Matematická analýza II

(LS 2011/12)

9. Určitý integrál -- dokončení.

Newtonův určitý integrál: základní vlastnosti (linearita, intervalová aditivita, monotonie). p1 (20.února) ↵ Per-partes a věta o substituci pro určitý integrál.

10. Řady.

Řada, posloupnost částečných součtů, součet řady. Geometrická řada, harmonická řada. Terminologie: řada konverguje/diverguje/osciluje. Nutná podmínka konvergence řady. Aritmetika řad. Změna konečně členů nemění konvergenci. Řada s nezápornými členy konverguje, právě když posloupnost částečných součtů je omezená. Srovnávací kritérium (1.verze). p2 (21.února) ↵ Podílové kritérium. Odmocninové kritérium. Integrální kritérium. Srovnávací kritérium (2. verze). p3 (27.února) ↵ Raabeho kritérium. Leibnizovo kritérium. Bolzano-Cauchyho podmínka konvergence pro řady s komplexními členy. Abelova parciální sumace. p4 (28.února) ↵ Dirichletovo a Abelovo kritérium. Omezenost částečných součtů ∑sin(kx), ∑cos(kx). Absolutně/neabsolutně konvergentní řada. p5 (5.března) ↵ Přerovnání absolutně konvergentní řady nemění součet. Neabsolutně konvergentní řadu lze přerovnat k libovolnému součtu. Cauchyův součin řad. p6 (6.března) ↵

11. Mocninné řady.

Mocninná řada - koeficienty, střed. Poloměr konvergence. Kruh konvergence, kružnice konvergence. Věty o výpočtu poloměru konvergence. Formální derivování/integrování řady člen po členu nemění poloměr konvergence. Věta o derivování mocninné řady člen po členu. Důsledky: součet mocninné řady je funkce v kruhu konvergence nekonečně diferencovatelná (dokonce podle komplexní proměnné), a má zde primitivní funkci. p7 (12.března) ↵ Vztah mezi koeficienty mocninné řady a derivací jejího součtu. Taylorův polynom celého součtu je částečný součet. Analytické funkce. Dvě mocninné řady se stejným součtem mají stejné koeficienty. Vyjádření funkcí exp, sin a cos mocninnou řadou; vztahy mezi nimi.

12. Diferenciální rovnice.

Obyčejná diferenciální rovnice n-tého řádu. Pojem řešení. p8 (13.března) ↵ Prodloužení a restrikce řešení. ODR 1. řádu, speciálně rovnice vyřešená vzhledem k derivaci. Lineární ODR 1. řádu a jak se řeší. Rovnice se separovanými proměnnými. Lemma o napojování řešení. p9 (19.března) ↵ Bod větvení. Věty o lokální existenci a jednoznačnosti řešení (bez důkazu.) Maximální řešení a jak je najít. Homogenní rovnice. Bernoulliho rovnice. Systém n rovnic 1. řádu vs. jedna rovnice řádu n, jejich vzájemné převedení a počáteční podmínky. Lineární rovnice řádu n. Věta o existenci a jednoznačnosti řešení (bez důkazu.) p10 (20.března) ↵ Homogenní úloha. Řešení homogenní úlohy tvoří lineární prostor dimenze n. Fundamentální systém (F.S.) Obecný tvar řešení nehomogenní rovnice. Partikulární řešení a jeho nalezení metodou variace konstant. p11 (26.března) ↵ Lineární rovnice s konstantními koeficienty. Charakteristický polynom. Nalezení F.S. pro rovnici s konstantními koeficienty. p12 (27.března) ↵ Poznámka o komplexních kořenech. Partikulární řešení pro speciální pravou stranu. Řešení soustavy lineárních rovnic s konstantními koeficienty převedením na jednu rovnici vyššího řádu. Eulerova rovnice, převedení na rovnici s konstantními koeficienty. p13 (2.dubna) ↵

13. Metrické prostory.

Metrický prostor. Normovaný lineární prostor. Příklady. Okolí bodu. Otevřená a uzavřená množina. Zachování otevřenosti a uzavřenosti při průniku a sjednocení. Limita posloupnosti. Ekvivalentní vyjádření uzavřenosti pomocí limit posloupnosti. p14 (3.dubna) ↵ Uzávěr množiny a jeho vlastnosti. Hranice množiny. Vlastnosti hranice množiny. Vnitřek a vnějšek množiny. Spojitost funkce a její ekvivalentní vyjádření. Heineho charakterizace spojitosti. p15 (10.dubna) ↵ Složení spojitých funkcí je spojitá funkce. Součet, rozdíl, součin a podíl reálných spojitých funkcí je spojitý funkce. Limita funkce v bodě; izolovaný bod, hromadný bod. Heineho charakterizace limity funkce v bodě. Spojitost funkce v bodě, její vztah k limitě. Posloupnost, podposloupnost, hromadný bod. Omezená množina. Kompaktní množiny a jejich vlastnosti. Jiné vyjádření kompaktnosti množiny. p16 (16.dubna) ↵ Spojitý obraz kompaktu je kompakt. Spojitá reálná funkce na kompaktu je zde omezená a nabývá maxima a minima. Cauchyovská posloupnost. Konvergentní posloupnost je Cauchyovská. Pojem: úplný metrický prostor. Lipschitzovské zobrazení, kontrakce. Banachova věta o pevném bodě. --- Fakta, týkající se speciálně R^n: Opakování: skalární součin, pomocí něj vytvořená norma. Cauchy-Schwartzova nerovnost. Posloupnost bodů v R^n konverguje v normě, právě když konvergují jednotlivé složky. p17 (17.dubna) ↵ Množina v R^n je kompaktní, právě když je omezená a uzavřená. Prostor R^n je úplný. Banachův a Hilbertův prostor.

14. Funkce více proměnných.

Skalární součin, norma a metrika v R^N. Spojitost funkcí funkcí z R^N do R^M. Příklady: lineární funkce, polynomy jsou spojité. Parciální derivace, derivace ve směru. Gradient. Nespojitá funkce, mající parciální derivace. Totální diferenciál funkce. Existence t.d. implikuje spojitost a existence derivací ve směru. Reprezentace t.d. gradientem. p18 (23.dubna) ↵ Omezenost parc. derivací implikuje spojitost funkce, spojitost parc. derivací implikuje existenci t.d. Totální diferenciál součtu a složeného zobrazení. Řetízkové pravidlo. Záměna proměnných. Příklad: gradient v kartézských a polárních souřadnicích. Uzavřená o otevřená úsečku v R^N. Konvexní množina. Věta o střední hodnotě ve více proměnných. Derivace vyšších řádů. p19 (24.dubna) ↵ Funkce třídy C^k. Záměnnost pořadí parciálních derivací: věta a protipříklad. Geometrická interpretace gradientu: vrstevnice, spádnice. Rovnice ve tvaru totálního diferenciálu. Exaktní rovnice. Integrační faktor. Převedení na obyčejnou rovnici. Taylorův rozvoj funkce více proměnných 2. řádu včetně tvaru zbytku. Hessova matice. Multiindex a rozvoje obecně n-tého řádu. p20 (30.dubna) ↵ Multinomická věta (bez důkazu). Lokální a globální extrém funkce vzhledem k množině. Nutná podmínka extrému vůči kruhovému okolí. p21 (7.května) ↵ Kvadratická forma, definitnost formy, Silvestrovo pravidlo. Postačující podmínka na lokální extrém. Vázané extrémy, věta o Lagrangeových multiplikátorech (1 vazba). Věta o Lagrangeových multiplikátorech -- více vazeb (bez důkazu). Existence globálních extrémů. p22 (14.května) ↵ Věta o implicitní funkci -- 1. verze. Věta o implicitní funkci -- obecná verze (bez důkazu). Důkaz věty o multiplikátorech (s jednou vazbou). p23 (15.května) ↵ Věta o inverzní funkci (bez důkazu). Příklady -- sférické souřadnice. Závislost kořene polynomu na koeficientech a jiné příklady na VIF. p24 (21.května) ↵ Příklady na extrémy a vázané extrémy. p25 (22.května) ↵