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″ + 6y′ + 9y = 0, kai y(0) = 1 ir y′(0) = 1. Raskite y(1,5).
y″ + 6y′ + 9y = 0y(0) = 1y′(0) = 1
y(1.5) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
Talpoje yra 1000 L vandens, kuriame ištirpinta 5 kg druskos. Sūrymas, kurio litre yra 0,05 kg druskos, įteka 4 L/min greičiu, o gerai išmaišytas tirpalas tokiu pat greičiu išteka. Po kiek minučių t talpoje bus 41 kg druskos?
V = 1000 Lm0 = 5 kgc = 0,05 kg/Lr = 4 L/min
t = min
3.IntegralaiVidutinis
Apskaičiuokite I = ∫01 2x·(x² + 1)2 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)2[0, 1]
I =
4.IntegralaiSunkus
Sritis tarp tiesės y = 5x ir parabolės y = 3x² sukama apie x ašį. Raskite kūno tūrį V.
y = 5xy = 3x²
V =
5.IšvestinėsVidutinis
Tegu f(x) = ln(3x2 + 2). Raskite f′(3).
f(x) = ln(3x2 + 2)x = 3
f′(3) =
6.IšvestinėsSunkus
Funkcijos f(x) = 2x2 − 3x + 2 liestinė taške x = −2 kerta y ašį taške y = b. Raskite b.
f(x) = 2x2 − 3x + 2x = −2
b =
7.Skaitiniai metodaiVidutinis
Trapecijų formule su n = 2 juostų apytiksliai apskaičiuokite ∫01 1/(1 + x³) dx. Pateikite T.
f(x) = 1/(1 + x³)[a, b] = [0, 1]n = 2
T =
8.Skaitiniai metodaiSunkus
Išspręskite y′ = t + y, y(0) = 0,5 Oilerio metodu su žingsniu h = 0,2 iki t = 1. Tikslus sprendinys yra y = −t − 1 + (y₀ + 1)eᵗ. Raskite globaliąją paklaidą |E| = |y(1) − y5|.
y′ = t + yy(0) = 0,5h = 0,2
|E| =
3Tirpalai
1.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: y(1.5) = 0,07776
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.
Dviguba šaknis
(r + 3)² = 0 → r = −3
Konstantos
A = y(0) = 1
y′(0) = B − 3A → B = 1 + 3 = 4
Apskaičiuokite
y(1,5) = (1 + 4·1,5)·e−4,5 = 0,07776
Atsakymas
y(1,5) = 0,07776
2.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: t = 402,4 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) = 50 + (−45)·e−t/250
Išspręskite t atžvilgiu
e−t/250 = (50 − 41)/(50 − 5) = 0,2
t = 250·ln(5) = 402,4 min
Atsakymas
t = 402,4 min
3.Integralai
Atsakymas: I = 2,333
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.
Keitinys
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫12 u2 du
Integruokite ir įstatykite rėžius
I = [u3/3]12 = (8 − 1)/3 = 2,333
Atsakymas
I = 2,333
4.Integralai
Atsakymas: V = 48,48
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
5x = 3x² → x = 0, x = 1,667
Žiedų metodas
V = π∫₀1,667 ((5x)² − (3x²)²) dx
Integruokite
V = π(25·1,667³/3 − 9·1,667⁵/5) = π·15,43 = 48,48
Atsakymas
V = 48,48
5.Išvestinės
Atsakymas: f′(3) = 0,6207
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′(3) = 18/29 = 0,6207
Atsakymas
f′(3) = 0,6207
6.Išvestinės
Atsakymas: b = −6
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) = 16
f′(x) = 4x − 3 → f′(−2) = −11
Liestinė, kai x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 16 − (−11)·(−2) = −6
Atsakymas
b = −6
7.Skaitiniai metodai
Atsakymas: T = 0,8194
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 = 0,5
Σ wᵢfᵢ = 1 + 2·0,888889 + 0,5 = 3,277778
Trapecijų formulė
T = (0,5/2)·3,277778 = 0,8194
Atsakymas
T = 0,8194
Šis integralas neturi elementariosios pirmykštės funkcijos, būtent tada ir reikia skaitinio metodo.