Для корня: проверьте смену знака для бисекции или вычислите f и f′ для метода Ньютона и сохраняйте шесть и более цифр в таблице итераций.
Для значения из таблицы: интерполируйте линейно между двумя соседними точками.
Для интеграла: найдите h = (b − a)/n, выпишите f в каждом узле, примените веса (1, 2, …, 2, 1 для трапеций; 1, 4, 2, …, 4, 1 для Симпсона при чётном n) и умножьте на h/2 или h/3.
Для ОДУ: идите от t₀ по формуле yₙ₊₁ = yₙ + h·f(tₙ, yₙ) (Эйлер) или по усреднённому наклону (Хойн), по одной строке на шаг, пока не дойдёте до нужного t.
2Тренировочные задачи
1.Дифференциальные уравненияСредняя
Решите y″ + 5y′ + 6y = 0 при y(0) = 2 и y′(0) = 0. Найдите y(1).
y″ + 5y′ + 6y = 0y(0) = 2y′(0) = 0
y(1) =
2.Дифференциальные уравненияСложная
В баке 400 L чистой воды. Рассол с содержанием соли 0,2 kg на литр поступает со скоростью 10 L/min, а хорошо перемешанный раствор вытекает с той же скоростью. Через сколько минут t в баке будет 24 kg соли?
V = 400 Lm0 = 0 kgc = 0,2 kg/Lr = 10 L/min
t = min
3.ИнтегралыСредняя
Вычислите I = ∫01 ex dx.
f(x) = ex[0, 1]
I =
4.ИнтегралыСложная
Найдите площадь A области между параболой y = 4 − x² и осью x.
y = 4 − x²
A =
5.ПроизводныеСредняя
Пусть f(x) = x·sin(x), x в радианах. Найдите f′(0,5).
f(x) = x·sin(x)x = 0,5 rad
f′(0.5) =
6.ПроизводныеСложная
Касательная к f(x) = −x2 − x − 6 в точке x = 3 пересекает ось y в точке y = b. Найдите b.
f(x) = −x2 − x − 6x = 3
b =
7.Численные методыСредняя
Метод трапеций применяется для ∫01 eˣ dx. Погрешность не больше (b − a)³·M/(12n²), где M = max|f″| на [0, 1]. Найдите наименьшее число полос n, гарантирующее погрешность меньше 0,001.
f(x) = eˣ[a, b] = [0, 1]ε = 0,001
n =
8.Численные методыСложная
Используйте метод Хойна (улучшенный метод Эйлера) с h = 0,2 для y′ = 1 + sin(ty), y(0) = 0, чтобы оценить y3 ≈ y(0,6).
y′ = 1 + sin(ty)y(0) = 0h = 0,2
y3 =
3Растворы
1.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(1) = 0,6129
Линейные уравнения второго порядка: для y″ + b·y′ + c·y = 0 ищите решение в виде y = ert: это даёт характеристическое уравнение r² + b·r + c = 0. Два различных вещественных корня r₁ ≠ r₂ дают y = A·er₁t + B·er₂t (апериодический режим, передемпфированный); двойной корень r даёт y = (A + Bt)·ert (критическое затухание); комплексные корни −α ± jω дают y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (колебательный режим, недодемпфированный). Начальные значения y(0) и y′(0) определяют A и B. В записи y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 величина ωn — собственная частота, а ζ — коэффициент демпфирования: при ζ < 1 возникают колебания. При постоянном входе y″ + by′ + cy = c·K решение равно установившемуся значению K плюс свободный отклик.
Характеристические корни
(r + 2)(r + 3) = 0 → r = −2, −3
Константы по начальным значениям
A + B = 2, −2A − 3B = 0
A = 6, B = −4
Вычислите
y(1) = 6·e−2 + (−4)·e−3 = 0,6129
Ответ
y(1) = 0,6129
2.Дифференциальные уравнения
Ответ: t = 14,27 min
Дифференциальные уравнения первого порядка: dy/dt = k·y имеет решение y = y₀·ekt (рост при k > 0, убывание при k < 0); период полураспада T даёт k = ln 2/T. Закон охлаждения Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ) даёт T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Линейное уравнение y′ + p(x)·y = q(x) решается с интегрирующим множителем μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, поэтому μy = ∫μq dx + C.
Результат
m(t) = 80 + (−80)·e−t/40
Найдите t
e−t/40 = (80 − 24)/(80 − 0) = 0,7
t = 40·ln(1,429) = 14,27 min
Ответ
t = 14,27 min
3.Интегралы
Ответ: I = 1,718
Определённые интегралы: ∫ₐᵇ f(x) dx — это площадь со знаком между графиком и осью x от a до b. Найдите первообразную F (F′ = f) и вычислите F(b) − F(a). Степенное правило: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Площадь между двумя кривыми — ∫(верхняя − нижняя) dx.
Первообразная
F(x) = ex/1
Подставьте пределы
I = (e1 − 1)/1 = (2,718 − 1)/1 = 1,718
Ответ
I = 1,718
4.Интегралы
Ответ: A = 10,67
Определённые интегралы: ∫ₐᵇ f(x) dx — это площадь со знаком между графиком и осью x от a до b. Найдите первообразную F (F′ = f) и вычислите F(b) − F(a). Степенное правило: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Площадь между двумя кривыми — ∫(верхняя − нижняя) dx.
Нули
4 − x² = 0 → x = ±2
Интегрируйте
A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67
Ответ
A = 10,67
5.Производные
Ответ: f′(0.5) = 0,9182
Дифференцирование: производная f′(x) — это наклон графика в точке x. Степенное правило: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Правило произведения: (uv)′ = u′v + uv′. Цепное правило: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Где f′(x) = 0, у графика горизонтальная касательная: максимум, минимум или седловая точка.
Правила произведения и цепное
f′(x) = sin(x) + x·cos(x)
Подставьте
f′(0,5) = 0,4794 + 0,5·0,8776 = 0,9182
Ответ
f′(0,5) = 0,9182
6.Производные
Ответ: b = 3
Дифференцирование: производная f′(x) — это наклон графика в точке x. Степенное правило: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Правило произведения: (uv)′ = u′v + uv′. Цепное правило: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Где f′(x) = 0, у графика горизонтальная касательная: максимум, минимум или седловая точка.
Точка и наклон
f(3) = −18
f′(x) = −2x − 1 → f′(3) = −7
Касательная при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −18 − (−7)·3 = 3
Ответ
b = 3
7.Численные методы
Ответ: n = 16
Численное интегрирование: разделите [a, b] на n полос шириной h = (b − a)/n с узлами x₀ … xₙ. Метод трапеций: T = (h/2)[f₀ + 2f₁ + 2f₂ + … + 2fn−1 + fₙ]. Метод Симпсона (n чётное): S = (h/3)[f₀ + 4f₁ + 2f₂ + 4f₃ + … + 4fn−1 + fₙ]. Погрешность метода трапеций убывает как h² (оценка (b − a)h²·M/12, где M = max|f″|), метода Симпсона — как h⁴, поэтому при тех же узлах метод Симпсона обычно намного точнее.
Оценка второй производной
M = e1 = 2,718
Выразите n
n² > 1·2,718/(12·0,001) = 226,5
n > 15,05 → n = 16
Ответ
n = 16
8.Численные методы
Ответ: y3 = 0,6799
Численное решение y′ = f(t, y): метод Эйлера идёт по наклону в начале каждого шага: yn+1 = yₙ + h·f(tₙ, yₙ). Метод Хойна (улучшенный метод Эйлера) усредняет наклон в начале и в точке, предсказанной методом Эйлера: k₁ = f(tₙ, yₙ), k₂ = f(tₙ + h, yₙ + h·k₁), yn+1 = yₙ + (h/2)(k₁ + k₂). Классический метод Рунге–Кутты (RK4) объединяет четыре наклона: yn+1 = yₙ + (h/6)(k₁ + 2k₂ + 2k₃ + k₄). Глобальная погрешность метода Эйлера пропорциональна h, метода Хойна — h², метода RK4 — h⁴.