2.4E: Вправи для розділу 2.4
Для вправ 1 - 8 визначте точку (и), якщо така є, при якій кожна функція переривається. Класифікуйте будь-який розрив як стрибок, знімний, нескінченний або інший.
1)f(x)=1√x
- Відповідь
- Функція визначається для всіхx в інтервалі(0,∞).
2)f(x)=2x2+1
3)f(x)=xx2−x
- Відповідь
- Знімний розрив приx=0; нескінченний розрив приx=1.
4)g(t)=t−1+1
5)f(x)=5ex−2
- Відповідь
- Нескінченний розрив приx=ln2
6)f(x)=|x−2|x−2
7)H(x)=tan2x
- Відповідь
- Нескінченні розриви приx=(2k+1)π4, дляk=0,±1,±2,±3,…
8)f(t)=t+3t2+5t+6
Для вправ 9 - 14 вирішите, чи функція безперервна в заданій точці. Якщо він переривчастий, який це тип розриву?
9)2x2−5x+3x−1 приx=1
- Відповідь
- Ні. Являє собою знімний розрив.
10)h(θ)=sinθ−cosθtanθ вθ=π
11)g(u)={6u2+u−22u−1,if u≠1272,if u=12, вu=12
- Відповідь
- Так. Він суцільний.
12)f(y)=sin(πy)tan(πy), вy=1
13)f(x)={x2−ex,if x<0x−1,if x≥0, вx=0
- Відповідь
- Так. Він суцільний.
14)f(x)={xsin(x),if x≤πxtan(x),if x>π, вx=π
У вправах 15 - 19 знайдіть значення (и),k що робить кожну функцію безперервною протягом заданого інтервалу.
15)f(x)={3x+2,if x<k2x−3,if k≤x≤8
- Відповідь
- k=−5
16)f(θ)={sinθ,if 0≤θ<π2cos(θ+k),if π2≤θ≤π
17)f(x)={x2+3x+2x+2,if x≠−2k,if x=−2
- Відповідь
- k=−1
18)f(x)={ekx,if 0≤x<4x+3,if 4≤x≤8
19)f(x)={√kx,if 0≤x≤3x+1,if 3<x≤10
- Відповідь
- k=163
У вправах 20 - 21 використовуйте теорему проміжних значень (IVT).
20) Нехайh(x)={3x2−4,if x≤25+4x,if x>2 над[0,4] інтервалом немає значенняx такогоh(x)=10, що, хочаh(0)<10 іh(4)>10. Поясніть, чому це не суперечить IVT.
21) Частинка, що рухається уздовж лінії протягом часу,t має функцію положенняs(t), яка є безперервною. Припустимоs(2)=5 іs(5)=2. Інша частинка рухається таким чином, що її положення задаєтьсяh(t)=s(t)−t. Поясніть, чому має бути значенняc для2<c<5 такого, щоh(c)=0.
- Відповідь
- Оскільки обидваs іy=t є безперервними всюди,h(t)=s(t)−t то всюди безперервно і, зокрема, безперервно протягом замкнутого інтервалу [2,5]. Також,h(2)=3>0 іh(5)=−3<0. Тому за IVT існуєx=c таке значення, щоh(c)=0.
22) [T] Використовуйте твердження «Косинусt дорівнюєt кубічному».
а. написати математичне рівняння твердження.
b. довести, що рівняння в частині a. має принаймні одне дійсне рішення.
c Використовуйте калькулятор, щоб знайти інтервал довжини0.01, який містить розв'язок.
23) Застосуйте IVT, щоб визначити, чи2x=x3 має рішення в одному з інтервалів [1.25,1.375] або [1.375,1.5]. Коротко поясніть свою відповідь на кожен інтервал.
- Відповідь
- Функціяf(x)=2x−x3 є безперервною протягом інтервалу [1.25,1.375] і має протилежні ознаки в кінцевих точках.
24) Розглянемо графік функції,y=f(x) показаний на наступному графіку.
a. знайти всі значення, для яких функція є переривчастою.
б Для кожного значення в частині а., вкажіть, чому формальне визначення безперервності не застосовується.
c Класифікувати кожен розрив як стрибок, знімний або нескінченний.
25) Нехайf(x)={3x,if x>1x3,if x<1.
а. ескіз графікаf.
б Чи можна знайтиk таке значенняf(1)=k, яке робитьf(x) безперервним для всіх дійсних чисел? Коротко поясніть.
- Відповідь
-
а.
1. Це істоти з відкритим колом в (1,3)." style="width: 423px; height: 431px;" width="423px" height="431px" src="https://math.libretexts.org/@api/dek...02_04_202.jpeg">
b. неможливо перевизначити,f(1) оскільки розрив є розривом стрибка.
26) Нехайf(x)=x4−1x2−1 заx≠−1,1.
а. ескіз графікаf.
б Чи можна знайти значенняk1 іk2 такі, що іf(1)=k2,f(−1)=k і що робитьf(x) безперервним для всіх дійсних чисел? Коротко поясніть.
27) Намалюйте графік функціїy=f(x) з властивостями i. через vii.
i. доменf is (−∞,+∞).
II. fмає нескінченний розрив приx=−6.
iii. f(−6)=3
IV. lim
v.f(−3)=3
vi. fлівий безперервний, але не правий безперервний вx=3.
vii. \displaystyle \lim_{x→−∞}f(x)=−∞і\displaystyle \lim_{x→+∞}f(x)=+∞
- Відповідь
-
Відповіді можуть відрізнятися; див. наступний приклад:
3." style="width: 419px; height: 422px;" width="419px" height="422px" src="https://math.libretexts.org/@api/dek...02_04_207.jpeg">
28) Намалюйте графік функціїy=f(x) з властивостями i. через iv.
i. Доменf є [0,5].
II. \displaystyle \lim_{x→1^+}f(x)і\displaystyle \lim_{x→1^−}f(x) існують і рівні.
iii. f(x)лівий безперервний, але не безперервний наx=2, і правий безперервний, але не безперервний приx=3.
IV. f(x)має знімний розрив приx=1, стрибок розриву приx=2, а наступні межі утримують:\displaystyle \lim_{x→3^−}f(x)=−∞ і\displaystyle \lim_{x→3^+}f(x)=2.
У вправах 29 - 30,y=f(x) припустимо визначено для всіхx. Для кожного опису накидайте графік із зазначеною властивістю.
29) Переривчастий приx=1 з\displaystyle \lim_{x→−1}f(x)=−1 і\displaystyle \lim_{x→2}f(x)=4
- Відповідь
-
Відповіді можуть відрізнятися; див. наступний приклад:
1. Починається з (1,3)." style="width: 423px; height: 431px;" width="423px" height="431px" src="https://math.libretexts.org/@api/dek...02_04_205.jpeg">
30)x=2 Переривчастий в, але безперервний в іншому місці з\displaystyle \lim_{x→0}f(x)=\frac{1}{2}
Визначте, чи відповідає дійсності кожне з заданих тверджень. Обгрунтуйте свою відповідь поясненням або зустрічнимприкладом.
31)f(t)=\dfrac{2}{e^t−e^{−t}} безперервна всюди.
- Відповідь
- Помилкові. Це безперервно над (−∞,0) (0,∞).
32) Якщо ліві та праві межіf(x) якx→a існують і рівні, тоf не можуть бути переривчастими приx=a.
33) Якщо функція не є безперервною в точці, то вона не визначена в цій точці.
- Відповідь
- Помилкові. Розглянемоf(x)=\begin{cases}x, & \text{if }x≠0\\ 4, & \text{if }x=0\end{cases}.
34) Відповідно до IVT,\cos x−\sin x−x=2 має рішення через інтервал [−1,1].
35) Якщоf(x) суцільний такий, щоf(a) іf(b) має протилежні ознаки, тоf(x)=0 має рівно одне рішення в [a,b].
- Відповідь
- Помилкові. Розглянемоf(x)=\cos(x) на [−π,2π].
36) Функціяf(x)=\dfrac{x^2−4x+3}{x^2−1} є безперервною протягом інтервалу [0,3].
37) Якщоf(x) є безперервним скрізь іf(a),f(b)>0, то немає кореняf(x) в інтервалі [a,b].
- Відповідь
- Помилкові. IVT не працює в зворотному напрямку! Розглянемо(x−1)^2 над інтервалом [−2,2].
[T] Наступні задачі розглядають скалярну форму закону Кулона, яка описує електростатичну силу між двома точковими зарядами, такими як електрони. Він задається рівняннямF(r)=k_e\dfrac{|q_1q_2|}{r^2}, деk_e константа Кулона,q_i є величинами зарядів двох частинок, іr відстань між двома частинками.
38) Щоб спростити розрахунок моделі з безліччю взаємодіючих частинок, після деякого порогового значенняr=R наближаємоF як нуль.
а Поясніть фізичні міркування, що стоять за цим припущенням.
б Що таке рівняння сили?
c Оцінити силу,F використовуючи як закон Кулона, так і наше наближення, припускаючи, що два протони з величиною заряду1.6022×10^{−19} кулонів (C), а константа Кулонаk_e=8.988×10^9Nm^2/C^2 знаходяться на відстані 1 м один від одного. Крім того, припустимоR<1 м Скільки неточності породжує наше наближення? Чи є наше наближення розумним?
d Чи існує якесь кінцеве значення R, для якого ця система залишається безперервною при R?
39) Замість того, щоб зробити силу0R, ми дозволяємо силі бути10−20 дляr≥R. Припустимо два протони, які мають величину заряду1.6022×10^{−19}\;C, і кулонівську константуk_e=8.988×10^9\;Nm^2/C^2. Чи є значенняR, яке може зробити цю систему безперервною? Якщо так, знайдіть його.
- Відповідь
- R=0.0001519м
Нагадаємо, обговорення космічних кораблів з глави відкривачки. Наступні проблеми розглядає запуск ракети з поверхні Землі. Сила тяжіння на ракеті задається тимF(d)=−mk/d^2, де m - маса ракети,d є відстанню ракети від центру Землі, іk є постійною.
40) [Т] Визначте величину іk одиниці виміру, що маса ракети на Землі становить 3 млн кг. (Підказка: Відстань від центру Землі до її поверхні становить 6378 км.)
41) [T] Після того, якD пройшла певна відстань, гравітаційний ефект Землі стає досить незначним, тому ми можемо наблизити силову функцію поF(d)=\begin{cases}−\dfrac{mk}{d^2}, & \text{if }d<D\\ 10,000, & \text{if }d≥D\end{cases}. Знайдіть необхідну умовуD таке, щоб силова функція залишалася безперервною.
- Відповідь
- D=63.78км
42) Коли ракета рухається від поверхні Землі, існує відстань D, де ракета проливає частину своєї маси, оскільки вона більше не потребує надлишкового зберігання палива. Ми можемо написати цю функцію якF(d)=\begin{cases} −\dfrac{m_1k}{d^2}, & \text{if }d<D \\ −\dfrac{m_2k}{d^2}, & \text{if }d≥D\end{cases}. Чи існуєD таке значення, що ця функція є безперервною, припускаючиm_1≠m_2?
У вправах 43 - 44, довести, що кожна функція безперервна всюди.
43)f(θ)=\sin θ
- Відповідь
- Для всіх значеньa,f(a) визначено,\displaystyle \lim_{θ→a}f(θ) існує, і\displaystyle \lim_{θ→a}f(θ)=f(a). Томуf(θ) безперервно всюди.
44)g(x)=|x|
45) Деf(x)=\begin{cases} 0, & \text{if } x \text{ is irrational}\\ 1, & \text{if }x\text{ is rational}\end{cases} суцільний?
- Відповідь
- Ніде