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 24 °C kambaryje. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Kai k = 0,11 min⁻¹, raskite temperatūrą T po 25 min.
T0 = 87 °CTa = 24 °Ck = 0,11 min⁻¹t = 25 min
T = °C
2.Diferencialinės lygtysSunkus
Sistema tenkina y″ + 4y′ + 13y = 130, kai t ≥ 0, pradedant iš rimties: y(0) = 0, y′(0) = 0. Raskite jos šuolinio atsako didžiausią vertę ymax.
y″ + 4y′ + 13y = 130y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.IntegralaiVidutinis
Apskaičiuokite I = ∫₁1,5 x·ln x dx.
∫₁1,5 x ln x dx
I =
4.IntegralaiSunkus
Raskite srities tarp parabolės y = 1 − x² ir x ašies plotą A.
y = 1 − x²
A =
5.IšvestinėsVidutinis
Tegu f(x) = (3x + 5)4. Raskite f′(0).
f(x) = (3x + 5)4x = 0
f′(0) =
6.IšvestinėsSunkus
Funkcijos f(x) = 2x2 + 5x + 5 liestinė taške x = 2 kerta y ašį taške y = b. Raskite b.
f(x) = 2x2 + 5x + 5x = 2
b =
7.Skaitiniai metodaiVidutinis
Simpsono formule su n = 6 juostų apytiksliai apskaičiuokite ∫03 √x·e−x dx. Pateikite S.
f(x) = √x·e−x[a, b] = [0, 3]n = 6
S =
8.Skaitiniai metodaiSunkus
Hoino metodu (patobulintu Oilerio) su h = 0,1, kai y′ = 1 + sin(ty), y(0) = 0,5, įvertinkite y3 ≈ y(0,3).
y′ = 1 + sin(ty)y(0) = 0,5h = 0,1
y3 =
3Tirpalai
1.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: T = 28,03 °C
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.
Aušimo dėsnio sprendinys
T(t) = 24 + 63·e−0,11t
Įstatykite t
T(25) = 24 + 63·0,06393 = 28,03 °C
Atsakymas
T = 28,03 °C
2.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: ymax = 11,23
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 = −2 ± 3j
Konstantos pagal pradines vertes
y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −2A + 3B = 0 → B = −6,667
Smailė
t = π/3 = 1,047
ymax = 10·(1 + e−2·π/3) = 11,23
Atsakymas
ymax = 11,23
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: A = 1,333
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.
Nuliai
1 − x² = 0 → x = ±1
Integruokite
A = [1x − x³/3]−11 = 0,6667 − (−0,6667) = 1,333
Atsakymas
A = 1,333
5.Išvestinės
Atsakymas: f′(0) = 1500
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) = 4·(3x + 5)3·3
Įstatykite
f′(0) = 4·53·3 = 1500
Atsakymas
f′(0) = 1500
6.Išvestinės
Atsakymas: b = −3
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) = 23
f′(x) = 4x + 5 → f′(2) = 13
Liestinė, kai x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 23 − 13·2 = −3
Atsakymas
b = −3
7.Skaitiniai metodai
Atsakymas: S = 0,7554
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.