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 2x·(x² + 1)1 dx.

f(x) = 2x·(x² + 1)1[0, 2]
I =
2.IntegralaiSunkus
xyy = 2x2​y = 2x

Raskite srities, apribotos y = 2x2 ir y = 2x, plotą A.

y = 2x2y = 2x
A =
3.Sekos ir eilutėsVidutinis
AΣ (1 + 1/k)ᵏk = 1 … ∞BΣ 1/(4k + 5)k = 1 … ∞CΣ k³/2ᵏk = 1 … ∞DΣ k!/2ᵏk = 1 … ∞

Lygiai viena iš keturių eilučių konverguoja. Spustelėkite ją.

A: Σ (1 + 1/k)ᵏB: Σ 1/(4k + 5)C: Σ k³/2ᵏD: Σ k!/2ᵏ
  1. 1A: Σ (1 + 1/k)ᵏ
  2. 2B: Σ 1/(4k + 5)
  3. 3C: Σ k³/2ᵏ
  4. 4D: Σ k!/2ᵏ
4.Sekos ir eilutėsSunkus
xyfP₂−1,5

Naudokite 2 laipsnio f(x) = e0,5x Maklorino polinomą f(−1,5) apytiksliai rasti. Pateikite P₂(−1,5).

f(x) = e0,5xn = 2x = −1,5
P₂(−1.5) =
5.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy3−2P

Plokštuma, liečianti z = 2x²y² − 4x² + 3y³ + xy taške, kuriame (x, y) = (3, −2), gali būti užrašoma kaip z = px + qy + c. Raskite c.

f(x, y) = 2x²y² − 4x² + 3y³ + xy(a, b) = (3, −2)
c =
6.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy30,5

Naudodami polines koordinates apskaičiuokite I = ∬R √(x² + y²) dA, kur R yra žiedas 0,25 ≤ x² + y² ≤ 9.

f = √(x² + y²)0,5 ≤ r ≤ 30 ≤ θ ≤ 2π
I =
7.Diferencialinės lygtysVidutinis
t (min)T (°C)12Ta​209 °C253 °C

320 °C kalta plieno detalė paliekama aušti 29 °C dirbtuvėje. Po 12 min temperatūra yra 209 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Kiek laiko nuo pradžios, t, reikia, kad temperatūra pasiektų 253 °C?

T0 = 320 °CTa = 29 °CT(12) = 209 °CT = 253 °C
t = min
8.Diferencialinės lygtysSunkus
ty1y(1) = ?

Išspręskite y′ + 3y = 9e−t su y(0) = 0. Raskite y(1).

y′ + 3y = 9e−ty(0) = 0
y(1) =

3Tirpalai

1.Integralai

Atsakymas: I = 12

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.

Keitinys

u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u1 du

Integruokite ir įstatykite rėžius

I = [u2/2]15 = (25 − 1)/2 = 12

Atsakymas

I = 12
2.Integralai

Atsakymas: A = 0,3333

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.

Susikirtimo taškai

2x2 = 2x → x = 0, x = 1

Integruokite viršutinę minus apatinę

A = [x2 − 0,6667x3]01 = 0,3333

Atsakymas

A = 0,3333
3.Sekos ir eilutės

Atsakymas: C: Σ k³/2ᵏ

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 (1 + 1/k)ᵏ → Nariai artėja prie e, o ne prie 0: diverguoja pagal būtinąją sąlygą.
B: Σ 1/(4k + 5) → Dideliems k elgiasi kaip 1/(4k); palyginus su harmonine eilute, diverguoja.
C: Σ k³/2ᵏ → D’Alambero kriterijus: L = 1/2 < 1, konverguoja.
D: Σ k!/2ᵏ → D’Alambero kriterijus: L = lim (k + 1)/2 = ∞, diverguoja.

Atsakymas

C: Σ k³/2ᵏ

Atsakymas

C: Σ k³/2ᵏ
4.Sekos ir eilutės

Atsakymas: P₂(−1.5) = 0,5313

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.

Maklorino polinomas

P₂(x) = 1 + 0,5x + 0,125x²

Įstatykite

P₂(−1,5) = 1 − 0,75 + 0,28125 = 0,5313

Atsakymas

P₂(−1,5) = 0,5313

Tiksli reikšmė yra f(−1,5) = 0,472367; paklaida −0,0588834 mažėja, kai imama daugiau narių arba taškas arčiau 0.

5.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: c = −126

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.

Reikšmė ir nuolydžiai taške

f(3, −2) = 6
fx = 4xy² − 8x + y → fx(3, −2) = 22
fy = 4x²y + 9y² + x → fy(3, −2) = −33

Liečiamoji plokštuma

z = 6 + 22(x − 3) − 33(y + 2)
z = 22x − 33y − 126

Konstantos narys

c = −126

Atsakymas

c = −126
6.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: I = 56,29

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).

Polinė forma

I = ∫02π ∫0,53 r·r dr dθ

Integruokite

∫ r·r dr = [r³/3]
I = 56,29

Atsakymas

I = 56,29
7.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: t = 6,537 min

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.

Aušimo konstanta

k = ln(291/180)/12 = 0,04003 min⁻¹

Laikas iki tikslinės temperatūros

t = ln(291/224)/0,04003 = 6,537 min

Atsakymas

t = 6,537 min
8.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(1) = 1,431

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 = e3t
(e3ty)′ = 9e2t

Bendrasis sprendinys

y = 9/2·e−t + C·e−3t = 4,5·e−t + C·e−3t

Pradinė sąlyga

0 = 4,5 + C → C = −4,5

Apskaičiuokite

y(1) = 4,5·0,3679 + (−4,5)·0,04979 = 1,431

Atsakymas

y(1) = 1,431

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2