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 = ∫₂⁴ 3/x dx.

f(x) = 3/x[2, 4]

I =

2.IntegralaiSunkus

Raskite srities, apribotos y = 0,5x² ir y = 4x, plotą A.

y = 0,5x²y = 4x

A =

3.Sekos ir eilutėsVidutinis

Taikykite d’Alambero kriterijų eilutei Σ_k=1^∞ kᵏ/(2ᵏ·k!). Raskite L = lim |a_k+1/a_k|.

a_k = kᵏ/(2ᵏ·k!)

L =

4.Sekos ir eilutėsSunkus

Raskite koeficientą c₄ prie (x − 1)⁴ funkcijos f(x) = e^3x Teiloro eilutėje taško a = 1 aplinkoje.

f(x) = e^3xa = 1k = 4

c₄ =

5.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasVidutinis

Kai f(x, y) = −2x³y³ + x² − y³ − 4xy, raskite išvestinę kryptimi D_uf taške (−2, 3) vektoriaus v = (4, 0) kryptimi.

f(x, y) = −2x³y³ + x² − y³ − 4xyP = (−2, 3)v = (4, 0)

D_uf =

6.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimasSunkus

Raskite f(x, y) = x³ + y³ + 6xy kritinius taškus, juos klasifikuokite ir nurodykite f reikšmę f_max lokaliajame maksimume.

f(x, y) = x³ + y³ + 6xy

f_max =

7.Diferencialinės lygtysVidutinis

500 °C kalta plieno detalė paliekama aušti 20 °C dirbtuvėje. Po 30 min temperatūra yra 165 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Raskite konstantą k min⁻¹.

T₀ = 500 °CT_a = 20 °CT(30) = 165 °C

k = min⁻¹

8.Diferencialinės lygtysSunkus

Išspręskite y′ + y = 7e^−2t su y(0) = 4. Raskite y(2).

y′ + y = 7e^−2ty(0) = 4

y(2) =

3Tirpalai

1.Integralai

Atsakymas: I = 2,079

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) = 3·ln x

Įstatykite rėžius

I = 3·(ln 4 − ln 2) = 3·ln 2 = 2,079

Atsakymas

I = 2,079

2.Integralai

Atsakymas: A = 42,67

Susikirtimo taškai

0,5x² = 4x → x = 0, x = 8

Integruokite viršutinę minus apatinę

A = [2x² − 0,1667x³]₀⁸ = 42,67

Atsakymas

A = 42,67

3.Sekos ir eilutės

Atsakymas: L = 1,359

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.

Gretimų narių santykis

|a_k+1/a_k| = (1 + 1/k)ᵏ/2 → e/2

Išvada

L = 1,359 > 1

Atsakymas

L = 1,359

L > 1, todėl eilutė diverguoja.

4.Sekos ir eilutės

Atsakymas: c₄ = 67,79

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⁽⁴⁾

f⁽⁴⁾(x) = 3⁴·e^3x

Koeficientas

c₄ = 3⁴·e³/4! = 67,79

c₄ = 67,79

Atsakymas

c₄ = 67,79

5.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: D_uf = −664

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.

Gradientas taške

f_x = −6x²y³ + 2x − 4y → f_x(−2, 3) = −664

f_y = −6x³y² − 3y² − 4x → f_y(−2, 3) = 413

Vienetinis vektorius

|v| = √(4² + 0²) = 4

u = (1, 0)

Skaliarinė sandauga

D_uf = (−664)·1 + 413·0 = −664

Atsakymas

D_uf = −664

6.Kelių kintamųjų diferencialinis skaičiavimas

Atsakymas: f_max = 8

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).

Kritiniai taškai

Kartu išspręskite f_x = 0 ir f_y = 0.

f_x = 3x² + 6y = 0

f_y = 3y² + 6x = 0

(0, 0), (−2, −2)

Antros eilės išvestinių testas

(0, 0): f_xx = 0, f_yy = 0, f_xy = 6, D = −36 → balno taškas

(−2, −2): f_xx = −12, f_yy = −12, f_xy = 6, D = 108 → lokalusis maksimumas

Reikšmė ekstremume

f(−2, −2) = 8

Atsakymas

f_max = 8

7.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: k = 0,0399 min⁻¹

Pirmos eilės diferencialinės lygtys: lygties dy/dt = k·y sprendinys yra y = y₀·e^kt (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.

Temperatūrų skirtumų santykis

e^−30k = 145/480

Išspręskite k atžvilgiu

k = ln(480/145)/30 = 0,0399 min⁻¹

Atsakymas

k = 0,0399 min⁻¹

8.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(2) = 1,36

Integruojantysis daugiklis

μ = e^t

(e^ty)′ = 7e^−t

Bendrasis sprendinys

y = 7/(−1)·e^−2t + C·e^−t = −7·e^−2t + C·e^−t

Pradinė sąlyga

4 = −7 + C → C = 11

Apskaičiuokite

y(2) = −7·0,01832 + 11·0,1353 = 1,36

Atsakymas

y(2) = 1,36

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2