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″ + 2y′ + y = 0 при y(0) = 1 и y′(0) = 1. Найдите y(1,5).
y″ + 2y′ + y = 0y(0) = 1y′(0) = 1
y(1.5) =
2.Дифференциальные уравненияСложная
В баке 1000 L воды, в которой растворено 10 kg соли. Рассол с содержанием соли 0,25 kg на литр поступает со скоростью 4 L/min, а хорошо перемешанный раствор вытекает с той же скоростью. Через сколько минут t в баке будет 178 kg соли?
V = 1000 Lm0 = 10 kgc = 0,25 kg/Lr = 4 L/min
t = min
3.ИнтегралыСредняя
Вычислите I = ∫03 e−0,5x dx.
f(x) = e−0,5x[0, 3]
I =
4.ИнтегралыСложная
Область между прямой y = 2x и параболой y = 2x² вращается вокруг оси x. Найдите объём V полученного тела.
y = 2xy = 2x²
V =
5.ПроизводныеСредняя
Пусть f(x) = x·sin(2x), x в радианах. Найдите f′(1,5).
f(x) = x·sin(2x)x = 1,5 rad
f′(1.5) =
6.ПроизводныеСложная
Касательная к f(x) = 2x2 − 5x + 6 в точке x = 1 пересекает ось y в точке y = b. Найдите b.
f(x) = 2x2 − 5x + 6x = 1
b =
7.Численные методыСредняя
Скорость транспортного средства измеряется каждые 1 s (таблица). Оцените пройденный путь s от t = 0 до t = 6 s методом трапеций.
h = 1 sn = 6
s = m
8.Численные методыСложная
Используйте метод Эйлера с h = 0,1 для y′ = e−ty, y(0) = 0, чтобы оценить y4 ≈ y(0,4).
y′ = e−tyy(0) = 0h = 0,1
y4 =
3Растворы
1.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(1.5) = 0,8925
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 + 1)² = 0 → r = −1
Константы
A = y(0) = 1
y′(0) = B − 1A → B = 1 + 1 = 2
Вычислите
y(1,5) = (1 + 2·1,5)·e−1,5 = 0,8925
Ответ
y(1,5) = 0,8925
2.Дифференциальные уравнения
Ответ: t = 301 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) = 250 + (−240)·e−t/250
Найдите t
e−t/250 = (250 − 178)/(250 − 10) = 0,3
t = 250·ln(3,333) = 301 min
Ответ
t = 301 min
3.Интегралы
Ответ: I = 1,554
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.
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
2x = 2x² → x = 0, x = 1
Метод колец (шайб)
V = π∫₀1 ((2x)² − (2x²)²) dx
Интегрируйте
V = π(4·1³/3 − 4·1⁵/5) = π·0,5333 = 1,676
Ответ
V = 1,676
5.Производные
Ответ: f′(1.5) = −2,829
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(2x) + 2x·cos(2x)
Подставьте
f′(1,5) = 0,1411 + 3·(−0,99) = −2,829
Ответ
f′(1,5) = −2,829
6.Производные
Ответ: b = 4
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(1) = 3
f′(x) = 4x − 5 → f′(1) = −1
Касательная при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 3 − (−1)·1 = 4
Ответ
b = 4
7.Численные методы
Ответ: s = 39 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
0 + 2·3 + 2·3 + 2·8 + 2·7 + 2·11 + 14 = 78
Метод трапеций
s = (1/2)·78 = 39 m
Ответ
s = 39 m
8.Численные методы
Ответ: y4 = 0,3866
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.