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″ + 5y′ + 4y = 0, kai y(0) = 4 ir y′(0) = 4. Raskite y(0,5).
y″ + 5y′ + 4y = 0y(0) = 4y′(0) = 4
y(0.5) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
Išspręskite Koši uždavinį y′ + 3y/x = 5x2, kai x > 0, su y(1) = 0. Raskite y(3).
y′ + 3y/x = 5x2y(1) = 0
y(3) =
3.IntegralaiVidutinis
Apskaičiuokite I = ∫02 2x·(x² + 1)1 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)1[0, 2]
I =
4.IntegralaiSunkus
Apskaičiuokite I = ∫₀0,5 x²·eˣ dx.
∫₀0,5 x²eˣ dx
I =
5.IšvestinėsVidutinis
Tegu f(x) = x·sin(x), x radianais. Raskite f′(0,5).
f(x) = x·sin(x)x = 0,5 rad
f′(0.5) =
6.IšvestinėsSunkus
Funkcijos f(x) = −x2 + 5x + 4 liestinė taške x = −2 kerta y ašį taške y = b. Raskite b.
f(x) = −x2 + 5x + 4x = −2
b =
7.Skaitiniai metodaiVidutinis
Simpsono formule su n = 2 juostų apytiksliai apskaičiuokite ∫03 √x·e−x dx. Pateikite S.
f(x) = √x·e−x[a, b] = [0, 3]n = 2
S =
8.Skaitiniai metodaiSunkus
Išspręskite y′ = −0,5y, y(0) = 1 Oilerio metodu su žingsniu h = 0,2 iki t = 0,8. Tikslus sprendinys yra y = y₀e−0,5t. Raskite globaliąją paklaidą |E| = |y(0,8) − y4|.
y′ = −0,5yy(0) = 1h = 0,2
|E| =
3Tirpalai
1.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: y(0.5) = 3,683
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 + 4) = 0 → r = −1, −4
Konstantos pagal pradines vertes
A + B = 4, −1A − 4B = 4
A = 6,667, B = −2,667
Apskaičiuokite
y(0,5) = 6,667·e−0,5 + (−2,667)·e−2 = 3,683
Atsakymas
y(0,5) = 3,683
2.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: y(3) = 22,47
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)′ = 5x5 → x3y = 5x6/6 + C
Pradinė sąlyga
0 = 5/6 + C → C = −0,8333
Apskaičiuokite
y(3) = (5·36/6 + (−0,8333))/33 = 22,47
Atsakymas
y(3) = 22,47
3.Integralai
Atsakymas: I = 12
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 = ∫15 u1 du
Integruokite ir įstatykite rėžius
I = [u2/2]15 = (25 − 1)/2 = 12
Atsakymas
I = 12
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′(0.5) = 0,9182
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′(0,5) = 0,4794 + 0,5·0,8776 = 0,9182
Atsakymas
f′(0,5) = 0,9182
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) = −10
f′(x) = −2x + 5 → f′(−2) = 9
Liestinė, kai x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −10 − 9·(−2) = 8
Atsakymas
b = 8
7.Skaitiniai metodai
Atsakymas: S = 0,5897
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 = 1,5
Σ wᵢfᵢ = 0 + 4·0,273278 + 0,0862337 = 1,179344
Simpsono formulė
S = (1,5/3)·1,179344 = 0,5897
Atsakymas
S = 0,5897
Šis integralas neturi elementariosios pirmykštės funkcijos, būtent tada ir reikia skaitinio metodo.