Derivasjon, differensiallikninger og rekker

Del 1, uten hjelpemidler

Derivasjon, differensiallikninger og rekker

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Deriver funksjonen f(x)=x2⋅sin⁡x

Forklar hva det betyr at en vinkel er målt i radianer. Hvilken sammenheng er det mellom radianer og grader?

Løs differensiallikningen y′+2y=3x når y(0)=3

Vi har polynomfunksjonen f(x)=x3−x2−4x+4

Vis at f(x) er delelig med (x−1) og faktoriser f(x).

Vis at x2−2x+4x3−x2−4x+4 kan skrives 1x+2−1x−1+1x−2

Bestem integralet

∫x2−2x+4x3−x2−4x+4dx

I en rekke er a1=x−1, a2=2x og a3=4x+8. Bestem x slik at rekken blir geometrisk.

Summen av de n første leddene i en generell geometrisk rekke er

Sn=a1(kn−1)k−1

Bevis denne formelen ved induksjon.

Fasit

f′(x)=2xsin⁡x+x2cos⁡x

Se løsningsforslag.

y=32x−34+154e−2x

1) f(x)=(x−1)(x−2)(x+2) 3) ln⁡|x+2|−ln⁡|x−1|+ln⁡|x−2|+C

x=2

Se løsningsforslag.

LøsningsforslagKI-generert

Vi bruker produktregelen, (u⋅v)′=u′v+uv′, med u=x2 og v=sin⁡x.

u′=2x,v′=cos⁡x
f′(x)=2x⋅sin⁡x+x2⋅cos⁡x

f′(x)=2xsin⁡x+x2cos⁡x

En vinkel målt i radianer er definert ut fra buelengden på enhetssirkelen (sirkel med radius 1): vinkelen v i radianer er lik lengden av sirkelbuen som vinkelen spenner over på enhetssirkelen.

Siden hele sirkelen har omkrets 2π⋅1=2π, tilsvarer en hel omdreining på 360° nettopp 2π radianer. Dette gir sammenhengen

360°=2πrad⟺180°=πrad

For å regne om fra grader til radianer multipliserer vi med π180, og fra radianer til grader multipliserer vi med 180π.

Differensiallikningen y′+2y=3x er lineær av første orden. Vi løser den med integrerende faktor e2x:

e2xy′+2e2xy=3xe2x

Venstre side er den deriverte av produktet e2xy:

(e2xy)′=3xe2x

Vi integrerer begge sider. Høyre side krever delvis integrasjon med u=3x, v′=e2x, altså u′=3, v=12e2x:

∫3xe2xdx=32xe2x−∫32e2xdx=32xe2x−34e2x+C

Dermed er

e2xy=32xe2x−34e2x+C
y=32x−34+Ce−2x

Setter inn y(0)=3:

3=0−34+C⇒C=154

y=32x−34+154e−2x

1) Vi sjekker om f(1)=0:

f(1)=13−12−4⋅1+4=1−1−4+4=0

Siden f(1)=0, er (x−1) en faktor i f(x) (faktorteoremet).

Vi utfører polynomdivisjon (eller setter opp f(x)=(x−1)(x2+ax+b) og sammenligner koeffisienter):

x3−x2−4x+4=(x−1)(x2−4)

og x2−4=(x−2)(x+2), så

f(x)=(x−1)(x−2)(x+2)

2) Med f(x)=(x+2)(x−1)(x−2) setter vi opp delbrøksoppspaltingen med felles nevner (x+2)(x−1)(x−2):

1x+2−1x−1+1x−2=(x−1)(x−2)−(x+2)(x−2)+(x+2)(x−1)(x+2)(x−1)(x−2)

Vi regner ut telleren ledd for ledd:

(x−1)(x−2)=x2−3x+2
(x+2)(x−2)=x2−4
(x+2)(x−1)=x2+x−2
Teller=(x2−3x+2)−(x2−4)+(x2+x−2)=x2−2x+4

Dette er nettopp telleren i det opprinnelige uttrykket, og nevneren (x+2)(x−1)(x−2)=f(x). Dermed er

x2−2x+4x3−x2−4x+4=1x+2−1x−1+1x−2

som vi skulle vise.

3) Ved hjelp av delbrøksoppspaltingen fra 2) blir integralet

∫(1x+2−1x−1+1x−2)dx=ln⁡|x+2|−ln⁡|x−1|+ln⁡|x−2|+C

ln⁡|x+2|−ln⁡|x−1|+ln⁡|x−2|+C

I en geometrisk rekke er kvotienten mellom to påfølgende ledd konstant, så a2a1=a3a2, altså a22=a1⋅a3.

(2x)2=(x−1)(4x+8)
4x2=4x2+8x−4x−8=4x2+4x−8
0=4x−8
x=2

Kontroll: Da blir a1=1, a2=4, a3=16, med konstant kvotient k=4. Rekken er geometrisk.

Vi skal bevise ved induksjon at

Sn=a1(kn−1)k−1

for alle n∈ℕ, der Sn=a1+a1k+a1k2+⋯+a1kn−1.

Basissteg (n=1): S1=a1. Formelen gir

a1(k1−1)k−1=a1(k−1)k−1=a1

Formelen stemmer for n=1.

Induksjonssteg: Anta at formelen er sann for et vilkårlig n, altså at

Sn=a1(kn−1)k−1

Vi skal vise at formelen da også er sann for n+1. Siden Sn+1=Sn+an+1, og leddet an+1=a1kn, får vi

Sn+1=a1(kn−1)k−1+a1kn=a1(kn−1)+a1kn(k−1)k−1
=a1[(kn−1)+kn+1−kn]k−1=a1(kn+1−1)k−1

Dette er nettopp formelen med n erstattet av n+1. Siden formelen er sann for n=1, og sann for n=1 medfører sann for n=2, osv., er formelen sann for alle naturlige tall n ved induksjonsprinsippet.

Sn=a1(kn−1)k−1 er bevist ved induksjon

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i matematikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt