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
xy14

Apskaičiuokite I = ∫14 5/x dx.

f(x) = 5/x[1, 4]
I =
2.IntegralaiSunkus
xy1y = 2xy = 2x²

Sritis tarp tiesės y = 2x ir parabolės y = 2x² sukama apie x ašį. Raskite kūno tūrį V.

y = 2xy = 2x²
V =
3.Sekos ir eilutėsVidutinis
xx₀ = −1??R

Laipsninė eilutė Σk=1∞ (x + 1)ᵏ/2ᵏ konverguoja intervale aplink x₀ = −1. Raskite to intervalo kairįjį galą x.

Σ (x + 1)ᵏ/2ᵏx₀ = −1
x =
4.Sekos ir eilutėsSunkus
xyfP₂0,3

Naudokite 2 laipsnio f(x) = 1/(1 − x) Maklorino polinomą f(0,3) apytiksliai rasti. Pateikite P₂(0,3).

f(x) = 1/(1 − x)n = 2x = 0,3
P₂(0.3) =
5.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis
xy23P

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

f(x, y) = 3xy + 2x² + 3y³(a, b) = (2, 3)
c =
6.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus
xy−202−202(2, −1)(−2, −1)

Raskite f(x, y) = x³ − 12x + y² + 2y kritinius taškus, juos klasifikuokite ir nurodykite f reikšmę fmin lokaliajame minimume.

f(x, y) = x³ − 12x + y² + 2y
fmin =
7.Diferencialinės lygtysVidutinis
t (min)T (°C)13Ta​19 °C8 °C

3 °C gaiviojo gėrimo skardinė išimama iš šaldytuvo į 26 °C kambarį. Po 13 min temperatūra yra 19 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Kiek laiko nuo pradžios, t, reikia, kad temperatūra pasiektų 8 °C?

T0 = 3 °CTa = 26 °CT(13) = 19 °CT = 8 °C
t = min
8.Diferencialinės lygtysSunkus
tyy(0) = 1y(1) = ?

Išspręskite y″ + y′ + 25,25y = 0, kai y(0) = 1 ir y′(0) = 0 (paleista iš rimties). Raskite y(1); kampai radianais.

y″ + y′ + 25,25y = 0y(0) = 1y′(0) = 0
y(1) =

3Tirpalai

1.Integralai

Atsakymas: I = 6,931

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) = 5·ln x

Įstatykite rėžius

I = 5·(ln 4 − ln 1) = 5·ln 4 = 6,931

Atsakymas

I = 6,931
2.Integralai

Atsakymas: V = 1,676

Sukimosi kūnų tūriai: sritį po kreive y = f(x) nuo x = a iki x = b sukant apie x ašį, gaunamas kūnas, kurio pjūvis ties x yra skritulys, kurio spindulys f(x). Sudėjus skritulius, gaunama V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Kai sritis yra tarp išorinės kreivės R(x) ir vidinės kreivės r(x), kiekvienas sluoksnis yra žiedas: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Spindulius pakelkite kvadratu prieš atimdami.

Susikirtimo taškai

2x = 2x² → x = 0, x = 1

Žiedų metodas

V = π∫₀1 ((2x)² − (2x²)²) dx

Integruokite

V = π(4·1³/3 − 4·1⁵/5) = π·0,5333 = 1,676

Atsakymas

V = 1,676
3.Sekos ir eilutės

Atsakymas: x = −3

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.

Koeficientai

ck/ck+1 = 2

Spindulys

R = 2

Intervalas

−3 < x < 1
x = −3

Atsakymas

x = −3

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

4.Sekos ir eilutės

Atsakymas: P₂(0.3) = 1,39

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 + x + x²

Įstatykite

P₂(0,3) = 1 + 0,3 + 0,09 = 1,39

Atsakymas

P₂(0,3) = 1,39

Tiksli reikšmė yra f(0,3) = 1,428571; paklaida 0,0385714 mažėja, kai imama daugiau narių arba taškas arčiau 0.

5.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: c = −188

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(2, 3) = 107
fx = 3y + 4x → fx(2, 3) = 17
fy = 3x + 9y² → fy(2, 3) = 87

Liečiamoji plokštuma

z = 107 + 17(x − 2) + 87(y − 3)
z = 17x + 87y − 188

Konstantos narys

c = −188

Atsakymas

c = −188
6.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: fmin = −17

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 − 12) = 0
fy = (2y + 2) = 0
(2, −1), (−2, −1)

Antros eilės išvestinių testas

(2, −1): fxx = 12, fyy = 2, fxy = 0, D = 24 → lokalusis minimumas
(−2, −1): fxx = −12, fyy = 2, fxy = 0, D = −24 → balno taškas

Reikšmė ekstremume

f(2, −1) = −17

Atsakymas

fmin = −17
7.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: t = 2,679 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(-23/-7)/13 = 0,09151 min⁻¹

Laikas iki tikslinės temperatūros

t = ln(-23/(−18))/0,09151 = 2,679 min

Atsakymas

t = 2,679 min
8.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(1) = 0,1139

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.

Kompleksinės šaknys

r = −0,5 ± 5j

Konstantos

A = 1, B = 0,5·1/5 = 0,1

Apskaičiuokite

y(1) = e−0,5(1·cos 5 + 0,1·sin 5) = 0,1139

Atsakymas

y(1) = 0,1139

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2