Matematinė analizė 2: pasiruošimo paketas

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

Nauji uždaviniai Atgal 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: ∫_a^b f dx = F(b) − F(a)
Pagrindiniai integralai: ∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Plotas tarp kreivių: ∫_a^b (f − g) dx

Metodas

Kai įmanoma, pointegralinę funkciją perrašykite kaip paprastų narių sumą.
Taikykite laipsninės funkcijos taisyklę: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), o e^x, 1/x, sin ir cos – lentelinius integralus.
Keitinį naudokite, kai matote funkciją kartu su jos išvestine.
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 |a_k+1/a_k|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Konvergavimo spindulys: R = lim |c_k/c_k+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

Nustatykite tipą: aritmetinė (pastovus skirtumas), geometrinė (pastovus daugiklis), standartinė eilutė, laipsninė eilutė arba Teiloro polinomas.
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.
Konvergavimui: pirmiausia būtinoji sąlyga, tada palyginkite su Σ1/kᵖ ar geometrine eilute, o faktorialams ir k-tiesiems laipsniams naudokite d’Alambero ar Koši kriterijų.
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: f_x = ∂f/∂x (y constant), f_xy = f_yx
Gradientas: ∇f = (f_x, f_y), largest slope |∇f|
Išvestinė pagal kryptį: D_uf = ∇f·u, u = v/|v|
Liečiamoji plokštuma: z = f(a, b) + f_x(x − a) + f_y(y − b)
Grandinės taisyklė: dz/dt = f_x·dx/dt + f_y·dy/dt
Antros eilės išvestinių testas: D = f_xxf_yy − f_xy²: D > 0, f_xx > 0 minimum; D > 0, f_xx < 0 maximum; D < 0 saddle
Dvilypis integralas: ∬_R f dA = ∫_a^b∫_g(x)^h(x) f dy dx
Polinės koordinatės: x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Metodas

Dalinei išvestinei kitą kintamąjį laikykite konstanta ir naudokite vieno kintamojo taisykles.
Gradiento uždaviniuose taške apskaičiuokite ∇f = (f_x, f_y); stačiausiam nuolydžiui naudokite |∇f|, o išvestinei pagal kryptį – ∇f·u su vienetiniu vektoriumi u.
Ekstremumams kartu išspręskite f_x = 0 ir f_y = 0, tada kiekvieną tašką klasifikuokite pagal D = f_xx·f_yy − f_xy².
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 = y₀e^kt
Pusėjimo trukmė: k = ln 2 / t_½
Niutono aušimo dėsnis: T(t) = T_a + (T₀ − T_a)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

Apskaičiuokite I = ∫₀¹ e^−x dx.

f(x) = e^−x[0, 1]

I =

2.IntegralaiSunkus

Raskite srities, apribotos y = 0,5x² ir y = 2x, plotą A.

y = 0,5x²y = 2x

A =

3.Sekos ir eilutėsVidutinis

Raskite laipsninės eilutės Σ_k=1^∞ k²·3ᵏ·xᵏ konvergavimo spindulį R.

Σ k²·3ᵏ·xᵏx₀ = 0

R =

4.Sekos ir eilutėsSunkus

f(x) = ln(1 + x) aproksimuojama 5 laipsnio Maklorino polinomu taške x = 0,3. Naudodami Lagranžo paklaidos įvertį M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! su M = 5! = 120, raskite didžiausią galimą paklaidą |R₅|.

f(x) = ln(1 + x)n = 5x = 0,3M = 120

|R₅| =

5.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis

z = −y·e^xy, kai x = −t ir y = −t² − 2. Sudėtinės funkcijos taisykle raskite dz/dt, kai t = 1.

z = −y·e^xyx = −ty = −t² − 2t = 1

dz/dt =

6.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus

Naudodami polines koordinates apskaičiuokite I = ∬_R (x² + y²) dA, kur R yra skritulys x² + y² ≤ 1.

f = x² + y²0 ≤ r ≤ 10 ≤ θ ≤ 2π

I =

7.Diferencialinės lygtysVidutinis

Išspręskite y″ + 6y′ + 8y = 0, kai y(0) = 4 ir y′(0) = 6. Raskite y(1).

y″ + 6y′ + 8y = 0y(0) = 4y′(0) = 6

y(1) =

8.Diferencialinės lygtysSunkus

Sistema tenkina y″ + 2y′ + 10y = 10, kai t ≥ 0, pradedant iš rimties: y(0) = 0, y′(0) = 0. Raskite y(0,25); kampai radianais.

y″ + 2y′ + 10y = 10y(0) = 0y′(0) = 0

y(0.25) =

3Tirpalai

1.Integralai

Atsakymas: I = 0,6321

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) = e^−x/(−1)

Įstatykite rėžius

I = (e⁻¹ − 1)/(−1) = (0,3679 − 1)/(−1) = 0,6321

Atsakymas

I = 0,6321

2.Integralai

Atsakymas: A = 5,333

Susikirtimo taškai

0,5x² = 2x → x = 0, x = 4

Integruokite viršutinę minus apatinę

A = [x² − 0,1667x³]₀⁴ = 5,333

Atsakymas

A = 5,333

3.Sekos ir eilutės

Atsakymas: R = 0,3333

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 |a_k+1/a_k|; Koši šaknies kriterijus: L = lim |a_k|^1/k. L < 1 konverguoja, L > 1 diverguoja, L = 1 nieko nenusprendžia. Laipsninė eilutė Σc_k(x − x₀)ᵏ konverguoja, kai |x − x₀| < R, kur R = lim |c_k/c_k+1|; alternuojančioji eilutė, kurios nariai mažėja iki 0, konverguoja.

Koeficientai

c_k/c_k+1 = (1/3)·(k/(k + 1))² → 1/3

Spindulys

R = 0,3333

Atsakymas

R = 0,3333

D’Alambero kriterijus nieko nesako apie du galinius taškus; juos reikia tikrinti atskirai.

4.Sekos ir eilutės

Atsakymas: |R₅| = 0,0001215

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.

Išvestinės įvertis

M = 5! = 120

Lagranžo įvertis

|R₅| ≤ 120·0,3⁶/6! = 0,0001215

Atsakymas

|R₅| = 0,0001215

Tikroji paklaida mažesnė: |f(0,3) − P₅(0,3)| = 9,674 × 10⁻⁵.

5.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: dz/dt = 341,5

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

Taškas ir greičiai

x(1) = −1, y(1) = −3

dx/dt = −1, dy/dt = −2t = −2

Dalinės išvestinės

f_x = −y²e^xy = −180,8

f_y = −e^xy(1 + xy) = −80,34

Grandinės taisyklė

dz/dt = (−180,8)·(−1) + (−80,34)·(−2) = 341,5

Atsakymas

dz/dt = 341,5

6.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: I = 1,571

Kritiniai taškai ir dvilypiai integralai: kritiniame taške f_x = f_y = 0. Antros eilės išvestinių testas su D = f_xxf_yy − f_xy²: D > 0 ir f_xx > 0 yra lokalusis minimumas, D > 0 ir f_xx < 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 = ∫₀^2π ∫₀¹ r²·r dr dθ

Integruokite

∫ r²·r dr = [r⁴/4]

I = 1,571

Atsakymas

I = 1,571

7.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(1) = 1,36

Antros eilės tiesinės lygtys: lygčiai y″ + b·y′ + c·y = 0 bandykite y = e^rt: gaunama charakteristinė lygtis r² + b·r + c = 0. Dvi skirtingos realiosios šaknys r₁ ≠ r₂ duoda y = A·e^r₁t + B·e^r₂t (viršslopinamas atvejis); dviguba šaknis r duoda y = (A + Bt)·e^rt (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″ + 2ζω_ny′ + ω_n²y = 0, ω_n 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.

Charakteristinės šaknys

(r + 2)(r + 4) = 0 → r = −2, −4

Konstantos pagal pradines vertes

A + B = 4, −2A − 4B = 6

A = 11, B = −7

Apskaičiuokite

y(1) = 11·e⁻² + (−7)·e⁻⁴ = 1,36

Atsakymas

y(1) = 1,36

8.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(0.25) = 0,2532

Nusistovėjusi vertė ir šaknys

y_ss = 1, r = −1 ± 3j

Konstantos pagal pradines vertes

y(0) = 1 + A = 0 → A = −1

y′(0) = −1A + 3B = 0 → B = −0,3333

Apskaičiuokite

y(0,25) = 1·(1 − e^−0,25(cos 0,75 + 0,3333·sin 0,75)) = 0,2532

Atsakymas

y(0,25) = 0,2532

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2