تعرّف على المتسلسلة وجد مجموعها: S = Σk=0∞ (−1)ᵏ/(2k)!.
ak = (−1)ᵏ/(2k)!
S =
5.التفاضل والتكامل لعدة متغيراتمتوسطة
للدالة f(x, y) = 3x³y³ + 2y² + 2xy، جد المشتقة الاتجاهية Duf عند (3, −1) في اتجاه v = (1, 4).
f(x, y) = 3x³y³ + 2y² + 2xyP = (3, −1)v = (1, 4)
Duf =
6.التفاضل والتكامل لعدة متغيراتصعبة
لا يمكن حساب التكامل I = ∫02 ∫y2 1/(1 + x²)² dx dy بهذا الترتيب. اعكس ترتيب التكامل ثم احسبه.
f = 1/(1 + x²)²0 ≤ y ≤ x ≤ 2
I =
7.المعادلات التفاضليةمتوسطة
قطعة فولاذ مطروقة عند 480 °C تُركت لتبرد في ورشة عند 24 °C. تتبع قانون نيوتن للتبريد، dT/dt = −k·(T − Tₐ). مع k = 0,04 min⁻¹، أوجد درجة حرارتها T بعد 16 min.
T0 = 480 °CTa = 24 °Ck = 0,04 min⁻¹t = 16 min
T = °C
8.المعادلات التفاضليةصعبة
يخضع نظام للمعادلة y″ + y′ + 25,25y = 50,5 عندما t ≥ 0، بادئًا من السكون: y(0) = 0 وy′(0) = 0. أوجد القيمة العظمى ymax لاستجابته للدخل الدرجي.
y″ + y′ + 25,25y = 50,5y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3المحاليل
1.التكاملات
الإجابة: I = 3,437
التكاملات المحددة: ∫ₐᵇ f(x) dx هو المساحة ذات الإشارة بين المنحنى والمحور x من a إلى b. أوجد دالة أصلية F (حيث F′ = f) واحسب F(b) − F(a). قاعدة القوة: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). المساحة بين منحنيين هي ∫(العلوي − السفلي) dx.
الدالة الأصلية
F(x) = e0,5x/0,5
عوّض الحدود
I = (e1 − 1)/0,5 = (2,718 − 1)/0,5 = 3,437
الإجابة
I = 3,437
2.التكاملات
الإجابة: I = 12,78
التكامل بالتجزئة: ∫u·dv = u·v − ∫v·du، وهو ناتج عن قاعدة الضرب. اختر u العامل الذي يصبح أبسط عند اشتقاقه (قوة لـ x، أو ln x)، واختر dv العامل الذي تستطيع تكامله (eˣ أو sin x أو cos x، أو x حين تكون u = ln x). وفي التكامل المحدد قيّم u·v عند الحدّين: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. العامل x² يحتاج إلى جولتين.
الجولة الأولى
∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx
الجولة الثانية
∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)
النهايات
7,389·(2) − 1·2 = 12,78
الإجابة
I = 12,78
3.المتتاليات والمتسلسلات
الإجابة: D: Σ (4/5)ᵏ
التقارب: إذا لم تؤول الحدود إلى 0 فالمتسلسلة متباعدة (اختبار الحد النوني). Σ1/kᵖ تتقارب فقط عندما p > 1، و Σrᵏ فقط عندما |r| < 1. قارن متسلسلة بإحداهما عندما تسلك حدودها سلوكهما لـ k كبيرة. اختبار النسبة: L = lim |ak+1/ak|؛ اختبار الجذر: L = lim |ak|1/k. L < 1 تتقارب، L > 1 تتباعد، L = 1 لا يحسم شيئًا. متسلسلة القوى Σck(x − x₀)ᵏ تتقارب لـ |x − x₀| < R مع R = lim |ck/ck+1|؛ والمتسلسلة المتناوبة التي تتناقص حدودها إلى 0 تتقارب.
اختبر كل متسلسلة
A: Σ (2k + 1)/(k + 2) → تؤول الحدود إلى 2 لا إلى 0: تتباعد باختبار الحد النوني.
B: Σ (3/2)ᵏ → هندسية مع r = 3/2 > 1: تنمو الحدود، فتتباعد.
C: Σ 1/√k → متسلسلة p مع p = 1/2 ≤ 1: تتباعد.
D: Σ (4/5)ᵏ → هندسية مع r = 4/5، |r| < 1: تتقارب.
الجواب
D: Σ (4/5)ᵏ
الإجابة
D: Σ (4/5)ᵏ
4.المتتاليات والمتسلسلات
الإجابة: S = 0,5403
كثيرات حدود تايلور: قرب x = a تُقرَّب دالة ملساء بـ Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!؛ وعندما a = 0 تكون هذه كثيرة حدود ماكلورين. المتسلسلات المعيارية: eˣ = Σxᵏ/k!، sin x = x − x³/3! + x⁵/5! − …، cos x = 1 − x²/2! + x⁴/4! − …، ln(1 + x) = x − x²/2 + x³/3 − …، 1/(1 − x) = Σxᵏ. حد الخطأ للاغرانج: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!، حيث M أكبر قيمة لـ |f⁽ⁿ⁺¹⁾| بين a و x.
المتسلسلات المعيارية
Σ (−1)ᵏx2k/(2k)! = cos x
عوّض
x = 1
S = cos 1 = 0,5403
الإجابة
S = 0,5403
5.التفاضل والتكامل لعدة متغيرات
الإجابة: Duf = 217,6
التدرج: ∇f = (fx, fy) يشير إلى اتجاه أشد صعود، و|∇f| أكبر معدل تغير. المشتقة الاتجاهية في الاتجاه v هي Duf = ∇f·u مع متجه الوحدة u = v/|v|. المستوى المماس عند (a, b) هو z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b)؛ ويعطي التقريب الخطي لـ f قرب تلك النقطة. قاعدة السلسلة: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.
التدرج عند النقطة
fx = 9x²y³ + 2y → fx(3, −1) = −83
fy = 9x³y² + 4y + 2x → fy(3, −1) = 245
متّجه الوحدة
|v| = √(1² + 4²) = 4,123
u = (0,2425, 0,9701)
الضرب القياسي
Duf = (−83)·0,2425 + 245·0,9701 = 217,6
الإجابة
Duf = 217,6
6.التفاضل والتكامل لعدة متغيرات
الإجابة: I = 0,4
النقاط الحرجة والتكاملات الثنائية: النقطة الحرجة فيها fx = fy = 0. اختبار المشتقة الثانية مع D = fxxfyy − fxy²: D > 0 و fxx > 0 نهاية صغرى محلية، و D > 0 و fxx < 0 نهاية عظمى محلية، و D < 0 نقطة سرج، و D = 0 لا يحسم شيئًا. لتكامل ثنائي على منطقة عامة، اجعل حدود التكامل الداخلي المنحنيات التي تحد المنطقة؛ وللأقراص والقطاعات استخدم الإحداثيات القطبية، x = r cos θ و y = r sin θ و dA = r dr dθ (لا تنسَ العامل r).
المنطقة
0 ≤ y ≤ x, 0 ≤ x ≤ 2
الترتيب المعكوس
I = ∫02 ∫0x 1/(1 + x²)² dy dx = ∫02 x·1/(1 + x²)² dx
التعويض u = x²
I = [−1/(2(1 + x²))]02 = 0,4
الإجابة
I = 0,4
7.المعادلات التفاضلية
الإجابة: T = 264,4 °C
المعادلات التفاضلية من الرتبة الأولى: للمعادلة dy/dt = k·y الحل y = y₀·ekt (نمو عندما k > 0، واضمحلال عندما k < 0)؛ وعمر النصف T يعطي k = ln 2/T. قانون نيوتن للتبريد dT/dt = −k·(T − Tₐ) يعطي T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. المعادلة الخطية y′ + p(x)·y = q(x) تُحلّ بعامل التكامل μ = e∫p dx: (μy)′ = μq، لذا μy = ∫μq dx + C.
حلّ قانون التبريد
T(t) = 24 + 456·e−0,04t
عوّض t
T(16) = 24 + 456·0,5273 = 264,4 °C
الإجابة
T = 264,4 °C
8.المعادلات التفاضلية
الإجابة: ymax = 3,461
المعادلات الخطية من الرتبة الثانية: للمعادلة y″ + b·y′ + c·y = 0 جرّب y = ert: فتحصل على المعادلة المميِّزة r² + b·r + c = 0. جذران حقيقيان r₁ ≠ r₂ يعطيان y = A·er₁t + B·er₂t (فوق التخميد)؛ وجذر مضاعف r يعطي y = (A + Bt)·ert (تخميد حرج)؛ وجذران مركّبان −α ± jω يعطيان y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (تحت التخميد، متذبذب). تحدد القيمتان الابتدائيتان y(0) وy′(0) الثابتين A وB. وعند كتابتها y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 تكون ωn التردد الطبيعي وζ نسبة التخميد: ζ < 1 يعني تذبذبًا. ومع دخل ثابت y″ + by′ + cy = c·K يكون الحل القيمة المستقرة K زائد الاستجابة الحرة.