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
Išspręskite y″ + 8y′ + 15y = 0, kai y(0) = 5 ir y′(0) = 1. Raskite y(0,5).
y″ + 8y′ + 15y = 0y(0) = 5y′(0) = 1
y(0.5) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
Išspręskite Koši uždavinį y′ + 3y/x = x2, kai x > 0, su y(1) = 0. Raskite y(3).
y′ + 3y/x = x2y(1) = 0
y(3) =
3.IntegralaiVidutinis
Apskaičiuokite I = ∫₀π/2 x·sin x dx (x radianais).
∫₀π/2 x·sin x dx
I =
4.IntegralaiSunkus
Apskaičiuokite I = ∫₀0,5 x²·eˣ dx.
∫₀0,5 x²eˣ dx
I =
5.IšvestinėsVidutinis
Tegu f(x) = x2·e−0,5x. Raskite f′(1,5).
f(x) = x2·e−0,5xx = 1,5
f′(1.5) =
6.IšvestinėsSunkus
Funkcijos f(x) = 2x2 − 3x + 1 liestinė taške x = 1 kerta y ašį taške y = b. Raskite b.
f(x) = 2x2 − 3x + 1x = 1
b =
7.Skaitiniai metodaiVidutinis
Transporto priemonės greitis matuojamas kas 1 s (lentelė). Trapecijų formule įvertinkite nueitą kelią s nuo t = 0 iki t = 6 s.
h = 1 sn = 6
s = m
8.Skaitiniai metodaiSunkus
Oilerio metodu su h = 0,1, kai y′ = e−ty, y(0) = 0,5, įvertinkite y4 ≈ y(0,4).
y′ = e−tyy(0) = 0,5h = 0,1
y4 =
3Tirpalai
1.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: y(0.5) = 2,244
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.
Charakteristinės šaknys
(r + 3)(r + 5) = 0 → r = −3, −5
Konstantos pagal pradines vertes
A + B = 5, −3A − 5B = 1
A = 13, B = −8
Apskaičiuokite
y(0,5) = 13·e−1,5 + (−8)·e−2,5 = 2,244
Atsakymas
y(0,5) = 2,244
2.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: y(3) = 4,494
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.
Integruojantysis daugiklis
μ = e∫3/x dx = x3
Integruokite
(x3y)′ = x5 → x3y = 1x6/6 + C
Pradinė sąlyga
0 = 1/6 + C → C = −0,1667
Apskaičiuokite
y(3) = (1·36/6 + (−0,1667))/33 = 4,494
Atsakymas
y(3) = 4,494
3.Integralai
Atsakymas: I = 1
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 = x, du = dx; dv = sin x dx, v = −cos x
Pirmykštė funkcija
∫x sin x dx = −x cos x + ∫cos x dx = −x cos x + sin x
Ribos
(−π/2·cos π/2 + sin π/2) − (0 + 0) = 1
Atsakymas
I = 1
4.Integralai
Atsakymas: I = 0,0609
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.
Pirmasis ciklas
∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx
Antrasis ciklas
∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)
Ribos
1,649·(1,25) − 1·2 = 0,0609
Atsakymas
I = 0,0609
5.Išvestinės
Atsakymas: f′(1.5) = 0,8857
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·(2x + (−0,5)·x2)
Įstatykite
f′(1,5) = 0,4724·(3 + (−1,125)) = 0,8857
Atsakymas
f′(1,5) = 0,8857
6.Išvestinės
Atsakymas: b = −1
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(1) = 0
f′(x) = 4x − 3 → f′(1) = 1
Liestinė, kai x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 0 − 1·1 = −1
Atsakymas
b = −1
7.Skaitiniai metodai
Atsakymas: s = 66 m
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.