Matematinė analizė 2: pasiruošimo paketas

Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 8 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.

Nauji uždaviniaiAtgal į kursą

Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.

1Formulės ir metodai

Integralai

Laipsnio išvestinė
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Apibrėžtinis integralas
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Pagrindiniai integralai
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Plotas tarp kreivių
∫ab (f − g) dx

Metodas

  1. Kai įmanoma, pointegralinę funkciją perrašykite kaip paprastų narių sumą.
  2. Taikykite laipsninės funkcijos taisyklę: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), o ex, 1/x, sin ir cos – lentelinius integralus.
  3. Keitinį naudokite, kai matote funkciją kartu su jos išvestine.
  4. Apibrėžtiniam integralui apskaičiuokite F(b) − F(a).

Sekos ir eilutės

Aritmetinė seka
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Geometrinė seka
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Begalinė geometrinė eilutė
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
p eilutė
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
D’Alambero kriterijus
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Konvergavimo spindulys
R = lim |ck/ck+1|
Teiloro polinomas
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Maklorino eilutė
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Lagranžo paklaidos įvertis
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Metodas

  1. Nustatykite tipą: aritmetinė (pastovus skirtumas), geometrinė (pastovus daugiklis), standartinė eilutė, laipsninė eilutė arba Teiloro polinomas.
  2. Sumoms naudokite Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r) arba S = a₁/(1 − r), kai |r| < 1, kur a₁ yra pirmasis sumos narys.
  3. Konvergavimui: pirmiausia būtinoji sąlyga, tada palyginkite su Σ1/kᵖ ar geometrine eilute, o faktorialams ir k-tiesiems laipsniams naudokite d’Alambero ar Koši kriterijų.
  4. Teiloro polinomams išvardykite f(a), f′(a), f″(a), …, k-ąją išvestinę padalykite iš k! ir paklaidą įvertinkite M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Dalinės išvestinės
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Gradientas
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Išvestinė pagal kryptį
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Liečiamoji plokštuma
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Grandinės taisyklė
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Antros eilės išvestinių testas
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Dvilypis integralas
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Polinės koordinatės
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Metodas

  1. Dalinei išvestinei kitą kintamąjį laikykite konstanta ir naudokite vieno kintamojo taisykles.
  2. Gradiento uždaviniuose taške apskaičiuokite ∇f = (fx, fy); stačiausiam nuolydžiui naudokite |∇f|, o išvestinei pagal kryptį – ∇f·u su vienetiniu vektoriumi u.
  3. Ekstremumams kartu išspręskite fx = 0 ir fy = 0, tada kiekvieną tašką klasifikuokite pagal D = fxx·fyy − fxy².
  4. Dvilypiam integralui nubraižykite sritį, pasirinkite tvarką (arba polines koordinates skrituliams), kad vidinės ribos būtų ribojančios kreivės, ir integruokite pirmiausia vidų.

Diferencialinės lygtys

Eksponentinis augimas / mažėjimas
dy/dt = ky → y = y0ekt
Pusėjimo trukmė
k = ln 2 / t½
Niutono aušimo dėsnis
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Integruojantysis daugiklis
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Maišymo talpa
dm/dt = r·c − (r/V)·m

2Uždaviniai

1.IntegralaiVidutinis
xy02

Apskaičiuokite I = ∫02 ex dx.

f(x) = ex[0, 2]
I =
2.IntegralaiSunkus
xy−22

Raskite srities tarp parabolės y = 4 − x² ir x ašies plotą A.

y = 4 − x²
A =
3.Sekos ir eilutėsVidutinis
AΣ 2/k²k = 1 … ∞BΣ 1/(k² + 2)k = 1 … ∞CΣ (k + 3)/k²k = 1 … ∞DΣ 10ᵏ/k!k = 1 … ∞

Lygiai viena iš keturių eilučių diverguoja. Spustelėkite ją.

A: Σ 2/k²B: Σ 1/(k² + 2)C: Σ (k + 3)/k²D: Σ 10ᵏ/k!
  1. 1A: Σ 2/k²
  2. 2B: Σ 1/(k² + 2)
  3. 3C: Σ (k + 3)/k²
  4. 4D: Σ 10ᵏ/k!
4.Sekos ir eilutėsSunkus

Raskite koeficientą c₃ prie (x − 2)³ funkcijos f(x) = e3x Teiloro eilutėje taško a = 2 aplinkoje.

f(x) = e3xa = 2k = 3
c₃ =
5.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy10∇fP

Kai f(x, y) = 3x³e−y, raskite didžiausią f kitimo greitį taške (1, 0), t. y. |∇f|.

f(x, y) = 3x³e−yP = (1, 0)
|∇f| =
6.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy−202−2024(1, 3)(−1, 3)

Raskite f(x, y) = x³ − 3x + y² − 6y kritinius taškus, juos klasifikuokite ir nurodykite f reikšmę fmin lokaliajame minimume.

f(x, y) = x³ − 3x + y² − 6y
fmin =
7.Diferencialinės lygtysVidutinis
tyy(0) = 5y(0,5) = ?

Išspręskite y″ + 8y′ + 16y = 0, kai y(0) = 5 ir y′(0) = 0. Raskite y(0,5).

y″ + 8y′ + 16y = 0y(0) = 5y′(0) = 0
y(0.5) =
8.Diferencialinės lygtysSunkus
xy12(1, 4)y(2) = ?

Išspręskite Koši uždavinį y′ + 2y/x = 6x2, kai x > 0, su y(1) = 4. Raskite y(2).

y′ + 2y/x = 6x2y(1) = 4
y(2) =

3Tirpalai

1.Integralai

Atsakymas: I = 6,389

Apibrėžtiniai integralai: ∫ₐᵇ f(x) dx – tai ženklą turintis plotas tarp grafiko ir x ašies nuo a iki b. Raskite pirmykštę funkciją F (F′ = f) ir apskaičiuokite F(b) − F(a). Laipsnio taisyklė: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Plotas tarp dviejų kreivių yra ∫(viršutinė − apatinė) dx.

Pirmykštė funkcija

F(x) = ex/1

Įstatykite rėžius

I = (e2 − 1)/1 = (7,389 − 1)/1 = 6,389

Atsakymas

I = 6,389
2.Integralai

Atsakymas: A = 10,67

Apibrėžtiniai integralai: ∫ₐᵇ f(x) dx – tai ženklą turintis plotas tarp grafiko ir x ašies nuo a iki b. Raskite pirmykštę funkciją F (F′ = f) ir apskaičiuokite F(b) − F(a). Laipsnio taisyklė: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Plotas tarp dviejų kreivių yra ∫(viršutinė − apatinė) dx.

Nuliai

4 − x² = 0 → x = ±2

Integruokite

A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67

Atsakymas

A = 10,67
3.Sekos ir eilutės

Atsakymas: C: Σ (k + 3)/k²

Konvergavimas: jei nariai nesiekia 0, eilutė diverguoja (būtinoji sąlyga). Σ1/kᵖ konverguoja tik kai p > 1, o Σrᵏ – tik kai |r| < 1. Eilutę palyginkite su viena iš šių, kai jos nariai dideliems k elgiasi panašiai. D’Alambero kriterijus: L = lim |ak+1/ak|; Koši šaknies kriterijus: L = lim |ak|1/k. L < 1 konverguoja, L > 1 diverguoja, L = 1 nieko nenusprendžia. Laipsninė eilutė Σck(x − x₀)ᵏ konverguoja, kai |x − x₀| < R, kur R = lim |ck/ck+1|; alternuojančioji eilutė, kurios nariai mažėja iki 0, konverguoja.

Patikrinkite kiekvieną eilutę

A: Σ 2/k² → p eilutė, kai p = 2 > 1: konverguoja.
B: Σ 1/(k² + 2) → Mažesnė už 1/k², konverguojančią p eilutę: konverguoja pagal palyginimo kriterijų.
C: Σ (k + 3)/k² → Dideliems k elgiasi kaip 1/k: diverguoja pagal palyginimą su harmonine eilute.
D: Σ 10ᵏ/k! → D’Alambero kriterijus: L = lim 10/(k + 1) = 0 < 1, konverguoja.

Atsakymas

C: Σ (k + 3)/k²

Atsakymas

C: Σ (k + 3)/k²
4.Sekos ir eilutės

Atsakymas: c₃ = 1815

Teiloro polinomai: prie x = a glodi funkcija aproksimuojama Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; kai a = 0, tai Maklorino polinomas. Standartinės eilutės: 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. Lagranžo paklaidos įvertis: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, kur M yra didžiausia |f⁽ⁿ⁺¹⁾| reikšmė tarp a ir x.

Išvestinė f⁽³⁾

f⁽³⁾(x) = 3³·e3x

Koeficientas

c₃ = 3³·e6/3! = 1815
c₃ = 1815

Atsakymas

c₃ = 1815
5.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: |∇f| = 9,487

Gradientas: ∇f = (fx, fy) nukreiptas stačiausio kilimo kryptimi, o |∇f| yra didžiausias kitimo greitis. Išvestinė kryptimi v yra Duf = ∇f·u su vienetiniu vektoriumi u = v/|v|. Liečiamoji plokštuma taške (a, b) yra z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); ji duoda tiesinę f aproksimaciją šalia to taško. Sudėtinės funkcijos taisyklė: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Dalinės išvestinės

fx = 9x²e−y → fx(1, 0) = 9
fy = −3x³e−y → fy(1, 0) = −3

Gradiento ilgis

|∇f| = √(9² + (−3)²) = 9,487

Atsakymas

|∇f| = 9,487
6.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: fmin = −11

Kritiniai taškai ir dvilypiai integralai: kritiniame taške fx = fy = 0. Antros eilės išvestinių testas su D = fxxfyy − fxy²: D > 0 ir fxx > 0 yra lokalusis minimumas, D > 0 ir fxx < 0 – lokalusis maksimumas, D < 0 – balno taškas, o D = 0 nieko nenusprendžia. Dvilypiam integralui bendrojoje srityje vidinėmis ribomis imkite sritį ribojančias kreives; skritulių ir išpjovų atveju naudokite polines koordinates, x = r cos θ, y = r sin θ ir dA = r dr dθ (nepamirškite daugiklio r).

Kritiniai taškai

Kartu išspręskite fx = 0 ir fy = 0.

fx = (3x² − 3) = 0
fy = (2y − 6) = 0
(1, 3), (−1, 3)

Antros eilės išvestinių testas

(1, 3): fxx = 6, fyy = 2, fxy = 0, D = 12 → lokalusis minimumas
(−1, 3): fxx = −6, fyy = 2, fxy = 0, D = −12 → balno taškas

Reikšmė ekstremume

f(1, 3) = −11

Atsakymas

fmin = −11
7.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(0.5) = 2,03

Antros eilės tiesinės lygtys: lygčiai y″ + b·y′ + c·y = 0 bandykite y = ert: gaunama charakteristinė lygtis r² + b·r + c = 0. Dvi skirtingos realiosios šaknys r₁ ≠ r₂ duoda y = A·er₁t + B·er₂t (viršslopinamas atvejis); dviguba šaknis r duoda y = (A + Bt)·ert (kritinis slopinimas); kompleksinės šaknys −α ± jω duoda y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (nepakankamas slopinimas, virpesiai). Pradinės vertės y(0) ir y′(0) nustato A ir B. Užrašius y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn yra savasis dažnis, o ζ – slopinimo santykis: kai ζ < 1, atsiranda virpesių. Esant pastoviam įėjimui, y″ + by′ + cy = c·K, sprendinys yra nusistovėjusi vertė K plius laisvoji dedamoji.

Dviguba šaknis

(r + 4)² = 0 → r = −4

Konstantos

A = y(0) = 5
y′(0) = B − 4A → B = 0 + 20 = 20

Apskaičiuokite

y(0,5) = (5 + 20·0,5)·e−2 = 2,03

Atsakymas

y(0,5) = 2,03
8.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(2) = 10,3

Pirmos eilės diferencialinės lygtys: lygties dy/dt = k·y sprendinys yra y = y₀·ekt (augimas, kai k > 0, mažėjimas, kai k < 0); pusėjimo trukmė T duoda k = ln 2/T. Niutono aušimo dėsnis dT/dt = −k·(T − Tₐ) duoda T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Tiesinė lygtis y′ + p(x)·y = q(x) sprendžiama su integruojančiuoju daugikliu μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, todėl μy = ∫μq dx + C.

Integruojantysis daugiklis

μ = e∫2/x dx = x2

Integruokite

(x2y)′ = 6x4 → x2y = 6x5/5 + C

Pradinė sąlyga

4 = 6/5 + C → C = 2,8

Apskaičiuokite

y(2) = (6·25/5 + 2,8)/22 = 10,3

Atsakymas

y(2) = 10,3

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2