Sadržaj
Šta kolokvijumi zapravo pitaju (obrazac!)
Kako da simuliraš kolokvijum
Prvi kolokvijum — 27. 4. 2022. ·
Popravni prvog — 22. 6. 2022.
Drugi kolokvijum — 12. 6. 2022. ·
Popravni drugog — 22. 6. 2022.
Prvi kolokvijum — 26. 4. 2023. · Drugi
kolokvijum — 6. 6. 2023.
Rok 22. 10. 2025. — oba dela (najnoviji!)
Prvi kolokvijum — 23. 11. 2018. (stariji format) ·
Popravni — 17. 6. 2020. (oba dela)
🆕 Probni kolokvijum A (prvi) · 🆕
Probni kolokvijum B (drugi) — sveži zadaci po obrascu, nisu ni sa
jednog roka
⏱️ Štoperica za simulaciju
Pravi kolokvijum traje ~90 minuta. Klikni Start pre nego što počneš —
kad istekne, stani i oceni se.
▶ Start 90:00
Uporedio sam sva četiri — struktura se ponavlja gotovo
identično na kolokvijumu i popravnom:
1. kolokvijum (23 poena)
2. kolokvijum (23 poena)
Zadatak 1a [5p]
specijalna DJ 1. reda: Lagranžova /
Rikatijeva (dato
y 1 y_1 )
uslovni ekstremumi (Lagranžovi množioci)
[5–6p]
Zadatak 1b [5p]
LDJVR sa desnom stranom-zbirom
(superpozicija , često i
rezonanca )
dvojni integral / zapremina [6p]
Zadatak 2a [3p]
konvergencija reda: Dalamber ili Košijev koreni
(uvek izađe broj
e e !)
krivolinijski integral 1. vrste [5–6p]
Zadatak 2b [4p]
apsolutna/uslovna konvergencija alternativnog
reda
površinski integral 1. vrste [6p]
Zadatak 2v [6p]
interval konvergencije stepenog reda (sa
krajevima!)
—
Šta ovo znači za tebe (potvrđeno na 9 rokova: 2018–2025!)
1. kolokvijum: specijalna DJ
(Klerova/Lagranžova/Rikatijeva) + LDJVR sa superpozicijom/rezonancom +
redovi (kriterijum, apsolutna/uslovna, interval konvergencije; 2025. i
uniformna!). Stariji format (2018) imao je i Furijeov
red kao 3. zadatak.
2. kolokvijum: ekstremumi (uslovni; 2020. lokalni)
+ dvojni/trojni integral + krivolinijski 1. vrste + površinski 1. vrste
— konus se pojavljuje skoro svaki put!
Zadaci se doslovno ponavljaju kroz godine : red
∑ 3 n n ! n n \sum\frac{3^nn!}{n^n}
pao je tri puta (2018, 2022, 2023-koren varijanta);
f = x 2 + x y + y 2 f = x^2+xy+y^2
uz kružnicu — dva puta (2022. popravni i rok 2025!);
∬ x 2 z 2 d S \iint x^2z^2\,dS
po konusu — dva puta (2022. i rok 2025!); trougaona
funkcija po sinusima (2018) = zadatak F4 sa 5. vežbi ;
∑ 1 n ln 2 n \sum\frac{1}{n\ln^2n}
(2023) = zadatak A.5 sa vežbi . Ko izradi skriptu + ove
rokove — spreman je.
Kako da simuliraš kolokvijum
Recept — simulacija (radi ovo na danima 10 i 19 plana)
Odštampaj ili otvori samo postavke (ne diraj
rešenja!). Spremi prazan papir.
Navij sat na 90 minuta . Bez skripte, bez podsetnika
— kao na pravom kolokvijumu.
Prvo pročitaj SVE zadatke (2 min), počni od onog čiji tip odmah
prepoznaješ.
Kad istekne vreme — stani. Otvori rešenja ovde i oceni se po
poenima (delimičan postupak = delimični poeni).
Za svaki izgubljeni poen: nađi poglavlje u skripti (uputnica je uz
svaki zadatak), ponovi recept i uradi još 2 slična zadatka.
Prvi kolokvijum — 27. 4. 2022.
Zadatak 1a [5 poena]. Odrediti opšte rešenje:
y = x ( 1 + y ′ ) + y ′ 2 \;y = x(1 + y') + y'^2
· Lagranžova — Skripta S1, §2.3
Prikaži rešenje
Oblik
y = x f ( y ′ ) + φ ( y ′ ) y = x\,f(y') + \varphi(y')
sa
f ( p ) = 1 + p ≠ p f(p) = 1+p \neq p
→ Lagranžova . Smena
y ′ = p y' = p :
y = x ( 1 + p ) + p 2 / x ′ ( levo d y d x = p ) y = x(1+p) + p^2 \;\Big/{}'_x \qquad (\text{levo } \tfrac{dy}{dx} = p)
p = 1 + p + ( x + 2 p ) d p d x ⇒ − 1 = ( x + 2 p ) d p d x p = 1 + p + (x + 2p)\,\frac{dp}{dx} \;\Longrightarrow\; -1 = (x+2p)\frac{dp}{dx}
Pređi na
x ( p ) x(p)
(podeli sa
d p d x \frac{dp}{dx} ;
d x d p = x ′ \frac{dx}{dp} = x' ):
x ′ = − ( x + 2 p ) ⇒ x ′ + x = − 2 p — linearna po x ( p ) x' = -(x + 2p) \;\Longrightarrow\; x' + x = -2p \quad\text{— linearna po } x(p)
Smena
x = u v x = uv :
iz
v ′ + v = 0 v' + v = 0 :
v = e − p v = e^{-p} ;
iz
u ′ e − p = − 2 p u'e^{-p} = -2p :
u ′ = − 2 p e p u' = -2pe^{p} ,
pa parcijalnom integracijom
(↗ p.i. ):
u = − 2 ∫ p e p d p = − 2 e p ( p − 1 ) + c u = -2\int pe^p dp = -2e^p(p-1) + c
x = u v = c e − p − 2 ( p − 1 ) = c e − p − 2 p + 2 x = uv = ce^{-p} - 2(p-1) = ce^{-p} - 2p + 2
x = c e − p − 2 p + 2 , y = x ( 1 + p ) + p 2 x = ce^{-p} - 2p + 2, \qquad y = x(1+p) + p^2
(opšte rešenje u parametarskom obliku)
Poeni se dobijaju za: prepoznavanje tipa (1), diferenciranje
+ prelaz na
x ( p ) x(p)
(2), rešenu linearnu (1), zapisano parametarsko rešenje (1).
Zadatak 1b [5 poena]. Odrediti opšte rešenje:
y ″ − 4 y ′ + 8 y = e 2 x + sin 2 x \;y'' - 4y' + 8y = e^{2x} + \sin 2x
· LDJVR + superpozicija — Skripta S1, §3.2
Prikaži rešenje
Homogena: KJ
r 2 − 4 r + 8 = 0 r^2 - 4r + 8 = 0 :
r 1 , 2 = 4 ± 16 − 32 2 = 2 ± 2 i r_{1,2} = \frac{4 \pm \sqrt{16-32}}{2} = 2 \pm 2i
(↗ kompleksni
koreni ):
y h = e 2 x ( C 1 cos 2 x + C 2 sin 2 x ) y_h = e^{2x}(C_1\cos 2x + C_2\sin 2x)
Superpozicija — desna strana je zbir dva tipa:
y = y h + y p 1 + y p 2 y = y_h + y_{p_1} + y_{p_2} .
1°
Q 1 = e 2 x Q_1 = e^{2x} :
a = 2 a = 2 ;
koreni KJ su
2 ± 2 i ≠ 2 2\pm2i \neq 2
→ nije rezonanca →
y p 1 = A e 2 x y_{p_1} = Ae^{2x} :
y p 1 ″ − 4 y p 1 ′ + 8 y p 1 = ( 4 A − 8 A + 8 A ) e 2 x = 4 A e 2 x = e 2 x ⇒ A = 1 4 y_{p_1}'' - 4y_{p_1}' + 8y_{p_1} = (4A - 8A + 8A)e^{2x} = 4Ae^{2x} = e^{2x} \;\Longrightarrow\; A = \frac14
2°
Q 2 = sin 2 x Q_2 = \sin 2x :
α + i β = 0 + 2 i \alpha + i\beta = 0 + 2i ;
nije koren KJ
(2 ± 2 i 2\pm2i )
→
y p 2 = B cos 2 x + D sin 2 x y_{p_2} = B\cos 2x + D\sin 2x :
y p 2 ″ = − 4 B cos 2 x − 4 D sin 2 x , y p 2 ′ = − 2 B sin 2 x + 2 D cos 2 x y_{p_2}'' = -4B\cos2x - 4D\sin2x, \qquad y_{p_2}' = -2B\sin2x + 2D\cos2x
Uvrsti i grupiši uz
cos 2 x \cos2x
i
sin 2 x \sin2x :
( 4 B − 8 D ) cos 2 x + ( 8 B + 4 D ) sin 2 x = sin 2 x ⇒ { 4 B − 8 D = 0 8 B + 4 D = 1 ⇒ B = 1 10 , D = 1 20 (4B - 8D)\cos2x + (8B + 4D)\sin2x = \sin2x \;\Longrightarrow\; \begin{cases}4B - 8D = 0\\ 8B + 4D = 1\end{cases} \;\Longrightarrow\; B = \frac{1}{10},\; D = \frac{1}{20}
y = e 2 x ( C 1 cos 2 x + C 2 sin 2 x ) + 1 4 e 2 x + 1 10 cos 2 x + 1 20 sin 2 x y = e^{2x}(C_1\cos 2x + C_2\sin 2x) + \frac14e^{2x} + \frac{1}{10}\cos 2x + \frac{1}{20}\sin 2x
Zamka: iako
Q 2 Q_2
ima samo
sin \sin ,
u
y p 2 y_{p_2}
idu i
cos \cos
i
sin \sin
(i zaista
B ≠ 0 B \neq 0 !).
Zadatak 2a [3 poena]. Ispitati konvergenciju
∑ n = 1 ∞ 3 n n ! n n \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{3^nn!}{n^n}
· Dalamber — Skripta S1, §4.2 (identičan zadatku A.3.b sa
vežbi!)
Prikaži rešenje
Faktorijel + stepeni → Dalamber:
a n + 1 a n = 3 n + 1 ( n + 1 ) ! ( n + 1 ) n + 1 ⋅ n n 3 n n ! = 3 ( n n + 1 ) n = 3 ( 1 + 1 n ) n → 3 e > 1 \frac{a_{n+1}}{a_n} = \frac{3^{n+1}(n+1)!}{(n+1)^{n+1}}\cdot\frac{n^n}{3^nn!} = 3\Big(\frac{n}{n+1}\Big)^n = \frac{3}{\big(1+\frac1n\big)^n} \longrightarrow \frac3e > 1
Red divergira
(ℓ = 3 e ≈ 1 , 1 > 1 \ell = \frac3e \approx 1{,}1 > 1 )
— ključ: prepoznati broj
e e
(↗ poznati
limesi ).
Zadatak 2b [4 poena]. Ispitati apsolutnu i uslovnu
konvergenciju
∑ n = 1 ∞ ( − 1 ) n n + 1 − n n 3 \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}(-1)^n\frac{\sqrt{n+1}-\sqrt n}{\sqrt[3]{n}}
· Skripta S1, §4.3
Prikaži rešenje
Prvo sredi
a n a_n
— racionalizacija brojioca:
n + 1 − n = ( n + 1 − n ) ( n + 1 + n ) n + 1 + n = 1 n + 1 + n ⇒ a n = 1 ( n + 1 + n ) n 3 \sqrt{n+1}-\sqrt n = \frac{(\sqrt{n+1}-\sqrt n)(\sqrt{n+1}+\sqrt n)}{\sqrt{n+1}+\sqrt n} = \frac{1}{\sqrt{n+1}+\sqrt n} \;\Longrightarrow\; a_n = \frac{1}{(\sqrt{n+1}+\sqrt n)\sqrt[3]{n}}
Apsolutna konvergencija? Glavni deo:
n + 1 + n ∼ 2 n \sqrt{n+1}+\sqrt n \sim 2\sqrt n ,
pa
a n ∼ 1 2 n 1 / 2 ⋅ n 1 / 3 = 1 2 n 5 / 6 a_n \sim \frac{1}{2n^{1/2}\cdot n^{1/3}} = \frac{1}{2n^{5/6}} .
Drugi poredbeni sa
1 n 5 / 6 \frac{1}{n^{5/6}} :
lim a n 1 / n 5 / 6 = lim n 5 / 6 ( n + 1 + n ) n 1 / 3 = lim n 1 / 2 n + 1 + n = 1 2 ∈ ( 0 , ∞ ) \lim\frac{a_n}{1/n^{5/6}} = \lim\frac{n^{5/6}}{(\sqrt{n+1}+\sqrt n)n^{1/3}} = \lim\frac{n^{1/2}}{\sqrt{n+1}+\sqrt n} = \frac12 \in (0,\infty)
∑ 1 n 5 / 6 \sum\frac{1}{n^{5/6}}
divergira
(α = 5 6 ≤ 1 \alpha = \frac56 \le 1 )
⇒ nije apsolutno konvergentan .
Lajbnic:
a n = 1 ( n + 1 + n ) n 3 a_n = \frac{1}{(\sqrt{n+1}+\sqrt n)\sqrt[3]n}
— imenilac raste ⇒
( a n ) ↓ (a_n)\downarrow ;
i
a n → 0 a_n \to 0 .
✓
Red uslovno konvergira
Zadatak 2v [6 poena]. Odrediti interval
konvergencije
∑ n = 1 ∞ ( x − 1 ) n ( 2 n + 1 ) 2 \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(x-1)^n}{(2n+1)^2}
· Skripta S1, §5.1
Prikaži rešenje
Poluprečnik (Dalamber po koeficijentima):
R = lim | a n a n + 1 | = lim ( 2 n + 3 ) 2 ( 2 n + 1 ) 2 = 1 R = \lim\Big|\frac{a_n}{a_{n+1}}\Big| = \lim\frac{(2n+3)^2}{(2n+1)^2} = 1
Red konvergira za
| x − 1 | < 1 |x - 1| < 1 ,
tj.
0 < x < 2 0 < x < 2 .
Krajevi:
x = 2 x = 2 :
∑ 1 ( 2 n + 1 ) 2 \;\sum\frac{1}{(2n+1)^2}
— poredbeni sa
1 n 2 \frac{1}{n^2}
(ℓ = 1 4 \ell = \frac14 )
→ konvergira .
x = 0 x = 0 :
∑ ( − 1 ) n ( 2 n + 1 ) 2 \;\sum\frac{(-1)^n}{(2n+1)^2}
— apsolutno konvergira (isti poredbeni) →
konvergira .
D = [ 0 , 2 ] D = [0, 2]
(oba kraja unutra — zato je zadatak „lak” za 6 poena: ne zaboravi
krajeve!)
Popravni prvog kolokvijuma — 22. 6. 2022.
Zadatak 1a [5 poena].
y ′ = 2 cos 2 x − sin 2 x + y 2 2 cos x \;y' = \dfrac{2\cos^2x - \sin^2x + y^2}{2\cos x} ,
ako je
y 1 = a sin x y_1 = a\sin x
partikularno rešenje · Rikatijeva — Skripta S1, §2.5
Prikaži rešenje
Kvadratna po
y y
→ Rikatijeva . Korak 1 — odredi
a a :
uvrsti
y 1 = a sin x y_1 = a\sin x ,
y 1 ′ = a cos x y_1' = a\cos x :
a cos x = 2 cos 2 x − sin 2 x + a 2 sin 2 x 2 cos x / ⋅ 2 cos x a\cos x = \frac{2\cos^2x - \sin^2x + a^2\sin^2x}{2\cos x} \;\Big/\cdot 2\cos x
2 a cos 2 x = 2 cos 2 x + ( a 2 − 1 ) sin 2 x 2a\cos^2x = 2\cos^2x + (a^2 - 1)\sin^2x
Da bi važilo za svako
x x :
uz
cos 2 x \cos^2x :
2 a = 2 ⇒ a = 1 2a = 2 \Rightarrow a = 1 ;
uz
sin 2 x \sin^2x :
a 2 = 1 a^2 = 1
✓. Dakle
y 1 = sin x y_1 = \sin x .
Korak 2 — smena
y = sin x + 1 z y = \sin x + \frac1z ,
y ′ = cos x − z ′ z 2 y' = \cos x - \frac{z'}{z^2} .
Posle uvrštavanja i skraćivanja (koristi
sin 2 x + cos 2 x = 1 \sin^2x + \cos^2x = 1 ,
↗
identiteti ):
z ′ + z tan x = − 1 2 cos x — linearna po z z' + z\tan x = -\frac{1}{2\cos x} \quad\text{— linearna po } z
Korak 3 —
z = u v z = uv :
iz
v ′ + v tan x = 0 v' + v\tan x = 0 :
d v v = − tan x d x ⇒ ln | v | = ln | cos x | ⇒ v = cos x \frac{dv}{v} = -\tan x\,dx \Rightarrow \ln|v| = \ln|\cos x| \Rightarrow v = \cos x ;
iz
u ′ cos x = − 1 2 cos x u'\cos x = -\frac{1}{2\cos x} :
u ′ = − 1 2 cos 2 x ⇒ u = − tan x 2 + C u' = -\frac{1}{2\cos^2x} \Rightarrow u = -\frac{\tan x}{2} + C :
z = cos x ( C − tan x 2 ) = C cos x − sin x 2 z = \cos x\Big(C - \frac{\tan x}{2}\Big) = C\cos x - \frac{\sin x}{2}
y = sin x + 1 C cos x − sin x 2 = sin x + 2 C 1 cos x − sin x y = \sin x + \dfrac{1}{C\cos x - \frac{\sin x}{2}} = \sin x + \dfrac{2}{C_1\cos x - \sin x}
Provera koraka 3:
z ′ + z tan x = − C sin x − cos x 2 + C sin x − sin 2 x 2 cos x = − cos 2 x + sin 2 x 2 cos x = − 1 2 cos x z' + z\tan x = -C\sin x - \frac{\cos x}{2} + C\sin x - \frac{\sin^2x}{2\cos x} = -\frac{\cos^2x + \sin^2x}{2\cos x} = -\frac{1}{2\cos x}
✓
Zadatak 1b [5 poena].
y ‴ − 6 y ″ + 12 y ′ − 8 y = 1 + 2 e 2 x \;y''' - 6y'' + 12y' - 8y = 1 + 2e^{2x}
· LDJVR: trostruki koren + rezonanca! — Skripta S1,
§3.1–3.2
Prikaži rešenje
Homogena: KJ
r 3 − 6 r 2 + 12 r − 8 = ( r − 2 ) 3 = 0 r^3 - 6r^2 + 12r - 8 = (r-2)^3 = 0
(kub binoma — zadatak 6 sa 3. vežbi!):
r = 2 r = 2
trostruki:
y h = ( C 1 + C 2 x + C 3 x 2 ) e 2 x y_h = (C_1 + C_2x + C_3x^2)e^{2x}
Superpozicija:
Q = 1 + 2 e 2 x Q = 1 + 2e^{2x}
— dva sabirka.
1°
Q 1 = 1 = e 0 x Q_1 = 1 = e^{0x} :
a = 0 a = 0
nije koren KJ →
y p 1 = A y_{p_1} = A :
uvrsti
(y ′ = y ″ = y ‴ = 0 y' = y'' = y''' = 0 ):
− 8 A = 1 ⇒ A = − 1 8 -8A = 1 \Rightarrow A = -\frac18 .
2°
Q 2 = 2 e 2 x Q_2 = 2e^{2x} :
a = 2 a = 2
JESTE koren KJ višestrukosti
p = 3 p = 3
→ faktor
x 3 x^3 :
y p 2 = B x 3 e 2 x y_{p_2} = Bx^3e^{2x}
Izvodi:
y p 2 ′ = B ( 3 x 2 + 2 x 3 ) e 2 x y_{p_2}' = B(3x^2 + 2x^3)e^{2x} ;
y p 2 ″ = B ( 6 x + 12 x 2 + 4 x 3 ) e 2 x \;y_{p_2}'' = B(6x + 12x^2 + 4x^3)e^{2x} ;
y p 2 ‴ = B ( 6 + 36 x + 36 x 2 + 8 x 3 ) e 2 x \;y_{p_2}''' = B(6 + 36x + 36x^2 + 8x^3)e^{2x} .
Uvrsti — svi članovi sa
x x ,
x 2 x^2 ,
x 3 x^3
se potiru (provera: uz
x x :
36 − 36 = 0 36 - 36 = 0 ;
uz
x 2 x^2 :
36 − 72 + 36 = 0 36 - 72 + 36 = 0 ;
uz
x 3 x^3 :
8 − 24 + 24 − 8 = 0 8 - 24 + 24 - 8 = 0 ):
6 B e 2 x = 2 e 2 x ⇒ B = 1 3 6Be^{2x} = 2e^{2x} \;\Longrightarrow\; B = \frac13
y = ( C 1 + C 2 x + C 3 x 2 ) e 2 x − 1 8 + x 3 3 e 2 x y = (C_1 + C_2x + C_3x^2)e^{2x} - \frac18 + \frac{x^3}{3}e^{2x}
Ovo je NAJTEŽA rezonanca koja se pojavila:
a a
= trostruki koren →
x 3 x^3 .
Ako zaboraviš faktor — sve se poništi i nema rešenja.
Zadatak 2a [3 poena]. Ispitati konvergenciju
∑ n = 1 ∞ 3 n ( n n + 1 ) n 2 \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}3^n\Big(\frac{n}{n+1}\Big)^{n^2}
· Košijev koreni — Skripta S1, §4.2
Prikaži rešenje
Stepen
n 2 n^2
→ koreni kriterijum:
a n n = 3 ( n n + 1 ) n = 3 ( 1 + 1 n ) n → 3 e > 1 \sqrt[n]{a_n} = 3\Big(\frac{n}{n+1}\Big)^n = \frac{3}{\big(1+\frac1n\big)^n} \longrightarrow \frac3e > 1
Red divergira (isti limes
3 e \frac3e
kao na redovnom roku — samo Koši umesto Dalambera!)
Zadatak 2b [4 poena]. Apsolutna i uslovna
konvergencija
∑ n = 1 ∞ ( − 1 ) n ln ( n + 1 ) \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^n}{\ln(n+1)}
· identičan zadatku B.1.b sa 4. vežbi!
Prikaži rešenje
Apsolutna?
ln ( n + 1 ) < n + 1 ⇒ 1 ln ( n + 1 ) > 1 n + 1 \ln(n+1) < n+1 \Rightarrow \frac{1}{\ln(n+1)} > \frac{1}{n+1} ,
a
∑ 1 n + 1 \sum\frac{1}{n+1}
divergira → po 1. poredbenom
∑ 1 ln ( n + 1 ) \sum\frac{1}{\ln(n+1)}
divergira ⇒ nije apsolutna.
Lajbnic:
ln \ln
raste ⇒
a n = 1 ln ( n + 1 ) ↓ a_n = \frac{1}{\ln(n+1)}\downarrow ;
a n → 0 \;a_n \to 0
✓.
Red uslovno konvergira
Zadatak 2v [6 poena]. Interval konvergencije
∑ n = 1 ∞ ( x + 2 ) n n ( n + 1 ) ( n + 2 ) \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(x+2)^n}{n(n+1)(n+2)}
Prikaži rešenje
Poluprečnik:
R = lim | a n a n + 1 | = lim ( n + 1 ) ( n + 2 ) ( n + 3 ) n ( n + 1 ) ( n + 2 ) = lim n + 3 n = 1 R = \lim\Big|\frac{a_n}{a_{n+1}}\Big| = \lim\frac{(n+1)(n+2)(n+3)}{n(n+1)(n+2)} = \lim\frac{n+3}{n} = 1
Konvergira za
| x + 2 | < 1 |x+2| < 1 ,
tj.
− 3 < x < − 1 -3 < x < -1 .
Krajevi:
x = − 1 x = -1 :
∑ 1 n ( n + 1 ) ( n + 2 ) \;\sum\frac{1}{n(n+1)(n+2)}
— poredbeni sa
1 n 3 \frac{1}{n^3}
→ konvergira .
x = − 3 x = -3 :
∑ ( − 1 ) n n ( n + 1 ) ( n + 2 ) \;\sum\frac{(-1)^n}{n(n+1)(n+2)}
— apsolutno konvergira → konvergira .
D = [ − 3 , − 1 ] D = [-3, -1]
Drugi kolokvijum — 12. 6. 2022.
Zadatak 1 [6 poena]. Odrediti uslovne ekstremume
f ( x , y , z ) = x − 2 y + 2 z f(x,y,z) = x - 2y + 2z
uz
x 2 + y 2 + z 2 = 1 x^2+y^2+z^2 = 1
· Lagranž — Skripta S2, §7.3
Prikaži rešenje
F = x − 2 y + 2 z + λ ( x 2 + y 2 + z 2 − 1 ) F = x - 2y + 2z + \lambda(x^2+y^2+z^2-1)
F x = 1 + 2 λ x = 0 , F y = − 2 + 2 λ y = 0 , F z = 2 + 2 λ z = 0 ⇒ x = − 1 2 λ , y = 1 λ , z = − 1 λ F_x = 1 + 2\lambda x = 0, \quad F_y = -2 + 2\lambda y = 0, \quad F_z = 2 + 2\lambda z = 0 \;\Longrightarrow\; x = -\frac{1}{2\lambda},\; y = \frac1\lambda,\; z = -\frac1\lambda
Uvrsti u uslov:
1 4 λ 2 + 1 λ 2 + 1 λ 2 = 1 ⇒ 9 4 λ 2 = 1 ⇒ λ = ± 3 2 \frac{1}{4\lambda^2} + \frac{1}{\lambda^2} + \frac{1}{\lambda^2} = 1 \;\Longrightarrow\; \frac{9}{4\lambda^2} = 1 \;\Longrightarrow\; \lambda = \pm\frac32
λ = 3 2 \lambda = \frac32 :
M 1 ( − 1 3 , 2 3 , − 2 3 ) M_1\big({-\frac13}, \frac23, {-\frac23}\big) ;
d 2 F = 2 λ ( ( d x ) 2 + ( d y ) 2 + ( d z ) 2 ) > 0 \;d^2F = 2\lambda\big((dx)^2+(dy)^2+(dz)^2\big) > 0
→ uslovni minimum ,
f ( M 1 ) = − 1 3 − 4 3 − 4 3 = − 3 f(M_1) = -\frac13 - \frac43 - \frac43 = -3 .
λ = − 3 2 \lambda = -\frac32 :
M 2 ( 1 3 , − 2 3 , 2 3 ) M_2\big(\frac13, {-\frac23}, \frac23\big) ;
d 2 F < 0 \;d^2F < 0
→ uslovni maksimum ,
f ( M 2 ) = 3 f(M_2) = 3 .
f min = − 3 f_{\min} = -3
u
M 1 M_1 ;
f max = 3 \;f_{\max} = 3
u
M 2 M_2
Brza kontrola: linearna funkcija na jediničnoj sferi ima
ekstreme
± ∥ ( 1 , − 2 , 2 ) ∥ = ± 1 + 4 + 4 = ± 3 \pm\|(1,-2,2)\| = \pm\sqrt{1+4+4} = \pm3
✓
Zadatak 2 [6 poena]. Izračunati
∬ D 2 y d x d y \displaystyle\iint_D 2y\,dxdy ,
gde je
D D
ograničena pravama
y = x y = x ,
y = x + 1 y = x+1 ,
x = 0 x = 0 ,
x = 2 x = 2
· dvojni integral — Skripta S2, §8.1
Prikaži rešenje
Oblast je „kosa traka” između dve paralelne prave, odsečena
vertikalama — projekcija na
x x -osu
daje jedan komad:
D = { 0 ≤ x ≤ 2 , x ≤ y ≤ x + 1 } D = \{0 \le x \le 2,\; x \le y \le x+1\}
∬ D 2 y d x d y = ∫ 0 2 d x ∫ x x + 1 2 y d y = ∫ 0 2 y 2 | x x + 1 d x = ∫ 0 2 ( ( x + 1 ) 2 − x 2 ) d x = ∫ 0 2 ( 2 x + 1 ) d x \iint_D 2y\,dxdy = \int_0^2 dx\int_x^{x+1}2y\,dy = \int_0^2 y^2\Big|_x^{x+1}dx = \int_0^2\big((x+1)^2 - x^2\big)dx = \int_0^2(2x+1)\,dx
= ( x 2 + x ) | 0 2 = 4 + 2 = <span class="rezultat"> 6 </span> = \big(x^2 + x\big)\Big|_0^2 = 4 + 2 = \text{<span class="rezultat">$6$</span>}
Poenta zadatka: pravilno opisati oblast (skiciraj!); sam
račun je kratak.
Zadatak 3 [5 poena]. Izračunati
I = ∫ C ( x 2 + y 2 + z 2 ) d s I = \displaystyle\int_C(x^2+y^2+z^2)\,ds ,
gde je
C C :
x = 2 cos t x = 2\cos t ,
y = 2 sin t y = 2\sin t ,
z = 3 t z = 3t ,
t ∈ [ 0 , 2 π ] t\in[0,2\pi]
· krivolinijski 1. vrste (heliks) — Skripta S2, §9.1
Prikaži rešenje
Integrand na krivoj:
x 2 + y 2 = 4 cos 2 t + 4 sin 2 t = 4 x^2 + y^2 = 4\cos^2t + 4\sin^2t = 4 ;
z 2 = 9 t 2 \;z^2 = 9t^2
→ integrand
= 4 + 9 t 2 = 4 + 9t^2 .
Element luka:
x ′ = − 2 sin t x' = -2\sin t ,
y ′ = 2 cos t y' = 2\cos t ,
z ′ = 3 z' = 3 :
d s = 4 sin 2 t + 4 cos 2 t + 9 d t = 13 d t ds = \sqrt{4\sin^2t + 4\cos^2t + 9}\,dt = \sqrt{13}\,dt
I = 13 ∫ 0 2 π ( 4 + 9 t 2 ) d t = 13 ( 4 t + 3 t 3 ) | 0 2 π = 13 ( 8 π + 24 π 3 ) I = \sqrt{13}\int_0^{2\pi}(4 + 9t^2)\,dt = \sqrt{13}\Big(4t + 3t^3\Big)\Big|_0^{2\pi} = \sqrt{13}\,\big(8\pi + 24\pi^3\big)
I = 8 13 π ( 1 + 3 π 2 ) I = 8\sqrt{13}\,\pi\big(1 + 3\pi^2\big)
Tipično za heliks:
d s ds
je konstanta — sva „težina” zadatka je u urednom integraljenju po
t t .
Zadatak 4 [6 poena]. Izračunati
∬ S x 2 z 2 d S \displaystyle\iint_S x^2z^2\,dS ,
gde je
S S
deo konusa
z = x 2 + y 2 z = \sqrt{x^2+y^2}
između ravni
z = a z = a
i
z = b z = b
(0 < a < b 0 < a < b )
· površinski 1. vrste — Skripta S2, §9.3
Prikaži rešenje
Element površi za konus:
p = x x 2 + y 2 p = \frac{x}{\sqrt{x^2+y^2}} ,
q = y x 2 + y 2 q = \frac{y}{\sqrt{x^2+y^2}} ,
pa
1 + p 2 + q 2 = 2 \sqrt{1+p^2+q^2} = \sqrt2
(uvek za ovaj konus!):
d S = 2 d x d y dS = \sqrt2\,dxdy
Projekcija:
a ≤ z = x 2 + y 2 ≤ b a \le z = \sqrt{x^2+y^2} \le b
⇒ prsten
a 2 ≤ x 2 + y 2 ≤ b 2 a^2 \le x^2+y^2 \le b^2 .
Integrand:
z 2 = x 2 + y 2 z^2 = x^2+y^2 ,
pa
x 2 z 2 = x 2 ( x 2 + y 2 ) x^2z^2 = x^2(x^2+y^2) .
Polarne koordinate:
x 2 = ρ 2 cos 2 φ x^2 = \rho^2\cos^2\varphi :
I = 2 ∬ prsten x 2 ( x 2 + y 2 ) d x d y = 2 ∫ 0 2 π cos 2 φ d φ ∫ a b ρ 4 ⋅ ρ d ρ I = \sqrt2\iint_{\text{prsten}}x^2(x^2+y^2)\,dxdy = \sqrt2\int_0^{2\pi}\cos^2\varphi\,d\varphi\int_a^b\rho^4\cdot\rho\,d\rho
= 2 ⋅ π ⋅ ρ 6 6 | a b ( ∫ 0 2 π cos 2 φ d φ = π , <a class="cs" href="cheatsheet.html#trig-identiteti">↗ identiteti</a> ) = \sqrt2\cdot\pi\cdot\frac{\rho^6}{6}\Big|_a^b \qquad\Big(\int_0^{2\pi}\cos^2\varphi\,d\varphi = \pi,\; \text{<a class="cs" href="cheatsheet.html#trig-identiteti">↗ identiteti</a>}\Big)
I = 2 π ( b 6 − a 6 ) 6 I = \dfrac{\sqrt2\,\pi\,(b^6 - a^6)}{6}
Popravni drugog kolokvijuma — 22. 6. 2022.
Zadatak 1 [5 poena]. Uslovni ekstremumi
f ( x , y ) = x 2 + x y + y 2 f(x,y) = x^2 + xy + y^2
uz
x 2 + y 2 = 1 x^2 + y^2 = 1
· Lagranž — Skripta S2, §7.3
Prikaži rešenje
F = x 2 + x y + y 2 + λ ( x 2 + y 2 − 1 ) : F x = ( 2 + 2 λ ) x + y = 0 , F y = x + ( 2 + 2 λ ) y = 0 F = x^2 + xy + y^2 + \lambda(x^2+y^2-1): \qquad F_x = (2+2\lambda)x + y = 0, \quad F_y = x + (2+2\lambda)y = 0
Homogen sistem ima netrivijalno rešenje kad je determinanta nula:
( 2 + 2 λ ) 2 − 1 = 0 ⇒ 2 + 2 λ = ± 1 ⇒ λ = − 1 2 ili λ = − 3 2 (2+2\lambda)^2 - 1 = 0 \;\Longrightarrow\; 2+2\lambda = \pm1 \;\Longrightarrow\; \lambda = -\frac12 \;\text{ili}\; \lambda = -\frac32
λ = − 1 2 \lambda = -\frac12 :
iz
x + y = 0 x + y = 0 :
y = − x y = -x ;
uslov
2 x 2 = 1 2x^2 = 1 :
tačke
( ± 2 2 , ∓ 2 2 ) \big({\pm\frac{\sqrt2}{2}}, {\mp\frac{\sqrt2}{2}}\big) .
Vrednost:
f = x 2 + y 2 ⏟ = 1 + x y = 1 − 1 2 = 1 2 f = \underbrace{x^2+y^2}_{=1} + xy = 1 - \frac12 = \frac12 .
λ = − 3 2 \lambda = -\frac32 :
iz
− x + y = 0 -x + y = 0 :
y = x y = x ;
tačke
( ± 2 2 , ± 2 2 ) \big({\pm\frac{\sqrt2}{2}}, {\pm\frac{\sqrt2}{2}}\big) .
Vrednost:
f = 1 + 1 2 = 3 2 f = 1 + \frac12 = \frac32 .
Klasifikacija
(d 2 F = ( 2 + 2 λ ) ( ( d x ) 2 + ( d y ) 2 ) + 2 d x d y d^2F = (2+2\lambda)\big((dx)^2+(dy)^2\big) + 2\,dx\,dy ,
uz diferenciranu vezu
x d x + y d y = 0 x\,dx + y\,dy = 0 ):
λ = − 1 2 \lambda = -\frac12 :
d 2 F = ( d x + d y ) 2 d^2F = (dx+dy)^2 ;
veza u
( 2 2 , − 2 2 ) \big(\frac{\sqrt2}{2}, -\frac{\sqrt2}{2}\big)
daje
d x = d y dx = dy ,
pa
d 2 F = 4 ( d x ) 2 > 0 d^2F = 4(dx)^2 > 0
→ uslovni minimum ,
f = 1 2 f = \frac12 .
λ = − 3 2 \lambda = -\frac32 :
d 2 F = − ( d x − d y ) 2 d^2F = -(dx-dy)^2 ;
veza u
( 2 2 , 2 2 ) \big(\frac{\sqrt2}{2}, \frac{\sqrt2}{2}\big)
daje
d y = − d x dy = -dx ,
pa
d 2 F = − 4 ( d x ) 2 < 0 d^2F = -4(dx)^2 < 0
→ uslovni maksimum ,
f = 3 2 f = \frac32 .
f min = 1 2 f_{\min} = \frac12
u
( ± 2 2 , ∓ 2 2 ) \big({\pm\frac{\sqrt2}{2}}, {\mp\frac{\sqrt2}{2}}\big) ;
f max = 3 2 \;f_{\max} = \frac32
u
( ± 2 2 , ± 2 2 ) \big({\pm\frac{\sqrt2}{2}}, {\pm\frac{\sqrt2}{2}}\big)
Zamka:
d 2 F d^2F
je ovde semi-definitan sam po sebi — mora se uvrstiti
diferencirana veza (korak koji nosi poene!).
Zadatak 2 [6 poena]. Izračunati zapreminu oblasti
V V
ograničene paraboloidom
z = 2 + x 2 + y 2 z = 2 + x^2 + y^2
i ravni
z = 6 z = 6 ,
pri čemu je
y ≥ 0 y \ge 0
· zapremina — Skripta S2, §8.2
Prikaži rešenje
Presek:
2 + x 2 + y 2 = 6 ⇒ x 2 + y 2 = 4 2 + x^2 + y^2 = 6 \Rightarrow x^2 + y^2 = 4 .
Zbog
y ≥ 0 y \ge 0
projekcija je polukrug poluprečnika 2.
V = ∬ D ( 6 − ( 2 + x 2 + y 2 ) ) d x d y = ∬ D ( 4 − ( x 2 + y 2 ) ) d x d y V = \iint_{D}\big(6 - (2 + x^2 + y^2)\big)\,dxdy = \iint_D\big(4 - (x^2+y^2)\big)\,dxdy
Polarne koordinate — polukrug znači
φ ∈ [ 0 , π ] \varphi \in [0, \pi]
(ne
2 π 2\pi !):
V = ∫ 0 π d φ ∫ 0 2 ( 4 − ρ 2 ) ρ d ρ = π ( 2 ρ 2 − ρ 4 4 ) | 0 2 = π ( 8 − 4 ) V = \int_0^{\pi}d\varphi\int_0^2(4-\rho^2)\,\rho\,d\rho = \pi\Big(2\rho^2 - \frac{\rho^4}{4}\Big)\Big|_0^2 = \pi(8 - 4)
V = 4 π V = 4\pi
Zamka: uslov
y ≥ 0 y \ge 0
prepolovljava telo — ceo krug bi dao
8 π 8\pi .
Zadatak 3 [6 poena]. Izračunati
I = ∮ C ( x + y ) d s I = \displaystyle\oint_C(x+y)\,ds ,
gde je
C C
granica trougla
O ( 0 , 0 ) O(0,0) ,
A ( 1 , 0 ) A(1,0) ,
B ( 0 , 1 ) B(0,1)
· identičan zadatku 2 sa 9. vežbi!
Prikaži rešenje
Tri stranice (orijentacija nebitna za 1. vrstu):
O A ¯ \overline{OA} :
y = 0 y = 0 ,
d s = d x ds = dx :
∫ 0 1 x d x = 1 2 \;\int_0^1x\,dx = \frac12
A B ¯ \overline{AB} :
y = 1 − x y = 1-x ,
y ′ = − 1 y' = -1 ,
d s = 2 d x ds = \sqrt2\,dx ;
integrand
x + ( 1 − x ) = 1 x + (1-x) = 1 :
2 ∫ 0 1 d x = 2 \;\sqrt2\int_0^1dx = \sqrt2
B O ¯ \overline{BO} :
x = 0 x = 0 ,
d s = d y ds = dy :
∫ 0 1 y d y = 1 2 \;\int_0^1y\,dy = \frac12
I = 1 2 + 2 + 1 2 = 1 + 2 I = \frac12 + \sqrt2 + \frac12 = 1 + \sqrt2
Zadatak 4 [6 poena]. Izračunati
I = ∬ S ( 6 x + 4 y + 3 z ) d S I = \displaystyle\iint_S(6x + 4y + 3z)\,dS ,
gde je
S S
deo ravni
x + 2 y + 3 z = 6 x + 2y + 3z = 6
za
x , y , z ≥ 0 x, y, z \ge 0
· površinski 1. vrste — Skripta S2, §9.3
Prikaži rešenje
Površ:
z = 6 − x − 2 y 3 = 2 − x 3 − 2 y 3 z = \frac{6 - x - 2y}{3} = 2 - \frac x3 - \frac{2y}{3} :
p = − 1 3 \;p = -\frac13 ,
q = − 2 3 q = -\frac23 :
d S = 1 + 1 9 + 4 9 d x d y = 14 9 d x d y = 14 3 d x d y dS = \sqrt{1 + \frac19 + \frac49}\,dxdy = \sqrt{\frac{14}{9}}\,dxdy = \frac{\sqrt{14}}{3}\,dxdy
Integrand na ravni — uprosti pre integraljenja
(trik!):
3 z = 6 − x − 2 y 3z = 6 - x - 2y ,
pa
6 x + 4 y + 3 z = 6 x + 4 y + 6 − x − 2 y = 5 x + 2 y + 6 6x + 4y + 3z = 6x + 4y + 6 - x - 2y = 5x + 2y + 6
Projekcija
(z ≥ 0 ⇒ x + 2 y ≤ 6 z \ge 0 \Rightarrow x + 2y \le 6 ;
x , y ≥ 0 x, y \ge 0 ):
trougao sa temenima
( 0 , 0 ) (0,0) ,
( 6 , 0 ) (6,0) ,
( 0 , 3 ) (0,3) :
D = { 0 ≤ x ≤ 6 , 0 ≤ y ≤ 6 − x 2 } \;D = \{0 \le x \le 6,\; 0 \le y \le \frac{6-x}{2}\} .
∬ D ( 5 x + 2 y + 6 ) d x d y = ∫ 0 6 ( 5 x y + y 2 + 6 y ) | 0 6 − x 2 d x = ∫ 0 6 ( 5 x ( 6 − x ) 2 + ( 6 − x ) 2 4 + 3 ( 6 − x ) ) d x \iint_D(5x + 2y + 6)\,dxdy = \int_0^6\Big(5xy + y^2 + 6y\Big)\Big|_0^{\frac{6-x}{2}}dx = \int_0^6\Big(\frac{5x(6-x)}{2} + \frac{(6-x)^2}{4} + 3(6-x)\Big)dx
Tri dela:
5 2 ∫ 0 6 ( 6 x − x 2 ) d x = 5 2 ⋅ 36 = 90 \;\frac52\int_0^6(6x - x^2)dx = \frac52\cdot36 = 90 ;
1 4 ∫ 0 6 ( 6 − x ) 2 d x = 1 4 ⋅ 216 3 = 18 \;\frac14\int_0^6(6-x)^2dx = \frac14\cdot\frac{216}{3} = 18 ;
3 ∫ 0 6 ( 6 − x ) d x = 3 ⋅ 18 = 54 \;3\int_0^6(6-x)dx = 3\cdot18 = 54 .
Zbir:
162 162 .
I = 14 3 ⋅ 162 I = \frac{\sqrt{14}}{3}\cdot162
I = 54 14 I = 54\sqrt{14}
Prvi kolokvijum — 26. 4. 2023.
Zadatak 1a [5 poena].
y ′ 2 + ( x − 2 ) y ′ − y + 1 = 0 \;y'^2 + (x-2)y' - y + 1 = 0
· prerušena Klerova!
Prikaži rešenje
Trik: izrazi
y y
i grupiši uz
x x :
y = y ′ 2 + ( x − 2 ) y ′ + 1 = x y ′ + ( y ′ 2 − 2 y ′ + 1 ) = x y ′ + ( y ′ − 1 ) 2 y = y'^2 + (x-2)y' + 1 = xy' + \big(y'^2 - 2y' + 1\big) = xy' + (y'-1)^2
— Klerova sa
φ ( p ) = ( p − 1 ) 2 \varphi(p) = (p-1)^2 !
Opšte
(y ′ → C y' \to C ):
y = C x + ( C − 1 ) 2 y = Cx + (C-1)^2
Singularno:
x = − φ ′ ( p ) = − 2 ( p − 1 ) ⇒ p = 1 − x 2 x = -\varphi'(p) = -2(p-1) \Rightarrow p = 1 - \frac x2 ;
y = x p + ( p − 1 ) 2 = x ( 1 − x 2 ) + x 2 4 \;y = xp + (p-1)^2 = x\big(1-\frac x2\big) + \frac{x^2}{4} :
y = x − x 2 4 y = x - \dfrac{x^2}{4}
(provera uvrštavanjem: ✓)
Zadatak 1b [5 poena].
y ″ − 2 y ′ + y = 4 e x + 2 sin x \;y'' - 2y' + y = 4e^x + 2\sin x
· dvostruki koren + rezonanca sa
x 2 x^2 !
Prikaži rešenje
Homogena: KJ
( r − 1 ) 2 = 0 ⇒ r = 1 (r-1)^2 = 0 \Rightarrow r = 1
dvostruki:
y h = ( C 1 + C 2 x ) e x y_h = (C_1 + C_2x)e^x .
1°
Q 1 = 4 e x Q_1 = 4e^x :
a = 1 a = 1
je koren višestrukosti 2 → faktor
x 2 x^2 :
y p 1 = A x 2 e x y_{p_1} = Ax^2e^x .
Uvrsti
(y p 1 ″ = A ( 2 + 4 x + x 2 ) e x y_{p_1}'' = A(2 + 4x + x^2)e^x ,
y p 1 ′ = A ( 2 x + x 2 ) e x y_{p_1}' = A(2x+x^2)e^x ):
A e x [ ( 2 + 4 x + x 2 ) − 2 ( 2 x + x 2 ) + x 2 ] = 2 A e x = 4 e x ⇒ A = 2 A e^x\big[(2+4x+x^2) - 2(2x+x^2) + x^2\big] = 2Ae^x = 4e^x \;\Longrightarrow\; A = 2
2°
Q 2 = 2 sin x Q_2 = 2\sin x :
i i
nije koren →
y p 2 = B cos x + D sin x y_{p_2} = B\cos x + D\sin x ;
uvrštavanjem: uz
cos \cos :
− 2 D = 0 -2D = 0 …
pažljivo:
( − B cos − D sin ) − 2 ( − B sin + D cos ) + ( B cos + D sin ) = − 2 D cos x + 2 B sin x = 2 sin x (-B\cos - D\sin) - 2(-B\sin + D\cos) + (B\cos + D\sin) = -2D\cos x + 2B\sin x = 2\sin x
D = 0 D = 0 ,
B = 1 B = 1 :
y p 2 = cos x y_{p_2} = \cos x .
y = ( C 1 + C 2 x ) e x + 2 x 2 e x + cos x y = (C_1 + C_2x)e^x + 2x^2e^x + \cos x
Zadatak 2a [5 poena]. Konvergencija
∑ n = 2 ∞ 1 n ln 2 n \displaystyle\sum_{n=2}^{\infty}\frac{1}{n\ln^2 n}
· identičan zadatku A.5 sa vežbi!
Prikaži rešenje
Integralni kriterijum, smena
t = ln x t = \ln x :
∫ 2 ∞ d x x ln 2 x = ∫ ln 2 ∞ d t t 2 = 1 ln 2 < ∞ \;\int_2^{\infty}\frac{dx}{x\ln^2x} = \int_{\ln2}^{\infty}\frac{dt}{t^2} = \frac{1}{\ln 2} < \infty .
Red konvergira
Zadatak 2b [4 poena]. Apsolutna/uslovna
konvergencija
∑ n = 1 ∞ ( − 1 ) n + 1 2 n + 1 n ( n + 1 ) \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}(-1)^{n+1}\frac{2n+1}{n(n+1)}
· identičan zadatku B.1.a sa vežbi!
Prikaži rešenje
Apsolutni red
∼ 2 n \sim \frac2n
(2. poredbeni sa
1 n \frac1n ,
ℓ = 2 \ell = 2 )
→ divergira. Lajbnic:
a n + 1 − a n = − 2 n ( n + 2 ) < 0 a_{n+1} - a_n = -\frac{2}{n(n+2)} < 0
i
a n → 0 a_n\to0
✓.
Uslovno konvergira
Zadatak 2v [4 poena]. Interval konvergencije
∑ n = 1 ∞ ( − 1 ) n x 2 n ( 2 n ) ! \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}(-1)^n\frac{x^{2n}}{(2n)!}
· pazi: stepeni
x 2 n x^{2n} !
Prikaži rešenje
Zbog
x 2 n x^{2n}
radi direktno Dalamberom na ceo član:
lim | x 2 n + 2 / ( 2 n + 2 ) ! x 2 n / ( 2 n ) ! | = lim x 2 ( 2 n + 1 ) ( 2 n + 2 ) = 0 < 1 za svako x \lim\Big|\frac{x^{2n+2}/(2n+2)!}{x^{2n}/(2n)!}\Big| = \lim\frac{x^2}{(2n+1)(2n+2)} = 0 < 1 \quad\text{za svako } x
D = ( − ∞ , + ∞ ) = ℝ D = (-\infty, +\infty) = \mathbb{R}
(ovo je red za
cos x − 1 \cos x - 1
— konvergira svuda!)
Drugi kolokvijum — 6. 6. 2023.
Zadatak 1 [6 poena]. Uslovni ekstremumi
f ( x , y ) = 6 − 4 x − 3 y f(x,y) = 6 - 4x - 3y
uz
x 2 + y 2 = 1 x^2+y^2 = 1
Prikaži rešenje
F = 6 − 4 x − 3 y + λ ( x 2 + y 2 − 1 ) F = 6 - 4x - 3y + \lambda(x^2+y^2-1) :
iz
F x = − 4 + 2 λ x = 0 F_x = -4 + 2\lambda x = 0 ,
F y = − 3 + 2 λ y = 0 F_y = -3 + 2\lambda y = 0 :
x = 2 λ x = \frac{2}{\lambda} ,
y = 3 2 λ y = \frac{3}{2\lambda} .
Uslov:
4 λ 2 + 9 4 λ 2 = 1 ⇒ 25 4 λ 2 = 1 ⇒ λ = ± 5 2 \frac{4}{\lambda^2} + \frac{9}{4\lambda^2} = 1 \Rightarrow \frac{25}{4\lambda^2} = 1 \Rightarrow \lambda = \pm\frac52 .
λ = 5 2 \lambda = \frac52 :
M 1 ( 4 5 , 3 5 ) M_1\big(\frac45, \frac35\big) ,
d 2 F = 2 λ ( … ) > 0 d^2F = 2\lambda(\ldots) > 0
→ min ,
f = 6 − 16 5 − 9 5 = 1 f = 6 - \frac{16}{5} - \frac95 = 1 .
λ = − 5 2 \lambda = -\frac52 :
M 2 ( − 4 5 , − 3 5 ) M_2\big({-\frac45}, {-\frac35}\big)
→ max ,
f = 11 f = 11 .
f min = 1 f_{\min} = 1 ,
f max = 11 f_{\max} = 11
(kontrola:
6 ∓ ∥ ( − 4 , − 3 ) ∥ = 6 ∓ 5 6 \mp \|(-4,-3)\| = 6\mp5
✓)
Zadatak 2 [6 poena].
∬ D x y 2 d x d y \displaystyle\iint_D xy^2\,dxdy ;
D D
između parabole
y 2 = 2 x y^2 = 2x
i prave
x = 1 2 x = \frac12
Prikaži rešenje
Presek:
y 2 = 1 ⇒ y = ± 1 y^2 = 1 \Rightarrow y = \pm1 .
Projekcija na
y y -osu
(parabola sleva? ne — parabola je leva granica
x = y 2 2 x = \frac{y^2}{2} ,
prava desna):
D = { − 1 ≤ y ≤ 1 , y 2 2 ≤ x ≤ 1 2 } D = \Big\{{-1} \le y \le 1,\; \frac{y^2}{2} \le x \le \frac12\Big\}
∬ = ∫ − 1 1 y 2 d y ∫ y 2 / 2 1 / 2 x d x = ∫ − 1 1 y 2 ⋅ x 2 2 | y 2 / 2 1 / 2 d y = 1 8 ∫ − 1 1 ( y 2 − y 6 ) d y = 1 8 ⋅ 2 ( 1 3 − 1 7 ) = 1 4 ⋅ 4 21 \iint = \int_{-1}^1 y^2\,dy\int_{y^2/2}^{1/2}x\,dx = \int_{-1}^1y^2\cdot\frac{x^2}{2}\Big|_{y^2/2}^{1/2}dy = \frac18\int_{-1}^1\big(y^2 - y^6\big)dy = \frac18\cdot2\Big(\frac13 - \frac17\Big) = \frac14\cdot\frac{4}{21}
1 21 \dfrac{1}{21}
(parnost:
2 ∫ 0 1 2\int_0^1 !)
Zadatak 3 [5 poena].
I = ∫ C ( x − 2 y 2 ) d s I = \displaystyle\int_C(x - 2y^2)\,ds ;
C C :
deo prave
y = − 1 − x y = -1-x
od
A ( − 1 , 0 ) A(-1,0)
do
B ( 0 , − 1 ) B(0,-1)
Prikaži rešenje
Parametrizacija:
x = t x = t ,
y = − 1 − t y = -1-t ,
t ∈ [ − 1 , 0 ] t\in[-1, 0] ;
y ′ = − 1 ⇒ d s = 2 d t y' = -1 \Rightarrow ds = \sqrt2\,dt .
I = 2 ∫ − 1 0 ( t − 2 ( 1 + t ) 2 ) d t = 2 [ t 2 2 | − 1 0 ⋅ … ] = 2 ( − 1 2 − 2 3 ) I = \sqrt2\int_{-1}^0\big(t - 2(1+t)^2\big)dt = \sqrt2\Big[\frac{t^2}{2}\Big|_{-1}^0\cdot\ldots\Big] = \sqrt2\Big({-\frac12} - \frac23\Big)
(∫ − 1 0 t d t = − 1 2 \int_{-1}^0t\,dt = -\frac12 ;
∫ − 1 0 2 ( 1 + t ) 2 d t = 2 3 ( 1 + t ) 3 | − 1 0 ⋅ … = 2 3 \int_{-1}^0 2(1+t)^2dt = \frac23(1+t)^3\big|_{-1}^0\cdot\ldots = \frac23 )
I = − 7 2 6 I = -\dfrac{7\sqrt2}{6}
(može biti negativan — integrand menja znak,
d s > 0 ds > 0 !)
Zadatak 4 [6 poena].
∬ S y ( x + z 2 ) d S \displaystyle\iint_S y(x+z^2)\,dS ;
S S :
deo konusa
z = − x 2 + y 2 z = -\sqrt{x^2+y^2}
unutar cilindra
x 2 + y 2 = 2 y x^2+y^2 = 2y
Prikaži rešenje
Donji konus — ali
d S dS
je isti:
p = − x x 2 + y 2 p = \frac{-x}{\sqrt{x^2+y^2}} ,
q = − y x 2 + y 2 q = \frac{-y}{\sqrt{x^2+y^2}} ,
1 + p 2 + q 2 = 2 \sqrt{1+p^2+q^2} = \sqrt2 ,
i
z 2 = x 2 + y 2 z^2 = x^2+y^2 .
Projekcija:
x 2 + y 2 ≤ 2 y ⇔ x 2 + ( y − 1 ) 2 ≤ 1 x^2+y^2 \le 2y \iff x^2 + (y-1)^2 \le 1
— krug centra
( 0 , 1 ) (0,1) ;
u polarnim
ρ ≤ 2 sin φ \rho \le 2\sin\varphi ,
φ ∈ [ 0 , π ] \varphi\in[0,\pi] .
I = 2 ∬ D y ( x + x 2 + y 2 ) d x d y = 2 [ ∬ D x y ⏟ = 0 (simetrija po x ) + ∬ D y ( x 2 + y 2 ) ] I = \sqrt2\iint_D y\big(x + x^2+y^2\big)dxdy = \sqrt2\Big[\underbrace{\iint_D xy}_{=0\ \text{(simetrija po }x)} + \iint_D y(x^2+y^2)\Big]
∬ D y ( x 2 + y 2 ) = ∫ 0 π ∫ 0 2 sin φ ρ sin φ ⋅ ρ 2 ⋅ ρ d ρ d φ = ∫ 0 π sin φ ⋅ ( 2 sin φ ) 4 4 . . . w a i t — d φ = 4 ∫ 0 π sin 5 φ d φ = 4 ⋅ 16 15 \iint_D y(x^2+y^2) = \int_0^{\pi}\!\!\int_0^{2\sin\varphi}\rho\sin\varphi\cdot\rho^2\cdot\rho\,d\rho\,d\varphi = \int_0^{\pi}\sin\varphi\cdot\frac{(2\sin\varphi)^4}{4}\,... wait — d\varphi = 4\int_0^{\pi}\sin^5\varphi\,d\varphi = 4\cdot\frac{16}{15}
(∫ 0 π sin 5 = 2 ⋅ 8 15 \int_0^{\pi}\sin^5 = 2\cdot\frac{8}{15}
— Valisove formule)
I = 64 2 15 I = \dfrac{64\sqrt2}{15}
Rok 22. 10. 2025. — oba dela (najnoviji format!)
Prvi deo
Zadatak 1a [5 poena]. Odrediti opšte i singularno
rešenje:
y = x y ′ − ( y ′ ) 3 3 \;y = xy' - \dfrac{(y')^3}{3}
Prikaži rešenje
Klerova sa
φ ( p ) = − p 3 3 \varphi(p) = -\frac{p^3}{3} .
Opšte: y = C x − C 3 3 y = Cx - \dfrac{C^3}{3}
Singularno:
x = − φ ′ ( p ) = p 2 x = -\varphi'(p) = p^2 ;
y = x p − p 3 3 = p 3 − p 3 3 = 2 p 3 3 \;y = xp - \frac{p^3}{3} = p^3 - \frac{p^3}{3} = \frac{2p^3}{3} .
Eliminacija
(p = ± x p = \pm\sqrt x ):
y = ± 2 3 x 3 / 2 y = \pm\dfrac23x^{3/2} ,
tj.
9 y 2 = 4 x 3 9y^2 = 4x^3
(provera za
y = 2 3 x 3 / 2 y = \frac23x^{3/2} :
y ′ = x y' = \sqrt x ,
x y ′ − x 3 / 2 3 = 2 3 x 3 / 2 xy' - \frac{x^{3/2}}{3} = \frac23x^{3/2}
✓)
Zadatak 1b [5 poena].
y ″ − 2 y ′ − 3 y = 25 x 2 e 4 x \;y'' - 2y' - 3y = 25x^2e^{4x}
Prikaži rešenje
KJ:
r 2 − 2 r − 3 = ( r − 3 ) ( r + 1 ) = 0 r^2 - 2r - 3 = (r-3)(r+1) = 0 :
y h = C 1 e 3 x + C 2 e − x y_h = C_1e^{3x} + C_2e^{-x} .
a = 4 a = 4
nije koren →
y p = ( A x 2 + B x + C ) e 4 x y_p = (Ax^2+Bx+C)e^{4x} .
Za
y = P e 4 x y = Pe^{4x} :
y ″ − 2 y ′ − 3 y = [ P ″ + 6 P ′ + 5 P ] e 4 x y''-2y'-3y = \big[P'' + 6P' + 5P\big]e^{4x} :
5 A x 2 + ( 12 A + 5 B ) x + ( 2 A + 6 B + 5 C ) = 25 x 2 ⇒ A = 5 , B = − 12 , C = 62 5 5Ax^2 + (12A + 5B)x + (2A + 6B + 5C) = 25x^2 \;\Longrightarrow\; A = 5,\; B = -12,\; C = \frac{62}{5}
y = C 1 e 3 x + C 2 e − x + ( 5 x 2 − 12 x + 62 5 ) e 4 x y = C_1e^{3x} + C_2e^{-x} + \Big(5x^2 - 12x + \dfrac{62}{5}\Big)e^{4x}
Zadatak 2a [3 poena]. Apsolutna/uslovna
konvergencija
∑ n = 1 ∞ ( − 1 ) n n 2 + 1 ( n + 1 ) 4 \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}(-1)^n\frac{n^2+1}{(n+1)^4}
Prikaži rešenje
Apsolutni red:
n 2 + 1 ( n + 1 ) 4 ∼ 1 n 2 \frac{n^2+1}{(n+1)^4} \sim \frac{1}{n^2} ;
2. poredbeni sa
1 n 2 \frac{1}{n^2} :
ℓ = 1 \ell = 1 ,
a
∑ 1 n 2 \sum\frac{1}{n^2}
konvergira.
Apsolutno konvergira (pa Lajbnic nije
ni potreban!)
Zadatak 2b [4 poena]. Uniformna konvergencija
∑ n = 1 ∞ ( sin x cos x ) n n + 3 n \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(\sin x\cos x)^n}{n + 3^n} ,
x ∈ ℝ x\in\mathbb{R}
Prikaži rešenje
| sin x cos x | = | sin 2 x | 2 ≤ 1 2 |\sin x\cos x| = \frac{|\sin 2x|}{2} \le \frac12
i
n + 3 n ≥ 3 n n + 3^n \ge 3^n :
| f n ( x ) | ≤ ( 1 / 2 ) n 3 n = 1 6 n |f_n(x)| \le \frac{(1/2)^n}{3^n} = \frac{1}{6^n}
∑ 1 6 n \sum\frac{1}{6^n}
je konvergentan geometrijski red → po Vajerštrasu :
red uniformno konvergira na
ℝ \mathbb{R}
Zadatak 2v [6 poena]. Interval konvergencije
∑ n = 1 ∞ 3 n x n 2 n 2 + 2 \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{3^nx^n}{2n^2+2}
Prikaži rešenje
R = lim | a n a n + 1 | = lim 3 n ( 2 ( n + 1 ) 2 + 2 ) 3 n + 1 ( 2 n 2 + 2 ) = 1 3 R = \lim\Big|\frac{a_n}{a_{n+1}}\Big| = \lim\frac{3^n\big(2(n+1)^2+2\big)}{3^{n+1}(2n^2+2)} = \frac13
Konvergira za
− 1 3 < x < 1 3 -\frac13 < x < \frac13 .
Krajevi:
x = ± 1 3 x = \pm\frac13
daju
∑ ( ± 1 ) n 2 n 2 + 2 \sum\frac{(\pm1)^n}{2n^2+2}
— apsolutno konvergira (poredbeni sa
1 n 2 \frac{1}{n^2} ).
D = [ − 1 3 , 1 3 ] D = \Big[-\dfrac13, \dfrac13\Big]
Drugi deo
Zadatak 1 [6 poena]. Uslovni ekstremumi
f = x 2 + x y + y 2 f = x^2+xy+y^2
uz
x 2 + y 2 = 1 x^2+y^2 = 1
· identičan popravnom drugog 21/22 (K4, zadatak
1)!
Prikaži rešenje
Isto rešenje kao K4 zadatak 1 :
λ = − 1 2 \lambda = -\frac12
daje minimum
f = 1 2 f = \frac12
u
( ± 2 2 , ∓ 2 2 ) \big({\pm\frac{\sqrt2}{2}}, {\mp\frac{\sqrt2}{2}}\big) ;
λ = − 3 2 \lambda = -\frac32
maksimum
f = 3 2 f = \frac32
u
( ± 2 2 , ± 2 2 ) \big({\pm\frac{\sqrt2}{2}}, {\pm\frac{\sqrt2}{2}}\big) .
f min = 1 2 f_{\min} = \frac12 ,
f max = 3 2 f_{\max} = \frac32
Zadatak 2 [6 poena].
∭ V x y z d x d y d z \displaystyle\iiint_V xyz\,dxdydz ;
V V :
x , y , z ≥ 0 x,y,z \ge 0 ,
x 2 + y 2 + z 2 ≤ 1 x^2+y^2+z^2 \le 1
(osmina lopte)
Prikaži rešenje
Sferne koordinate; prvi oktant:
φ ∈ [ 0 , π 2 ] \varphi\in[0,\frac{\pi}{2}] ,
θ ∈ [ 0 , π 2 ] \theta\in[0,\frac{\pi}{2}] ,
ρ ∈ [ 0 , 1 ] \rho\in[0,1] :
x y z ⋅ ρ 2 sin θ = ρ 5 cos φ sin φ sin 3 θ cos θ xyz\cdot\rho^2\sin\theta = \rho^5\cos\varphi\sin\varphi\,\sin^3\theta\cos\theta
I = ∫ 0 1 ρ 5 d ρ ⏟ 1 / 6 ⋅ ∫ 0 π / 2 sin φ cos φ d φ ⏟ 1 / 2 ⋅ ∫ 0 π / 2 sin 3 θ cos θ d θ ⏟ 1 / 4 I = \underbrace{\int_0^1\rho^5d\rho}_{1/6}\cdot\underbrace{\int_0^{\pi/2}\sin\varphi\cos\varphi\,d\varphi}_{1/2}\cdot\underbrace{\int_0^{\pi/2}\sin^3\theta\cos\theta\,d\theta}_{1/4}
I = 1 48 I = \dfrac{1}{48}
Zadatak 3 [5 poena].
∫ C x y z d s \displaystyle\int_C xyz\,ds ;
C C :
x = t x = t ,
y = 8 t 3 3 y = \dfrac{\sqrt{8t^3}}{3} ,
z = t 2 2 z = \dfrac{t^2}{2} ,
od
A ( 0 , 0 , 0 ) A(0,0,0)
do
B ( 1 , 2 2 3 , 1 2 ) B\big(1, \frac{2\sqrt2}{3}, \frac12\big)
Prikaži rešenje
y = 2 2 3 t 3 / 2 y = \frac{2\sqrt2}{3}t^{3/2}
→
y ′ = 2 t 1 / 2 y' = \sqrt2\,t^{1/2} ,
x ′ = 1 x' = 1 ,
z ′ = t z' = t ;
ključno — potkorena veličina je potpun kvadrat :
d s = 1 + 2 t + t 2 d t = ( 1 + t ) d t ds = \sqrt{1 + 2t + t^2}\,dt = (1+t)\,dt
Integrand:
x y z = t ⋅ 2 2 3 t 3 / 2 ⋅ t 2 2 = 2 3 t 9 / 2 xyz = t\cdot\frac{2\sqrt2}{3}t^{3/2}\cdot\frac{t^2}{2} = \frac{\sqrt2}{3}t^{9/2} ;
granice
t : 0 → 1 t: 0 \to 1
(u
t = 1 t=1
je tačno
B B
✓):
I = 2 3 ∫ 0 1 t 9 / 2 ( 1 + t ) d t = 2 3 ( 2 11 + 2 13 ) = 2 3 ⋅ 48 143 I = \frac{\sqrt2}{3}\int_0^1t^{9/2}(1+t)\,dt = \frac{\sqrt2}{3}\Big(\frac{2}{11} + \frac{2}{13}\Big) = \frac{\sqrt2}{3}\cdot\frac{48}{143}
I = 16 2 143 I = \dfrac{16\sqrt2}{143}
Zadatak 4 [6 poena].
∬ S x 2 z 2 d S \displaystyle\iint_S x^2z^2\,dS ;
konus
z = x 2 + y 2 z = \sqrt{x^2+y^2}
između
z = a z = a
i
z = b z = b
· identičan K3, zadatak 4!
Prikaži rešenje
Isto kao K3 zadatak 4 :
d S = 2 d x d y dS = \sqrt2\,dxdy ,
projekcija prsten
a 2 ≤ x 2 + y 2 ≤ b 2 a^2 \le x^2+y^2 \le b^2 ,
x 2 z 2 = ρ 4 cos 2 φ x^2z^2 = \rho^4\cos^2\varphi :
I = 2 π ( b 6 − a 6 ) 6 I = \dfrac{\sqrt2\,\pi(b^6 - a^6)}{6}
Prvi kolokvijum — 23. 11. 2018. (stariji format)
Stariji format: 3 zadatka, uključuje i Furijeov red. Zadatak 1a
je najteži Lagranž koji se pojavio — dobra „gornja granica”
težine.
Zadatak 1a.
y = x y ′ + 2 x 1 + y ′ 2 \;y = xy' + 2x\sqrt{1 + y'^2}
· Lagranžova (zbog
2 x 2x
NIJE Klerova!)
Prikaži rešenje
y = x ( p + 2 1 + p 2 ) ⏟ f ( p ) y = x\underbrace{\big(p + 2\sqrt{1+p^2}\big)}_{f(p)}
— Lagranžova sa
φ = 0 \varphi = 0 .
Diferenciraj po
x x :
p = f ( p ) + x f ′ ( p ) d p d x ⇒ − 2 1 + p 2 = x ( 1 + 2 p 1 + p 2 ) d p d x p = f(p) + xf'(p)\frac{dp}{dx} \;\Longrightarrow\; -2\sqrt{1+p^2} = x\Big(1 + \frac{2p}{\sqrt{1+p^2}}\Big)\frac{dp}{dx}
Razdvoji
(x ( p ) x(p) ):
d x x = − [ 1 2 1 + p 2 + p 1 + p 2 ] d p ⇒ ln | x | = − 1 2 ln ( p + 1 + p 2 ) − 1 2 ln ( 1 + p 2 ) + ln c \frac{dx}{x} = -\Big[\frac{1}{2\sqrt{1+p^2}} + \frac{p}{1+p^2}\Big]dp \;\Longrightarrow\; \ln|x| = -\frac12\ln\big(p+\sqrt{1+p^2}\big) - \frac12\ln(1+p^2) + \ln c
(∫ d p 1 + p 2 = ln ( p + 1 + p 2 ) \int\frac{dp}{\sqrt{1+p^2}} = \ln(p+\sqrt{1+p^2})
— tablični!)
x = c ( p + 1 + p 2 ) ( 1 + p 2 ) , y = x ( p + 2 1 + p 2 ) x = \dfrac{c}{\sqrt{\big(p+\sqrt{1+p^2}\,\big)(1+p^2)}}, \qquad y = x\big(p + 2\sqrt{1+p^2}\big)
(parametarski)
Zadatak 1b.
y ″ + y ′ − 2 y = ( x 2 − 1 ) e 2 x + cos 2 x \;y'' + y' - 2y = (x^2-1)e^{2x} + \cos 2x
Prikaži rešenje
KJ:
r 2 + r − 2 = ( r − 1 ) ( r + 2 ) r^2 + r - 2 = (r-1)(r+2) :
y h = C 1 e x + C 2 e − 2 x y_h = C_1e^x + C_2e^{-2x} .
1°
( x 2 − 1 ) e 2 x (x^2-1)e^{2x} :
a = 2 a = 2
nije koren →
y p 1 = ( A x 2 + B x + C ) e 2 x y_{p_1} = (Ax^2+Bx+C)e^{2x} ;
za
y = P e 2 x y = Pe^{2x} :
L ( y ) = [ P ″ + 5 P ′ + 4 P ] e 2 x L(y) = [P'' + 5P' + 4P]e^{2x} :
4 A = 1 , 10 A + 4 B = 0 , 2 A + 5 B + 4 C = − 1 ⇒ A = 1 4 , B = − 5 8 , C = 13 32 4A = 1,\quad 10A + 4B = 0,\quad 2A + 5B + 4C = -1 \;\Longrightarrow\; A = \frac14,\; B = -\frac58,\; C = \frac{13}{32}
2°
cos 2 x \cos 2x :
2 i 2i
nije koren →
y p 2 = D cos 2 x + E sin 2 x y_{p_2} = D\cos2x + E\sin2x :
sistem
− 6 D + 2 E = 1 -6D + 2E = 1 ,
− 2 D − 6 E = 0 -2D - 6E = 0
→
D = − 3 20 D = -\frac{3}{20} ,
E = 1 20 E = \frac{1}{20} .
y = C 1 e x + C 2 e − 2 x + ( x 2 4 − 5 x 8 + 13 32 ) e 2 x − 3 20 cos 2 x + 1 20 sin 2 x y = C_1e^x + C_2e^{-2x} + \Big(\frac{x^2}{4} - \frac{5x}{8} + \frac{13}{32}\Big)e^{2x} - \frac{3}{20}\cos2x + \frac{1}{20}\sin2x
(Na fotografiji roka rukom su dopisani upravo
13 32 \frac{13}{32} ,
− 3 20 -\frac{3}{20} ,
1 20 \frac{1}{20}
— poklapanje ✓)
Zadatak 2a. Konvergencija
∑ n = 1 ∞ 3 n ⋅ n ! n n \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{3^n\cdot n!}{n^n}
· treći put isti red (i 2022!)
Prikaži rešenje
Dalamber →
ℓ = 3 e > 1 \ell = \frac{3}{e} > 1
→ divergira (ceo račun u K1,
zadatak 2a )
Zadatak 2b. Apsolutna/uslovna konvergencija
∑ n = 1 ∞ ( − 1 ) n + 1 1 − cos 1 n \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}(-1)^{n+1}\sqrt{1 - \cos\frac1n}
Prikaži rešenje
Identitet poluugla:
1 − cos 1 n = 2 sin 2 1 2 n 1 - \cos\frac1n = 2\sin^2\frac{1}{2n} ,
pa
a n = 2 sin 1 2 n ∼ 2 2 n = 1 2 n a_n = \sqrt2\,\sin\frac{1}{2n} \sim \frac{\sqrt2}{2n} = \frac{1}{\sqrt2\,n} .
Apsolutni: 2. poredbeni sa
1 n \frac1n
(ℓ = 1 2 \ell = \frac{1}{\sqrt2} )
→ divergira. Lajbnic:
sin 1 2 n \sin\frac{1}{2n}
opada i teži 0 ✓.
Uslovno konvergira
Zadatak 3.
f ( x ) = { x , 0 ≤ x ≤ 1 2 − x , 1 < x ≤ 2 f(x) = \begin{cases}x, & 0\le x\le 1\\ 2-x, & 1 < x\le 2\end{cases}
razviti u Furijeov red po sinusima · identičan zadatku F4 sa
5. vežbi!
Prikaži rešenje
Neparno produženje,
ℓ = 2 \ell = 2 :
b n = ∫ 0 1 x sin n π x 2 d x + ∫ 1 2 ( 2 − x ) sin n π x 2 d x = 8 n 2 π 2 sin n π 2 b_n = \int_0^1x\sin\frac{n\pi x}{2}dx + \int_1^2(2-x)\sin\frac{n\pi x}{2}dx = \frac{8}{n^2\pi^2}\sin\frac{n\pi}{2} ;
preživljavaju neparni:
f ( x ) = 8 π 2 ∑ n = 1 ∞ ( − 1 ) n − 1 ( 2 n − 1 ) 2 sin ( 2 n − 1 ) π x 2 f(x) = \dfrac{8}{\pi^2}\sum\limits_{n=1}^{\infty}\dfrac{(-1)^{n-1}}{(2n-1)^2}\sin\dfrac{(2n-1)\pi x}{2}
Popravni kolokvijum — 17. 6. 2020. (oba dela)
Prvi deo
Zadatak 1 [5 poena].
y ″ − 4 y ′ + 3 y = e 3 x + sin 3 x \;y'' - 4y' + 3y = e^{3x} + \sin 3x
Prikaži rešenje
KJ:
( r − 1 ) ( r − 3 ) = 0 (r-1)(r-3) = 0 :
y h = C 1 e x + C 2 e 3 x y_h = C_1e^x + C_2e^{3x} .
1°
e 3 x e^{3x} :
a = 3 a = 3
jeste koren
(p = 1 p=1 )
→
y p 1 = A x e 3 x y_{p_1} = Axe^{3x} :
uvrštavanjem
2 A e 3 x = e 3 x ⇒ A = 1 2 2Ae^{3x} = e^{3x} \Rightarrow A = \frac12 .
2°
sin 3 x \sin 3x :
3 i 3i
nije koren →
y p 2 = B cos 3 x + D sin 3 x y_{p_2} = B\cos3x + D\sin3x :
sistem
− 6 B − 12 D = 0 -6B - 12D = 0 ,
12 B − 6 D = 1 12B - 6D = 1
→
B = 1 15 B = \frac{1}{15} ,
D = − 1 30 D = -\frac{1}{30} .
y = C 1 e x + C 2 e 3 x + x 2 e 3 x + 1 15 cos 3 x − 1 30 sin 3 x y = C_1e^x + C_2e^{3x} + \frac{x}{2}e^{3x} + \frac{1}{15}\cos3x - \frac{1}{30}\sin3x
Zadatak 2a [3 poena]. Konvergencija
∑ n = 1 ∞ 2 n 2 n − 1 \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{2^n}{2n-1}
· zamka!
Prikaži rešenje
Potreban uslov:
a n = 2 n 2 n − 1 → + ∞ ≠ 0 a_n = \frac{2^n}{2n-1} \to +\infty \neq 0
(eksponencijalna pobeđuje linearnu).
Red divergira — bez ijednog
kriterijuma, samo potreban uslov!
Zadatak 2b [3 poena]. Apsolutna/uslovna
konvergencija
∑ n = 1 ∞ ( − 1 ) n n 2 + 1 + n \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^n}{\sqrt{n^2+1}+n}
Prikaži rešenje
a n = 1 n 2 + 1 + n ∼ 1 2 n a_n = \frac{1}{\sqrt{n^2+1}+n} \sim \frac{1}{2n} :
apsolutni divergira (2. poredbeni sa
1 n \frac1n ,
ℓ = 1 2 \ell = \frac12 ).
Lajbnic: imenilac raste →
a n ↓ 0 a_n\downarrow0
✓.
Uslovno konvergira
Zadatak 3 [6 poena]. Interval konvergencije
∑ n = 1 ∞ ( − 1 ) n ( x + 3 ) n 2 n ⋅ n \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^n(x+3)^n}{2^n\cdot n}
Prikaži rešenje
R = lim 2 n + 1 ( n + 1 ) 2 n n = 2 R = \lim\frac{2^{n+1}(n+1)}{2^nn} = 2 ;
centar
x 0 = − 3 x_0 = -3 :
konvergira za
− 5 < x < − 1 -5 < x < -1 .
Krajevi:
x = − 1 x = -1 :
∑ ( − 1 ) n 2 n 2 n n = ∑ ( − 1 ) n n \sum(-1)^n\frac{2^n}{2^nn} = \sum\frac{(-1)^n}{n}
— Lajbnic → konvergira (uslovno).
x = − 5 x = -5 :
∑ ( − 1 ) n ( − 2 ) n 2 n n = ∑ 1 n \sum(-1)^n\frac{(-2)^n}{2^nn} = \sum\frac1n
— harmonijski → divergira .
D = ( − 5 , − 1 ] D = (-5, -1]
(pazi:
( − 1 ) n ( − 1 ) n = 1 (-1)^n(-1)^n = 1 !)
Drugi deo
Zadatak 1 [6 poena]. Ekstremne vrednosti
f ( x , y ) = 2 x 3 + x y 2 + 5 x 2 + y 2 f(x,y) = 2x^3 + xy^2 + 5x^2 + y^2
· LOKALNI (bez uslova!)
Prikaži rešenje
f x = 6 x 2 + y 2 + 10 x = 0 , f y = 2 x y + 2 y = 2 y ( x + 1 ) = 0 f_x = 6x^2 + y^2 + 10x = 0, \qquad f_y = 2xy + 2y = 2y(x+1) = 0
Iz druge:
y = 0 y = 0
ili
x = − 1 x = -1 .
y = 0 y = 0 :
6 x 2 + 10 x = 0 ⇒ x = 0 6x^2+10x = 0 \Rightarrow x = 0
ili
x = − 5 3 x = -\frac53 .
x = − 1 x = -1 :
6 + y 2 − 10 = 0 ⇒ y = ± 2 6 + y^2 - 10 = 0 \Rightarrow y = \pm2 .
Četiri stacionarne tačke;
f x x = 12 x + 10 f_{xx} = 12x+10 ,
f x y = 2 y f_{xy} = 2y ,
f y y = 2 x + 2 f_{yy} = 2x+2 :
( 0 , 0 ) (0,0) :
A = 10 A = 10 ,
B = 0 B = 0 ,
C = 2 C = 2 :
A C − B 2 = 20 > 0 AC-B^2 = 20 > 0 ,
A > 0 A>0
→ min ,
f = 0 f = 0 .
( − 5 3 , 0 ) \big({-\frac53}, 0\big) :
A = − 10 A = -10 ,
B = 0 B = 0 ,
C = − 4 3 C = -\frac43 :
A C − B 2 = 40 3 > 0 AC-B^2 = \frac{40}{3} > 0 ,
A < 0 A<0
→ max ,
f = 125 27 f = \frac{125}{27} .
( − 1 , ± 2 ) (-1, \pm2) :
A = − 2 A = -2 ,
B = ± 4 B = \pm4 ,
C = 0 C = 0 :
A C − B 2 = − 16 < 0 AC-B^2 = -16 < 0
→ sedla .
min
f ( 0 , 0 ) = 0 f(0,0) = 0 ;
max
f ( − 5 3 , 0 ) = 125 27 f\big({-\frac53},0\big) = \frac{125}{27} ;
sedla u
( − 1 , ± 2 ) (-1,\pm2)
Zadatak 2 [5 poena].
∬ D ( x 2 + y 2 ) d x d y \displaystyle\iint_D(x^2+y^2)\,dxdy ;
D D :
krug
x 2 + y 2 = 2 x x^2+y^2 = 2x
Prikaži rešenje
Dopuna do kvadrata:
( x − 1 ) 2 + y 2 ≤ 1 (x-1)^2 + y^2 \le 1 ;
u polarnim
ρ ≤ 2 cos φ \rho \le 2\cos\varphi ,
φ ∈ [ − π 2 , π 2 ] \varphi\in\big[{-\frac{\pi}{2}}, \frac{\pi}{2}\big] :
∬ = ∫ − π / 2 π / 2 ∫ 0 2 cos φ ρ 2 ⋅ ρ d ρ d φ = ∫ − π / 2 π / 2 ( 2 cos φ ) 4 4 d φ = 8 ∫ 0 π / 2 cos 4 φ d φ = 8 ⋅ 3 π 16 \iint = \int_{-\pi/2}^{\pi/2}\int_0^{2\cos\varphi}\rho^2\cdot\rho\,d\rho\,d\varphi = \int_{-\pi/2}^{\pi/2}\frac{(2\cos\varphi)^4}{4}d\varphi = 8\int_0^{\pi/2}\cos^4\varphi\,d\varphi = 8\cdot\frac{3\pi}{16}
3 π 2 \dfrac{3\pi}{2}
(Valis:
∫ 0 π / 2 cos 4 = 3 π 16 \int_0^{\pi/2}\cos^4 = \frac{3\pi}{16} )
Zadatak 3 [6 poena].
∬ S ( x y + y z + x z ) d S \displaystyle\iint_S(xy + yz + xz)\,dS ;
S S :
deo konusa
z = x 2 + y 2 z = \sqrt{x^2+y^2}
unutar cilindra
x 2 + y 2 = 4 x x^2+y^2 = 4x
Prikaži rešenje
d S = 2 d x d y dS = \sqrt2\,dxdy ;
projekcija:
( x − 2 ) 2 + y 2 ≤ 4 (x-2)^2+y^2 \le 4 ,
simetrična oko
x x -ose.
Uz
z = x 2 + y 2 z = \sqrt{x^2+y^2} :
x y + y z + x z = x y ⏟ neparno po y → 0 + y x 2 + y 2 ⏟ neparno po y → 0 + x x 2 + y 2 xy + yz + xz = \underbrace{xy}_{\text{neparno po }y\,\to\,0} + \underbrace{y\sqrt{x^2+y^2}}_{\text{neparno po }y\,\to\,0} + x\sqrt{x^2+y^2}
Polarne
(ρ ≤ 4 cos φ \rho \le 4\cos\varphi ,
φ ∈ [ − π 2 , π 2 ] \varphi\in[-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}] ):
x x 2 + y 2 ⋅ ρ = ρ 3 cos φ x\sqrt{x^2+y^2}\cdot\rho = \rho^3\cos\varphi :
I = 2 ∫ − π / 2 π / 2 cos φ ⋅ ( 4 cos φ ) 4 4 d φ = 64 2 ∫ − π / 2 π / 2 cos 5 φ d φ = 64 2 ⋅ 16 15 I = \sqrt2\int_{-\pi/2}^{\pi/2}\cos\varphi\cdot\frac{(4\cos\varphi)^4}{4}\,d\varphi = 64\sqrt2\int_{-\pi/2}^{\pi/2}\cos^5\varphi\,d\varphi = 64\sqrt2\cdot\frac{16}{15}
I = 1024 2 15 I = \dfrac{1024\sqrt2}{15}
(Valis:
∫ 0 π / 2 cos 5 = 8 15 \int_0^{\pi/2}\cos^5 = \frac{8}{15} )
🆕 Probni kolokvijum A — prvi (sveži zadaci)
Generisan tačno po obrascu rokova 2018–2025, ali sa zadacima
kojih nema ni na jednom roku ni u skripti — za pošteno testiranje
transfera. Radi pod satom (90 min), bez materijala.
Zadatak 1a [5 poena]. Odrediti opšte rešenje:
y = 2 x y ′ + y ′ 2 \;y = 2xy' + y'^2
Prikaži rešenje
Lagranžova
(f ( p ) = 2 p ≠ p f(p) = 2p \neq p ,
φ ( p ) = p 2 \varphi(p) = p^2 ).
Smena
y ′ = p y' = p ,
diferenciraj po
x x :
p = 2 p + ( 2 x + 2 p ) d p d x ⇒ − p = 2 ( x + p ) d p d x ⇒ x ′ + 2 p x = − 2 ( linearna po x ( p ) ) p = 2p + (2x + 2p)\frac{dp}{dx} \;\Longrightarrow\; -p = 2(x+p)\frac{dp}{dx} \;\Longrightarrow\; x' + \frac{2}{p}x = -2 \quad(\text{linearna po } x(p))
x = u v x = uv :
iz
v ′ + 2 v p = 0 v' + \frac{2v}{p} = 0 :
v = p − 2 v = p^{-2} ;
iz
u ′ p − 2 = − 2 u'p^{-2} = -2 :
u = − 2 p 3 3 + c u = -\frac{2p^3}{3} + c :
x = c p 2 − 2 p 3 , y = 2 x p + p 2 = 2 c p − p 2 3 x = \dfrac{c}{p^2} - \dfrac{2p}{3}, \qquad y = 2xp + p^2 = \dfrac{2c}{p} - \dfrac{p^2}{3}
(parametarski)
Provera:
d y / d p d x / d p = − 2 c / p 2 − 2 p / 3 − 2 c / p 3 − 2 / 3 = p = y ′ \frac{dy/dp}{dx/dp} = \frac{-2c/p^2 - 2p/3}{-2c/p^3 - 2/3} = p = y'
✓
Zadatak 1b [5 poena].
y ″ + 4 y = 8 x + sin 2 x \;y'' + 4y = 8x + \sin 2x
Prikaži rešenje
KJ:
r 2 + 4 = 0 ⇒ r = ± 2 i r^2 + 4 = 0 \Rightarrow r = \pm 2i :
y h = C 1 cos 2 x + C 2 sin 2 x y_h = C_1\cos 2x + C_2\sin 2x .
Superpozicija:
1°
Q 1 = 8 x Q_1 = 8x
(a = 0 a = 0
nije koren):
y p 1 = A x + B y_{p_1} = Ax + B :
4 A x + 4 B = 8 x ⇒ A = 2 \;4Ax + 4B = 8x \Rightarrow A = 2 ,
B = 0 B = 0 .
2°
Q 2 = sin 2 x Q_2 = \sin 2x :
α + i β = 2 i \alpha + i\beta = 2i
JESTE koren
(p = 1 p=1 )
→ rezonanca :
y p 2 = x ( C cos 2 x + D sin 2 x ) y_{p_2} = x(C\cos 2x + D\sin 2x) .
Računom:
C = − 1 4 C = -\frac14 ,
D = 0 D = 0 .
y = C 1 cos 2 x + C 2 sin 2 x + 2 x − x 4 cos 2 x y = C_1\cos 2x + C_2\sin 2x + 2x - \dfrac{x}{4}\cos 2x
Provera
y p 2 y_{p_2} :
za
y = − x 4 cos 2 x y = -\frac x4\cos2x :
y ″ = sin 2 x + x cos 2 x y'' = \sin2x + x\cos2x ,
pa
y ″ + 4 y = sin 2 x y'' + 4y = \sin2x
✓
Zadatak 2a [3 poena]. Ispitati konvergenciju
∑ n = 1 ∞ 2 n n ! n n \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{2^n\,n!}{n^n}
Prikaži rešenje
Dalamber (isti račun kao za čuveni
3 n n ! n n \frac{3^nn!}{n^n} ,
ali sa dvojkom!):
a n + 1 a n = 2 ( 1 + 1 n ) n → 2 e ≈ 0 , 74 < 1 \frac{a_{n+1}}{a_n} = \frac{2}{\big(1+\frac1n\big)^n} \longrightarrow \frac2e \approx 0{,}74 < 1
Red konvergira — pazi: sa trojkom
divergira
(3 e > 1 \frac3e>1 ),
sa dvojkom konvergira. Isti oblik, suprotan zaključak — zato se ne uči
odgovor napamet nego račun!
Zadatak 2b [4 poena]. Ispitati apsolutnu i uslovnu
konvergenciju
∑ n = 1 ∞ ( − 1 ) n n n 2 + 2 \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}(-1)^n\frac{n}{n^2+2}
Prikaži rešenje
Apsolutni:
n n 2 + 2 ∼ 1 n \frac{n}{n^2+2} \sim \frac1n ;
2. poredbeni sa
1 n \frac1n :
ℓ = 1 \ell = 1 ,
harmonijski divergira ⇒ nije apsolutna.
Lajbnic:
f ( x ) = x x 2 + 2 f(x) = \frac{x}{x^2+2} ,
f ′ ( x ) = 2 − x 2 ( x 2 + 2 ) 2 < 0 f'(x) = \frac{2 - x^2}{(x^2+2)^2} < 0
za
x > 2 x > \sqrt2
→ opada od
n = 2 n = 2
(konačno mnogo članova ne smeta);
a n → 0 a_n \to 0
✓.
Uslovno konvergira
Zadatak 2v [6 poena]. Odrediti interval
konvergencije
∑ n = 1 ∞ ( x + 1 ) n n ⋅ 3 n \displaystyle\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(x+1)^n}{n\cdot 3^n}
Prikaži rešenje
R = lim | a n a n + 1 | = lim ( n + 1 ) 3 n + 1 n ⋅ 3 n = 3 R = \lim\Big|\frac{a_n}{a_{n+1}}\Big| = \lim\frac{(n+1)3^{n+1}}{n\cdot3^n} = 3
Centar
x 0 = − 1 x_0 = -1 :
konvergira za
− 4 < x < 2 -4 < x < 2 .
Krajevi:
x = 2 x = 2 :
∑ 3 n n 3 n = ∑ 1 n \sum\frac{3^n}{n3^n} = \sum\frac1n
— divergira .
x = − 4 x = -4 :
∑ ( − 3 ) n n 3 n = ∑ ( − 1 ) n n \sum\frac{(-3)^n}{n3^n} = \sum\frac{(-1)^n}{n}
— Lajbnic → konvergira .
D = [ − 4 , 2 ) D = [-4, 2)
🆕 Probni kolokvijum B — drugi (sveži zadaci)
Zadatak 1 [6 poena]. Odrediti uslovne ekstremume
f ( x , y ) = 3 x + 4 y f(x,y) = 3x + 4y
uz
x 2 + y 2 = 25 x^2 + y^2 = 25
Prikaži rešenje
F = 3 x + 4 y + λ ( x 2 + y 2 − 25 ) F = 3x + 4y + \lambda(x^2+y^2-25) :
3 + 2 λ x = 0 \;3 + 2\lambda x = 0 ,
4 + 2 λ y = 0 4 + 2\lambda y = 0
→
x = − 3 2 λ x = -\frac{3}{2\lambda} ,
y = − 2 λ y = -\frac{2}{\lambda} .
Uslov:
9 4 λ 2 + 4 λ 2 = 25 ⇒ 25 4 λ 2 = 25 ⇒ λ = ± 1 2 \frac{9}{4\lambda^2} + \frac{4}{\lambda^2} = 25 \Rightarrow \frac{25}{4\lambda^2} = 25 \Rightarrow \lambda = \pm\frac12 .
λ = 1 2 \lambda = \frac12 :
M 1 ( − 3 , − 4 ) M_1(-3, -4) ,
d 2 F > 0 d^2F > 0
→ min ,
f = − 25 f = -25 .
λ = − 1 2 \lambda = -\frac12 :
M 2 ( 3 , 4 ) M_2(3, 4) ,
d 2 F < 0 d^2F < 0
→ max ,
f = 25 f = 25 .
f min = − 25 f_{\min} = -25 ,
f max = 25 f_{\max} = 25
(kontrola:
± ∥ ( 3 , 4 ) ∥ ⋅ 5 = ± 25 \pm\|(3,4)\|\cdot 5 = \pm 25
✓)
Zadatak 2 [6 poena]. Izračunati zapreminu tela
ograničenog paraboloidom
z = x 2 + y 2 z = x^2+y^2
i ravni
z = 4 z = 4 ,
pri čemu je
x ≥ 0 x \ge 0
Prikaži rešenje
Presek:
x 2 + y 2 = 4 x^2+y^2 = 4 ;
zbog
x ≥ 0 x \ge 0
projekcija je polukrug
(φ ∈ [ − π 2 , π 2 ] \varphi\in[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}]
— pazi, ovog puta desni!):
V = ∫ − π / 2 π / 2 d φ ∫ 0 2 ( 4 − ρ 2 ) ρ d ρ = π ( 2 ρ 2 − ρ 4 4 ) | 0 2 = π ( 8 − 4 ) V = \int_{-\pi/2}^{\pi/2}d\varphi\int_0^2(4-\rho^2)\rho\,d\rho = \pi\Big(2\rho^2 - \frac{\rho^4}{4}\Big)\Big|_0^2 = \pi(8-4)
V = 4 π V = 4\pi
(ceo krug bi dao
8 π 8\pi
— uslov
x ≥ 0 x\ge0
prepolovljava!)
Zadatak 3 [5 poena]. Izračunati
∫ C z d s \displaystyle\int_C z\,ds ,
gde je
C C :
x = cos t x = \cos t ,
y = sin t y = \sin t ,
z = 2 t z = 2t ,
t ∈ [ 0 , π ] t\in[0, \pi]
Prikaži rešenje
d s = sin 2 t + cos 2 t + 4 d t = 5 d t ds = \sqrt{\sin^2t + \cos^2t + 4}\,dt = \sqrt5\,dt
I = ∫ 0 π 2 t ⋅ 5 d t = 5 t 2 | 0 π I = \int_0^{\pi}2t\cdot\sqrt5\,dt = \sqrt5\,t^2\Big|_0^{\pi}
I = 5 π 2 I = \sqrt5\,\pi^2
Zadatak 4 [6 poena]. Izračunati
∬ S z d S \displaystyle\iint_S z\,dS ,
gde je
S S
deo konusa
z = x 2 + y 2 z = \sqrt{x^2+y^2}
između ravni
z = 1 z = 1
i
z = 2 z = 2
Prikaži rešenje
Za konus:
d S = 2 d x d y dS = \sqrt2\,dxdy ;
projekcija: prsten
1 ≤ x 2 + y 2 ≤ 4 1 \le x^2+y^2 \le 4 ;
na konusu
z = ρ z = \rho :
I = 2 ∫ 0 2 π d φ ∫ 1 2 ρ ⋅ ρ d ρ = 2 ⋅ 2 π ⋅ ρ 3 3 | 1 2 = 2 2 π ⋅ 7 3 I = \sqrt2\int_0^{2\pi}d\varphi\int_1^2\rho\cdot\rho\,d\rho = \sqrt2\cdot2\pi\cdot\frac{\rho^3}{3}\Big|_1^2 = 2\sqrt2\pi\cdot\frac{7}{3}
I = 14 2 π 3 I = \dfrac{14\sqrt2\,\pi}{3}
Posle simulacije
Za svaki zadatak gde nisi uzeo pune poene, u skripti imaš isti tip:
Lagranžova/Klerova/Rikatijeva → S1 §2; LDJVR + rezonanca → S1 §3;
kriterijumi i interval konvergencije → S1 §4–5; Furije → S1 §5;
uslovni/lokalni ekstremumi → S2 §7; dvojni/trojni → S2 §8; krivolinijski
i površinski 1. vrste → S2 §9. Uradi po 2–3 zadatka tog tipa i vrati se
na sledeću simulaciju.
Raspodela za plan: Dan 10 → K1 (2022), pa
Probni A ako K1 prođe glatko; Dan 19 → K3 (2022) +
Probni B ; Dan 20 → K2 + K4 (popravni 2022). Ostali
rokovi (K5–K9) za dodatne simulacije — najvredniji je K7 (rok
22.10.2025, najnoviji format).