אינפי 1 לתיכוניסטים תש"ע

אינפי 1 לתיכוניסטים

כאן יהיה המקום שלנו להיעזר אחד בשני בקורס חשבון אינפיניטסימלי 1. אתם מוזמנים לשאול שאלות ולדון בבעיות הנוגעות לקורס אינפי 1 - סטודנטים הלומדים בשתי הקבוצות מוזמנים להגיב כאן.

ארכיון

ארכיון 1

ארכיון 2

תרגילים + פתרונות

תרגיל 1

תרגיל 2

תרגיל 3

תרגיל 4

תרגיל 5

תרגיל 6

תרגיל 7

תרגיל 8

תרגיל 9

שאלות

שאלה

יש לי שאלה על גבול שאני מנסה למצוא אבל משום מה יש שלב אחד שלכאורה נראה לי נכון אבל הוא לא. נתונה הפונקציה: $(p*sin(x)-sin(p*x))/x(cos(x)-cos(p*x))$

כאשר X שואף ל-0

כאשר p הוא פאי, פשוט לא ידעתי איך לכתוב את זה.

פירקתי את השבר לשני שברים בצורה הבאה: כל מחובר של המונה לבדו עם המכנה (חיבור שברים עם אותו מכנה הוא שבר עם אותו מכנה כמו של השניים המקוריים כאשר מחברים את המונים שלהם, אם עדיין לא הבנת את כוונתי)

ואז בצד אחד היה לי sinx חלקי X וזה שווה 1. בצד שני היה לי sinpx חלקי X אז פשוט כפלתי וחילקתי ב-P ואז בגלל ש-X שואף ל-0, גם PX שואף לאפס מה שאומר שגם sinPX חלקי PX שואף ל-1.

ואז כביכול היה יוצא 0 כי שני השברים מצמצמים אחד את השני.

הבעיה היא במה שאמרתי על sinpx ו-PX כי בדקתי במחשבון ושם זה נתן תוצאה אחרת.

לכן רציתי לדעת איך לפתור את זה באמת.

תודה

תשובה

sinpx/px אכן שואף לאחד כאשר x שואף לאפס. קל לראות את זה לפי היינה. אם x_n סדרה ששואפת לאפס אזי גם x_n/p סדרה ששואפת לאפס, פשוט תציב בפונקציה ותקבל שבזכות שsinx/x שואף לאחד, שגם הפונקציה הזו על הסדרה הנ"ל שואפת לאחד. (לא ניסחתי מדויק, אני אשאיר לך לתקן את הפערים).

מצטער אבל לא ממש הבנתי איך התשובה שלך קשורה לשאלה שלי.

במחשבון יוצא שהפונ' שואפת ל-1.047 (וממש המספר הזה, לא 1)

אני אכתוב לך את מה שעשיתי ואני מקווה שתצליח להסביר לי מה היה לא נכון: $\lim_{x\rightarrow 0}\frac{\pi sin(x)-sin(\pi x)}{x(cos(x)-cos(\pi x))}$

זה שווה ל:

$\lim_{x\rightarrow 0}\frac{\pi sin(x)}{x(cos(x)-cos(\pi x))}-\frac{sin(\pi x)}{x(cos(x)-cos(\pi x))}$

ששווה ל:

$\lim_{x\rightarrow 0}\frac{\pi}{cos(x)-cos(\pi x)}-\frac{\pi sin(\pi x)}{\pi x(cos(x)-cos(\pi x))}$

ששווה ל:

$\lim_{x\rightarrow 0}\frac{\pi}{cos(x)-cos(\pi x)}-\frac{\pi}{(cos(x)-cos(\pi x))}$

וזה אמור להיות 0 זהותית (כלומר ממש 0, לא שואף ל-0..)

תשובה

דבר ראשון, אסור בתכלית האיסור, להחליף באמצע התרגיל את חלק מהגבולות למספר אליו הם שואפים. אחרת 1 בחזקת אינסוף תמיד שווה 1 למרות שאנחנו יודעים שהוא יכול להיות e. ושוב, הייתי פותר את זה באמצעות כלל לופיטל, ולא בטוח איך אפשר אחרת.

אוקי, אז נניח שהייתי מכניס את ה-lim גם לשבר השני..

אני עדיין לא מבין למה זה לא היה עובד

(ותודה שאתה ממשיך לענות לי למרות החפירה..)

מה הכוונה מכניס lim לשבר השני? אסור לך להחליף במספר, אתה נשאר עם אינסוף פחות אינסוף ולא מצליח לחשב. לא יהיה לך זהותית אפס. אסור לך למחוק את $sinx/x$

אז זה מה שאני לא מבין, למה אסור למחוק את $sinx/x$ הרי זה אמור להיות 1 כש-X שואף ל-0

כמו שאמרתי, לפי ההגיון הזה, גם $(1+1/n)^n=1$ כי $1+1/n \rightarrow 1$. במקרה זה, יש לך $1\cdot \infty - \infty$ אסור להשתמש באריתמטיקה של גבולות במקרה זה. דוגמא נגדית פשוטה יותר:

$\frac{n+1}{n}\cdot n - \frac{n-1}{n}\cdot n$ בשיטה שלך זה אפס זהותית. במציאות, זה שווה בדיוק ל2.

הבנתי. תודה רבה! (וסליחה על החפירה הארוכה, שוב)

שאלה

רציתי לבדוק אם אני צודק: דורשים למצוא נקודות אי רציפות וסיווגן בפונקציות הבאות:

1) $cos(x)/|cos(x)|$

2) $e^(-1/x^2) / 2+sin(2/x)$

בשתיהן יצא לי שאפס היא אי רציפות סליקה. זה נכון?

תשובה

בראשון אפס אינה נקודת אי רציפות בכלל... יש כמובן נקודות אי רציפות אחרות, והן תמיד ממין ראשון. שים לב שהפונקציה הזו היא פשוט אחד, מינוס אחד או לא מוגדרת.

בשני זה נכון, וזו אכן נקודת אי הרציפות היחידה.

כן, בראשון התבלבלתי.. תודה רבה!

שאלה

אפשר בבקשה עזרה בתרגיל? צריך לבדוק האם y=cos log x רבמ"ש בקטע הפתוח שבין 0 לאינסוף. אני לא ממש רואה את זה... (אין גבול בשאיפה ל0+, אז ניסיתי להראות ע"י שתי סדרות שואפות ל0 שאין רבמש, לא ממש הולך לי...)

תשובה

מה לא הולך? $x_n= e^{\pi - 2\pi n}$ , $y_n=e^{-2 \pi n}$. שתי הסדרות שואפות לאפס, ולכן המרחק ביניהן שואף לאפס. אבל הפונקציה עליהן שווה לאחד, או מינוס אחד.

(זה לא כותב השאלה) אפשר פשוט לומר שהגבול באפס לא קיים, לכן הפונקציה לא רבמ"ש ב- $(0,1)$ וכמובן שהיא לא רבמ"ש ב- $(0,\infty)$, לא?

(זה לא ארז) אני חושב שאסור, כי אז לפי מה שאתה אומר בגלל שלא קיים לsin x גבול באינסוף אז היא לא רבמש...

בכל מקרה, הדרך היחידה להוכיח שהגבול אינה קיים היא באמצעות הסדרות, כך שלא חסכת עבודה. באופן כללי, אפשר להוכיח שאם הגבול אינו קיים בצד הסופי, אזי הפונקציה לא רציפה שם במ"ש. זה נכון כי יש 2 אופציות: או שיש 2 סדרות ששואפות לצד הסופי (נגיד a) והפונקציה שואפת עליהן לגבולות שונים (וזה אוטומטית יוצר סתירה לרציפות במ"ש), או שיש סדרה ששואפת לאינסוף ואז הפונקציה אינה חסומה על קטע חסום, ולכן אינה רציפה במ"ש. אבל כמו שאמרתי, כך או כך זה דורש את בניית הסדרות.

לאדע, לא עולה לי כל כך מהר הדוגמאות להפרכה. תודה בכל מקרה! יש לי עוד שאלה ממש קטנה, אני מנסה להוכיח שכשX שואף ל0, אז ln sin x / ln x שואף ל1.

האם מותר לי להגיע לזה באמצעות המשפט של sin x / x =1 ? כי אז אני מכפיל בX, מפעיל LN על שני האגפים, מחלק בLN X ומקבל את הדרוש... תודה לעונה!

אסור. אין משפט שsinx/x=1 יש משפט שאומר שזה שואף לאחד... אבל לכפול בx זה כמו לכפול באפס וזה בוודאי אסור (אריתמטיקה של גבולות לא עוזרת פה). אפשר לפתור באמצעות כלל לופיטל, כמו שאמרתי אני לא יודע אם זה בחומר או לא.

זה לא בחומר, תודה בכל מקרה.!

שאלה

יש משהו שנורא מבלבל אותי. נניח שיש לי את הפונקציה: $f(x)=e^{lnx}$

מצד אחד הנגזרת שלה היא 1, כי היא שווה ל-X

מצד שני, אם אני מתעלם מהעובדה שהדבר הזה הוא X ואני גוזר רגיל אני מקבל שהגזרת היא 1 חלקי X. מה עושים???

דרך אגב, ארז כתבתי לך בחזרה משהו בשאלה של ה- $\lim_{x\rightarrow 0}\frac{sin(\pi x)}{\pi x}$ אז בבקשה תענה לי.

תשובה

לומדים לגזור! $[e^{lnx}]' =e^{lnx} \cdot \frac{1}{x}=\frac{x}{x}=1$

חח אופס, סליחה.

שאלה - רבמ"ש

נכון, חפרנו על הנושא למרות שתהיה מקסימום שאלה אחת על זה במבחן, ובכל זאת: נניח שאני רוצה להוכיח ש- f(x)=xsinx רבמ"ש. האם מותר לי לקחת x,y שמקיימים $|x-y|<d$ ולומר : $|xsinx-ysiny| \le |2x-2y| < 2d$ (מהסיבה שפונק' הסינוס חסומה ע"י 1 ו-1-) ?

תשובה

בוודאי שלא. למשל $x=2000\pi, y=2000\pi + \pi/2, d = \pi/2$ אז יוצא ש$|xsinx-ysiny|= 2000\pi + \pi/2$

הטריק הוא בגדול לקחת $x_1=x,x_2=x+h$ ולפתח לפי נוסחאות טריגונומטריות.

שאלה - טורים

ישבתי על זה הרבה ולא הצלחתי X:

נתון שיש טור המוגדר ע"י סכום הסדרה an ובדומה סכום המוגדר ע"י סכום הסדרה bn

ידוע שסיגמא AN זה A וסיגמא BN זה B

מגדירים סדרה חדשה, CN שבמקומות האי זוגיים היא מקבלת את b1,b3,b5.... ובמקומות הזוגיים היא מקבלת את a1,a2,a3,...

האם סיגמא CN מתכנס?

תשובה

לא של ארז: מקווה שזה נכון: סכום האי זוגיים של הסדרה b מתכנס לפי קריטריון ההשוואה, הסכום של a כמובן מתכנס לפני הנתון ולכן סכום טורים מתכנסים הוא מתכנס.

מבחן ההשוואה נכון לטורים חיוביים בלבד. והתשובה היא בוודאי לא, אם לא נתון שהטורים חיוביים. לוקחים את הטור הקלאסי להתכנסות בתנאי $b_n=(-1)^n/n$ ולוקחים כל טור מתכנס אחר להיות a_n...

שאלה

שאלה מהמבחן של ראובן שנה שעברה שלא הצלחתי:

תהי an סדרה מתכנסת כך ש: $s={an: n - belong - to - N}$ כאשר N זה המספרים הטבעיים. ואומרים ש-s היא קבוצה סופית. צריך להוכיח שהחל מ-N מסויים, לכל n,m שגדולים ממנו, an=am.

זה נראה לי נכון אבל אני לא יודע איך לכתוב את זה בצורה מתמטית.

תשובה

S הינה קבוצת כל האיברים בסדרה, והיא סופית. כלומר איבר בסדרה יכול להיות אחד מתוך מספר סופי של איברים (איבר מתוך S).

כעת, נגדיר את קבוצת ההפרשים $D=\{|s_1-s_2| : s_1,s_2 \in S, s_1\neq s_2\}$ מכיוון שS סופית גם D סופית ולכן יש לה מינימום. נגדיר $\epsilon = Min(D)/2>0$. כעת, לפי תנאי קושי, קיים $n_0$ כך שלכל $n,m>n_0$ מתקיים $|a_m-a_n| < \epsilon$ אבל אם $a_n \neq a_m$ אזי $|a_m-a_n| \in D$ אבל

$|a_n-a_m|<\epsilon < Min(d)$ וזו סתירה.

סבבה תודה!

מבחן של ראובן

איפה יש את המבחן שלו משנה שעברה?

באתר של גיל

איפה זה, אפשר קישור?

http://math.ipnet.co.il

תודה

שאלה

באחת משאלות האתגר שנתתם (זאת עם הגבולות החלקיים שכוללים את כל הממשיים), מותר לי פשוט להגיד ש-an היא הספירה של Q? אנחנו יודעים שאפשר לספור את Q אבל האם זה מספיק להסתמך על זה שקיימת ספירה כזאת ואז לרשום שנק' ההצטברות של Q הן כל R ולכן אלו הם הג"חים?

תשובה

השאלה היא האם משם אתה יכול להוכיח שכל מספר ממשי הוא גבול חלקי של הסדרה הנ"ל. אין משפט על הקשר שבין נקודת הצטברות של קבוצה, לבין הגבולות החלקיים של סדרה המכילה את איברי הקבוצה. האם הסדר לפי תבנה את הסדרה משנה?

אוקיי.. יש לי סדרה אחרת שנראה לי שהיא תעבוד. את כל שאר תרגילי האתגר הצלחתי לפתור (חוץ מזה שדורש שימוש בקורס אחר שאין לי מושג מה לעשות שם חוץ מזה שאני בטוח כמעט לגמרי שזו הפרכה..)

תשלח לי למייל בקצרה, אני אגיד לך אם צדקת. אגב, מתי המבחן שלכם?

המבחן שלנו מחר :S

הא, בהצלחה.. יכול להיות שאני אהיה מחר באוניברסיטה.. אבל זה כבר לא יעזור לאף אחד :)

שאלה

הוכח שאם f גזירה ב-(a,b), ונגזרתה חסומה בקטע, אזי f רבמ"ש שם. (WTF?!)

תשובה

נניח בשלילה שהיא אינה רציפה במ"ש, לכן קיים אפסילון, כך שלכל דלתא קיים זוג x,y כך שהמרחק בינהם קטן מדלתא, אבל המרחק בין f(x) לf(y) גדול מאפסילון. ולכן $\frac{f(x)-f(y)}{x-y} > \frac{\epsilon}{\delta}$. ניקח $\delta_n = \frac{1}{n}$ וניקח את הזוגות המתאימים $x_n,y_n$. אלה סדרות חסומות ולכן ניתן לקחת תת סדרה של $x_n$ שמתכנסת, ואז תת-תת סדרה של y_n שמתכנסת וביחד נקבל שתי סדרות מתכנסות $x_{n_k},y_{n_k}$ ומכיוון שהמרחק ביניהן הולך וקטן הן מתכנסות לאותו הגבול, נקרא לו L. אבל אז $\frac{f(x_{n_k})-f(y_{n_k})}{|x_{n_k}-y_{n_k}|} > \frac{\epsilon}{\delta_{n_k}}$ כלומר שואף לאינסוף, אבל זה חסום על ידי קבוע כפול הנגזרת (לפי תרגיל אחר שנתנו לכם) וזו סתירה.

אתה יכול בבקשה להסביר למה הכוונה ב"זוגות המתאימים Xn Yn" - הכוונה היא לאותן סדרות שעזרו לך להוכיח או להפריך משהו בהרבה תרגילים אחרים בעמוד זה?

ועוד משהו, למה הכוונה חסום ע"י קבוע כפול הנגזרת?

"... כך שלכל דלתא קיים זוג x,y..." הזוג הזה.

חסום ע"י הכוונה "קטן מ.."

שאלה

נניח שאנחנו מקבלים פונקצייה כמו: $cos\frac{1}{ln(x^2)}$ . האם מצפים מאתנו להתייחס אליה כמוגדרת גם ב-x<0 (כפי שהיא כתובה), או ללכת צעד אחד קדימה ולהפוך את זה ל: $cos\frac{1}{2lnx}$ ?

שאלה נוספת - כדי להוכיח שלא קיים גבול בנק' x=1, במקרה זה, האם מותר לי להשתמש בנימוק המילולי הבא (?): הפונקצייה מבצעת אינסוף מחזורים בכל סביבה של x=1, לכן הגבול לא קיים. אם לא, איך אחרת אפשר לנמק את אי-קיום הגבול בנק', בלי פשוט לומר שהפונק' שבתוך ה-cos שואפת לאינסוף?

תשובה

כמובן שהיא מוגדרת באפס. לא עושים שום צעדים קדימה או אחורה. זה כמו שx/x אינה מוגדרת באפס.

לא, תקרא את הדוגמאות האחרות (כמעט זהות) בנושא. בונים 2 סדרות ששואפות ל1 אבל הפונקציה עליהן הולכת לפלוס אחד או מינוס אחד ולכן אין גבול לפי היינה.

שאלה

האם זהו משפט נכון? M = SUP A אם"ם לכל e>0 קיים a ששייך לA כך ש M-e<a

תשובה

לא מדוייק

M=supA אם"ם M חסם עליון וגם e>0 קיים a ששייך לA כך ש M-e<a

M חסם עליון אומר M גדול מכל האיברים בקבוצה, והתנאי עם האפסילון נותן את המינימליות של M. אם הוא לא היה מתקיים, אז M-e היה חסם עליון קטן יותר.

שאלה

האם הפו' 1 חלקי n רציפה בקטע [0,1) ? ורבמ"ש?

תשובה

רציפה שם, ברור, זה פונקציה רציפה חלקי רציפה, כאשר הפונקצה במכנה שונה מאפס.

היא אינה רציפה שם במ"ש כי היא אינה חסומה שם. ופונקציה שרציפה במ"ש על קטע סגור חסומה בו.

אבל זה לא קטע סגור, הוא חצי פתוח O:

שגיאה שלי, הכוונה הייתה לקטע חסום ולא סגור. פונקציה רציפה במ"ש על קטע חסום חסומה בו.

זאת אומרת שהפעם היחידה שאנחנו צריכים ממש להפריך את הרבמ"ש שלא ע"י משפט, זה כשהיא רציפה והגבול באינסוף או מינוס אינסוף אינו קיים?

לא. לפני שנייה הייתה דוגמא של coslogx

תודה רבה :)

הוכחת משפט ערך הביניים

במייזלר יש הוכחה שמשתמשת בטענת עזר שקשורה בחיתוך עם ציר ה-x של הפונקצייה. למה לא לפשט את זה להוכחה כזו (האם היא תקינה?): תהי f רציפה ב-[a,b], אזי אם $f(a)<y<f(b)$ נבנה סדרת קטעים $I_n=[a_n,b_n]$ כך ש- $f(a_n) \le y \le f(b_n)$ , כאשר $I_1=[a,b], I_n=[a_n,b_n]$, ו-$c_n$ מוגדרת: $c_n=0.5(a_n+b_n)$, כך שאם $f(c_n)\le y$ נגדיר $I_{n+1}=[c_n,b_n]$, ואחרת $I_{n+1}=[a_n,c_n]$ . לפי קנטור קיימת נק' יחידה $x_0$ באמצע כך ש- $lim(a_n)=lim(b_n)=x_0$ , ובגלל הרציפות של f נקבל ש- $f(a_n)$ ו- $f(b_n)$ שואפים להיות y.

תשובה

זו הוכחה נכונה, אמנם חסרת כמה פרטים, אבל נכונה.

שאלה

ארז באחת השאלות למעלה אמרת: "אפשר להוכיח שאם הגבול אינו קיים בצד הסופי, אזי הפונקציה לא רציפה שם במ"ש."

אבל כפי שמישהו מעלייך אמר, אז sin רציפה במידה שווה בכל R ואין לה גבול באין-סוף

באיזה מובן אינסוף הינו "צד סופי"??

אופס, הלחץ מהמבחן עושה את שלו..

אם כבר הגענו לנושא הזה:

א) אין אריתמטיקה בין פונקציות רבמ"ש נכון?, לדוגמא כפל פונ' שהן רבמ"ש (נגיד בקטע [a,b]) לא יהיה בהכרח רבמ"ש נכון?

ב) איך מוכיחים ש-sin רבמ"ש ע"פ הגדרה (בלשון דלתא ואפסילון)? (מה הטריק השם, איזה איקסים לוקחים?)

תשובה

א. יש חצי אריתמטיקה. כפל אין (x כפול x) אבל חיבור יש כמובן. בנוסף יש הרכבה, הרכבה של רציפות במ"ש הינה רציפה במ"ש

ב. תרגיל כללי הוא להוכיח שכל פונקציה שרציפה על כל הממשיים ומחזורית הינה רציפה במ"ש. סינוס זה מקרה פרטי של המשפט הגדול הזה. בצורה דומה $e^{(sinx)^2}$ הינה רציפה במ"ש למשל..

ב-ב' זה בגלל ש-sin רציפה בקטע סגור, ואז היא רבמ"ש בו, ובעצם בגלל שהיא מחזורית אז זה מעיין איחוד אין סופי של אותו הקטע נכון?

ובדוגמא שנתת - איך מוכיחים שהפונ' הזאת מחזורית?

לכל פונקציה מחזורית זה נכון. צ"ל להוכיח את זה במדויק, אבל מה שציינת זו אכן הדרך.

פשוט מציבים $x+2\pi k$ ורואים מיידים שזה שווה לערך של x לכל x

אוקי, תודה :)

שאלה

שני דברים: א) צריך להוכיח במבחן שפונקציה רציפה ומחזורית היא רבמ"ש בכל פעם שמסתמכים על זה? אפשר לתת כאן הוכחה ליתר ביטחון? ב) ארז, אתה יכול להעלות פתרונות לשאלות אתגר? מחר (חמישי) המבחן ומעניין אותי לדעת איך לפתור את השאלה שקשורה לקורסים אחרים...

תשובה

אני לא יודע על מה מותר או אסור לכם להסתמך. אבל ההוכחה הולכת ככה: אתה מחלק את כל הממשיים לקטעים באורך המחזוריות, על כל קטע סגור וחסום הפונקציה רציפה במ"ש. עכשיו, כל שתי נקודות מספיק קרובות יכולות להיות במצב אחד מבין שניים: או ששתיהן באותו קטע, או שהן בקטעים חופפים. לכן נחלק גם את הממשיים לקטעים באורך פעמיים המחזוריות, וגם שם הפונקציה רציפה במ"ש. ולכן ניקח את הדלתא המינימלי בין זה של פעמים הקטע וזה של הקטע, וכל שתי נקודות שקרובות עד כדי הדלתא הזה, יהיה קרובות עד כדי האפסילון.

אני אשתדל להעלות פתרונות, לא בטוח שאני אספיק מלאים, אבל לפחות אני אתן את העיקר

שאלה

ארז איך מוכיחים ש $\frac{x}{e^x+1}$ רבמ"ש?