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
480 °C kalta plieno detalė paliekama aušti 26 °C dirbtuvėje. Po 12 min temperatūra yra 275 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Kiek laiko nuo pradžios, t, reikia, kad temperatūra pasiektų 113 °C?
T0 = 480 °CTa = 26 °CT(12) = 275 °CT = 113 °C
t = min
2.Diferencialinės lygtysSunkus
Sistema tenkina y″ + 2y′ + 10y = 20, kai t ≥ 0, pradedant iš rimties: y(0) = 0, y′(0) = 0. Raskite y(0,75); kampai radianais.
y″ + 2y′ + 10y = 20y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.75) =
3.IntegralaiVidutinis
Sritis po y = √(4x) nuo x = 0 iki x = 3 sukama apie x ašį. Raskite kūno (paraboloido) tūrį V.
y = √(4x)0 ≤ x ≤ 3
V =
4.IntegralaiSunkus
Apskaičiuokite I = ∫₀1 x²·eˣ dx.
∫₀1 x²eˣ dx
I =
5.IšvestinėsVidutinis
Tegu f(x) = x3·e2x. Raskite f′(0,5).
f(x) = x3·e2xx = 0,5
f′(0.5) =
6.IšvestinėsSunkus
Funkcijos f(x) = 0,5x2 − 1 liestinė taške x = 3 kerta y ašį taške y = b. Raskite b.
f(x) = 0,5x2 − 1x = 3
b =
7.Skaitiniai metodaiVidutinis
Simpsono formule su n = 4 juostų apytiksliai apskaičiuokite ∫03 √x·e−x dx. Pateikite S.
f(x) = √x·e−x[a, b] = [0, 3]n = 4
S =
8.Skaitiniai metodaiSunkus
Hoino metodu (patobulintu Oilerio) su h = 0,25, kai y′ = t − y, y(0) = 3, įvertinkite y2 ≈ y(0,5).
y′ = t − yy(0) = 3h = 0,25
y2 =
3Tirpalai
1.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: t = 33,01 min
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 konstanta
k = ln(454/249)/12 = 0,05005 min⁻¹
Laikas iki tikslinės temperatūros
t = ln(454/87)/0,05005 = 33,01 min
Atsakymas
t = 33,01 min
2.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: y(0.75) = 2,348
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.
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.
Skritulių metodas
V = π∫₀3 4x dx
Integruokite
V = π·4·3²/2 = 56,55
Atsakymas
V = 56,55
4.Integralai
Atsakymas: I = 0,7183
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
2,718·(1) − 1·2 = 0,7183
Atsakymas
I = 0,7183
5.Išvestinės
Atsakymas: f′(0.5) = 2,718
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 taisyklė
f′(x) = u′v + uv′ = e2x·(3x2 + 2·x3)
Įstatykite
f′(0,5) = 2,718·(0,75 + 0,25) = 2,718
Atsakymas
f′(0,5) = 2,718
6.Išvestinės
Atsakymas: b = −5,5
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) = 3,5
f′(x) = x → f′(3) = 3
Liestinė, kai x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 3,5 − 3·3 = −5,5
Atsakymas
b = −5,5
7.Skaitiniai metodai
Atsakymas: S = 0,7254
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.