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
93 °C kavos puodelis paliekamas 19 °C kambaryje. Po 19 min temperatūra yra 48 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Raskite konstantą k min⁻¹.
T0 = 93 °CTa = 19 °CT(19) = 48 °C
k = min⁻¹
2.Diferencialinės lygtysSunkus
Sistema tenkina y″ + 2y′ + 10y = 100, kai t ≥ 0, pradedant iš rimties: y(0) = 0, y′(0) = 0. Raskite jos šuolinio atsako didžiausią vertę ymax.
y″ + 2y′ + 10y = 100y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.IntegralaiVidutinis
Apskaičiuokite I = ∫₁1,5 x·ln x dx.
∫₁1,5 x ln x dx
I =
4.IntegralaiSunkus
Sritis tarp tiesės y = 4x ir parabolės y = 2x² sukama apie x ašį. Raskite kūno tūrį V.
y = 4xy = 2x²
V =
5.IšvestinėsVidutinis
Tegu f(x) = x·sin(x), x radianais. Raskite f′(2).
f(x) = x·sin(x)x = 2 rad
f′(2) =
6.IšvestinėsSunkus
Funkcijos f(x) = 0,5x2 + x + 1 liestinė taške x = 3 kerta y ašį taške y = b. Raskite b.
f(x) = 0,5x2 + x + 1x = 3
b =
7.Skaitiniai metodaiVidutinis
Transporto priemonės greitis matuojamas kas 5 s (lentelė). Simpsono formule įvertinkite nueitą kelią s nuo t = 0 iki t = 20 s.
h = 5 sn = 4
s = m
8.Skaitiniai metodaiSunkus
Hoino metodu (patobulintu Oilerio) su h = 0,5, kai y′ = cos t − y, y(0) = −1, įvertinkite y3 ≈ y(1,5).
y′ = cos t − yy(0) = −1h = 0,5
y3 =
3Tirpalai
1.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: k = 0,0493 min⁻¹
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.
Temperatūrų skirtumų santykis
e−19k = 29/74
Išspręskite k atžvilgiu
k = ln(74/29)/19 = 0,0493 min⁻¹
Atsakymas
k = 0,0493 min⁻¹
2.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: ymax = 13,51
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.
Nusistovėjusi vertė ir šaknys
yss = 10, r = −1 ± 3j
Konstantos pagal pradines vertes
y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −1A + 3B = 0 → B = −3,333
Smailė
t = π/3 = 1,047
ymax = 10·(1 + e−1·π/3) = 13,51
Atsakymas
ymax = 13,51
3.Integralai
Atsakymas: I = 0,1436
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
(1,125·ln 1,5 − 0,5625) − (0 − 0,25) = 0,1436
Atsakymas
I = 0,1436
4.Integralai
Atsakymas: V = 53,62
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
4x = 2x² → x = 0, x = 2
Žiedų metodas
V = π∫₀2 ((4x)² − (2x²)²) dx
Integruokite
V = π(16·2³/3 − 4·2⁵/5) = π·17,07 = 53,62
Atsakymas
V = 53,62
5.Išvestinės
Atsakymas: f′(2) = 0,077
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′(2) = 0,9093 + 2·(−0,4161) = 0,077
Atsakymas
f′(2) = 0,077
6.Išvestinės
Atsakymas: b = −3,5
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(3) = 8,5
f′(x) = x + 1 → f′(3) = 4
Liestinė, kai x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 8,5 − 4·3 = −3,5
Atsakymas
b = −3,5
7.Skaitiniai metodai
Atsakymas: s = 171,7 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.