Minimum funkcji danej przez całkę
-
- Użytkownik
- Posty: 1456
- Rejestracja: 14 gru 2007, o 14:36
- Płeć: Mężczyzna
- Lokalizacja: Warszawa
- Podziękował: 49 razy
- Pomógł: 198 razy
Minimum funkcji danej przez całkę
Funkcja \(\displaystyle{ f\colon [a,b]\to(0,+\infty)}\) jest ciągła. Określamy nową funkcję \(\displaystyle{ \psi\colon(a,b)\to\mathbb{R}}\), \(\displaystyle{ \psi(t)=\int_a^b(x-t)^2f(x)\,dx}\). Wykazać, że funkcja \(\displaystyle{ \psi}\) osiąga na \(\displaystyle{ (a,b)}\) swoje minimum. W jakim punkcie? Scharakteryzować ten punkt w terminach wyjściowej funkcji \(\displaystyle{ f}\).
Zupełnie nie mam pomysłu. Nie wiem nawet, czy umieściłem to zadanie w odpowiednim dziale, bo nie widzę, o co w nim tak naprawdę chodzi. "Na co ono jest".
Zupełnie nie mam pomysłu. Nie wiem nawet, czy umieściłem to zadanie w odpowiednim dziale, bo nie widzę, o co w nim tak naprawdę chodzi. "Na co ono jest".
Re: Minimum funkcji danej przez całkę
Parę wskazówek: musisz znaleźć takie \(\displaystyle{ c}\), że \(\displaystyle{ \phi'(c)=0}\) i dowieść, że \(\displaystyle{ \phi''(c)\geq 0}\). Po rozpisaniu pochodnej z tej całki wyznacz to \(\displaystyle{ c}\). Potem dowiedź, że \(\displaystyle{ c\in (a,b)}\). Przydadzą się do tego warunki o ciągłości i dodatniości \(\displaystyle{ f}\).
-
- Użytkownik
- Posty: 1456
- Rejestracja: 14 gru 2007, o 14:36
- Płeć: Mężczyzna
- Lokalizacja: Warszawa
- Podziękował: 49 razy
- Pomógł: 198 razy
Re: Minimum funkcji danej przez całkę
O czymś takim myślałem, ale nie wiem, jak to zrobić. (Przy czym powinno być raczej \(\displaystyle{ \phi''(c)>0}\), bo z zerowania się drugiej pochodnej nic jeszcze nie wynika).
Widzę to tak: Mam sobie funkcję \(\displaystyle{ F(x,t)}\), o której wiem, że \(\displaystyle{ \frac{\partial F}{\partial x}=(x-t)^2f(x)}\).
Wtedy \(\displaystyle{ \psi(t)=F(b,t)-F(a,t)}\). No i chcemy różniczkować \(\displaystyle{ \psi}\) i przyrównywać to do zera… I nie wiem, co dalej.
Widzę to tak: Mam sobie funkcję \(\displaystyle{ F(x,t)}\), o której wiem, że \(\displaystyle{ \frac{\partial F}{\partial x}=(x-t)^2f(x)}\).
Wtedy \(\displaystyle{ \psi(t)=F(b,t)-F(a,t)}\). No i chcemy różniczkować \(\displaystyle{ \psi}\) i przyrównywać to do zera… I nie wiem, co dalej.
Re: Minimum funkcji danej przez całkę
No to różniczkujemy i przyrównujemy:
\(\displaystyle{ \phi'(t)=\int_a^b\frac{\partial}{\partial t}\left( (x-t)^2 f(x)\right)\,\mathrm dx= \int_a^b 2f(x)(t-x)\,\mathrm dx =\\\phantom{\phi'(t)}= 2t\int_a^bf(x)\,\mathrm dx-2\int_a^bxf(x)\,\mathrm dx=0}\)
Stąd nasza poszukiwana wartość to \(\displaystyle{ t=\frac{\int_a^b xf(x)\,\mathrm dx}{\int_a^bf(x)\,\mathrm dx}}\).
Teraz trzeba dowieść, że \(\displaystyle{ a<t<b}\). Jak?
\(\displaystyle{ \phi'(t)=\int_a^b\frac{\partial}{\partial t}\left( (x-t)^2 f(x)\right)\,\mathrm dx= \int_a^b 2f(x)(t-x)\,\mathrm dx =\\\phantom{\phi'(t)}= 2t\int_a^bf(x)\,\mathrm dx-2\int_a^bxf(x)\,\mathrm dx=0}\)
Stąd nasza poszukiwana wartość to \(\displaystyle{ t=\frac{\int_a^b xf(x)\,\mathrm dx}{\int_a^bf(x)\,\mathrm dx}}\).
Teraz trzeba dowieść, że \(\displaystyle{ a<t<b}\). Jak?
-
- Użytkownik
- Posty: 1456
- Rejestracja: 14 gru 2007, o 14:36
- Płeć: Mężczyzna
- Lokalizacja: Warszawa
- Podziękował: 49 razy
- Pomógł: 198 razy
Re: Minimum funkcji danej przez całkę
OK. Kluczowym krokiem, którego się zląkłem, było przejście z różniczkowaniem pod znak całki. Z czego tu tak naprawdę korzystamy? Takie przejścia są zawsze delikatne.
Przy czym nie wiem, jak to ma pomóc w rozwiązaniu zadania. Chyba że chodzi o sam fragment "scharakteryzować ten punkt".
Skojarzenie nasunęło mi się, kiedy zobaczyłem taki stosunek całek. Ale wydaje mi się, że środek ciężkości figury płaskiej wymaga jakiegoś całkowania podwójnego po tej figurze, a tu są całki pojedyncze. Zapewne \(\displaystyle{ f}\) wyraża gęstość tej figury.Takahashi pisze:Jeśli nie jesteś tego świadom, podpowiem: jest to zadanie na wyznaczenie środka ciężkości pewnej figury.
Przy czym nie wiem, jak to ma pomóc w rozwiązaniu zadania. Chyba że chodzi o sam fragment "scharakteryzować ten punkt".
- NogaWeza
- Użytkownik
- Posty: 1481
- Rejestracja: 22 lis 2012, o 22:24
- Płeć: Mężczyzna
- Lokalizacja: Gdańsk
- Podziękował: 147 razy
- Pomógł: 300 razy
Re: Minimum funkcji danej przez całkę
put me down
Nie wiem jak na podstawie tego wyrażenia stwierdzić, że opisuje on \(\displaystyle{ x}\)-ową współrzędną środka ciężkości tej figury (jeśli komuś się chce, to może to rozumowanie przybliżyć), ale jak się zna pojęcie momentu figury (momentu statycznego) i widzi się takie wyrażenie, to coś świta
Nie wiem jak na podstawie tego wyrażenia stwierdzić, że opisuje on \(\displaystyle{ x}\)-ową współrzędną środka ciężkości tej figury (jeśli komuś się chce, to może to rozumowanie przybliżyć), ale jak się zna pojęcie momentu figury (momentu statycznego) i widzi się takie wyrażenie, to coś świta
Kod: Zaznacz cały
https://pl.wikipedia.org/wiki/Moment_statyczny_pola
Ostatnio zmieniony 27 lip 2017, o 21:05 przez NogaWeza, łącznie zmieniany 1 raz.
-
- Użytkownik
- Posty: 1456
- Rejestracja: 14 gru 2007, o 14:36
- Płeć: Mężczyzna
- Lokalizacja: Warszawa
- Podziękował: 49 razy
- Pomógł: 198 razy
Re: Minimum funkcji danej przez całkę
No jasne.To jest środek ciężkości pręta, którego gęstość wynosi \(\displaystyle{ f(x)}\)
Ale powróciłbym do meritum rozwiązania deca1. Co trzeba wiedzieć o funkcji \(\displaystyle{ g(x,t)}\), aby zachodziła równość
\(\displaystyle{ \frac{\mathrm d}{\mathrm dt}\int_a^bg(x,t)\,dx=\int_a^b\frac{\mathrm d}{\mathrm dt}g(x,t)\,dx}\)?
- Premislav
- Użytkownik
- Posty: 15687
- Rejestracja: 17 sie 2012, o 13:12
- Płeć: Mężczyzna
- Lokalizacja: Warszawa
- Podziękował: 196 razy
- Pomógł: 5220 razy
Re: Minimum funkcji danej przez całkę
Kod: Zaznacz cały
https://pl.wikipedia.org/wiki/Twierdzenie_Leibniza_%28o_r%C3%B3%C5%BCniczkowaniu_pod_znakiem_ca%C5%82ki%29