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″ + 4y′ + 4y = 0 при y(0) = 3 и y′(0) = 2. Найдите y(1,5).
y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 3y′(0) = 2
y(1.5) =
2.Дифференциальные уравненияСложная
Решите задачу Коши y′ + y/x = 6x при x > 0, y(1) = −1. Найдите y(2).
y′ + y/x = 6xy(1) = −1
y(2) =
3.ИнтегралыСредняя
Вычислите I = ∫02 e−0,5x dx.
f(x) = e−0,5x[0, 2]
I =
4.ИнтегралыСложная
Найдите площадь A области, ограниченной y = 2x2 и y = 2x.
y = 2x2y = 2x
A =
5.ПроизводныеСредняя
Пусть f(x) = x·sin(3x), x в радианах. Найдите f′(0,5).
Приблизьте ∫01,5 sin(x²) dx методом трапеций с n = 2 полосами. Укажите T.
f(x) = sin(x²)[a, b] = [0, 1,5]n = 2
T =
8.Численные методыСложная
Используйте метод Эйлера с h = 0,2 для y′ = 2y, y(0) = 2, чтобы оценить y3 ≈ y(0,6).
y′ = 2yy(0) = 2h = 0,2
y3 =
3Растворы
1.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(1.5) = 0,7468
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 + 2)² = 0 → r = −2
Константы
A = y(0) = 3
y′(0) = B − 2A → B = 2 + 6 = 8
Вычислите
y(1,5) = (3 + 8·1,5)·e−3 = 0,7468
Ответ
y(1,5) = 0,7468
2.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(2) = 6,5
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.
Интегрирующий множитель
μ = e∫1/x dx = x1
Интегрируйте
(x1y)′ = 6x2 → x1y = 6x3/3 + C
Начальное условие
−1 = 6/3 + C → C = −3
Вычислите
y(2) = (6·23/3 + (−3))/21 = 6,5
Ответ
y(2) = 6,5
3.Интегралы
Ответ: I = 1,264
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.
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.
Точки пересечения
2x2 = 2x → x = 0, x = 1
Интегрируйте верхнюю минус нижнюю
A = [x2 − 0,6667x3]01 = 0,3333
Ответ
A = 0,3333
5.Производные
Ответ: f′(0.5) = 1,104
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(3x) + 3x·cos(3x)
Подставьте
f′(0,5) = 0,9975 + 1,5·0,07074 = 1,104
Ответ
f′(0,5) = 1,104
6.Производные
Ответ: x = −1
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.
Производная
f′(x) = 3x2 + 3x = 3·(x2 + x)
Решите f′(x) = 0
x = −1 или x = 0
Что есть что
f″(x) = 6x + 3: отрицательна в максимуме, положительна в минимуме.
f″(−1) = −3, f″(0) = 3
x = −1
Ответ
x = −1
7.Численные методы
Ответ: T = 0,6918
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.
Узлы и значения
h = 0,75
Σ wᵢfᵢ = 0 + 2·0,533303 + 0,778073 = 1,844679
Метод трапеций
T = (0,75/2)·1,844679 = 0,6918
Ответ
T = 0,6918
У этого интеграла нет элементарной первообразной, и именно в таких случаях нужен численный метод.
8.Численные методы
Ответ: y3 = 5,488
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.