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″ + 7y′ + 10y = 0 при y(0) = 2 и y′(0) = -4. Найдите y(1).
y″ + 7y′ + 10y = 0y(0) = 2y′(0) = -4
y(1) =
2.Дифференциальные уравненияСложная
Решите задачу Коши y′ + 2y/x = 2x при x > 0, y(1) = 4. Найдите y(2).
y′ + 2y/x = 2xy(1) = 4
y(2) =
3.ИнтегралыСредняя
Вычислите I = ∫13 3/x dx.
f(x) = 3/x[1, 3]
I =
4.ИнтегралыСложная
Найдите площадь A области, ограниченной y = x2 и y = 3x.
y = x2y = 3x
A =
5.ПроизводныеСредняя
Пусть f(x) = (−2x − 1)4. Найдите f′(2).
f(x) = (−2x − 1)4x = 2
f′(2) =
6.ПроизводныеСложная
Касательная к f(x) = x2 − x − 4 в точке x = 3 пересекает ось y в точке y = b. Найдите b.
f(x) = x2 − x − 4x = 3
b =
7.Численные методыСредняя
Приблизьте ∫01,5 sin(x²) dx методом трапеций с n = 5 полосами. Укажите T.
f(x) = sin(x²)[a, b] = [0, 1,5]n = 5
T =
8.Численные методыСложная
Используйте метод Хойна (улучшенный метод Эйлера) с h = 0,5 для y′ = e−ty, y(0) = 1, чтобы оценить y3 ≈ y(1,5).
y′ = e−tyy(0) = 1h = 0,5
y3 =
3Растворы
1.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(1) = 0,2707
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 + 5) = 0 → r = −2, −5
Константы по начальным значениям
A + B = 2, −2A − 5B = -4
A = 2, B = 0
Вычислите
y(1) = 2·e−2 + 0·e−5 = 0,2707
Ответ
y(1) = 0,2707
2.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(2) = 2,875
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∫2/x dx = x2
Интегрируйте
(x2y)′ = 2x3 → x2y = 2x4/4 + C
Начальное условие
4 = 2/4 + C → C = 3,5
Вычислите
y(2) = (2·24/4 + 3,5)/22 = 2,875
Ответ
y(2) = 2,875
3.Интегралы
Ответ: I = 3,296
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) = 3·ln x
Подставьте пределы
I = 3·(ln 3 − ln 1) = 3·ln 3 = 3,296
Ответ
I = 3,296
4.Интегралы
Ответ: A = 4,5
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
x2 = 3x → x = 0, x = 3
Интегрируйте верхнюю минус нижнюю
A = [1,5x2 − 0,3333x3]03 = 4,5
Ответ
A = 4,5
5.Производные
Ответ: f′(2) = 1000
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) = 4·(−2x − 1)3·(−2)
Подставьте
f′(2) = 4·(−5)3·(−2) = 1000
Ответ
f′(2) = 1000
6.Производные
Ответ: b = −13
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) = 2
f′(x) = 2x − 1 → f′(3) = 5
Касательная при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 2 − 5·3 = −13
Ответ
b = −13
7.Численные методы
Ответ: T = 0,7641
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 = 1,618
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.