Grenseverdi

Her kan brukere av forum utfordre hverandre med morsomme oppgaver og nøtter man ønsker å dele med andre. Dette er altså ikke et sted for desperate skrik om hjelp, de kan man poste i de andre forumene, men et sted for problemløsing på tvers av trinn og fag.

Moderators: Vektormannen, espen180, Aleks855, Solar Plexsus, Gustav, Nebuchadnezzar, Janhaa

Post Reply
Kjemikern
Guru
Guru
Posts: 1167
Joined: 22/10-2015 22:51
Location: Oslo

Morsom oppgave som jeg strevde med!
Finn [tex]\lim_{n\rightarrow \infty }\int_{0}^{\infty }\frac{e^{-x}cosx}{\frac{1}{n}+nx^2}dx[/tex]
Kjemikern
Guru
Guru
Posts: 1167
Joined: 22/10-2015 22:51
Location: Oslo

Hint: Arzelas teorem
Gustav
Tyrann
Tyrann
Posts: 4563
Joined: 12/12-2008 12:44

Sikker på at det skal være cos(x) i telleren?
Kjemikern
Guru
Guru
Posts: 1167
Joined: 22/10-2015 22:51
Location: Oslo

plutarco wrote:Sikker på at det skal være cos(x) i telleren?
Jepp, ønsker du et nytt hint?
Gustav
Tyrann
Tyrann
Posts: 4563
Joined: 12/12-2008 12:44

Kjemikern wrote:
plutarco wrote:Sikker på at det skal være cos(x) i telleren?
Jepp, ønsker du et nytt hint?
Nei da. Har ikke rukket å sett så veldig mye på oppgaven ennå, så artigere med litt utfordring.
Gustav
Tyrann
Tyrann
Posts: 4563
Joined: 12/12-2008 12:44

$\lim_{n\to\infty }\int_0^{\infty }\frac{ne^{-x}\cos x}{1+(nx)^2}\, dx$.

Substitusjon $y= nx$, så $dy=ndx$. Vi får $\lim_{n\to\infty }\int_0^{\infty }\frac{e^{-\frac{y}{n}}\cos \frac{y}{n}}{1+y^2}\, dy$.

Siden $|\frac{e^{-\frac{y}{n}}\cos \frac{y}{n}}{1+y^2}|< \frac{1}{1+y^2}$, $\lim_{n\to\infty}\frac{e^{-\frac{y}{n}}\cos \frac{y}{n}}{1+y^2}=\frac{1}{1+y^2}$ og $\int_0^{\infty} \frac{1}{1+y^2}\,dy=\frac{\pi}{2}<\infty$, så gir dominert konvergensteorem at $\lim_{n\to\infty }\int_0^{\infty }\frac{ne^{-x}\cos x}{1+(nx)^2}\, dx=\frac{\pi}{2}$.
Kjemikern
Guru
Guru
Posts: 1167
Joined: 22/10-2015 22:51
Location: Oslo

plutarco wrote:$\lim_{n\to\infty }\int_0^{\infty }\frac{ne^{-x}\cos x}{1+(nx)^2}\, dx$.

Substitusjon $y= nx$, så $dy=ndx$. Vi får $\lim_{n\to\infty }\int_0^{\infty }\frac{e^{-\frac{y}{n}}\cos \frac{y}{n}}{1+y^2}\, dy$.

Siden $|\frac{e^{-\frac{y}{n}}\cos \frac{y}{n}}{1+y^2}|< \frac{1}{1+y^2}$, $\lim_{n\to\infty}\frac{e^{-\frac{y}{n}}\cos \frac{y}{n}}{1+y^2}=\frac{1}{1+y^2}$ og $\int_0^{\infty} \frac{1}{1+y^2}\,dy=\frac{\pi}{2}<\infty$, så gir dominert konvergensteorem at $\lim_{n\to\infty }\int_0^{\infty }\frac{ne^{-x}\cos x}{1+(nx)^2}\, dx=\frac{\pi}{2}$.
Helt korrekt, din metode var mer elegant enn min. Min så slik ut:

$I=\lim_{n\to\infty }\int_0^{\infty }\frac{ne^{-x}\cos x}{1+nx^2}\, dx$.

[tex]I=\lim_{n\rightarrow \infty } \int_{0}^{\infty }\frac{e^{-x}cosx}{1+n^2x^2}ndx=I=\lim_{n\rightarrow \infty } \int_{0}^{\infty }\frac{e^{-\frac{u}{n}}cos\frac{u}{n}}{1+u^2}du[/tex]


Siden funksjonen [tex]\frac{e^{-\frac{u}{n}}cos\frac{u}{n}}{1+u^2}du[/tex] er konvergent for alle [tex]u[/tex] og [tex]n[/tex] mellom 0 og uendelig. Vi kan brukes Arzelas teorem til å flytte grenseverdien inn i integralet:

[tex]I=\int_{0}^{\infty }\frac{1}{1+u^2}du=\frac{\pi }{2}.[/tex]
Post Reply