Analiza matematyczna 1/Ćwiczenia 1: Zbiory liczbowe: Różnice pomiędzy wersjami

Z Studia Informatyczne
Przejdź do nawigacjiPrzejdź do wyszukiwania
Nie podano opisu zmian
Linia 2: Linia 2:


{{cwiczenie|1.1.||
{{cwiczenie|1.1.||
Sprawdzić, czy liczby: <math> \frac{3}{7}</math>,
Sprawdzić, czy liczby: <math>\frac{3}{7}</math>,
<math> \sqrt{2}-1</math>, <math>  \sqrt{5}-2</math>, <math> \frac{1}{\sqrt{2}}</math>,
<math>\sqrt{2}-1</math>, <math>  \sqrt{5}-2</math>, <math> \frac{1}{\sqrt{2}}</math>,
<math> \frac{1}{\sqrt{3}}</math> należą do trójkowego zbioru Cantora.
<math>\frac{1}{\sqrt{3}}</math> należą do trójkowego zbioru Cantora.


}}
}}
Linia 43: Linia 43:
że dla dowolnej liczby <math> \displaystyle n=1,\ 2,\ 3,\ ...</math> zachodzi implikacja
że dla dowolnej liczby <math> \displaystyle n=1,\ 2,\ 3,\ ...</math> zachodzi implikacja
<center><math> \displaystyle \bigg[1+q+q^2+...+q^n=\frac{q^{n+1}-1}{q-1}\bigg] \implies
<center><math> \displaystyle \bigg[1+q+q^2+...+q^n=\frac{q^{n+1}-1}{q-1}\bigg] \implies
\bigg[1+q+q^2+...+q^n+q^{n+1}=\frac{q^{n+2}-1}{q-1}\bigg].</math></center> Mamy bowiem <math> \displaystyle 1+q+q^2+...+q^n+q^{n+1}=\frac{q^{n+1}-1}{q-1}+q^{n+1}=\frac{q^{n+2}-1}{q-1}</math>. Na mocy zasady indukcji matematycznej dana równość zachodzi więc dla dowolnej liczby <math> \displaystyle n=1,2,3,...</math>, dla  <math> \displaystyle q\neq 1</math>.
\bigg[1+q+q^2+...+q^n+q^{n+1}=\frac{q^{n+2}-1}{q-1}\bigg].</math></center> Mamy bowiem <math> 1+q+q^2+...+q^n+q^{n+1}=\frac{q^{n+1}-1}{q-1}+q^{n+1}=\frac{q^{n+2}-1}{q-1}</math>. Na mocy zasady indukcji matematycznej dana równość zachodzi więc dla dowolnej liczby <math> n=1,2,3,...</math>, dla  <math> q\neq 1</math>.


b) Zauważmy, że jeśli np. <math> \displaystyle b\neq 0</math>, to zgodnie z powyżej wykazaną równością mamy <center><math> \displaystyle \begin{align} \frac{a^{n+1}-b^{n+1}}{a-b}=&b^n
b) Zauważmy, że jeśli np. <math> b\neq 0</math>, to zgodnie z powyżej wykazaną równością mamy <center><math> \displaystyle \begin{align} \frac{a^{n+1}-b^{n+1}}{a-b}=&b^n
\frac{(\frac{a}{b})^{n+1}-1}{a-b}=\frac{b^n}{a-b}\bigg(\frac{a}{b}-1\bigg)\bigg(1+\frac{a}{b}
\frac{(\frac{a}{b})^{n+1}-1}{a-b}=\frac{b^n}{a-b}\bigg(\frac{a}{b}-1\bigg)\bigg(1+\frac{a}{b}
+(\frac{a}{b})^2 +...+(\frac{a}{b})^2\bigg)\\=&b^n
+(\frac{a}{b})^2 +...+(\frac{a}{b})^2\bigg)\\=&b^n
\bigg(1+\frac{a}{b}+(\frac{a}{b})^2+...+(\frac{a}{b})^n\bigg)\\=&b^n+ab^{n-1}+a^2b^{n-2}+...+a^n.\end{align}
\bigg(1+\frac{a}{b}+(\frac{a}{b})^2+...+(\frac{a}{b})^n\bigg)\\=&b^n+ab^{n-1}+a^2b^{n-2}+...+a^n.\end{align}
</math></center>
</math></center>
Gdy <math> \displaystyle b=0</math> równość również zachodzi.
Gdy <math> b=0</math> równość również zachodzi.


</div></div>
</div></div>
Linia 56: Linia 56:


{{cwiczenie|1.3.||
{{cwiczenie|1.3.||
a) Sprawdzić, że <math> \displaystyle \binom{n}{k}+\binom{n}{k+1}=\binom{n+1}{k+1}</math>, dla dowolnych liczb całkowitych nieujemnych <math> \displaystyle n</math>, <math> \displaystyle k</math> takich, że <math> \displaystyle n>k</math>.
a) Sprawdzić, że <math> \binom{n}{k}+\binom{n}{k+1}=\binom{n+1}{k+1}</math>, dla dowolnych liczb całkowitych nieujemnych <math> n</math>, <math> k</math> takich, że <math> n>k</math>.


b) Wykazać wzór dwumianowy Newtona
b) Wykazać wzór dwumianowy Newtona


<center><math> \displaystyle \forall a,b\in \Bbb C \ \forall n\in \Bbb N \ :
<center><math> \forall a,b\in \Bbb C \ \forall n\in \Bbb N \ :
(a+b)^n=\sum_{k=0}^n \binom{n}{k}a^{n-k}b^k.</math></center>
(a+b)^n=\sum_{k=0}^n \binom{n}{k}a^{n-k}b^k.</math></center>


Linia 71: Linia 71:


<div class="mw-collapsible mw-made=collapsible mw-collapsed"><span class="mw-collapsible-toogle mw-collapsible-toogle-default style="font-variant:small-caps">Rozwiązanie </span><div class="mw-collapsible-content" style="display:none">
<div class="mw-collapsible mw-made=collapsible mw-collapsed"><span class="mw-collapsible-toogle mw-collapsible-toogle-default style="font-variant:small-caps">Rozwiązanie </span><div class="mw-collapsible-content" style="display:none">
Dla <math> \displaystyle n=1</math> wzór jest prawdziwy. Wykażemy, że dla każdej liczby naturalnej <math> \displaystyle m</math> prawdziwa jest implikacja
Dla <math> n=1</math> wzór jest prawdziwy. Wykażemy, że dla każdej liczby naturalnej <math> \displaystyle m</math> prawdziwa jest implikacja
<center><math> \displaystyle \bigg[(a+b)^{m}=\sum_{k=0}^{m} \binom{m}{k}a^{m-k}b^k\bigg]\implies \bigg[(a+b)^{m+1}=\sum_{k=0}^{m+1} \binom{m+1}{k}a^{m-k}b^k\bigg].</math></center>
<center><math> \bigg[(a+b)^{m}=\sum_{k=0}^{m} \binom{m}{k}a^{m-k}b^k\bigg]\implies \bigg[(a+b)^{m+1}=\sum_{k=0}^{m+1} \binom{m+1}{k}a^{m-k}b^k\bigg].</math></center>
Przekształćmy
Przekształćmy
<center><math> \displaystyle \begin{align}(a+b)^{m+1}&=(a+b)(a+b)^m\\&=(a+b)\sum_{k=0}^{m}
<center><math> \begin{align}(a+b)^{m+1}&=(a+b)(a+b)^m\\&=(a+b)\sum_{k=0}^{m}
\binom{m}{k}a^{m-k}b^k=\sum_{k=0}^{m} \binom{m}{k}a^{m-k+1}b^k
\binom{m}{k}a^{m-k}b^k=\sum_{k=0}^{m} \binom{m}{k}a^{m-k+1}b^k
+\sum_{k=0}^{m} \binom{m}{k}a^{m-k}b^{k+1}\\
+\sum_{k=0}^{m} \binom{m}{k}a^{m-k}b^{k+1}\\
Linia 107: Linia 107:
<center><math>  \sin(n+\frac{3}{2})a-\sin(n+\frac{1}{2})a=2\sin\frac{a}{2}\cos(n+1)a.</math></center>
<center><math>  \sin(n+\frac{3}{2})a-\sin(n+\frac{1}{2})a=2\sin\frac{a}{2}\cos(n+1)a.</math></center>
Stąd
Stąd
<center><math> \cos(n+1)a+\frac{\sin(n+\frac{1}{2})a}{2\sin\frac{a}{2}}=\frac{\sin(n+\frac{3}{2})a}{2\sin\frac{a}{2}}</math></center>
<center><math>\cos(n+1)a+\frac{\sin(n+\frac{1}{2})a}{2\sin\frac{a}{2}}=\frac{\sin(n+\frac{3}{2})a}{2\sin\frac{a}{2}}</math></center>
oraz (po dodaniu do obu stron równości składnika <math> \\frac{1}{2}</math>)
oraz (po dodaniu do obu stron równości składnika <math>\frac{1}{2}</math>)
<center><math>  \cos(n+1)a+\frac{\sin(n+\frac{1}{2})a+\sin\frac{a}{2}}{2\sin\frac{a}{2}}=\frac{\sin(n+\frac{3}{2})a+\sin\frac{a}{2}}{2\sin\frac{a}{2}}.</math></center>
<center><math>  \cos(n+1)a+\frac{\sin(n+\frac{1}{2})a+\sin\frac{a}{2}}{2\sin\frac{a}{2}}=\frac{\sin(n+\frac{3}{2})a+\sin\frac{a}{2}}{2\sin\frac{a}{2}}.</math></center>
Dowodzi to implikacji:
Dowodzi to implikacji:
Linia 115: Linia 115:
&\implies\bigg[1+\cos a+...+\cos
&\implies\bigg[1+\cos a+...+\cos
na+\cos(n+1)a=\frac{\sin(n+\frac{3}{2})a+\sin\frac{a}{2}}{2\sin\frac{a}{2}}\bigg],\end{align}
na+\cos(n+1)a=\frac{\sin(n+\frac{3}{2})a+\sin\frac{a}{2}}{2\sin\frac{a}{2}}\bigg],\end{align}
</math></center> stąd -- na mocy zasady indukcji matematycznej -- wnioskujemy, że równość zachodzi dla dowolnej liczby całkowitej nieujemnej <math> \displaystyle n</math>.
</math></center> stąd -- na mocy zasady indukcji matematycznej -- wnioskujemy, że równość zachodzi dla dowolnej liczby całkowitej nieujemnej <math> n</math>.


b) Podobnie jak w zadaniu a) równość zachodzi dla <math> \displaystyle n=0</math>. Zauważmy,
b) Podobnie jak w zadaniu a) równość zachodzi dla <math> n=0</math>. Zauważmy,
że
że
<center><math> -\cos(n+\frac{3}{2})a+\cos(n+\frac{1}{2})a=2\sin\frac{a}{2}\sin(n+1)a.</math></center>
<center><math> -\cos(n+\frac{3}{2})a+\cos(n+\frac{1}{2})a=2\sin\frac{a}{2}\sin(n+1)a.</math></center>
Stąd
Stąd
<center><math>  \sin(n+1)a-\frac{\cos(n+\frac{1}{2})a}{2\sin\frac{a}{2}}=-\frac{\cos(n+\frac{3}{2})a}{2\sin\frac{a}{2}}</math></center>
<center><math>  \sin(n+1)a-\frac{\cos(n+\frac{1}{2})a}{2\sin\frac{a}{2}}=-\frac{\cos(n+\frac{3}{2})a}{2\sin\frac{a}{2}}</math></center>

Wersja z 21:37, 21 sie 2023

Zbiory liczbowe

Ćwiczenie 1.1.

Sprawdzić, czy liczby: 37, 21, 52, 12, 13 należą do trójkowego zbioru Cantora.

Wskazówka
Rozwiązanie

Ćwiczenie 1.2.

Wykazać równości

a) q:q1 n:1+q+q2+...+qn=qn+11q1,

b) a, b:ab n:an+1bn+1ab=k=0nankbk.

Wskazówka
Rozwiązanie


Ćwiczenie 1.3.

a) Sprawdzić, że (nk)+(nk+1)=(n+1k+1), dla dowolnych liczb całkowitych nieujemnych n, k takich, że n>k.

b) Wykazać wzór dwumianowy Newtona

a,b n :(a+b)n=k=0n(nk)ankbk.
Wskazówka
Rozwiązanie

Ćwiczenie 1.4.

Za pomocą zasady indukcji matematycznej wykazać, że dla n=0,1,2,3,... zachodzą równości

a) 1+cosa+cos2a+...+cosna=sin(n+12)a+sina22sina2,

b) 0+sina+sin2a+...+sinna=cos(n+12)a+cosa22sina2.

Przypomnijmy, że równości te wyprowadziliśmy w ramach wykładu, korzystając ze wzoru de Moivre'a.

Wskazówka
Rozwiązanie

Ćwiczenie 1.5.

Uprościć wyrażenia

a) (21)5,

b) (1+i3)6,

c) 2+3+23.

Wskazówka
Rozwiązanie

Ćwiczenie 1.6.

Rozwiązać w zbiorze liczb zespolonych równania

a) z6+64=0,

b) 1+z+z2+z3+z4+z5=0,

c) 2z3=1+i.

Wskazówka
Rozwiązanie