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
300 °C kalta plieno detalė paliekama aušti 30 °C dirbtuvėje. Po 47 min temperatūra yra 71 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Kiek laiko nuo pradžios, t, reikia, kad temperatūra pasiektų 55 °C?
T0 = 300 °CTa = 30 °CT(47) = 71 °CT = 55 °C
t = min
2.Diferencialinės lygtysSunkus
Sistema tenkina y″ + y′ + 4,25y = 4,25, kai t ≥ 0, pradedant iš rimties: y(0) = 0, y′(0) = 0. Raskite y(0,25); kampai radianais.
y″ + y′ + 4,25y = 4,25y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.25) =
3.IntegralaiVidutinis
Sritis po y = 2x nuo x = 0 iki x = 4 sukama apie x ašį. Raskite kūno (kūgio) tūrį V.
y = 2x0 ≤ x ≤ 4
V =
4.IntegralaiSunkus
Raskite srities, apribotos y = 0,5x2 ir y = 3x, plotą A.
y = 0,5x2y = 3x
A =
5.IšvestinėsVidutinis
Tegu f(x) = x·sin(x), x radianais. Raskite f′(1).
f(x) = x·sin(x)x = 1 rad
f′(1) =
6.IšvestinėsSunkus
Funkcijos f(x) = x2 − x − 4 liestinė taške x = −2 kerta y ašį taške y = b. Raskite b.
f(x) = x2 − x − 4x = −2
b =
7.Skaitiniai metodaiVidutinis
Trapecijų formule su n = 2 juostų apytiksliai apskaičiuokite ∫02 1/(1 + x³) dx. Pateikite T.
f(x) = 1/(1 + x³)[a, b] = [0, 2]n = 2
T =
8.Skaitiniai metodaiSunkus
Atlikite vieną klasikinio Rungės–Kutos metodo (RK4) žingsnį su h = 0,1, kai y′ = t² + y², y(0) = 0,5. Raskite y₁ ≈ y(0,1).
y′ = t² + y²y(0) = 0,5h = 0,1
y1 =
3Tirpalai
1.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: t = 59,34 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(270/41)/47 = 0,0401 min⁻¹
Laikas iki tikslinės temperatūros
t = ln(270/25)/0,0401 = 59,34 min
Atsakymas
t = 59,34 min
2.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: y(0.25) = 0,1198
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.
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.
Skritulių metodas
V = π∫₀4 4x² dx
Integruokite
V = π·4·4³/3 = 268,1
Atsakymas
V = 268,1
Patikra: kūgio, kurio spindulys 8 ir aukštis 4, tūris (1/3)πr²h = 268,1.
4.Integralai
Atsakymas: A = 18
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.
Susikirtimo taškai
0,5x2 = 3x → x = 0, x = 6
Integruokite viršutinę minus apatinę
A = [1,5x2 − 0,1667x3]06 = 18
Atsakymas
A = 18
5.Išvestinės
Atsakymas: f′(1) = 1,382
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 ir grandinės taisyklės
f′(x) = sin(x) + x·cos(x)
Įstatykite
f′(1) = 0,8415 + 1·0,5403 = 1,382
Atsakymas
f′(1) = 1,382
6.Išvestinės
Atsakymas: b = −8
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) = 2
f′(x) = 2x − 1 → f′(−2) = −5
Liestinė, kai x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 2 − (−5)·(−2) = −8
Atsakymas
b = −8
7.Skaitiniai metodai
Atsakymas: T = 1,056
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 + 2·0,5 + 0,111111 = 2,111111
Trapecijų formulė
T = (1/2)·2,111111 = 1,056
Atsakymas
T = 1,056
Šis integralas neturi elementariosios pirmykštės funkcijos, būtent tada ir reikia skaitinio metodo.