科学・技術の世界(数式処理システムによる新時代の数学)

1変数関数の積分

不定積分、定積分
不定積分:
integrate(x^4,x);
定積分:
integrate(x^4*sin(n*x),x,0,1);
極限値
$\lim_{n\to\infty}1/n$:
limit(1/n,n,inf);
2変数関数について、方向を決めた極限値: $f(x,y)=\frac{xy}{x^2+y^2}$について$x=r\cos t$, $y=r\sin t$と置き, $\displaystyle\lim_{r\to 0}f(r\cos t,r\sin t)$を求める。$f(x,y)$は原点で連続かどうか考えよ。
      limit(f(r*cos(t),r*sin(t)),r,0);
    
場合分けのある関数の導関数を求める時に注意すべき例: \[ f(x)=\begin{cases}(\exp(-x^2)-1)/x & x\ne 0\\ 0 & x=0\end{cases} \] と定める関数(原点でも連続)の導関数は 定義から$f'(0)=\lim_{x\to 0}(f(x)-f(0))/x$を求め、$x\ne 0$では普通に$x$で微分す る。
仮定が必要な場合 $\lim_{n\to\infty}x^n$:
      assume(abs(x)<1);
      limit(x^n,n,inf);
    
右極限, 左極限:
      limit(1/x,x,0,plus);
      limit(1/x,x,0,minus);
    
無限級数
      s:sum(x^n,n,0,inf);
      assume(abs(x)<1);
      load(simplify_sum);
      simplify_sum(s);
    
広義積分
不定積分がわかる広義積分:
      integrate(exp(-x)*sin(x),x,0,inf);
    

レポート問題(12/18提出)

  1. $\displaystyle f(x,y)=\frac{x^3y}{x^2+y^2}$とおく。ただし、 $f(0,0)=0$とする。$f_{xy}(0,0)$と$f_{yx}(0,0)$の値が一致するか比較 してみよ。注意:原点では$f_x$, $f_y$の微分可能性に注意し、 $f_{xy}(0,0)=\lim_{y\to 0, y\ne 0} (f_x(0,y)-f_x(0,0))/y$, $f_{yx}(0,0)=\lim_{x\to 0, x\ne 0} (f_y(x,0)-f_y(0,0))/x$を考える。
  2. $\int_0^\infty \exp(-tx)\sin x dt=\sin(x)/x$ を確認し、これを用 いて$\int_0^\infty \sin(x)/x dx$を求めよ。