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′ + 5y = 0, kai y(0) = 1 ir y′(0) = 4. Raskite y(1).
y″ + 6y′ + 5y = 0y(0) = 1y′(0) = 4
y(1) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
Talpoje yra 1000 L vandens, kuriame ištirpinta 10 kg druskos. Sūrymas, kurio litre yra 0,2 kg druskos, įteka 10 L/min greičiu, o gerai išmaišytas tirpalas tokiu pat greičiu išteka. Kiek druskos m bus talpoje po 50 min?
V = 1000 Lm0 = 10 kgc = 0,2 kg/Lr = 10 L/min
m = kg
3.IntegralaiVidutinis
Apskaičiuokite I = ∫03 e0,5x dx.
f(x) = e0,5x[0, 3]
I =
4.IntegralaiSunkus
Sritis tarp tiesės y = 6x ir parabolės y = 3x² sukama apie x ašį. Raskite kūno tūrį V.
y = 6xy = 3x²
V =
5.IšvestinėsVidutinis
Tegu f(x) = (3x − 1)5. Raskite f′(0).
f(x) = (3x − 1)5x = 0
f′(0) =
6.IšvestinėsSunkus
Funkcijos f(x) = 3x2 − 3x − 2 liestinė taške x = 2 kerta y ašį taške y = b. Raskite b.
f(x) = 3x2 − 3x − 2x = 2
b =
7.Skaitiniai metodaiVidutinis
Trapecijų formule, kai n = 4, apytiksliai apskaičiuokite ∫02 x³ dx ir palyginkite su tikslia reikšme. Raskite absoliučiąją paklaidą |E| = |T − I|.
f(x) = x³[a, b] = [0, 2]n = 4
|E| =
8.Skaitiniai metodaiSunkus
Hoino metodu (patobulintu Oilerio) su h = 0,1, kai y′ = −2ty, y(0) = 3, įvertinkite y3 ≈ y(0,3).
y′ = −2tyy(0) = 3h = 0,1
y3 =
3Tirpalai
1.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: y(1) = 0,8193
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 + 1)(r + 5) = 0 → r = −1, −5
Konstantos pagal pradines vertes
A + B = 1, −1A − 5B = 4
A = 2,25, B = −1,25
Apskaičiuokite
y(1) = 2,25·e−1 + (−1,25)·e−5 = 0,8193
Atsakymas
y(1) = 0,8193
2.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: m = 84,76 kg
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.
Sudarykite lygtį
dm/dt = 10·0,2 − (10/1000)·m = 2 − 0,01·m
Išspręskite
Integruojantysis daugiklis yra ert/V; sprendinys artėja prie pusiausvyrinės reikšmės c·V.
m(t) = 200 + (−190)·e−t/100
Įstatykite t
m(50) = 200 + (−190)·0,6065 = 84,76 kg
Atsakymas
m = 84,76 kg
3.Integralai
Atsakymas: I = 6,963
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.
Pirmykštė funkcija
F(x) = e0,5x/0,5
Įstatykite rėžius
I = (e1,5 − 1)/0,5 = (4,482 − 1)/0,5 = 6,963
Atsakymas
I = 6,963
4.Integralai
Atsakymas: V = 120,6
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
6x = 3x² → x = 0, x = 2
Žiedų metodas
V = π∫₀2 ((6x)² − (3x²)²) dx
Integruokite
V = π(36·2³/3 − 9·2⁵/5) = π·38,4 = 120,6
Atsakymas
V = 120,6
5.Išvestinės
Atsakymas: f′(0) = 15
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
f′(x) = 5·(3x − 1)4·3
Įstatykite
f′(0) = 5·(−1)4·3 = 15
Atsakymas
f′(0) = 15
6.Išvestinės
Atsakymas: b = −14
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) = 4
f′(x) = 6x − 3 → f′(2) = 9
Liestinė, kai x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 4 − 9·2 = −14
Atsakymas
b = −14
7.Skaitiniai metodai
Atsakymas: |E| = 0,25
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.