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
80 °C kavos puodelis paliekamas 18 °C kambaryje. Po 18 min temperatūra yra 28 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Kiek laiko nuo pradžios, t, reikia, kad temperatūra pasiektų 49 °C?
T0 = 80 °CTa = 18 °CT(18) = 28 °CT = 49 °C
t = min
2.Diferencialinės lygtysSunkus
Išspręskite y″ + y′ + 25,25y = 0, kai y(0) = 1 ir y′(0) = 0 (paleista iš rimties). Raskite y(0,25); kampai radianais.
y″ + y′ + 25,25y = 0y(0) = 1y′(0) = 0
y(0.25) =
3.IntegralaiVidutinis
Apskaičiuokite I = ∫01 2x·(x² + 1)3 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)3[0, 1]
I =
4.IntegralaiSunkus
Sritis tarp tiesės y = x ir parabolės y = x² sukama apie x ašį. Raskite kūno tūrį V.
y = xy = x²
V =
5.IšvestinėsVidutinis
Tegu f(x) = x·sin(3x), x radianais. Raskite f′(1,5).
f(x) = x·sin(3x)x = 1,5 rad
f′(1.5) =
6.IšvestinėsSunkus
Tegu f(x) = x3 + 7,5x2 + 18x + 4. Raskite lokaliojo minimumo x koordinatę x.
f(x) = x3 + 7,5x2 + 18x + 4
x =
7.Skaitiniai metodaiVidutinis
Simpsono formule su n = 6 juostų apytiksliai apskaičiuokite ∫02 1/√(1 + x⁴) dx. Pateikite S.
f(x) = 1/√(1 + x⁴)[a, b] = [0, 2]n = 6
S =
8.Skaitiniai metodaiSunkus
Atlikite vieną klasikinio Rungės–Kutos metodo (RK4) žingsnį su h = 0,1, kai y′ = cos t − y, y(0) = −1. Raskite y₁ ≈ y(0,1).
y′ = cos t − yy(0) = −1h = 0,1
y1 =
3Tirpalai
1.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: t = 6,838 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(62/10)/18 = 0,1014 min⁻¹
Laikas iki tikslinės temperatūros
t = ln(62/31)/0,1014 = 6,838 min
Atsakymas
t = 6,838 min
2.Diferencialinės lygtys
Atsakymas: y(0.25) = 0,362
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.
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 = ∫12 u3 du
Integruokite ir įstatykite rėžius
I = [u4/4]12 = (16 − 1)/4 = 3,75
Atsakymas
I = 3,75
4.Integralai
Atsakymas: V = 0,4189
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.
Susikirtimo taškai
1x = 1x² → x = 0, x = 1
Žiedų metodas
V = π∫₀1 ((1x)² − (1x²)²) dx
Integruokite
V = π(1·1³/3 − 1·1⁵/5) = π·0,1333 = 0,4189
Atsakymas
V = 0,4189
5.Išvestinės
Atsakymas: f′(1.5) = −1,926
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(3x) + 3x·cos(3x)
Įstatykite
f′(1,5) = −0,9775 + 4,5·(−0,2108) = −1,926
Atsakymas
f′(1,5) = −1,926
6.Išvestinės
Atsakymas: x = −2
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.
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.