de grafiek de x-as een aantal malen snijdt. De opdracht is nu om de oppervlakte te berekenen van het gedeelte van het vlak dat ingesloten wordt door de grafiek van de functie f en de x-as. We beginnen uiteraard met de functie in te voeren en de grafiek te tekenen. 15

Differentiaal- en integraalrekening We bepalen vervolgens de snijpunten van de grafiek van f met de x-as: De integraal van f op het interval [b, c] moet negatief genomen worden omdat de oppervlakte bepaald moet worden. De totale oppervlakte wordt dus b Opp_totaal = f ( x) dx f ( x) dx Vertaald naar Maxima: a c b Opgave 8.6 Bereken de oppervlakte van een cirkel via de integraal 4 r 2 2 r x dx. 0 16