Šakniai: pusiaukirtai patikrinkite ženklo pokytį, Niutono metodui apskaičiuokite f ir f′, o iteracijų lentelėje palikite šešis ar daugiau skaitmenų.
Lentelės reikšmei: tiesiškai interpoliuokite tarp dviejų gretimų taškų.
Integralui: raskite h = (b − a)/n, išvardykite f kiekviename mazge, pritaikykite svorius (1, 2, …, 2, 1 trapecijų; 1, 4, 2, …, 4, 1 Simpsono, kai n lyginis) ir padauginkite iš h/2 arba h/3.
Diferencialinei lygčiai: žengkite nuo t₀ su yₙ₊₁ = yₙ + h·f(tₙ, yₙ) (Oileris) arba vidurkintu nuolydžiu (Hoinas), po eilutę kiekvienam žingsniui, kol pasieksite prašomą t.
2Uždaviniai
1.Diferencialinės lygtysVidutinis
88 °C kavos puodelis paliekamas 23 °C kambaryje. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Kai k = 0,03 min⁻¹, raskite temperatūrą T po 19 min.
T0 = 88 °CTa = 23 °Ck = 0,03 min⁻¹t = 19 min
T = °C
2.Diferencialinės lygtysSunkus
Išspręskite y″ + 3y′ + 11,25y = 0, kai y(0) = 5 ir y′(0) = 0 (paleista iš rimties). Raskite y(1,5); kampai radianais.
y″ + 3y′ + 11,25y = 0y(0) = 5y′(0) = 0
y(1.5) =
3.IntegralaiVidutinis
Apskaičiuokite I = ∫₁2 x·ln x dx.
∫₁2 x ln x dx
I =
4.IntegralaiSunkus
Sritis tarp tiesės y = 3x ir parabolės y = 3x² sukama apie x ašį. Raskite kūno tūrį V.
y = 3xy = 3x²
V =
5.IšvestinėsVidutinis
Tegu f(x) = x3·e−0,5x. Raskite f′(1).
f(x) = x3·e−0,5xx = 1
f′(1) =
6.IšvestinėsSunkus
Tegu f(x) = x3 + 7,5x2 + 18x. Raskite lokaliojo minimumo x koordinatę x.
f(x) = x3 + 7,5x2 + 18x
x =
7.Skaitiniai metodaiVidutinis
Transporto priemonės greitis matuojamas kas 1 s (lentelė). Trapecijų formule įvertinkite nueitą kelią s nuo t = 0 iki t = 5 s.
h = 1 sn = 5
s = m
8.Skaitiniai metodaiSunkus
Atlikite vieną klasikinio Rungės–Kutos metodo (RK4) žingsnį su h = 0,5, kai y′ = e−ty, y(0) = 0,5. Raskite y₁ ≈ y(0,5).
y′ = e−tyy(0) = 0,5h = 0,5
y1 =
3Tirpalai
1.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: T = 59,76 °C
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 dėsnio sprendinys
T(t) = 23 + 65·e−0,03t
Įstatykite t
T(19) = 23 + 65·0,5655 = 59,76 °C
Atsakymas
T = 59,76 °C
2.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: y(1.5) = −0,3687
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.
Integravimas dalimis: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, išplaukia iš sandaugos diferencijavimo taisyklės. Kaip u rinkitės dauginamąjį, kuris diferencijuojant tampa paprastesnis (x laipsnį ar ln x), o kaip dv – dauginamąjį, kurį galite suintegruoti (eˣ, sin x, cos x arba x, kai u = ln x). Apibrėžtiniam integralui u·v apskaičiuokite abiejose ribose: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Dauginamajam x² reikia dviejų ciklų.
Pasirinkite u ir dv
u = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2
Pirmykštė funkcija
∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4
Ribos
(2·ln 2 − 1) − (0 − 0,25) = 0,6363
Atsakymas
I = 0,6363
4.Integralai
Atsakymas: V = 3,77
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
3x = 3x² → x = 0, x = 1
Žiedų metodas
V = π∫₀1 ((3x)² − (3x²)²) dx
Integruokite
V = π(9·1³/3 − 9·1⁵/5) = π·1,2 = 3,77
Atsakymas
V = 3,77
5.Išvestinės
Atsakymas: f′(1) = 1,516
Diferencijavimas: išvestinė f′(x) – tai grafiko krypties koeficientas taške x. Laipsnio taisyklė: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Sandaugos taisyklė: (uv)′ = u′v + uv′. Grandinės taisyklė: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Kur f′(x) = 0, grafikas turi horizontalią liestinę: maksimumą, minimumą arba balno tašką.
Sandaugos taisyklė
f′(x) = u′v + uv′ = e−0,5x·(3x2 + (−0,5)·x3)
Įstatykite
f′(1) = 0,6065·(3 + (−0,5)) = 1,516
Atsakymas
f′(1) = 1,516
6.Išvestinės
Atsakymas: x = −2
Diferencijavimas: išvestinė f′(x) – tai grafiko krypties koeficientas taške x. Laipsnio taisyklė: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Sandaugos taisyklė: (uv)′ = u′v + uv′. Grandinės taisyklė: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Kur f′(x) = 0, grafikas turi horizontalią liestinę: maksimumą, minimumą arba balno tašką.
Skaitinis integravimas: padalykite [a, b] į n juostų, kurių plotis h = (b − a)/n, su mazgais x₀ … xₙ. Trapecijų formulė: T = (h/2)[f₀ + 2f₁ + 2f₂ + … + 2fn−1 + fₙ]. Simpsono formulė (n lyginis): S = (h/3)[f₀ + 4f₁ + 2f₂ + 4f₃ + … + 4fn−1 + fₙ]. Trapecijų paklaida mažėja kaip h² (įvertis (b − a)h²·M/12, kur M = max|f″|), Simpsono – kaip h⁴, todėl su tais pačiais mazgais Simpsono formulė paprastai yra gerokai tikslesnė.