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) = 2 ir y′(0) = -4. Raskite y(0,5).
y″ + 6y′ + 5y = 0y(0) = 2y′(0) = -4
y(0.5) =
2.Diferencialinės lygtysSunkus
Sistema tenkina y″ + 4y′ + 29y = 29, kai t ≥ 0, pradedant iš rimties: y(0) = 0, y′(0) = 0. Raskite jos šuolinio atsako didžiausią vertę ymax.
y″ + 4y′ + 29y = 29y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.IntegralaiVidutinis
Apskaičiuokite I = ∫₁2,5 x·ln x dx.
∫₁2,5 x ln x dx
I =
4.IntegralaiSunkus
Apskaičiuokite I = ∫₀1,5 x²·eˣ dx.
∫₀1,5 x²eˣ dx
I =
5.IšvestinėsVidutinis
Tegu f(x) = x·sin(2x), x radianais. Raskite f′(1).
f(x) = x·sin(2x)x = 1 rad
f′(1) =
6.IšvestinėsSunkus
Funkcijos f(x) = 3x2 − 4 liestinė taške x = −1 kerta y ašį taške y = b. Raskite b.
f(x) = 3x2 − 4x = −1
b =
7.Skaitiniai metodaiVidutinis
Trapecijų formule, kai n = 4, apytiksliai apskaičiuokite ∫02 sin x dx ir palyginkite su tikslia reikšme. Raskite absoliučiąją paklaidą |E| = |T − I|.
f(x) = sin x[a, b] = [0, 2]n = 4
|E| =
8.Skaitiniai metodaiSunkus
Išspręskite y′ = t − y, y(0) = 0,5 Oilerio metodu su žingsniu h = 0,2 iki t = 0,6. Tikslus sprendinys yra y = t − 1 + (y₀ + 1)e−t. Raskite globaliąją paklaidą |E| = |y(0,6) − y3|.
y′ = t − yy(0) = 0,5h = 0,2
|E| =
3Tirpalai
1.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: y(0.5) = 0,9508
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 = 2, −1A − 5B = -4
A = 1,5, B = 0,5
Apskaičiuokite
y(0,5) = 1,5·e−0,5 + 0,5·e−2,5 = 0,9508
Atsakymas
y(0,5) = 0,9508
2.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: ymax = 1,285
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 = 1, r = −2 ± 5j
Konstantos pagal pradines vertes
y(0) = 1 + A = 0 → A = −1
y′(0) = −2A + 5B = 0 → B = −0,4
Smailė
t = π/5 = 0,6283
ymax = 1·(1 + e−2·π/5) = 1,285
Atsakymas
ymax = 1,285
3.Integralai
Atsakymas: I = 1,551
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
(3,125·ln 2,5 − 1,5625) − (0 − 0,25) = 1,551
Atsakymas
I = 1,551
4.Integralai
Atsakymas: I = 3,602
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
4,482·(1,25) − 1·2 = 3,602
Atsakymas
I = 3,602
5.Išvestinės
Atsakymas: f′(1) = 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(2x) + 2x·cos(2x)
Įstatykite
f′(1) = 0,9093 + 2·(−0,4161) = 0,077
Atsakymas
f′(1) = 0,077
6.Išvestinės
Atsakymas: b = −7
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) = −1
f′(x) = 6x → f′(−1) = −6
Liestinė, kai x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −1 − (−6)·(−1) = −7
Atsakymas
b = −7
7.Skaitiniai metodai
Atsakymas: |E| = 0,02963
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.