Citat:
Ursprungligen postat av Nikolas
Låt f(x) = arctan(2x)+arctan(3x)
Citat:
Ursprungligen postat av Nikolas
1. Beräkna f(x) då lim x->oändligheten
Till att börja med skriver man inte "f(x) då lim x->oändligheten". Man skriver "lim f(x) då x -> oändligheten".
Hädanefter förkortar jag oändligheten till oo (skall föreställa den liggande åttan).
Då x->oo gäller att arctan(x) går mot pi/2. Eftersom både 2x och 3x går mot oo då x->oo, kommer såväl arctan(2x) som arctan(3x) att gå mot pi/2. Därmed går summan av dessa mot pi/2 + pi/2, dvs mot pi.
Om du går på högskola eller universitet har ni säkert fått se en regel och kanske t.o.m. ett bevis för att om lim f(x) och lim g(x) båda existerar, så existerar även lim (f(x) + g(x)) och detta gränsvärde = lim f(x) + lim g(x). Det var detta jag utnyttjade i sista steget.
Citat:
Ursprungligen postat av Nikolas
2. Beräkna tan f(1)
tan f(1) = tan (arctan(2*1) + arctan(3*1)) = tan (arctan(2) + arctan(3)).
Nu behöver vi en formel för tangens av en summa. Vi erinras oss följande två formler för sinus respektive cosinus av en summa:
sin (a + b) = sin(a) cos(b) + cos(a) sin(b)
cos (a + b) = cos(a) cos(b) - sin(a) sin(b)
Därmed blir tangens av en summa
tan (a + b) = sin(a + b) / cos(a + b)
= ( sin(a) cos(b) + cos(a) sin(b) ) / ( cos(a) cos(b) - sin(a) sin(b) )
= [dividera både täljare och nämnare med cos(a) cos(b) ]
= ( sin(a)/cos(a) + sin(b)/cos(b) ) / (1 - sin(a)/cos(a) * sin(b)/cos(b) )
= ( tan(a) + tan(b) ) / (1 - tan(a) tan(b) )
I denna formel skall vi sätta a = arctan(2) och b = arctan(3), dvs tan(a) = 2 och tan(b) = 3, vilket ger
tan f(1) = (2 + 3)/(1 - 2*3) = 5/(-5) = -1.
Citat:
Ursprungligen postat av Nikolas
3. Beräkna f(1)
Mest "rakt på" är att helt enkelt sätta x=1 i uttrycket för f(x):
f(1) = arctan(2*1)+arctan(3*1) = arctan(2) + arctan(3)
Men frågan är nu vad arctan(2) och arctan(3) har för exakta värden.
Alternativt kan vi utnyttja att vi från förra uppgiften vet att tan f(1) = -1. Därför måste f(1) vara -pi/4 + n pi för något heltal n. Frågan är nu vilket värde n skall ha.
Utifrån vetskapen om att f är strängt växande (se nästa fråga), kan vi dra slutsatsen att f(1) måste ligga mellan f(0) som är 0 och f(oo) som är pi. Det enda värde på n som detta är möjligt för är n=1. Alltså är f(1) = -pi/4 + 1*pi = 3pi/4.
[Obs! Egentligen skall man vara försiktig med att skriva f(oo) då oo inte är ett reellt tal och f sålunda inte är definierad för oo. Men när lim f(x) då x->oo är definierad, kan vi utöka definitionsmängden för f till att omfatta oo och sätta f(oo) = lim f(x) då x->oo.]
Citat:
Ursprungligen postat av Nikolas
4. Visa att f är omvändbar
Eftersom arctan(x) är kontinuerlig och strängt växande kommer även arctan(2x) och arctan(3x) att vara det, liksom summan arctan(2x) + arctan(3x).
En kontinuerlig och strängt växande funktion är omvändbar.
Alltså är f(x) omvändbar.