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 22 °C kambaryje. Po 12 min temperatūra yra 40 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Kiek laiko nuo pradžios, t, reikia, kad temperatūra pasiektų 59 °C?
T0 = 88 °CTa = 22 °CT(12) = 40 °CT = 59 °C
t = min
2.Diferencialinės lygtysSunkus
Talpoje yra 1000 L gryno vandens. Sūrymas, kurio litre yra 0,25 kg druskos, įteka 2 L/min greičiu, o gerai išmaišytas tirpalas tokiu pat greičiu išteka. Po kiek minučių t talpoje bus 150 kg druskos?
V = 1000 Lm0 = 0 kgc = 0,25 kg/Lr = 2 L/min
t = min
3.IntegralaiVidutinis
Apskaičiuokite I = ∫₁3 x·ln x dx.
∫₁3 x ln x dx
I =
4.IntegralaiSunkus
Raskite srities tarp parabolės y = 4 − x² ir x ašies plotą A.
y = 4 − x²
A =
5.IšvestinėsVidutinis
Tegu f(x) = ln(3x2 + 2). Raskite f′(−2).
f(x) = ln(3x2 + 2)x = −2
f′(−2) =
6.IšvestinėsSunkus
Funkcijos f(x) = 2x2 − 3x + 3 liestinė taške x = −2 kerta y ašį taške y = b. Raskite b.
f(x) = 2x2 − 3x + 3x = −2
b =
7.Skaitiniai metodaiVidutinis
Trapecijų formule su n = 2 juostų apytiksliai apskaičiuokite ∫02 √(1 + x³) dx. Pateikite T.
f(x) = √(1 + x³)[a, b] = [0, 2]n = 2
T =
8.Skaitiniai metodaiSunkus
Atlikite vieną klasikinio Rungės–Kutos metodo (RK4) žingsnį su h = 0,5, kai y′ = cos t − y, y(0) = 0,5. Raskite y₁ ≈ y(0,5).
y′ = cos t − yy(0) = 0,5h = 0,5
y1 =
3Tirpalai
1.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: t = 5,345 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(66/18)/12 = 0,1083 min⁻¹
Laikas iki tikslinės temperatūros
t = ln(66/37)/0,1083 = 5,345 min
Atsakymas
t = 5,345 min
2.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: t = 458,1 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.
Rezultatas
m(t) = 250 + (−250)·e−t/500
Išspręskite t atžvilgiu
e−t/500 = (250 − 150)/(250 − 0) = 0,4
t = 500·ln(2,5) = 458,1 min
Atsakymas
t = 458,1 min
3.Integralai
Atsakymas: I = 2,944
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
(4,5·ln 3 − 2,25) − (0 − 0,25) = 2,944
Atsakymas
I = 2,944
4.Integralai
Atsakymas: A = 10,67
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.
Nuliai
4 − x² = 0 → x = ±2
Integruokite
A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67
Atsakymas
A = 10,67
5.Išvestinės
Atsakymas: f′(−2) = −0,8571
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.
Grandinės taisyklė logaritmui
f′(x) = 6x/(3x2 + 2)
Įstatykite
f′(−2) = −12/14 = −0,8571
Atsakymas
f′(−2) = −0,8571
6.Išvestinės
Atsakymas: b = −5
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.
Taškas ir krypties koeficientas
f(−2) = 17
f′(x) = 4x − 3 → f′(−2) = −11
Liestinė, kai x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 17 − (−11)·(−2) = −5
Atsakymas
b = −5
7.Skaitiniai metodai
Atsakymas: T = 3,414
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.
Mazgai ir reikšmės
h = 1
Σ wᵢfᵢ = 1 + 2·1,414214 + 3 = 6,828427
Trapecijų formulė
T = (1/2)·6,828427 = 3,414
Atsakymas
T = 3,414
Šis integralas neturi elementariosios pirmykštės funkcijos, būtent tada ir reikia skaitinio metodo.