Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Mathematics of Economics and Business.pdf
Скачиваний:
25
Добавлен:
03.03.2016
Размер:
8.37 Mб
Скачать

Selected solutions

1 INTRODUCTION

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1

(a) false;

(d)

true; (e)

 

false

 

 

 

 

 

1.2

D : A B C,

E : A

 

 

 

 

,

F : A B C,

B

C

 

G : (A

B

 

C

) (

A

B

C

) (

A

 

B

C),

H :

F

, I :

D

 

1.4

(a) A B;

 

(b)

A B;

 

 

(c)

 

B A;

(d) A B; (e) A B

1.5

(a) true, negation

: x2 5x + 10 0 is false;

x:

(b)false, negation x2 2x 0 is true

 

x

 

1.8

(a) T, F, F, T; (b) T, F, T, T;

(c) T, T, F, F; (d) F, T, T, T

1.9

A B = {1, 2, 3, 5, 7, 8, 9, 11},

|A B| = 8, A B = {1, 3, 7, 9}, |A B| = 4,

 

|A| = 6, |B| = 6, A \ B = {5, 11}, |A \ B| = 2

1.10

subsets: , {1}, {2}, {1, 2}; |P(P(A))| = 16

1.134

1.14110 students have a car and a PC, 440 have a car but no PC, 290 have a PC but no car and 840 students have a car or a PC

1.15 A × A = {(1, 1), (1, 2), (2, 1), (2, 2)},

A × B = {(1, 2), (1, 3), (2, 2), (2, 3)},

B × A = {(2, 1), (3, 1), (2, 2), (3, 2)},

A × C = {(1, 0), (2, 0)},

A × C × B = {(1, 0, 2), (1, 0, 3), (2, 0, 2), (2, 0, 3)},

A × A × B = {(1, 1, 2), (1, 2, 2), (2, 1, 2), (2, 2, 2), (1, 1, 3), (1, 2, 3), (2, 1, 3), (2, 2, 3)}

1.16M1 × M2 × M3 = {(x, y, z) | (1 x 4) (2 y 3) (0 z 5)}

1.17479,001,600 and 21,772,800

1.1856

1.19125 and 60

1.20n2 n

1.215

1.22(a) 1,128

1.23

(a)

 

30y 7x

 

;

(b)

a2

 

b2

 

 

 

2

 

+2

 

 

 

 

6xy + 12y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a

 

 

 

1.24

(a)

{x R | x ≥ −1};

 

 

 

(b) {x R | (x < 2) (x 11/4)};

 

(c)

{x R | (x < 1) (0 < x 2)}; (d)

{x R | (x < 2) (2 < x < 4)}

1.25

(a)

(2, 2);

(b)

(1, 5);

(c)

(1/2, 5/2);

(d) (0, ); (e) (1, 1/3]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Selected solutions 487

 

(a) 19/7;

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

1.26

(b)

9c/b

 

 

 

 

1.27

(a)

x = 15;

(b)

 

x1 =

2, x2 = −

 

 

2, x3

= 1,

x4 = −1;

 

(c)

x1 = −2,

x2 19.36,

(x3 ≈ −4.99)

 

 

1.28

(a)

a = 2;

(b)

x = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

1.29

(a)

x = 6;

(b)

x1 = 1,

 

x2 = 10,

x3 = 0.001;

(c) x = 9

1.30

(b)

x1 = 2i,

x2 = −2i, x3 = 3i, x4 = −3i

 

 

1.31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.32

z1 + z2 = −1 + 5i,

z1 z2 = 3 + 3i,

z1z2 = −6 7i,

1.33

(a)

(z) = 0,

 

(z) = −1,

 

z = −i;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b)

(z) = −1,

 

 

(z) = 0,

 

z = −1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(c)

(z) = −

3,

(z) = −3, z = −

3

3i

 

 

 

 

 

 

1.34

(a)

z = −i = 1(cos 23 π + i sin 23 π ) = e3π i/2;

 

 

 

 

 

 

 

 

(b)

z = −1 = 1(cos π + i sin π ) = eπ i;

 

 

 

 

 

 

 

 

(c)

z = 3(cos 60+ i sin 60) = 3eπ i/3

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(d)

z =

5

(cos 243+ i sin 243) =

5

· e4.25i

 

 

 

 

 

 

1.37

(a)

z1 =

 

+ i,

z2 = −1 +

 

i,

z3 = −

 

i,

3

3

3

 

 

5

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 i),

 

 

z3

 

 

 

(b)

z1 = 2 i,

 

 

 

z2 = 4 (

 

 

 

= 4

(

3 i)

1.38

a1 = −32,

a2 = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 SEQUENCES; SERIES; FINANCE

z1 = 2 9 i z2 5 5

z4 = 1 3 i;

2.1

(a)

a101 = 815;

(b) d = 2, a1 = 7, an = 2n + 5

2.2

(a)

strictly increasing

(b) unbounded;

 

(c)

an+1 = an + 1/2

2.3

(a)

a1 = 3, n = 16;

(b)

a1 = 18,

 

q = 1/3

2.4

{an} is strictly decreasing and bounded,

nlim

an = −5;

 

{bn} is not monotone but bounded,

nlim

 

→∞

 

 

 

bn = 0;

 

{cn} is decreasing and bounded,

→∞

 

 

 

nlim cn = 0

 

 

 

 

 

 

→∞

 

 

 

488

Selected solutions

 

 

 

 

2.5

(a)

nlim

an = 2/e;

 

 

 

 

 

→∞

 

 

 

 

−∞

for

a < 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b)

nlim

bn

=

1/3

for

a = 0

;

 

 

→∞

 

 

 

for

a > 0

 

 

(c)

lim

c

n

=

0

(both for c1 = 1 and c1 = 4)

 

n→∞

 

 

2.6(a) shirts: a1 = 2, 000; a2 = 2, 500; a3 = 3, 000; a10 = 6, 500; trousers: a1 = 1, 000; a2 = 1, 200; a3 = 1, 440; a10 = 5, 159.78;

(b)shirts: s15 = 82, 500; trousers: s15 = 72, 035.11

2.7

(a)

s = −10/7;

(b)

s = 1

 

 

 

 

 

 

 

2.8

(a)

series converges for 1 x < 1;

 

(b) series converges for |x| > 1

 

 

 

 

92

, s4

= −

157

 

 

2.9

(a)

s1 = −12, s2 = −8, s3 = − 9

 

18 ,

series converges;

 

 

s1 = 1, s2 = 3, s3 =

9

31

 

 

 

 

 

(b)

2 , s4 =

 

6

,

series converges;

 

 

1

113

113

 

 

39

 

 

416

 

 

(c)

s1 = 2 , s2 =

162 , s3

= 162 +

49 , s4 = s3 +

 

, series converges;

 

516

 

 

s1 = 0, s2 =

3

5

 

25

 

 

 

 

 

(d)

2 , s3 =

6 , s4 =

 

12 ,

series does not converge.

2.10

(a)

17, 908.47 EUR; (b)

17, 900.51 EUR;

(c) 18, 073.83 EUR; (c) is the best.

2.1149, 696.94 EUR

2.12interest rate i = 0.06

2.13 (a)

Aannually = 16, 288.95 EUR; Aquarterly = 16, 436.19 EUR;

 

Amonthly = 16, 470.09 EUR;

(b)

ieff quarterly = 0.050945; ieff monthly = 0.051162

2.145,384.35 EUR

2.15 (a)

bank A: 2, 466 EUR;

bank B: 2, 464.38 EUR

(b)

bank A: 2, 478 EUR;

bank B: 2, 476.21 EUR

2.16(a) sinking fund deposit: 478.46 EUR;

(b)sum of interest and deposit: 550.46 EUR

2.171, 809.75 EUR

2.18

(a)

V1 = 62, 277.95 EUR;

(b)

V2 = 63, 227.62 EUR

2.19

(a)

A = 82, 735.69 EUR;

(b)

P120 = 58, 625.33 EUR

2.20

(a)

P = 22, 861.15 EUR;

total payment 228, 611.50 EUR

Redemption table for answer 2.20(a) (EUR)

Period

Annuity

Amortization

Interest

Amount of the

(year)

 

instalment

 

loan at the end

 

 

 

 

 

1

22,861.15

10,111.15

12,750.00

139,888.85

2

22,861.15

10,970.59

11,890.55

128,918.25

3

22,861.15

11,903.10

10,958.05

117,015.15

4

22,861.15

12,914.86

9,946.29

104,100.29

5

22,861.15

14,012.62

8,848.52

90,087.66

6

22,861.15

15,203.70

7,657.45

74,883.96

7

22,861.15

16,496.01

6,365.13

58,387.95

8

22,861.15

17,898.17

4,962.97

40,489.77

9

22,861.15

19,419.52

3,441.63

21,070.25

10

22,861.15

21,070.18

1,790.97

0.07

 

 

 

 

 

Selected solutions 489

(b)total payment: 220,125.00 EUR

Redemption table for answer 2.20(b) (EUR)

Period

Annuity

Amortization

Interest

Amount of the

(year)

 

instalment

 

loan at the end

 

 

 

 

 

1

27,750

15,000

12,750

135,000

2

26,475

15,000

11,475

120,000

3

25,200

15,000

10,200

105,000

4

23,925

15,000

8,925

90,000

5

22,650

15,000

7,650

75,000

6

21,375

15,000

6,375

60,000

7

20,100

15,000

5,100

45,000

8

18,825

15,000

3,825

30,000

9

17,550

15,000

2,550

15,000

10

16,275

15,000

1,275

0

 

 

 

 

 

(c)15.1 years

2.21 (a) the project should not go ahead; (b) 1 per cent, 2 per cent; (c) yes

2.22(a) depreciation amount in year 1: 7,000 EUR, in year 8: 7,000 EUR

(b)depreciation amount in year 1: 12,444.44 EUR, in year 8: 1,555.55 EUR

(c)depreciation amount in year 1: 9,753.24 EUR, in year 8: 4,755.21 EUR

3 RELATIONS; MAPPINGS; FUNCTIONS OF A REAL VARIABLE

3.1 (a)

R:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

3

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

 

 

 

 

 

 

(b)T, F, F, F;

(c)R1 = {(2, 1), (4, 1), (1, 3), (4, 3), (5, 3), (1, 5), (4, 5)};

(d)R: no mapping; S: mapping

3.2

(a)

bijective mapping,

 

(b) surjective mapping,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(c)

mapping, (d)

injective mapping

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3

(a)

Illustration by graphs:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f :

 

 

 

g:

 

 

 

f g:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1

2

 

 

1

2

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

3

3

 

 

 

3

 

 

 

 

3

 

 

3

 

(b)

Df = A, Rf = B;

Dg = C, Rg = {1, 2} A; Df g

= Rf g

= C B;

 

(c)

f : bijective,

g: injective, f g: injective,

g f : no mapping

 

490

Selected solutions

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4

F 1 is a mapping with domain DF 1 = R and range RF 1 = [−2, ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

F 1

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-4 -3

-1

 

 

3 4

 

 

 

 

 

 

 

-2 -1

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5

F is a function, F 1 exists.

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

G is not a function, y = ±

 

is an ellipse with midpoint (0, 0) and a =

 

 

 

9 4.5x2

2,

 

b = 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(f g)(x) = 2x2 3

 

 

 

3.6

(g f )(x) = 4x2 + 4x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.7

(a)

f and g bijective; (b) f 1(x) = ln x, g1(x) = −x;

 

(c)

f g = ex ,

g f = −ex

 

 

 

f 1(x) = −1 +

 

 

3.8

a = −1,

Rf = {x R | −4 y < ∞},

4 + x

 

3.9

(a)

Df

= {x R | x 0},

2 Rf = {y R | − 1 y < 1};

 

 

f 1 : y = 16 · (x + 1)2 , 1 x < 1;

 

(b)

Df

= R,

 

(x 1)

f

1

:

y =

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rf = R,

 

x + 2

3.10

(a)

(P5/P2)(x) = 2x3 2x2 12x;

(b)

P5(x) = (x 1)(x 1)(x + 2)(x 3)2x

 

(d)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Selected solutions 491

3.11

x1, x2, x4 are zeroes; x3 is not a zero;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x) = (x 1)(x + 1)(x + 1)(x + 2) x 21 (1 +

 

i) x 21 (1

 

i)

 

3

3

3.12

(a) f1

: Df1

= R, Rf1

= [−1, 1], odd;

f2

:

Df2

= R, Rf2

= [−2, 2], odd;

 

f3

: Df3

= R, Rf3

= [−1, 1], odd;

f4

:

Df4

= R, Rf4

= [1, 3];

 

 

f5 : Df5

= R, Rf5

= [−1, 1];

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b)f1 : Df1 = R, f3 : Df3 = R, f5 : Df5 = R,

Rf1 = {x R : x > 0}; f2 : Df2 = R, Rf2 = {x R : x > 0}; Rf3 = {x R : x > 0}; f4 : Df4 = R, Rf3 = {x R : x > 2}; Rf5 = {x R : x > 0}

3.13 (a) Df = {x R | x = 0}, Rf = R,

(b) Df = {x R | x > 0}, Rf = R,

 

f

unbounded and even,

 

f

unbounded,

 

f

strictly decreasing for x < 0,

 

f

strictly increasing

 

f

strictly increasing for x > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

492 Selected solutions

 

 

 

(c) Df = R, Rf = {y R | y 5},

(d) Df

= {x R | |x| ≤ 2},

f bounded from below and even,

Rf

= {y R | 0 y 2},

f

strictly decreasing for x 0,

f

bounded and even,

f

strictly increasing for x 0

f

strictly increasing for x 0,

 

 

f

strictly decreasing for x 0

(e) Df = R, Rf = {y R | y > 1},

(f) Df = R, Rf = {y R | y 0},

 

f bounded from below,

f bounded from below,

 

f strictly decreasing

f decreasing

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 DIFFERENTIATION

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1

(a)

lim

 

 

 

 

 

 

(b)

lim f (x)

=

1;

 

 

 

 

 

 

 

 

xx0 f (x) = a;

 

x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(c)

lim

 

 

 

 

 

 

(d)

x

lim

0 f (x) =

2,

x

lim

0 f (x) = 1

 

 

x

0 f (x) = 0;

 

1

+

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2

(a)

lim x3 3x2 + 2x

=

2, gap;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b)

x

lim

0

x3 3x2

= ∞

,

lim x3 3x2

= −∞

,

 

pole;

 

 

 

2

x

2

x

2

+

0

(x

2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(c)lim x3 3x2 = −∞, pole

x2 (x 2)2

4.3 (a) f (2) not defined, x0 = 2 gap; (b) continuous; (c) jump; (d) jump

4.4(a) not differentiable at x0 = 5, differentiable at x1 = 0;

(b)differentiable at x0 = 0, not differentiable at x1 = 2

 

y

=

6x2

 

 

 

 

 

2

 

 

=

 

2

 

+

 

 

2

+

(x4

+

 

4.5 (a)

 

 

 

5

 

3 cos x;

(b)

y

 

(4x3

 

4) sin x

 

 

 

4x) cos x;

(c)

y

= 4x + 2x sin x + 2 sin x + sin

 

x

x

 

cos x

+

cos x

;

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 4(2x

 

 

 

(2 + sin x)

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(d)

3

 

 

3

(6x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x + ln x)

 

3 + x );

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Selected solutions 493

(e)y = −4(x3 + 3x2 8)3(3x2 + 6x) sin(x3 + 3x2 8)4;

(f)y = −4(3x2 + 6x) cos3(x3 + 3x2 8) sin(x3 + 3x2 8);

 

 

y

 

ex cos ex

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =

 

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(g)

=

 

 

x

;

 

 

 

(h)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

+ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

sin e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2/3

 

 

 

1/3

 

4.6

(a)

y = sin x + cos x;

 

 

 

 

(b)

 

y

=

 

 

;

 

(c)

 

y =

3 (x

 

+ x

 

)

 

 

 

 

 

cos x

 

 

 

4.7

(a)

f (x) = ln(tan x) +

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(tan x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

x

x

1

cos(x

x

1

);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x) = ln x + 1 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

x + 2 + 2(x 1)

x

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3(x 2)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(c)

f

 

(x)

 

 

(x

+

2)x

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

3

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.8

(a)

f (x) = 6 cos x 6x sin x x2 cos x;

 

 

(b) f (x) =

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(c)

f (x)

= −

12

·

 

x2 + 12x + 12

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(d) f (x)

=

 

(x

+

4)ex

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x

 

2)6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.9

exact change: 28;

 

 

 

 

approximation: 22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.10

10

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.11

f (x) = 2

;

 

g (x)

=

 

;

 

 

εf (x) =

 

2 x;

 

 

εg (x) =

2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (1) = f (100) =

 

;

 

 

 

g (1) =

 

 

; g (100) =

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Function f is inelastic for x (0, 2) and elastic for x > 2;

 

 

function g is inelastic for

 

x > 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

When f

changes from x0

= 1 to 1.01, the function value changes by 0.5 per cent;

 

when f

 

changes from 100 to 101, the function value changes by 50 per cent.

 

 

When g changes from some x0 by 1 per cent, the function value always changes by

 

0.5 per cent.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.12

εD ( p) = −4( p 1)p;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

demand D is elastic for p > (1 +

 

)/2 and inelastic for 0 < p < (1 +

 

)/2;

 

2

2

 

p = 1/2 (εD (1/2) = 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.13

(a)

local minima at P1 : (0, 5) and P2 : (2, 9),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

local maximum at P3 : (0.25; 4.98),

 

 

 

global maximum at P4 : (5; 1, 020);

 

(b)

global maximum at P1 : (3, 4),

 

 

global minimum at P2 : (5, 4);

 

 

 

(c) local and global maximum at P1 : (0, 1);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(d)

local minimum at P1 : (4, 8),

local maximum at P2 : (0; 0),

 

 

 

 

 

 

 

 

global maximum does not exist;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(e)global minimum at P0 : (0, 0),

global maximum at the endpoint of I , i.e. P1 : (5, 0.69)

4.14local minimum at P1 : (1, 5/6), local maximum at P2 : (2, 2(2 ln 2)/3 for a = −2/3, b = −1/6

4.15

(a)

1;

(b) 1/4;

(c)

1; (d) 1; (e) 1/6;

(f)

1/6

4.16

(a)

Df

= R\{2},

no

zero, discontinuity at x0

= 2,

local minimum at P1 :

 

 

(1/2, 1/5), inflection point at P2 : (7/4, 13/45), x

lim f (x) = 1, f strictly

 

 

 

 

 

 

 

→±∞

494 Selected solutions

decreasing on (−∞, 1/2] (2, ), f strictly convex for x ≥ −7/4

(b)

Df = R\ {0, 1/2},

zero: x0 = 4/3, discontinuities: x1 = 0 and x2 = 1/2,

 

x lim f (x) = −3/2, f strictly decreasing on Df ,

f strictly convex for x > 1/2

 

→±∞

 

 

 

 

(c)

Df = R\{0; 1},

zero: x0 = −1, discontinuities: x1

= 0 and x2 = 1, local

 

minimum at P3

: (3.56, 8.82), local maximum at P4

: (0.56, 0.06), inflec-

 

tion point at P5

:

(0.20, 0.02), x lim f (x)

= −∞, xlim f (x) = ∞, f

 

 

 

→−∞

 

→∞

 

strictly decreasing on [−0.56, 0) (1, 3.56], f

strictly convex for x ≥ −0.2

(d) Df (x) = R, no zeroes, local maximum at P1 : (2, 1), inflection points at

P2

: (1, e1), P3

: (3, e1), x

lim f (x) = 0, f strictly increasing on (−∞, 2],

 

 

 

→±∞

Selected solutions 495

f strictly concave for 1 x 3

(e) Df = {x R | x > 2},

no zero, local maximum at P1 : (4, 3 ln 2), inflection

 

point at P

2 : (6.83, 2.27), xlim f (x) = −∞, x

2 0 f (x) = −∞, f strictly

 

decreasing for x 4, f

→∞

→ +

 

strictly convex for x 6.83

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(f) Df (x) = R, zeroes: x0 = 0, x1 = 2, local minimum at P2 :

(0, 0), local

maximum at P3

: (1.33, 1.06), inflection point at P4

: (2, 0), x

lim

f (x) = ∞,

 

 

 

→−∞

lim f (x) = −∞, f strictly decreasing on (−∞, 0] (4/3, ), f strictly convex

x→∞

for x 2

496

Selected solutions

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.17

(a) f (x) = 1

π 2

2)

2

+

π 4

2)

4

+ R5

,

32 (x

 

 

(x

 

 

6144

 

 

π 6

· sin

π

 

+ λ(x 2))

(x

 

 

2)6

 

 

R5 = − 46

4

(2

 

6!

,

0 < λ < 1;

(b)f (x) = x x22 + x33 x44 + − . . . + (1)n1 · xnn + Rn,

Rn = (1)nxn+1 , 0 < λ < 1;

+1)(λx + 1)n+1(n

(c) f (x) = 2x 2x

2

1

3

+ x

4

+ R4

,

 

3 x

 

 

R4 =

x5

· e

λx

[−41 sin(2λx) 38 cos(2λx)], 0 < λ < 1

5!

 

4.18T4(15 ) = 1 + (15 ) + 21! (15 )2 + 31! (15 )3 + 41! (15 )4 = 0.81873

4.19(a) Newton’s method

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xn

f (xn)

 

 

 

f (xn)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

3

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

+2

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.333333

+0.037037

 

 

5.66667

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.339869

+4.29153 · 105

 

5.65347

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.339877

+4.29153 · 105

 

5.65347

 

 

 

(b)

regula falsi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xn

 

 

 

f (xn)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

+2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.4

 

 

 

0.336

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.342466

0.146291

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.339979

0.000577

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.339881

0.000023

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.339877

9.536 · 107

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.20

Newton’s method

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xn

 

 

 

 

f (xn)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

0.3905620

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.5117973

 

0.0051017

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.5052428

 

0.0000010

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.505241496

1.6 · 1010

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 INTEGRATION

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.1

(a)

e

sin x

+ C;

 

 

 

 

(b)

1

(ln x)

2

+ C;

 

 

5

 

 

 

 

2

 

 

 

(c)

 

 

4x| + C;

 

 

 

 

(d)

1

 

 

3

+

2x

+ C;

 

4 ln |1

 

 

 

 

2 e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

(e)

x

2

+ 1

+ C;

 

 

 

 

(f )

x

2

+

1(x

2) + C;

 

1

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

 

 

 

 

x

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

(g)

2 ln(e

 

+ 1) 2 arctan e

 

+ C;

(h)

3 arcsin

 

x

+ C;

 

 

 

2

Selected solutions 497

 

 

 

 

1

 

sin x + C;

 

 

 

 

(j)

 

1

 

 

 

 

(i)

 

 

 

 

 

 

 

+ C;

 

sin x

x

 

 

 

tan 2x

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

x

 

 

 

 

 

(k)

 

x

 

 

 

2

 

2 tan2

2

+ C

 

 

 

 

 

4

 

ln

tan

+

 

 

 

+

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

+

 

 

 

 

2 e (sin x

 

 

 

5.2 (a)

e (x

 

 

2x

 

 

2)

 

 

 

C;

 

 

(b)

 

cos x)

 

C;

(c)

x tan x + ln | cos x| + C;

 

(d)

1

(cos x sin x + x)

+ C;

 

2

 

 

x3

 

 

 

x3

+ C;

 

 

 

 

x ln(x2 + 1) 2x + 2 arctan x + C

(e)

 

 

 

 

 

ln x

 

 

 

 

 

(f )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

39

5.3 (a)

3; (b)

4 2 ln 3;

(c)

2/3;

(d) 10/3;

 

1

1|; (f )

 

 

 

(e)

2 ln |2t

1/3;

(g)

π/4

5.4(a) total cost C = 9, 349.99; total sales S = 15, 237.93; total profit P = 5, 887.94

(b) average sales Sa = 3, 809.48; average cost Ca = 2, 337.49;

(c)P(t) = 10, 000et (t2 2t 2) + 20, 000 1, 000(4t 2 ln (et + 1) +2, 000 ln 2

5.5

(a)

4;

(b) A = 32.75

5.6

(a)

graph for q0 = 8, t0 = 4:

 

 

q0T 1 T

2

12T

+

48

 

 

x = T /2

 

 

(b)

 

300

 

;

(c)

 

5.7

(a)

0.784981;

 

(b)

0.783333;

(c)

0.785398;

exact value: π/4

5.8

(a)

1;

(b)

1/2;

(c)

 

 

1 ;

λ > 0

;

(d)

22;

λ > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 ;

λ = 0

 

 

0 ;

λ = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞ ;

λ < 0

 

 

−∞ ;

λ < 0

 

(e)

4;

(f )

does not exist

 

 

 

 

 

 

5.9

1,374.13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.10

PS = 7;

CS = 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

498 Selected solutions

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

VECTORS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

=

 

1

 

 

+

 

=

5

 

6.1

(a) a

b

c

9

a

3b

7

 

 

 

 

5

,

 

 

11

,

 

b 4a + 2c =

4

,

a + 3(b 2c) =

23

;

 

 

 

 

 

3

 

 

7

 

 

a > b,

 

 

c >

 

 

(b)

 

c

a,

14

b;

 

43

 

(c) aT · b = 0,

aT · c = 0,

bT · c = −18;

 

 

 

a,b orthogonal;

a,c orthogonal; (b, c) 126.3

 

 

 

 

 

0

 

 

36

 

 

(d)(aT · b)c = 0 , a(bT · c) = −18 ;

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

18

 

 

 

 

 

 

 

(e)

|b + c| =

 

|b| + |c| =

 

 

+

 

 

|bT · c| = 18, |b||c| =

 

 

 

29,

21

44,

21

44

6.2

α = β 2,

β R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.3

(a)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19;

 

M = {(a1, a2) R2 | a1 b1 a2 b2};

 

 

 

 

 

(b)

a b :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|a| ≥ |b| : M = {(a1, a2) R2 | a21 + a22 b21 + b22}

6.4all the vectors are linear combinations of a1 and a2; (0, 0.5)T is a convex combination

6.5a4 = 12 a1 + 14 a2 + 14 a3.

6.6

no

 

 

 

6.7

no; no basis

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

3

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

-4 -3 -2 -1

 

 

3 4 5

 

1 2

6.8yes

Selected solutions 499

 

 

3

 

=

 

 

1

 

+

 

 

0

 

+

 

 

1

 

6.9 (a)

3

0

3

3

0

3

1

 

3

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

0

;

(b)bases: a, a1, a2 and a, a1, a3;

(c)b = 2a1 a2 + a

7MATRICES AND DETERMINANTS

31

7.1

(a)

 

AT =

 

 

4

 

 

 

 

2

 

 

 

,

no equal matrices;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

5

 

1

 

 

D =

0

 

 

3

 

 

1

,

 

 

 

 

 

(b)

 

A + D =

 

5

 

 

 

4

 

 

 

0 ,

A

3

 

 

0 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− =

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

− = − − −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AT

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

9

 

1

 

 

 

2

5

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

, C D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

3(BT

 

 

 

 

= 20 4 14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(c)

 

A

 

 

 

 

 

2D)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

1.5

 

 

 

0

 

 

1

1.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.2

A

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

0.5

 

1

0 0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1.5

 

 

0.5

 

 

 

 

2

+

1.5

0.5

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.3

(a)

AB =

 

 

26

 

32

 

 

0

;

(b)

 

AB =

45

 

 

51

 

 

58

 

;

 

 

 

 

 

 

23

 

27

 

 

1

 

25

 

 

18

 

 

32

 

 

 

 

 

 

(c)

AB

=

10;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BA

=

 

6

 

 

9

 

12

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

6

 

 

8

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

18

 

 

 

24

 

30

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

9

 

 

 

12

 

15

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

6

 

 

 

3

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

(d)

AB

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

BA

 

 

2

 

 

1

 

 

3

;

 

 

 

=

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x+5y+2z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(e)

AB

 

 

 

 

 

 

2x+3y+ z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

6

 

 

 

 

·

 

 

=

 

 

 

 

12

 

 

 

3

 

 

 

9

 

=

 

 

ATBT

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

2

 

 

 

6

 

 

(BA)T,

7.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

3

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

0

2

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

2

 

 

 

1

 

 

 

·

 

 

3

 

 

6

 

 

=

 

0

 

 

0

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BTAT

 

 

 

 

3 0

 

2

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

0 0

 

 

 

 

(AB)T

 

 

7.5

(a)

ACB = D(3,1),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

0

1

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

(b)

(AC)B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

7

24

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

=

 

 

14

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

178

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

10

 

 

 

9

5

 

 

18

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

154

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

·

 

 

7

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A(CB)

 

 

 

 

 

 

7

 

 

4

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

178

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

3

 

 

·

=

 

 

 

154

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

500

Selected solutions

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

0

0

14

46

 

 

=

 

0

 

0

0

70

 

 

=

 

 

7.6

(a)

A2

0 0 0

0

A3

0

0 0 0

Ak

0, k

4;

 

 

0

0

0

35

,

 

 

0

 

0

0

0

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

0

0

 

 

 

 

0

 

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b)

B2k = I ,

 

k N ;

B2k 1 = B;

k N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.7(a) R1: 74,000 units and R2: 73,000 units;

(b)31 EUR each unit of S1, 29 EUR each unit of S2 and 20 EUR each unit of S3; 275 EUR for F1 and 156 EUR for F2.

1 4 2 0

7.8(a) A12 = 0 1 , A22 = 0 1 ;

(b)

|A12| = −1, |A22| = 2;

(c)

cofactor of a11: 18, cofactor of a21: 3, cofactor of a31: 12;

(d)|A| = −33

7.9

(a)

6,

(b) 5,

(c) 70,

(d) 8, (e) 0, (f ) (1)n13n

7.10

(a)

x = 2;

(b)

x1 = −2,

x2 = 0

7.11

x1 = 2, x2 = 3,

x3 = −5

 

7.12the zero vector is the kernel of the mapping

 

x1

 

 

 

u1

 

=

1

4

1

x1

 

 

 

 

x3

 

u3

14

10

4

x3

 

7.13

x2

 

 

R3

u2

 

 

10

9

1

x2

 

 

R3

 

 

1/11

3/11

3/11

;

 

 

1

3/2

8

;

7.14 (a) A1

4/11

1/11

10/11

(c) C1

0

1/2

2

 

=

4/11

1/11

1/11

 

 

=

0

0

1

 

 

(d)

 

D1

 

 

 

2

 

 

1

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

1/2

 

 

1

1/2

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

4

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

2

 

 

3/2

 

 

1

1/2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1 2 9

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

5

 

21

 

41

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

1

 

 

 

 

7.15

A

 

=

 

0

 

 

 

0

 

 

1

 

 

3

 

5

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

0

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

=

7 12

 

 

7.16

(AB)

1

 

B

 

 

1A

1

 

 

1

 

 

23 37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.17

(a)

 

X = BTA1;

 

 

(b)

X = B(A + 2I )1;

(c) X = A1CB1;

 

(d)

 

X = C1AB1;

 

 

 

 

(e)

X = [(A + 4I )CT]1

7.18

(b)

 

x −→ (I A)x = y;

 

(c)

no;

 

(d)

y R4 −→ x = (I A)1y R4

7.19

(a)

 

q = (I A)p

 

 

0

3

0

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

0

0

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

0

2

0

 

 

 

 

 

with A = (ai,j ) =

 

;

 

 

 

 

0

0

0

0

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

0

0

0

 

 

Selected solutions 501

(b)p = (I A)1q;

(c)

r = Bp = B(I A)1q

 

 

 

 

 

 

1

3

0

0

16

 

 

 

= =

 

0

0

0

0

7

 

− =

 

 

 

 

 

 

0

0

0

1

2

 

 

 

 

 

 

1

0

3

0

0

 

 

 

0

1

0

0

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A)1

 

0

0

0

0

1

 

 

 

with B

(bij )

 

 

5

1

0

0

0

, (I

 

0

0

1

2

4

 

,

 

rT = ( 660,

1740,

 

70

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 LINEAR EQUATIONS AND INEQUALITIES

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.1 (a)

x1 = 1,

x2 = 2,

x3 = 0;

(b)

no solution;

x3 = 1

 

 

 

 

 

(c)

no solution;

 

 

 

 

 

(d)

x1 = 5,

x2 = 4,

 

 

 

 

 

8.2(a) (i) x1 = x2 = x3 = x4 = 0;

 

 

(ii)

x1 = −9t, x2 = 11t, x3 = −3t, x4 = t,

t R;

 

 

(b) (i)

x1 = 3,

x2 = −3,

x3 = 1,

 

x4 = −1;

 

 

x4 = t,

t R

 

 

(ii)

x1 = −6 9t,

x2 = 8 + 11t,

 

x3 = −2 3t,

 

 

 

 

x1 = 5 + 3t,

 

x2 =

5

5

 

 

 

 

13

13

 

x4

= t, t R;

8.3

(a)

 

2

2 t, x3 =

2 +

2 t,

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

x1 = 2 +

 

 

t, x2 = 5

 

t, x3

= t, x4 = −1 +

 

t, t

R

 

 

 

13

13

13

 

(b)

x1 = 4 3t1 2t2,

x2 = −1 + 2t1 t2,

x3 = t1,

 

x4 = 1 + 3t2, x5 = t2;

 

 

 

x1 = 6 + 2t1 7t2, x2 = t1, x3 = t2, x4 = −2 3t1 + 6t2,

 

 

 

 

x5 = −1 t1 + 2t2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t1, t2 R

 

 

8a 46

 

 

3a + 12 , z

 

 

 

 

 

 

 

 

8.4

a

=

31 : x

 

 

, y

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

=

6a

31

 

= 6a

31

= 6a

31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.5the cases ‘no solution’ and ‘unique solution’ do not exist for any λ.

λ = 2 :

x = −

1

2

3 z

3 y, y, z R;

λ = 2 :

x = −

2

y R; z = 0

3 y,

8.6 (a)

no solution for: a = 0, b R

or a = −1/3, b = 1;

 

unique solution for: a = 0, b = 1;

 

 

general solution for: a = −1/3, b = 1

(b)

x1

= 2 + t, x2 = −t, x3 = −3,

x4 = t, t R;

(c)

x1

= 6, x2 = 0, x3 = 1, x4 = 4

8.7

x = 1,

y = 2,

z = 3

t R,

 

x = 1,

y = t,

z = 5 t,

 

x = 4 t,

y = 2,

z = t,

t R,

 

x = −2 + t, y = 2,

z = t,

t R,

for a = 0, |a| = |b|; for a = 0, b = 0; for a = 0, a = b; for a = 0, a = −b

8.8 ker(A) = (3t/2, t/2, t)T , t R

8.9system 1: x1 = 1, system 2: x1 = 5,

8.10 (a) A1

=

4

1

 

1

x2

= 2,

x3 = 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

= 0,

x3 = 3

 

=

 

5

 

4

3

2

 

1

1

 

 

 

4

1

 

 

 

 

2

 

1

1

1

2

1

 

; (c)

C

1

0

1/2

1

1/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

3/2

 

1

1/2

 

502

Selected solutions

 

 

 

 

 

=

5

2 1

 

 

 

 

=

9

11 52 40

 

8.11

(a)

X

 

1

6

78

 

51

;

(b) X

 

1

11 8

;

 

 

X =

10

10

2

 

 

 

 

 

 

 

 

(c)

15

11

1

 

 

 

 

 

 

8.12

(b)

X

 

 

5.79

17.80

 

14.19

10.18

 

 

 

28.99

29.67

 

9.46

30.54

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11.59

23.73

 

18.52

20.36

 

 

 

 

 

 

= 11.59

35.60

 

14.19

25.46

 

 

 

8.13a belongs to the set; b does not belong to it.

8.14(b)

 

x

 

= λ1

 

0

 

+ λ2

 

200

+ λ3

 

0

+ λ4

 

100

,

(c)

y

0

0

240

200

4

λi = 1,

λi 0,

 

i = 1, 2, 3, 4;

 

 

 

 

 

 

i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.15

x2

= λ1

0

+ λ2

3

+ λ3

5

+λ4

0

+ µ1

1

+ µ2

1 ,

x1

 

0

 

0

 

1

 

1

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

λi 0,

i = 1, 2, 3, 4,

 

µ1, µ2 0

 

 

 

 

λi = 1,

 

 

 

 

 

i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Selected solutions 503

 

x1

 

=

 

 

0

 

+

 

 

0

 

+

 

 

3/4

 

+

 

 

5/9

 

8.16 (a)

x3

 

0

 

3

 

0

 

0

x2

 

 

λ1

 

0

 

 

λ2

 

0

 

 

λ3

 

0

 

 

λ4

 

7/9

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λi = 1, λi 0, i

= 1, 2, . . . , 6;

 

 

+λ5 11/7

+ λ6 1

,

 

6

 

 

x2

 

10/7

 

 

 

0

 

 

i=1

 

+ λ3

 

 

 

+ λ4

 

 

 

(b)

=

λ1

0

 

 

λ2

 

0

3

12/5

 

x1

 

 

 

 

3

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

0

 

 

x3

 

0

 

0 +

 

0

0

 

3/5

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

λi 0,

i = 1, 2, . . . , 5

 

 

 

 

+ λ5

,

 

5

λi = 1,

 

 

 

 

 

 

 

3/5

 

 

i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 LINEAR PROGRAMMING

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.1 (a)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b)

 

 

 

 

 

 

 

(c)infinitely many solutions

9.2

z

=

10x1

+

6x2

max!

 

 

 

x1

 

 

100

 

 

 

3x1

+

x2

30

 

 

 

x2

0

 

 

 

x1

+

4x2

200

 

 

 

 

 

x1, x2

0

(d)

no optimal solution

504 Selected solutions

 

optimal solution: x1 = 80, x2 = 30; z = 980

 

 

 

 

 

 

 

 

9.3

(a)

z¯ = −z = −x1 + 2x2 x3 max!

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

s.t.

 

 

 

x1

+

x2

 

+

x3

 

+

x4

+ x5

7

 

 

 

 

 

 

3x1

+ x2

 

x3

 

 

 

 

= 4

 

 

 

 

 

xj

 

 

0,

j = 1, 2, 3, 4, 5

 

 

x

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b)

z

 

z

= −

x

2x2

+

3x3

+

max!

 

 

 

 

 

 

¯ = −

 

1

 

 

 

4

4

 

 

 

 

 

 

 

 

s.t.

 

x

+

x2

 

1 x3

+

3 x

 

3 x

 

 

 

=

4

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

2

4

 

2 4

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

+

 

2x3

+

x

 

x

+

x5

 

=

10

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

4

 

4

 

 

 

 

 

 

2x

 

 

 

 

2x3

+

3x

 

3x

 

+

x6

=

0

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

4

 

4

, x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x , x2

, x3, x

, x5, x6, x7

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

4

4

 

 

 

9.4

(a)

x1 = 8/5,

x2 = 3/5;

 

 

z = 11/5;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b) infinitely many optimal solutions: z = −11;

 

 

 

 

 

 

 

 

1

+ (1

λ)

3

 

, 0 λ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = λ 5

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.5

(a)

x1 = 0,

 

 

x2 = 10,

 

x3 = 5,

 

 

x4 = 15;

z = 155;

 

 

 

 

 

(b) a (finite) optimal solution does not exist;

 

 

 

 

 

 

 

 

9.6 x1 = 80, x2 = 30, x3 = 20, x4 = 0, x5 = 210, x6 = 0; z = 980;

9.7(a) a (finite) optimal solution does not exist;

(b)z = 24;

x1

 

=

 

5.5

 

+

 

 

 

10

 

 

 

 

x3

9.5

(1

 

14

0

 

1

x2

 

 

λ

4.5

 

 

 

λ)

 

0

,

 

λ

 

(c)the problem does not have a feasible solution.

9.8dual problem of problem 9.5 (a):

w = 400u5 + 30u6 + 5u7 min!

 

s.t. 20u5

+

u6

7

10u5

+

u6

4

12u5

+ u6

+ u7 5

16u5

+

u6

6

uj 0; j = 5, 6, 7

dual problem of problem 9.7 (a):

w = 10u5 + 4u6 max!

s.t

3u4

+

u5

+

 

1

 

u4

+ 2u5

u6

1

 

4u4

+

 

+

3u6

1

uj

0; j = 4, 5, 6

 

 

 

 

Selected solutions 505

dual problem of 9.7(c):

 

 

 

w = 4u5 + 9u6 + 3u7 min!

 

s.t. u5

+ 2u6

+ u7

2

u5

+ 3u6

≥ −1

u5

u6

+ 2u7

1

u5

2u6

 

0

u5 R; u6 R; u7 0

9.9(a) primal problem: x1 = 0, x2 = 9/2, x3 = 1/2, x4 = 17/2; z = −18; dual problem: u5 = 1, u6 = 4, u7 = 1; w = −18;

(b)primal problem: x1 = 17, x2 = 0, x3 = 9, x4 = 3; z = 63; dual problem: u5 = 25/4, u6 = 3/4, u7 = 35/4; w = 63

9.10 optimal solution of problem (P): x1 = 4, x2 = 2; z = 14;

optimal solution of problem (D): u3 = 2/3, u1 = 1/3, u5 = 0; w = 14

9.11(c) optimal solutions:

(1)

x1

= 0,

x2 = 100,

x3 = 50,

 

x4 = 40;

 

z = 190;

 

 

 

(2)

x1

= 50,

 

x2 = 0,

 

x3 = 100,

 

x4 = 40;

 

z = 190

 

 

 

10 EIGENVALUE PROBLEMS AND QUADRATIC FORMS

 

 

 

 

 

 

= 3,

λ2 = −2,

x1 = t1

 

 

1

 

 

 

= t2

 

 

1

;

 

 

10.1 A:

λ1

 

1 ,

x2

4

 

 

B: λ1 = 3 + i, λ2 = 3 i, x1 = t1

1

 

 

 

,

 

x2 = t2

1

;

1 + i

 

 

1 i

C: λ1 = 1, λ2 = 2, λ3 = −1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

1

 

 

 

=

 

 

 

2

 

0

 

=

 

 

3

 

0

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

x1

 

 

t1

 

0

, x2

 

t2

 

1

, x3

 

 

t3

 

1

 

 

 

 

D: λ1

 

1, λ2 = λ3 = 2, x1

=

t1

1

 

, x2

=

t2

 

2

;

 

t1, t2, t3

 

= R; t1, t2, t3

=

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.2(a) λ1 = 1.1 greatest eigenvalue with eigenvector xT = (3a/2, a), a = 0;

(b)based on a production level x1 = 3a/2 and x2 = a (a > 0) in period t, it follows

a proportionate growth by 10 per cent for period t + 1: x1 = 1.65a, x2 = 1.1a;

(c)x1 = 6, 000; x2 = 4, 000; subsequent period: x1 = 6, 600; x2 = 4, 400; two periods later: x1 = 7, 260; x2 = 4, 840

10.3 (a) A:

 

λ1 = 1,

 

λ2 = 3,

 

λ3 = −2,

λ4 = 5,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

1

 

 

=

 

 

1

 

 

=

 

 

4/15

 

 

=

 

 

1/4

 

x1

t1

0

, x2

t2

0

 

t3

0

, x4

t4

1

 

 

0

 

 

 

1

, x3

 

 

2/5

 

 

 

0

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

506

Selected solutions

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B :

λ1 = λ2 = 4, λ3 = −2,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1,2 = t1

1

 

+ t2

 

0

 

x3 = t3

0

 

 

 

 

 

0

1

,

1

;

 

 

 

t1, t2

, t3, t4

R

 

0

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

0

\ { }

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.4

xTBx = xTBsx with Bs =

2

 

1/2

, Bs is positive definite

1/2

 

4

10.5

(a) A: λ1,2 = 2 ±

 

 

 

B: λ1,2 = (3 ±

 

)/2,

 

 

 

 

2,

 

17

 

λ2,3 = 3 ±

 

 

 

C: λ1 = −4,

λ2 = 2,

λ3 = 3,

D: λ1 = 1,

 

 

 

8;

(b)A and D are positive definite, B and C are indefinite

10.6 (a) a1 = 3, a2 = 1, a3 R;

(b)any vector x1 = (t, t, 0)T with t R, t = 0, is an eigenvector;

(c) a3 > 1;

(d) no

11FUNCTIONS OF SEVERAL VARIABLES

11.1(a) f (x1, x2) = x1x2

isoquants

surface in R3

(b)domains and isoquants

(i)

(ii)

Df = {(x, y) R2| x2 + y2 9}

Df = {(x, y) R | x = y}

Selected solutions 507

(iii)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Df

= R

 

 

 

 

 

 

y2x(y2 1),

 

 

 

 

 

 

 

11.2

(a)

fx

=

2x sin2y,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b)

fx

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

) ln x;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fy = 2x2 sin y cos y;

 

 

 

fy = 2y x(y

 

 

 

 

 

 

 

 

(c)

fx = yx

(y

1)

 

+ y

x

ln y,

 

(d)

fx =

 

1

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fy = x

y

ln x

+ xy

(x

1)

;

 

 

fy =

 

1

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2y

 

x1

 

 

 

 

 

 

 

 

(e)

fx

 

 

ex2 +y2 +z2 (2

 

 

 

4x2), (f )

fx1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

2+

 

= x12

+xx22 + x32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fy

 

 

4xyex

+y

 

 

+z

,

 

 

 

 

fx2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

= x12

+xx22 + x32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fz =

4xzex

 

+y

 

+z

 

;

 

 

 

 

fx3

 

=

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

+ x2 + x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1, 200, 000

 

 

 

 

 

 

 

 

32, 000, 000

 

 

 

11.3

(a)

Cx = 120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

Cy = 800

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

y2

 

 

 

 

Cy (240) 244.5

 

(b)

Cx (80) = − 67.5,

 

 

Cx (120) 36.67,

 

 

 

 

Cy (160) = − 450,

11.4

(a)

fx1 x2

= fx2 x1 = 6x2x33,

fx1 x3 = fx3 x1

= 9x22x32, fx2 x3

= fx3 x2 = 18x1x2x32,

 

 

fx1 x1 = 6x1 2

x12,

 

 

fx2 x2 = 6x1x33,

 

 

 

 

 

 

fx3 x3 = 18x1x22x3 x32;

 

(b)

fxx

 

 

 

 

4y

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

fyy

 

4x2

 

 

 

,

 

 

fxy

 

 

fyx

 

2xy + 2

;

 

= (1 xy)3

 

 

 

 

=

(1 xy)3

 

 

=

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1 xy)3

(c) fxx =

4xy

,

fyy = fxx ,

(x2 y2)2

11.5(a) grad f (1, 0) = (a, b)T,

(b)grad f (1, 0) = (2, 1)T,

(c)grad f (1, 0) = (1/2, 0)T,

fxy

=

fyx

=

2(x2 + y2)

 

 

(x2 y2)2

grad f (1, 2) = (a, b)T; grad f (1, 2) = (3, 3.6)T;

grad f (1, 2) = (1/2, 1)T

11.6the direction of movement is grad f (1, 1) = (1.416, 0.909)T

 

 

1

x

 

x

 

 

x

 

 

2

 

 

 

11.7

(a)

dz = y cos y dx

 

 

cos y dy;

(b)

dz = (2x + y

 

) dx

+ (2xy

+ cos y) dy;

y2

 

 

(c)

dz = (2x dx + 2y dy)e

x2

+

y2

;

(d)

1

1

 

 

 

 

 

dz = x dx + y dy

 

 

11.8

surface: S = 28π ,

absolute error: 4.08,

relative error: 4.6 per cent

 

508

Selected solutions

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz

 

 

 

 

x2

dx1

 

 

 

 

 

2

x2

dx2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11.9

(a)

dt

= 2x1e

 

 

dt

 

 

+ x1 e

 

 

dt

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b)

(i)

z

=

 

2x1e

x

 

 

 

 

 

 

2 x

 

2

=

6t

5

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2t + x1 e

 

2

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(ii)

z

=

 

 

 

 

x

 

 

2

 

 

2 x

 

2t =

8e

t2

 

 

1

 

t ln t ln t;

 

 

 

2x1e

 

2

 

t

 

+ x1 e

 

2

 

 

 

 

t

 

 

(c)

(i)

z

=

t6;

 

 

z

=

6t5,

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

 

 

+

 

 

 

 

(ii)

z = (ln t

2

 

 

2

e

t

2

,

z

=

 

8e

t

 

+ t ln t) ln t

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

( t

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11.10

 

 

(a) = −

 

;

 

 

 

(a) = −

 

 

 

2;

 

 

 

 

(a) =

 

 

 

 

 

r1

2

 

r2

4

 

 

 

 

r3

2

 

11.11

(a)

grad C(3, 2, 1) = (8, 6, 10)

T

,

 

 

C

(P0) = 13.36;

 

 

 

 

r1

percentage rate of cost reduction: 5.52 per cent;

(b)The first ratio is better or equal

11.12

ρf ,x1

= 0.002;

ρf ,x2 = 0.00053;

εf ,x1

= 0.2;

εf ,x2 = 0.079

11.13

(a)

partial elasticities:

 

 

 

 

 

 

εf ,x1

 

x1(3x12 + 2x22)

,

εf ,x2

x2(4x1x2 + 3x22)

 

 

 

= 2(x13 + 2x1x22 + x2

3)

 

= 2(x13 + 2x1x22 + x23)

 

 

f homogeneous of degree r = 3/2,

r > 1;

 

(b)f is not homogeneous

11.14

(a) y

 

 

 

bx

 

; (b)

y

 

3x cos 3x

sin 3x ; (c) y

y(yxy 1 + 2x2y)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

2

=

2

x2

y

 

 

x

 

 

 

= a x2

 

 

 

 

 

 

= − x( yxy ln x 1 + yx2)

11.15

|J | = r;

for r = 0 : r = x

+ y , ϕ = arctan

 

resp. ϕ = arccos

 

 

x

x2 + y2

11.16local maximum at (x1, y1) = (1/2, 1/3); no local extremum at (x2, y2) = (1/7, 1/7)

11.17(a) local minimum at (x1, y1) = (0, 1/2) with z1 = −1/4;

(b)local minimum at (x1, y1) = (1, ln 43 ) with z1 = 1 ln 43

11.18stationary point: (x0, y0) = (100, 200);

local minimum point with C(100, 200) = 824, 000

11.19local minimum point: x1 = (1, 0, 0),

x2 = (1, 1, 1), x3 = (1, 1, 1) are not local extreme points

11.20no local extremum

11.21

stationary point x = (30, 30,

15) is a local maximum point with P(30, 30, 15) =

 

26, 777.5

 

 

 

 

 

 

 

11.22

(a) y = 10.05x 28.25;

 

(b) y(18) = 152.64, y(36) = 333.5

11.23

P1: maximum; P2: minimum

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Selected solutions 509

11.24(a) local maximum at (x1, y1) = (4, 0) with z1 = 16;

(b)local minimum at (x11, x21, x31) = (1/12, 37/12, 30) with z1 = −73/48

11.25local maximum point; values of the Lagrangian multipliers: λ1 = −13 and λ2 = −16

11.26length = breadth = 12.6 cm, height = 18.9 cm

11.27local and global maximum of distance Dmax = 84/9

= (23 , 23 5);

=3 at point (x3, y3) = (1, 0);1 min

local and global minimum of distance D2 min = 1 at point (x4, y4) = (1, 0)

11.28stationary point (x1, x2, x3; λ) = (25, 7.5, 15; 5); local minimum point with C(25, 7.5, 15) = 187.5

11.29136/3

11.3032/3

11.313/8

12DIFFERENTIAL EQUATIONS AND DIFFERENCE EQUATIONS

12.1(a), (c)

 

(b)

yP = ex

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + ex

 

 

 

12.2

(a)

y

=

ln

 

ex

+

C

|

;

(b) y2

=

1

+

2 ln

 

 

 

 

 

 

|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

12.3

ky · (x 1) y + 1 = 0

 

particular solution yP = xx2

12.4

general solution y = Cxx2 ,

12.5

y = Ct100et/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12.6

The functions y1, y2, y3 form a fundamental system;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = C1x + C2x ln x + C3 x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12.7

(a)

y = Ce

2x

1

 

 

 

 

 

 

 

(b)

 

y

P

x

(1 + x);

 

 

5 cos x

5 sin x;

 

 

 

 

 

 

= e

 

(c)

y = C1ex + C2ex/2 + ex ;

 

 

 

 

 

(d)

 

y = −ex cos 3x + x2 + 2.2 x + 1

 

 

y = C1 + ex (C2 cos 2x + C3 sin 2x) +

1

 

 

 

2

 

12.8

(a)

 

cos x +

 

sin x;

5

5

 

(b)

y = C1ex + C2e2x + C3xe2x +

1

xex

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

510

Selected solutions

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12.9

(a)

y1

= C1eax cos x+

C2eax sin x

(b) y1P

= 3e2x

+9

 

 

 

 

 

=

C1eax sin x

+

C2eax cos x

2

= −

 

+

8ex

 

 

 

 

y2

 

 

yP

=

 

2e2x

+

 

 

 

 

 

 

 

 

3

e2x

16ex

 

 

 

 

 

 

 

 

yP

 

 

 

9

12.10

(a)

yt

= (1 + b)2t b;

(b) strictly increasing for b > 1;

 

 

(c)

12.11

(a)

pt+1 = −2pt +12;

(b) pt = −(2)t +4 with p0 = 3, p1 = 6, p2 = 0, . . .;

 

(c)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yt = 2t

2

2

;

 

 

 

1

2

12.12

(a)

C1 cos 3 π t

+ C2 sin 3 π t

 

(b)

ytP

= 4t (2)t 3 t

3 ;

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

(c)

yt = C1(1)t + C2t(1)t + 100 · 4t

 

 

=

C1(1.5)t + C2(0.1)t ;

12.13

(a)

yt+2

= 1.4yt+1

+ 0.15yt ;

 

(b)

yt

 

(c)

1,518.76 units

 

 

 

 

 

 

 

12.14

(a)

 

t 1

 

 

(b)

yt

= 3t y0 + 3t t 1

 

yt = 3t y0 + i=1 (2i + 1)3ti1;