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″ + 6y′ + 9y = 0 при y(0) = 2 и y′(0) = -2. Найдите y(2).
y″ + 6y′ + 9y = 0y(0) = 2y′(0) = -2
y(2) =
2.Дифференциальные уравненияСложная
В баке 500 L чистой воды. Рассол с содержанием соли 0,1 kg на литр поступает со скоростью 5 L/min, а хорошо перемешанный раствор вытекает с той же скоростью. Через сколько минут t в баке будет 30 kg соли?
V = 500 Lm0 = 0 kgc = 0,1 kg/Lr = 5 L/min
t = min
3.ИнтегралыСредняя
Вычислите I = ∫₁3 x·ln x dx.
∫₁3 x ln x dx
I =
4.ИнтегралыСложная
Область между прямой y = 5x и параболой y = 2x² вращается вокруг оси x. Найдите объём V полученного тела.
y = 5xy = 2x²
V =
5.ПроизводныеСредняя
Пусть f(x) = x·e0,5x. Найдите f′(2).
f(x) = x·e0,5xx = 2
f′(2) =
6.ПроизводныеСложная
Касательная к f(x) = 3x2 − 4x − 4 в точке x = −2 пересекает ось y в точке y = b. Найдите b.
f(x) = 3x2 − 4x − 4x = −2
b =
7.Численные методыСредняя
Скорость транспортного средства измеряется каждые 5 s (таблица). Оцените пройденный путь s от t = 0 до t = 30 s методом трапеций.
h = 5 sn = 6
s = m
8.Численные методыСложная
Сделайте один шаг классического метода Рунге–Кутты (RK4) с h = 0,2 для y′ = 1 + sin(ty), y(0) = 0. Найдите y₁ ≈ y(0,2).
y′ = 1 + sin(ty)y(0) = 0h = 0,2
y1 =
3Растворы
1.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(2) = 0,02479
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.
Двойной корень
(r + 3)² = 0 → r = −3
Константы
A = y(0) = 2
y′(0) = B − 3A → B = -2 + 6 = 4
Вычислите
y(2) = (2 + 4·2)·e−6 = 0,02479
Ответ
y(2) = 0,02479
2.Дифференциальные уравнения
Ответ: t = 91,63 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) = 50 + (−50)·e−t/100
Найдите t
e−t/100 = (50 − 30)/(50 − 0) = 0,4
t = 100·ln(2,5) = 91,63 min
Ответ
t = 91,63 min
3.Интегралы
Ответ: I = 2,944
Интегрирование по частям: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, из правила произведения. Выбирайте u как множитель, который упрощается при дифференцировании (степень x или ln x), а dv — как множитель, который можно проинтегрировать (eˣ, sin x, cos x или x, когда u = ln x). Для определённого интеграла вычисляйте u·v на обоих пределах: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Множитель x² требует двух шагов.
Выберите u и dv
u = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2
Первообразная
∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4
Пределы
(4,5·ln 3 − 2,25) − (0 − 0,25) = 2,944
Ответ
I = 2,944
4.Интегралы
Ответ: V = 163,6
Объёмы тел вращения: вращение области под y = f(x) от x = a до x = b вокруг оси x даёт тело, сечение которого при x — круг радиуса f(x). Суммирование кругов даёт V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Когда область лежит между внешней кривой R(x) и внутренней кривой r(x), каждый слой — кольцо (шайба): V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Возводите радиусы в квадрат до вычитания.
Точки пересечения
5x = 2x² → x = 0, x = 2,5
Метод колец (шайб)
V = π∫₀2,5 ((5x)² − (2x²)²) dx
Интегрируйте
V = π(25·2,5³/3 − 4·2,5⁵/5) = π·52,08 = 163,6
Ответ
V = 163,6
5.Производные
Ответ: f′(2) = 5,437
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.
Правило произведения
f′(x) = u′v + uv′ = e0,5x·(1 + 0,5·x)
Подставьте
f′(2) = 2,718·(1 + 1) = 5,437
Ответ
f′(2) = 5,437
6.Производные
Ответ: b = −16
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(−2) = 16
f′(x) = 6x − 4 → f′(−2) = −16
Касательная при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 16 − (−16)·(−2) = −16
Ответ
b = −16
7.Численные методы
Ответ: s = 310 m
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.
Взвешенная сумма
4 + 2·6 + 2·7 + 2·10 + 2·16 + 2·14 + 14 = 124
Метод трапеций
s = (5/2)·124 = 310 m
Ответ
s = 310 m
8.Численные методы
Ответ: y1 = 0,2027
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.