Informace o přednášce Matematická analýza I (NMAI054, paralelka X, vyučující M. Klazar)

Sylabus a anotace. Viz SIS.

Doba a místo. Přednášku mám v úterý v 10:40 - 12:10 v posluchárně S9 v budově na Malostranském náměstí. Druhou paralelku učí kolega J. Rataj (po 12:20 S9).

Literatura. Je uvedena v SISu (skripta prof. Pultra jsou dostupná na jeho webové straně) a v knihovnách lze nalézt celou řadu nejrůznějších učebnic matematické analýzy (v češtině i angličtině). Základní učebnice, podle níž by se přesně vyučovalo, pro tento předmět ale není. Doporučuji rovněž sledovat záznamy z přednášek, které budu níže umísťovat. Zde je pro zajímavost můj učební text k této přednášce před 6 lety, kdy ale měla dvojnásobný hodinový rozsah (4/2).

Cvičení a cvičící. K mé paralelce vedou cvičení RNDr. Naděžda Krylová, CSc. (út 9:00 S6),  doc. RNDr. Markéta Lopatková, Ph.D. (st 12:20 S11) a Mgr. Pavel Klavík (st 12:20 S7) (S=malostranská budova, T= budova v Troji). Zápočet ze cvičení je nutný pro  připuštění ke zkoušce. Uděluje se za přiměřenou (aktivní) účast na cvičeních a za přiměřený výkon v zápočtovém písemném testu, podle upřesnění cvičící(ho).

Konzultační hodiny. Po dohodě. Pracovnu mám v malostranské budově ve 2. patře, místnost č. 224.

Zkouška. Zkouškové termíny jsou v SISu. Požadavky ke zkoušce z MAI054. 

1. přednáška  2. 10. 2012. Organizační poznámky. První část - reálná čísla. Číselné obory N, Z, Q a R - reálná čísla jsou nekonečné desetinné rozvoje. Q je uspořádané těleso a R rovněž. Iracionalita odmocniny ze 2. Cantorova věta o nespočetnosti R. Zde je zhruba text 1. přednášky, jak byla před 2 lety; letos jsme něco stihli, něco ne. Úlohy k přednášce.  1. Uveďte  příklady konečných těles. 2. A co konečné uspořádané těleso? 

2. přednáška  9. 10. 2012. Dokázali jsme vlastně, že množina P(N) všech podmnožin množiny N = {1, 2, ...} je nespočetná. Množina všech algoritmicky vyčíslitelných reálných čísel je spočetná, takže skoro všechna reálná čísla jsou nevyčíslitelná. Horní a dolní meze množiny, maxima, minima, infima, suprema. Příklady, zejména: neprázdná a shora omezená množina zlomků, která nemá supremum.  Věta o supremu: každá neprázdná a shora omezená množina reálných čísel má supremum, důkaz ještě zrekapituluju příště. Cantorova věta o vnořených intervalech, odvození z věty o supremu. Zde je zhruba text 2. přednášky, jak byla před 2 lety; letos jsme něco stihli, něco ne. Úlohy k přednášce. 1. Proveďte podrobně geometrický důkaz iracionality odmocniny ze 2.

3. přednáška  16. 10. 2012. Ještě k důkaz věty o supremu (hladová definice "největšího prvku'' shora omezené množiny kladných desetinných rozvojů dává přesně její supremum) pomocí příkladu. Zmínka o archimédovskosti R: pro každé reálné číslo a existuje přir. číslo n tak, že a < 1 + 1 + 1 + ... + 1 (n jedniček). Úlohy. 1. Sestrojte uspořádané nearchimédovské těleso, tj. s prvky většími než jakékoli přirozené číslo. 2. Je to těleso R s přidaným +nekonečnem (popř. i -nekonečnem)? Druhá část - posloupnosti a řady reálných čísel. Posloupnosti, omezené, neklesající atd. Příklady, zadání posloupnosti vzorcem a rekurencí. Fibonacciova čísla a posloupnost a_0 = 3, a_n = 2^{2^n} + 1 = a_0a_1...a_{n-1} + 2. Limita posloupnosti, vlastní a nevlastní, příklady. Cauchyovské posloupnosti. Důkaz, že lim n^{1/n} = 1.  Viz strany 15 - 18 učebního textu .

4. přednáška  23. 10. 2012.  Základní existenční věty o limitách posloupností: jednoznačnost limity, monotonie a omezenost zaručují konvergenci, podposloupnost má tutéž limitu, Bolzanova-Weierstrassova věta (každá omezená posloupnost má konvergentní podposloupnost). Úloha: najděte dvě posloupnosti a = (a_1, a_2, ...) a b = (b_1, b_2, ...), že a je podposloupností b, b je podposloupností a, ale nerovnají se. Viz str. 18-21 učebního textu .

5. přednáška  30. 10. 2012. Každá posloupnost má podposloupnost, jež má vlastní či nevlastní limitu. Věta: konvergence <=> cauchyovskost. Posloupnost (1, 1 + 1/2, 1 + 1/2 + 1/3, ...) není cauchyovská a má proto limitu + nekonečno. Limita a uspořádání, věta o 2 policajtech, poznámky o nevlastních limitách. Aritmetika limit (+, x a : a limity), důkaz pro násobení. Úloha: dokažte si větu o aritmetice limit pro sčítání a dělení. Neurčité výrazy, podrobněji příště. Viz str. 21-23 učebního textu .

6. přednáška  6. 11. 2012. Neurčité výrazy: rozšířená reálná osa a počítání s nekonečny. Dvě základní limity: limita pro n jdoucí do nekonečna z 1) n^a a 2) q^n, kde a a q jsou reálné parametry. Liminf a limsup posloupnosti, bez důkazů. Příklad: lim 2^n / n = + nekonečno. Úlohy 1. Dokažte si druhou základní limitu pro q > 1 a pro -1 < q < 1. 2. Čemu se rovnají limity pro n jdoucí do nekonečna z q^n / n^a, pokud a) q > 1 a a > 0 a b)  -1 < q < 1 a a < 0; a) je limita +nekonečno / + nekonečno a b) je limita 0 / 0. Nekonečné řady reálných čísel. Základní definice: částečné součty, součet řady, konvergentní a divergentní řady. Geometrická řada 1 + q + q^2 + ... = 1 / (1 - q), podrobněji příště. Viz str. 24-34 učebního textu .

7. přednáška  13. 11. 2012. Tvrzení: nutná podmínka konvergence a Cauchyova podmínka konvergence (nutná a postačující). Dvě důležité řady: geometrická řada 1 + q + q^2 + q^3 + ... a řada 1 + 2^s + 3^s + 4^s + ... a jejich konvergence. Důkaz konvergence  řady 1/1^2 + 1/2^2 + ... převedením na řadu 1/1.2 + 1/2.3 + 1/3.4 + ... = 1. Absolutní konvergence, implikuje konvergenci. Leibnizovo kritérium neabsolutní konvergence. Lineární kombinace řad. Řady s nezápornými členy: srovnávací kritérium,  Viz strany 33 - 39 učebního textu. Úlohy k přednášce. Jak by se dokázalo, že 1/1^{3/2} + 1/2^{3/2} + ..., popřípadě obecně 1/1^s + 2^s + ... pro s > 1, konverguje za pomoci metody použité pro s = 2 ?

8. přednáška 20. 11. 2012. Odmocninové (čili Cauchyovo) kritérium, podílové (čili d'Alambertovo) kritérium. Abelovo a Dirichletovo kritérium neabsolutní konvergence řady, s důkazem.  Příklady. Definice přerovnání řady. Viz strany 39 - 47 učebního textu.

9. přednáška 27. 11. 2012. Přerovnání řady. Přerovnání řady nezmění její součet, pakliže konverguje absolutně, důkaz. Na druhou stranu, u neabsolutně konvergentní řady lze přerovnáním součet libovolně změnit (Riemannova věta), náznak důkazu. Třetí část - funkce jedné reálné proměnné. Rostoucí, omezené funkce atd. Definice různých okolí bodu. Definice limity funkce v bodě. Funkce spojitá v bodě. Viz strany 47 - 52 učebního textu.

10. přednáška 4. 12. 2012. Příklady limit funkce v bodě. Jednostranné limity. Jednoznačnost funkční limity.  Heineho definice limity, s důkazem. Aritmetika limit funkcí, limity funkcí a uspořádání - analogické limitám posloupností, bez důkazů.  Limita složené funkce, bez důkazu. Tvrzení o limitě monotónní funkce, důkaz. Polynomy jsou spojité v každém bodu svého definičního oboru. Viz strany 52 - 58 učebního textu.

11. přednáška 11. 12. 2012. Spojitost funkcí na intervalu. Věta: funkce spojitá na kompaktním intervalu (tj. intervalu typu [a,b]) na něm nabývá maxima a minima, důkaz. Darbouxova věta o nabývání mezihodnot: když f(a)<c<f(b) a f je na [a,b] spojitá, pak existuje u, a<u<b, že f(u)=c, důkaz; stručněji: obraz intervalu spojitou funkcí je zase interval. Věta o spojitosti inverzní funkce, bez důkazu. Definice derivace, jednostranné derivace, geometrický a aproximační smysl derivace (speciálně: f'(a) existuje vlastní => f je v a spojitá), důkaz. Věta o aritmetice derivací, bez důkazu. Viz strany 59 - 78 učebního textu.

12. přednáška 18. 12. 2012. Věta o derivaci složené funkce, bez d., a věta o derivaci inverzní funkce, bez d. Nenulová derivace v bodě a vylučuje lokální extrém v bodě a, důkaz.  Věty o střední hodnotě: Rolleova a Lagrangeova, s důkazy. l'Hospitalovo pravidlo o počítání limit typu 0 / 0 a oo / oo, bez d., příklady. Souvislost znaménka derivace funkce a její monotonie na intervalu, důkaz. Derivace vyšších řádů, definice konvexní a konkávní funce. Viz strany 78 - 93 učebního textu. Na přednášce byl rozdán textík s přehledem derivací elementárních funkcí (str. 81 - 86).

13. přednáška 8. 1. 2013. O konvexitě (konkavitě): implikují existeci vlastních jednostranných derivací a tedy spojitost, vztah k f'', inflexní bod - definice, nutná podmínka, postačující podmínka, vše bez důkazu. Taylorův polynom a Taylorova řada. Věta: charakterizace T. polynomu, důkaz. Lagrangeův a Cauchyův tvar zbytku T. polynomu, bez důkazu. T. řady funkcí exp(x), sin(x), cos(x), log(1+x), (1+x)^a a arctan(x) a obory jejich konvergence, uvedeny bez důkazu. Viz strany 94 - 112 učebního textu.


leden 2013