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) = 3 и y′(0) = 0. Найдите y(2).
y″ + 2y′ + y = 0y(0) = 3y′(0) = 0
y(2) =
2.Дифференциальные уравненияСложная
Система подчиняется уравнению y″ + 3y′ + 11,25y = 56,25 при t ≥ 0, начиная из состояния покоя: y(0) = 0, y′(0) = 0. Найдите максимальное значение ymax её переходной характеристики.
y″ + 3y′ + 11,25y = 56,25y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.ИнтегралыСредняя
Вычислите I = ∫02 2x·(x² + 1)3 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)3[0, 2]
I =
4.ИнтегралыСложная
Область между прямой y = 4x и параболой y = x² вращается вокруг оси x. Найдите объём V полученного тела.
y = 4xy = x²
V =
5.ПроизводныеСредняя
Пусть f(x) = (4x + 1)4. Найдите f′(0).
f(x) = (4x + 1)4x = 0
f′(0) =
6.ПроизводныеСложная
Касательная к f(x) = 3x2 + 5x + 3 в точке x = 2 пересекает ось y в точке y = b. Найдите b.
f(x) = 3x2 + 5x + 3x = 2
b =
7.Численные методыСредняя
Скорость транспортного средства измеряется каждые 10 s (таблица). Оцените пройденный путь s от t = 0 до t = 50 s методом трапеций.
h = 10 sn = 5
s = m
8.Численные методыСложная
Используйте метод Эйлера с h = 0,1 для y′ = t² + y², y(0) = 0,5, чтобы оценить y4 ≈ y(0,4).
y′ = t² + y²y(0) = 0,5h = 0,1
y4 =
3Растворы
1.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(2) = 1,218
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) = 3
y′(0) = B − 1A → B = 0 + 3 = 3
Вычислите
y(2) = (3 + 3·2)·e−2 = 1,218
Ответ
y(2) = 1,218
2.Дифференциальные уравнения
Ответ: ymax = 6,039
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.
Установившееся значение и корни
yss = 5, r = −1,5 ± 3j
Константы по начальным значениям
y(0) = 5 + A = 0 → A = −5
y′(0) = −1,5A + 3B = 0 → B = −2,5
Максимум
t = π/3 = 1,047
ymax = 5·(1 + e−1,5·π/3) = 6,039
Ответ
ymax = 6,039
3.Интегралы
Ответ: I = 156
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.
Замена переменной
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u3 du
Проинтегрируйте и подставьте пределы
I = [u4/4]15 = (625 − 1)/4 = 156
Ответ
I = 156
4.Интегралы
Ответ: V = 428,9
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
4x = 1x² → x = 0, x = 4
Метод колец (шайб)
V = π∫₀4 ((4x)² − (1x²)²) dx
Интегрируйте
V = π(16·4³/3 − 1·4⁵/5) = π·136,5 = 428,9
Ответ
V = 428,9
5.Производные
Ответ: f′(0) = 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.
Цепное правило
f′(x) = 4·(4x + 1)3·4
Подставьте
f′(0) = 4·13·4 = 16
Ответ
f′(0) = 16
6.Производные
Ответ: b = −9
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) = 25
f′(x) = 6x + 5 → f′(2) = 17
Касательная при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 25 − 17·2 = −9
Ответ
b = −9
7.Численные методы
Ответ: s = 535 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 + 2·7 + 2·10 + 2·15 + 2·13 + 13 = 107
Метод трапеций
s = (10/2)·107 = 535 m
Ответ
s = 535 m
8.Численные методы
Ответ: y4 = 0,6318
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.