Matematika A1, ZS 2017/18
Zakládací listina Univerzity Karlovy v Praze ze 7.dubna 1348
Sylabus a literatura - SIS
Upřesněné požadavky ke zkoušce.
Konzultační hodiny: pondělí 8:00 - 10:00 a i jindy po dohodě ( osobně, e-mailem, telefonem) v pracovně (Albertov 6, 209), úterý od 16:30 - 18:00 v CH5.
Konzultační hodiny ve zkouškovém období: každé pondělí dopoledne "hromadná" konzultace v CH7 - 15.1., 29.1., 12.2. 9:00 - 12:00, 22.1. a 5.2. 8:00-11:00, nebo po dohodě.
Některé vhodné studijní texty, přístupné na internetu:
- A.Klíč a kol.: Matematika I, VŠCHT zde
- D.Turzík a kol.: Matematika II, VŠCHT zde
- V. Hájková, M. Johanis, O. John, O. Kalenda, M. Zelený: Matematika. Matfyzpress, 2006 - tato skripta už bohužel už nejsou přístupná na webu
- J. Veselý: Základy matematické analýzy I zde
- J.Kopáček: Matematická analýza nejen pro fyziky I, Matfyzpress, 2004 zde
- skripta k Matematické analýze 1 (ve velmi předběžné formě, jak píše prof.L.Pick z KMA MFF UK)
- Texty z VŠB-TUO
- Aplikace diferenciálních rovnic: M.Brzezina, J.Veselý; L.Hermann; R.Mařík
- Petr Olšák: Lineární algebra zde
Příklady můžete čerpat také zde:
- N.Krylová, M.Štědrý: Sbírka příkladů z matematiky.
- VŠCHT - Mgr.L.Heřmánek a kol.: Sbírka příkladů z matematiky I
- Sbírka KAM MFF UK .
- ve sbírce prof. L. Picka (KMA MFF UK)
- ve skriptech k Matematické analýze 1 (ve velmi předběžné formě, jak píše prof.L.Pick)
- EULER - Dopravní fakulta ČVUT.
- Sbírka VŠB Ostrava.
- VUT Brno.
K opakování středoškolské matematiky:
- J. Polák: Přehled středoškolské matematiky.
- Z. Vošický: Matematika v kostce
- J. Petáková: Matematika
Úvodní soustředění - Albeř:
- Opakovací "test" ze soustředění na Albeři zde .
- Řešení příkladů z opakovacího testu zde .
- Řešení těžších "náhradníků" (s hvězdičkami) z opakovacího testu zde ( je to moje pracovní verze řešení "náhradníků" - omluvte, prosím, místy neúhledný zápis) .
- Předpokládané znalosti ze středoškolské matematiky zde .
- Stručné materiály k opakování středoškolské matematiky - od paní doktorky Jany Rubešové zde .
- Dotazníček zde.
Přednáška - pondělí 14:00 - 15:30 (CH1) a středa 12:20 - 13:50 (CH1)
(a přednáška je ještě doplněna Repetitoriem MA1)
- 2.10.2017:
- úvod - proč studovat matematiku, matematika jako jazyk přírodních věd (Galileo Galilei, Issak Newton, Gottfried Leibniz);
- hezké čtení: Alfred Rényi: Dialogy o matematice (Mladá fronta, edice Kolumbus, Praha 1980)
John.D.Barrow: Pí na nebesích (O počítání, myšlení a bytí) (Mladá fronta, edice Kolumbus, Praha 2000)
Keith Devlin: Jazyk matematiky (Jak zviditelnit neviditelné) (Nakladatelství Argo a Dokořán, Praha 2011)
Ian Stewart: Matematika života (Odkrývání tajemství bytí) (Academia 2014, edice Galileo) - stručně o obsahu přednášky - čím se zabývá diferenciální počet, integrální počet a dále lineární algebra, jejíž základy také budeme studovat;
- několik poznámek k doporučené literatuře;
- jak je výuka organizována - přednáška, cvičení, repetitorium MA1, konzultace;
- o zápočtu a zkoušce.
- 4.10.2017:
- ještě k obsahu přednášky - o "mezních poměrech" a trošku o "nekonečnu";
- co je třeba dobře znát ze středoškolské matematiky - stručné připomenutí těch partií, které budeme potřebovat (podrobněji na cvičeních nebo na repetitoriu MA1):
jazyk matematiky - výrok, definice, matematická věta a její důkaz, metody důkazů;
základní poznatky z množinového počtu;
číselné obory N, Z, Q a R;
reálná funkce jedné reálné proměnné - základní pojmy: definiční obor a obor hodnot funkce; funkce lichá, sudá, periodická, monotonní;
funkce prostá a funkce inverzní k prosté funkci; funkce složená; grafy funkcí; elementární funkce. - úvodní úvahy o limitě funkce , k čemu mohou pomoci limity funkce;
- intuitivně "druhy" limit pomocí grafů známých elementárních funkcí - pojmenování a označení limit ; jednostranné limity; spojitost funkce v bodě;
- shrnutí - pokus o graf funkce exp(1/x)
- 9.10.2017:
- intuitivně ještě další "druhy" limit pomocí grafů známých elementárních funkcí a spojitost funkce v bodě;
- shrnutí - pokus o graf funkce exp(1/x);
- ještě další pokusy - grafy funkcí pomocí "odhadu" limit;
- vzdálenost v R; okolí bodu v R;
- "pravidla" pro výpočet limit - aritmetika limit (zatím pro vlastní limity funkcí): věta o limitě součtu, součinu a podílu funkcí; příklady;
- věta o limitě složené funkce a věta o limitě funkce sevřené (opět v případě vlastních limit), příklady;
- spojitost, součtu, součinu a podílu funkcí; věta o limitě, resp.spojitosti, složené funkce;
- užití věty o limitě sevřené funkce k výpočtu "užitečné" limity funkce sin x / x v bodě x0=0.
- 11.10.2017:
- aritmetika limit i pro limity nevlastní - věta o limitě součinu a podílu funkcí, příklady; "neurčité výrazy";
- věta o limitě složené funkce i pro nevlastní limity;
- příklady výpočtu limit, zvláště limity "neurčitých výrazů" a složených funkcí;
- věta o limitě sevřené funkce a její modifikace pro nevlastní limitu. příklady.
- 16.10.2017:
- jak se "dojde" k definicím limit (a k tomu poznámka o kvantifikátorech);
- definice nevlastní limity v nevlastním bodě a jednoduchý příklad důkazu limity dle definice;
- definice vlastní limity v nevlastním bodě, příklad důkazu takové limity dle definice;
- pokračování v definicích limit - definice nevlastní limity ve vlastním bodě a vlastní limity ve vlastním bodě (i jednostranných limit), jednoduché příklady důkazu limity dle definice;
- spojitost (resp. jednostranná spojitost) funkce v bodě a v intervalu;
- definice limit s užítím okolí bodu.
- 18.10.2017:
- ještě příklady výpočtu limit, zvláště limity "neurčitých výrazů" a složených funkcí;
- jak se ukáže, že funkce limitu v daném bodě limitu nemá, nebo že funkce není v daném bodě spojitá - souvislost limity a limit jednostranných;
- uspořádání limit; limita monotonní funkce;
- posloupnost; limita posloupnosti;
- jak se ukáže, že funkce limitu v daném bodě limitu nemá, nebo že funkce není v daném bodě spojitá - souvislost limity a limit jednostranných a Heineho věta;
- nekonečná řada - konvergentní, resp. divergentní řada, jednoduché příklady;
- definice derivace funkce v bodě ; několik příkladů výpočtu derivací funkcí v bodě;
- 23.10.2017:
- připomenutí definice derivace funkce v bodě ; několik příkladů výpočtu derivací funkcí v bodě užitím definice;
- derivace jako funkce a pak odvození derivací elementárních funkcí.
- pravidla pro výpočet derivace součtu, součinu a podílu funkcí, derivace funkce složené;
- věta o souvislosti vlastní derivace a spojitosti funkce v bodě;
- příklady výpočtu derivací.
- 25.10.2017:
- derivace funkce složené z více než dvou funkcí a derivace funkce f(x)g(x), příklady;
- "dopočítávání" derivací funkce v bodech, kde nelze derivovat "dle pravidel" výpočtu derivací pomocí definice derivace.
- připomenutí pojmu inverzní funkce, spojitost , limita a derivace inverzní funkce;
- definice funkce arcsin x , vyšetření jejích vlastnosti; odvození derivace funkce arcsin x;
- 30.10.2017:
- definice dalších cyklometrických funkcí a jejich vlastností; odvození derivace funkcí arccos x , arctg x a arccotg x;
- příklady výpočtu limit a derivací funkcí, které "obsahují" i funkce cyklometrické;
- derivace vyšších řádů;
- užití derivace funkce v bodě - tečna ke grafu funkce.
- 1.11.2017:
- užití derivace funkce v bodě - tečna ke grafu funkce - další příklady;
- lineární aproximace funkce v okolí bodu, kde existuje vlastní derivace; příklady;
- diferenciál funkce - definice a jeho užití, příklady;
- chování funkce v okolí bodu, kde existuje derivace, lokální extrém funkce, nutná podmínka lokálního extrému;
- pokus o vyšetření vlastností funkce f(x)= x2 e-x , co "umíme" a co ne a zatím jen naznačeno:
l´Hospitalovo pravidlo pro výpočet limit funkcí;
užití derivace při vyšetřování vlastností funkce v intervalu - souvislost znaménka první derivace a monotonie funkce v intervalu (zatím bez důkazu); postačující podmínky pro lokální extrém;
užití derivace druhého řádu při vyšetřování průběhu funkce ( funkce konvexní, resp. konkávní na intervalu, inflexní body);
a pak dokončení vyšetření průběhu funkce f(x)= x2 e-x. - 6.11.2017:
- definice - funkce spojitá v intervalu; funkce monotónní; funkce konvexní, resp.konkávní na intervalu I ; inflexní bod grafu funkce;
- asymptoty grafu funkce;
- l´Hospitalovo pravidlo pro výpočet limit funkcí (bez důkazu); příklady užití l´Hospitalova pravidla;
- užití derivace při vyšetřování vlastností funkce v intervalu - souvislost znaménka první derivace a monotonie funkce v intervalu (zatím bez důkazu);
- 8.11.2017:
- lokální a globální extrémy funkce; postačující podmínky pro lokální extrém;
- užití derivace druhého řádu při vyšetřování průběhu funkce ( funkce konvexní, resp. konkávní na intervalu, inflexní body);
- shrnutí vyšetřování průběhu funkce; další příklady vyšetřování průběhu funkce.
- 13.11.2017:
- vyšetřování globálních extrémů funkce, příklady;
- užití l´Hospitalova pravidla - věta o "dopočítávání " derivací ve "špatných " bodech, příklady;
- Taylorův polynom n-tého stupně funkce f(x) v bodě a - úvod.
- 15.11.2017:
- Taylorův polynom n-tého stupně funkce f(x) v bodě a a Taylorova věta; chování zbytku v Taylorově vzorci pro x→a, Lagrangeův tvar zbytku;
- příklad - Taylorův polynom n-tého stupně v bodě a=0 funkce exp(x), sin x, cos x; odhad chyby v aproximaci exp(x);
- poznámka o Taylorově řadě pro funkce exp(x), sin x, cos x;
- diferenciál funkce - definice a jeho užití, příklady;
- Rolleova věta , Lagrangeova věta o střední hodnotě (i důkaz) a její důsledky - důkaz věty o souvislosti znaménka derivace a monotonie funkce na intervalu;
- úvod do integrálního počtu : příklady užití "antiderivování" - odvození vztahu pro dráhu rovnoměrně zrychleného pohybu; harmonické kmity.
- 20.11.2017:
- definice primitivní funkce k dané funkci na intervalu, "tabulka" základních primitivních funkcí.
- věta o existenci primitivní funkce (bez důkazu), množina primitivních funkcí k dané funkci na intervalu, spojitost primitivní funkce, neurčitý integrál;
- příklady - primitivní funkce k funkci 1/x na intervalu (-∞,0) a k funkci absolutní hodnota x v R;
- věty o integraci součtu funkcí a násobku funkce, příklady;
- integrace per partes, příklady.
- 22.11.2017:
- integrace per partes - další příklady;
- věty o substituci v neurčitém integrálu; příklady.
- 27.11.2017 - plán:
- další příklady užití substituce při výpočtu primitivní funkce;
- integrace racionálních funkcí - rozklad racionální funkce na jednoduché zlomky, integrace jednoduchých zlomků;
- příklady integrace racionálních funkcí.
- 29.11.2017:
- integrály funkcí, které se vhodnými substitucemi převedou na integraci funkcí racionálních, příklady.
- 4.12.2017:
- určitý integrál - definice Newtonova integrálu; příklady užití - délka dráhy pohybu při proměnné rychlosti;
- existence a vlastnosti N-integrálu, výpočet N-integrálu pomocí per partes a substituce;
- definice Riemannova integrálu, nutná podmínka existence, postačující podmínky existence;
- Newton-Leibnizova formule pro výpočet R-integrálu; Riemannův a Newtonův integrál se rovnají pro spojité funkce na uzavřeném intervalu.
- základní vlastnosti R-integrálu: linearita, aditivita, uspořádání;
- integrace per partes a substituce v případě určitého integrálu;
- 6.12.2017:
- odhady Remannova integrálu; věta o střední hodnotě integrálního počtu;
- aplikace určitého integrálu - výpočet obsahu plochy "mezi" grafy dvou funkcí, objemu rotačního tělesa, "délky" grafu funkce, odvození a příklady;
fyzikální aplikace - práce proměnné síly.
- diferenciální rovnice - úvod.
- 11.12.2017:
- diferenciální rovnice - formulace počáteční úlohy;
- diferenciální rovnice 1.řádu se separovatelnými proměnnými - obecné řešení, řešení počáteční úlohy; kdy nastávají "skluzy" řešení (jen stručně);
- příklady řešení diferenciálních rovnic se separovatelnými proměnnými;
- lineární rovnice 1.řádu - řešení rovnoce homogenní a řešení rovnice s pravou stranou metodou variace konstant.
- 13.12.2017:
- lineární diferenciální rovnice 1.řádu - věta o existenci a jednoznačnosti řešení počáteční úlohy( bez důkazu);
- příklady řešení lineární rovnice prvního řádu;
- několik příkladů odvození diferenciálních rovnic.
- 18.12.2017:
- úvod k poslední části probírané látky - čím se zabývá lineární algebra;
- vektorový (lineární) prostor, příklady vektorových postorů, spec. n-rozměrný aritmetický prostor Rn;
- soustava lineárních rovnic - opakování "středoškolských" metod řešení, a pak zápis soustavy pomocí matice;
- soustavy lineárních rovnic - na příkladech Gaussova eliminační metoda, Gauss-Jordanova metoda v případě jediného řešení soustavy;
- příklady soustav, které mají nekonečně mnoho řešení, resp. nemají žádné řešení.
- 20.12.2017 :
- definice násobení matice a vektoru, "nový" zápis soustavy lineárních rovnic;
- násobení matic, definice inverzní matice ke čtvercové matici;
- soustavy lineárních rovnic - pokračování: nalezení řešení soustavy, zapsané ve tvaru součinu matice a vektoru pravých stran, tedy nalezení inverzní matice ke čtvercové matici a pak odvození Gauss-Jordanovy metody pro výpočet inverzní matice;
- shrnutí toho, co bylo ukázáno na příkladech při řešení soustav lineárních rovnic - definice uvedených pojmů a otázky, týkající se řešitelnosti rovnic.
- 3.1.2018:
- vektorový prostor - lineární kombinace vektorů, lineární závislost a nezávislost skupiny vektorů; definice báze a dimense vektorového prostoru, souřadnice vektoru vzhledem k bázi,
báze a dimense prostoru Rn; - hodnost matice, regulární a singulární čtvercová matice; inverzní matice k matici regulární; lineární prostor matic typu (m,n);
- Frobeniova věta o řešitelnosti soutavy lineárních rovnic;
- 8.1.2018:
- lineární zobrazení vektorových prostorů, základní vlastnosti lineárního zobrazení;
- spec. lineární zobrazení Rn do Rm a jeho vyjádření pomocí matice zobrazení, souvislost vlastností zobrazení a matic těchto zobrazení ( zobrazení prosté, zobrazení na, inverzní zobrazení ) ; příklad lineárního zobrazení - "otočení" vektoru z R2 o úhel α , sestavení matice tohoto zobrazení, matice inverzního zobrazení k tomuto zobrazení; matice složeného zobrazení;
- determinant čtvercové matice 2.řádu - odvození ze řešení soustavy dvou lineárních rovnic pro dvě neznámé.
- definice determinantu (indukcí - rozvoj determinantu podle řádku nebo sloupce);
- vlastnosti a výpočet determinantu;
- Cramerovo pravidlo pro řešení soustavy n rovnic pro n neznámých;
- další užití determinantu;
- 10.1.2018:
- prostory R2 a R3 - definice, připomenutí "počítání" s vektory ( sčítání, násobení konstantou, skalární součin, v prostoru R3 navíc vektorový součin), velikost ( norma) vektoru, vzdálenost v prostorech R2 a R3;
- vektorová funkce jedné reálné proměnné - definice, limita, spojitost, derivace, derivace jako tečný vektor ke křivce, dané parametricky; příklady;
- reálná funkce dvou proměnných - příklady, stručné seznámení se základními pojmy - definiční obor; jednoduché příklady, jak si představit graf funkce dvou proměnných;
- reálná funkce dvou proměnných - limita, spojitost, parciální derivace; parciální derivace vyšších řádů; odvození rovnice tečné roviny ke grafu funkce dvou proměnných v bodě (x0,y0, f(x0,y0) );
Cvičení - paralelka 01 (úterý 14:50 - 16:20 v CH5 a středa 9:50 - 11:20 v CH4)
Pomocné studijní materiály (návody, řešené příklady):
- limita a spojitost funkce
- průběh funkce - několik řešených příkladů
- neurčitý integrál
- diferenciální rovnice
- 3.10.2017: Informace o cvičení, podmínky pro získání zápočtu - účast na cvičeních ( 4 absence mohou být neomluveny); vypracování domácích úkolů v dohodnutém termínu;
získání alespoň poloviny možných bodů z testů, které se budou psát během semestru.
Opakování středoškolské matematiky - výběr příkladů dle potřeby posluchačů z opakovacího testu z Albeře ( viz opakovací test ) , dále Příklady 1 - opakování . - 4.10.2017: Ještě opakování - řešení rovnic a nerovnic, funkce a jejich vlastnosti, grafy funkcí.
Domácí úkol: du1 - opakování (do středy 17.10.) - 10.10.2017: Ještě opakování - funkce a jejich vlastnosti, grafy funkcí. Limita funkce - intuitivně limity "jednoduchých" funkcí, cvičení "zápisu" i "čtení" limit.
Limita funkce - intuitivně i dle definice, cvičení "zápisu" limit "čtení" definic limit.
Domácí úkol dobrovolný: du2 - analytická geometrie (k opakování základních pojmů z analytické geometrie) - 11.10.2017: Limita funkce - intuitivně i dle definice, cvičení "zápisu" limit "čtení" definic limit. Příklady - limita funkce a výsledky zde
Domácí úkol: du3 - limita funkce (do středy 1.11.) - 17.10.2017: Ještě opakování - absolutní hodnota reálného čísla, řešení rovnic a nerovnic (příklady z prvního cvičení), funkce a jejich vlastnosti (zvláště funkce monotonní na množině M).
Dále limita funkce - definice, cvičení "zápisu" i "čtení" definic limit, ověřování limit dle definice. - 18.10.2017: Ještě poznámky k řešení příkladů z domácího úkolu 1. Výpočet limit ( aritmetika limit, limita složené funkce, věta o limitě sevřené funkce, neurčité výrazy) ; spojitost funkce.
- 24.10.2017: Ještě rozbor chyb z domácího úkolu 1. Opakování - pojem funkce inverzní s příklady. Dále výpočet derivací funkce (zatím lednodušší příklady).
Příklady - derivace funkce - 25.10.2017: Hlavně derivace funkce - definice a výpočet derivací "složitějších" funkcí (příklady z minulého cvičení), a "dopočítávání derivací ve "špatných" bodech užitím definice derivace.
- 31.10.2017: Ještě počítání limit složených funkcí, i s cyklometrickými funkcemi; výpočet derivací "složitějších" funkcí.
- 1.11.2017: Ještě výpočet derivací "složitějších" funkcí a "dopočítávání derivací ve "špatných" bodech, bude-li třeba. Užití derivace funkce - rovnice tečny ke grafu funkce, pokusy s lineární aproximací funkce. Příklady - derivace funkce a užití derivace 1.
Domácí úkol: du4 - derivace funkce a některé aplikace derivace ( do středy 15.11.) - 7.11.2017: Poznámky k domácímu úkolu 3. Dále ještě výpočet derivací "složitějších" funkcí a výpočet limit užitím l´Hospitalova pravidla. Příklady - derivace funkce a užití derivace 2.
- 8.11.2017: Test 1. - výpočet limit. Výpočet dalších typů limit pomocí l´Hospitalova pravidla; spojité dodefinování funkce v bodě.
- 14.11.2017: Poznámky k chybám v "testíku" z limit. Vyšetřování průběhu funkce. Příklady ze cvičení 7.11. .
Domácí úkol: du5 - průběh funkce ( do 29.11.) - 15.11.2017: Spojité dodefinování funkce v bodě a "dopočítávání derivace funkce ve "špatných" bodech. Vyšetřování průběhu funkce. Příklady ze cvičení 7.11..
- 21.11.2017: Ještě vyšetřování průběhu funkce a vyšetřování globálních extrémů funkcí. Dále Talorův polynom a užití diferenciálu funkce. Příklady ze cvičení 1.11. a 7.11.
Výpočet primitivních funkcí - jednoduché příklady na začátek. Výběr příkladů - neurčitý integrál 1 - 22.11.2017: Testík z derivací. Výpočet neurčitých integrálů - jednoduché příklady na začátek. Příklady z minulého cvičení. A zde je opravný testík z derivací (a omlouvám se za pozdní zveřejnění): zápočtový test 2 - opravný
- 28.11.2017: Výpočet neurčitých integrálů - metoda per partes i substituce. Pomocný text: neurčitý integrál Dále vyšetřování globálních extrémů funkcí,Talorův polynom a užití diferenciálu funkce.
- 29.11.2017: Ještě výpočet neurčitých integrálů - metoda per partes i substituce. Integrace racionální funkce - příklady neurčitý integrál 2.
- 5.12.2017: Integrace racionální funkce ; substituce, vedoucí na integraci racionální funkce - příklady z minulého cvičení a ještě pro kontrolu toho, co máte zvládnou z výpočtu neurčitých integrálů - několik "jednoduchých" příkladů zde .
Domácí úkol: du6 - neurčitý integrál a navíc můžete vyzkoušet Domácí test integrace ( a s výsledky ) . - 6.12.2017: Ještě výpočet integrálů pomocí substituce, vedoucí na integraci racionální funkce.
- 12.12.2017: Ještě "vhodné" substituce, vedoucí na integraci racionální funkce.
- 13.12.2017: Ještě stále výpočet integrálů - hlavně pomocí substituce, vedoucí na integraci racionální funkce.
- 19.12.2017: Určitý integrál - výpočet, aplikace. Výběr příkladů - určitý integrál. Diferenciální rovnice se separovatelnými proměnnými. Výběr příkladů - diferenciální rovnice
Domácí úkol: du7 - určitý integrál - 20.12.2017: Ještě výpočet a aplikace určitého integrálu.
- 3.1.2018: Diferenciální rovnice se separovatelnými proměnnými. Výběr příkladů - diferenciální rovnice
Domácí úkol: du8 - diferenciální rovnice - 9.1.2018: Řešení diferenciálních rovnic se separovatelnými proměnnými i lineárních (příklady z minulého cvičení).
- 10.1.2018: Ještě řešení lineárních diferenciálních rovnic 1.řádu; lineární algebra - Gaussova metoda řešení soustav lineárních rovnic, vektorový prostor ( lineární kombinace vektorů, závislost, nezávislost skupiny vektorů, báze, souřadnice vektoru vzhledem k bázi), matice (operace s maticemi, výpočet a užití inverzní matice); výběr příkladů: Příklady z lineární algebry .