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
87 °C kavos puodelis paliekamas 21 °C kambaryje. Po 19 min temperatūra yra 47 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Raskite konstantą k min⁻¹.
T0 = 87 °CTa = 21 °CT(19) = 47 °C
k = min⁻¹
2.Diferencialinės lygtysSunkus
Sistema tenkina y″ + 2y′ + 5y = 50, kai t ≥ 0, pradedant iš rimties: y(0) = 0, y′(0) = 0. Raskite jos šuolinio atsako didžiausią vertę ymax.
y″ + 2y′ + 5y = 50y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.IntegralaiVidutinis
Apskaičiuokite I = ∫26 4/x dx.
f(x) = 4/x[2, 6]
I =
4.IntegralaiSunkus
Apskaičiuokite I = ∫₀0,5 x²·eˣ dx.
∫₀0,5 x²eˣ dx
I =
5.IšvestinėsVidutinis
Tegu f(x) = (−2x + 1)5. Raskite f′(−1).
f(x) = (−2x + 1)5x = −1
f′(−1) =
6.IšvestinėsSunkus
Funkcijos f(x) = 0,5x2 − 5x liestinė taške x = 1 kerta y ašį taške y = b. Raskite b.
f(x) = 0,5x2 − 5xx = 1
b =
7.Skaitiniai metodaiVidutinis
Simpsono formule su n = 4 juostų apytiksliai apskaičiuokite ∫02 √(1 + x³) dx. Pateikite S.
f(x) = √(1 + x³)[a, b] = [0, 2]n = 4
S =
8.Skaitiniai metodaiSunkus
Hoino metodu (patobulintu Oilerio) su h = 0,2, kai y′ = y − t², y(0) = 2, įvertinkite y3 ≈ y(0,6).
y′ = y − t²y(0) = 2h = 0,2
y3 =
3Tirpalai
1.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: k = 0,04903 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 = 26/66
Išspręskite k atžvilgiu
k = ln(66/26)/19 = 0,04903 min⁻¹
Atsakymas
k = 0,04903 min⁻¹
2.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: ymax = 12,08
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 ± 2j
Konstantos pagal pradines vertes
y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −1A + 2B = 0 → B = −5
Smailė
t = π/2 = 1,571
ymax = 10·(1 + e−1·π/2) = 12,08
Atsakymas
ymax = 12,08
3.Integralai
Atsakymas: I = 4,394
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) = 4·ln x
Įstatykite rėžius
I = 4·(ln 6 − ln 2) = 4·ln 3 = 4,394
Atsakymas
I = 4,394
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′(−1) = −810
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·(−2x + 1)4·(−2)
Įstatykite
f′(−1) = 5·34·(−2) = −810
Atsakymas
f′(−1) = −810
6.Išvestinės
Atsakymas: b = −0,5
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(1) = −4,5
f′(x) = x − 5 → f′(1) = −4
Liestinė, kai x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −4,5 − (−4)·1 = −0,5
Atsakymas
b = −0,5
7.Skaitiniai metodai
Atsakymas: S = 3,24
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.