Untuk punca: semak perubahan tanda untuk pembahagi dua, atau hitung f dan f′ untuk Newton, dan simpan enam digit atau lebih dalam jadual lelaran.
Untuk nilai jadual: interpolasi secara linear antara dua titik jiran.
Untuk kamiran: cari h = (b − a)/n, senaraikan f pada setiap nod, gunakan pemberat (1, 2, …, 2, 1 untuk trapezium; 1, 4, 2, …, 4, 1 untuk Simpson dengan n genap) dan darab dengan h/2 atau h/3.
Untuk PPB: melangkah dari t₀ dengan yₙ₊₁ = yₙ + h·f(tₙ, yₙ) (Euler) atau cerun purata (Heun), satu baris bagi setiap langkah, sehingga anda sampai ke t yang diminta.
2Soalan latihan
1.Persamaan pembezaanSederhana
Selesaikan y″ + 4y′ + 4y = 0 dengan y(0) = 2 dan y′(0) = 1. Cari y(1).
y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 2y′(0) = 1
y(1) =
2.Persamaan pembezaanSukar
Sebuah tangki mengandungi 100 L air yang di dalamnya terlarut 20 kg garam. Air garam dengan 0.05 kg garam setiap liter mengalir masuk pada 4 L/min, dan larutan yang bercampur sekata mengalir keluar pada kadar yang sama. Berapakah jumlah garam m dalam tangki selepas 40 min?
V = 100 Lm0 = 20 kgc = 0.05 kg/Lr = 4 L/min
m = kg
3.KamiranSederhana
Nilaikan I = ∫₁2.5 x·ln x dx.
∫₁2.5 x ln x dx
I =
4.KamiranSukar
Rantau antara garis y = 3x dan parabola y = x² diputarkan pada paksi-x. Cari isi padu V pepejal itu.
y = 3xy = x²
V =
5.TerbitanSederhana
Biar f(x) = ln(x2 + 2). Cari f′(−1).
f(x) = ln(x2 + 2)x = −1
f′(−1) =
6.TerbitanSukar
Garis tangen kepada f(x) = 0.5x2 − 3x + 6 pada x = −2 memotong paksi-y pada y = b. Cari b.
f(x) = 0.5x2 − 3x + 6x = −2
b =
7.Kaedah berangkaSederhana
Anggarkan ∫02 eˣ dx dengan petua trapezium, n = 2, dan bandingkan dengan nilai tepat. Cari ralat mutlak |E| = |T − I|.
f(x) = eˣ[a, b] = [0, 2]n = 2
|E| =
8.Kaedah berangkaSukar
Gunakan kaedah Heun (Euler yang dipertingkat) dengan h = 0.1 untuk y′ = t² + y², y(0) = 1 untuk menganggar y3 ≈ y(0.3).
y′ = t² + y²y(0) = 1h = 0.1
y3 =
3Larutan
1.Persamaan pembezaan
Jawapan: y(1) = 0.9473
Persamaan linear tertib kedua: bagi y″ + b·y′ + c·y = 0 cuba y = ert: ini memberikan persamaan ciri r² + b·r + c = 0. Dua punca nyata r₁ ≠ r₂ memberikan y = A·er₁t + B·er₂t (redaman lampau); punca berganda r memberikan y = (A + Bt)·ert (redaman genting); punca kompleks −α ± jω memberikan y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (redaman kurang, berayun). Nilai awal y(0) dan y′(0) menetapkan A dan B. Ditulis sebagai y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn ialah frekuensi tabii dan ζ nisbah redaman: ζ < 1 berayun. Dengan input malar, y″ + by′ + cy = c·K, penyelesaiannya ialah nilai mantap K tambah sambutan bebas.
Punca berganda
(r + 2)² = 0 → r = −2
Pemalar
A = y(0) = 2
y′(0) = B − 2A → B = 1 + 4 = 5
Nilaikan
y(1) = (2 + 5·1)·e−2 = 0.9473
Jawapan
y(1) = 0.9473
2.Persamaan pembezaan
Jawapan: m = 8.028 kg
Persamaan pembezaan peringkat pertama: dy/dt = k·y mempunyai penyelesaian y = y₀·ekt (pertumbuhan bagi k > 0, pereputan bagi k < 0); separuh hayat T memberikan k = ln 2/T. Hukum penyejukan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), memberikan T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Persamaan linear y′ + p(x)·y = q(x) diselesaikan dengan faktor pengamiran μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, maka μy = ∫μq dx + C.
Sediakan persamaan
dm/dt = 4·0.05 − (4/100)·m = 0.2 − 0.04·m
Selesaikan
Faktor pengamiran ialah ert/V; penyelesaiannya menghampiri keseimbangan c·V.
m(t) = 5 + 15·e−t/25
Gantikan t
m(40) = 5 + 15·0.2019 = 8.028 kg
Jawapan
m = 8.028 kg
3.Kamiran
Jawapan: I = 1.551
Pengamiran bahagian demi bahagian: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, daripada petua hasil darab. Pilih u sebagai faktor yang menjadi lebih mudah apabila dibezakan (kuasa x, atau ln x), dan dv sebagai faktor yang boleh anda kamirkan (eˣ, sin x, cos x, atau x apabila u = ln x). Bagi kamiran tentu, nilaikan u·v pada kedua-dua had: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Faktor x² memerlukan dua pusingan.
Pilih u dan dv
u = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2
Antiterbitan
∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4
Had
(3.125·ln 2.5 − 1.5625) − (0 − 0.25) = 1.551
Jawapan
I = 1.551
4.Kamiran
Jawapan: V = 101.8
Isi padu kisaran: memutarkan rantau di bawah y = f(x) dari x = a ke x = b pada paksi-x menghasilkan pepejal yang keratan rentasnya pada x ialah cakera berjejari f(x). Menjumlahkan cakera itu memberikan V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Apabila rantau terletak antara lengkung luar R(x) dan lengkung dalam r(x), setiap hirisan ialah sesendal: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Kuasa duakan jejari sebelum anda menolaknya.
Titik persilangan
3x = 1x² → x = 0, x = 3
Kaedah sesendal
V = π∫₀3 ((3x)² − (1x²)²) dx
Kamirkan
V = π(9·3³/3 − 1·3⁵/5) = π·32.4 = 101.8
Jawapan
V = 101.8
5.Terbitan
Jawapan: f′(−1) = −0.6667
Pembezaan: terbitan f′(x) ialah kecerunan graf pada x. Petua kuasa: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Petua hasil darab: (uv)′ = u′v + uv′. Petua rantai: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Di mana f′(x) = 0, graf mempunyai tangen mengufuk: maksimum, minimum atau titik pelana.
Petua rantai untuk logaritma
f′(x) = 2x/(x2 + 2)
Gantikan
f′(−1) = −2/3 = −0.6667
Jawapan
f′(−1) = −0.6667
6.Terbitan
Jawapan: b = 4
Pembezaan: terbitan f′(x) ialah kecerunan graf pada x. Petua kuasa: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Petua hasil darab: (uv)′ = u′v + uv′. Petua rantai: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Di mana f′(x) = 0, graf mempunyai tangen mengufuk: maksimum, minimum atau titik pelana.
Titik dan kecerunan
f(−2) = 14
f′(x) = x − 3 → f′(−2) = −5
Garis tangen pada x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 14 − (−5)·(−2) = 4
Jawapan
b = 4
7.Kaedah berangka
Jawapan: |E| = 0.5238
Pengamiran berangka: bahagikan [a, b] kepada n jalur selebar h = (b − a)/n dengan nod x₀ … xₙ. Petua trapezium: T = (h/2)[f₀ + 2f₁ + 2f₂ + … + 2fn−1 + fₙ]. Petua Simpson (n genap): S = (h/3)[f₀ + 4f₁ + 2f₂ + 4f₃ + … + 4fn−1 + fₙ]. Ralat trapezium mengecil seperti h² (had (b − a)h²·M/12 dengan M = maks|f″|), Simpson seperti h⁴, maka Simpson biasanya jauh lebih tepat untuk nod yang sama.
Nilai tepat
I = 6.389056
Petua trapezium
T = (1/2)·(1 + 2·2.718282 + 7.389056) = 6.91281
Ralat
|E| = |6.91281 − 6.389056| = 0.5238
Jawapan
|E| = 0.5238
Ralat relatif: 8.198%.
8.Kaedah berangka
Jawapan: y3 = 1.436
Penyelesaian berangka bagi y′ = f(t, y): kaedah Euler melangkah di sepanjang cerun pada permulaan setiap langkah: yn+1 = yₙ + h·f(tₙ, yₙ). Kaedah Heun (Euler yang dipertingkat) mengambil purata cerun pada permulaan dan pada ramalan Euler: k₁ = f(tₙ, yₙ), k₂ = f(tₙ + h, yₙ + h·k₁), yn+1 = yₙ + (h/2)(k₁ + k₂). Kaedah Runge–Kutta klasik (RK4) menggabungkan empat cerun: yn+1 = yₙ + (h/6)(k₁ + 2k₂ + 2k₃ + k₄). Ralat global Euler berkadar dengan h, Heun dengan h², RK4 dengan h⁴.