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
Кованую стальную деталь температурой 480 °C оставили остывать в цехе при 25 °C. Через 35 min температура равна 137 °C. Процесс подчиняется закону охлаждения Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ). Найдите константу k в min⁻¹.
T0 = 480 °CTa = 25 °CT(35) = 137 °C
k = min⁻¹
2.Дифференциальные уравненияСложная
Система подчиняется уравнению y″ + 3y′ + 11,25y = 11,25 при t ≥ 0, начиная из состояния покоя: y(0) = 0, y′(0) = 0. Найдите y(0,25); углы в радианах.
y″ + 3y′ + 11,25y = 11,25y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.25) =
3.ИнтегралыСредняя
Область под y = 2x от x = 0 до x = 4 вращается вокруг оси x. Найдите объём V полученного тела (конуса).
y = 2x0 ≤ x ≤ 4
V =
4.ИнтегралыСложная
Найдите площадь A области, ограниченной y = 2x2 и y = 4x.
y = 2x2y = 4x
A =
5.ПроизводныеСредняя
Пусть f(x) = (−2x − 1)5. Найдите f′(−1).
f(x) = (−2x − 1)5x = −1
f′(−1) =
6.ПроизводныеСложная
Касательная к f(x) = 2x2 + 4x + 6 в точке x = −2 пересекает ось y в точке y = b. Найдите b.
f(x) = 2x2 + 4x + 6x = −2
b =
7.Численные методыСредняя
Приблизьте ∫01 √x·e−x dx методом Симпсона с n = 6 полосами. Укажите S.
f(x) = √x·e−x[a, b] = [0, 1]n = 6
S =
8.Численные методыСложная
Используйте метод Эйлера с h = 0,25 для y′ = cos t − y, y(0) = 0,5, чтобы оценить y3 ≈ y(0,75).
y′ = cos t − yy(0) = 0,5h = 0,25
y3 =
3Растворы
1.Дифференциальные уравнения
Ответ: k = 0,04005 min⁻¹
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.
Отношение разностей температур
e−35k = 112/455
Найдите k
k = ln(455/112)/35 = 0,04005 min⁻¹
Ответ
k = 0,04005 min⁻¹
2.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(0.25) = 0,2629
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.
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.
Метод дисков
V = π∫₀4 4x² dx
Интегрируйте
V = π·4·4³/3 = 268,1
Ответ
V = 268,1
Проверка: конус с радиусом 8 и высотой 4 имеет (1/3)πr²h = 268,1.
4.Интегралы
Ответ: A = 2,667
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 = 4x → x = 0, x = 2
Интегрируйте верхнюю минус нижнюю
A = [2x2 − 0,6667x3]02 = 2,667
Ответ
A = 2,667
5.Производные
Ответ: f′(−1) = −10
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.
Цепное правило
f′(x) = 5·(−2x − 1)4·(−2)
Подставьте
f′(−1) = 5·14·(−2) = −10
Ответ
f′(−1) = −10
6.Производные
Ответ: b = −2
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) = 6
f′(x) = 4x + 4 → f′(−2) = −4
Касательная при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 6 − (−4)·(−2) = −2
Ответ
b = −2
7.Численные методы
Ответ: S = 0,3732
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.
У этого интеграла нет элементарной первообразной, и именно в таких случаях нужен численный метод.
8.Численные методы
Ответ: y3 = 0,7526
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.