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
Чашку кофе температурой 89 °C оставили в комнате при 19 °C. Процесс подчиняется закону охлаждения Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ). При k = 0,12 min⁻¹ найдите температуру T через 18 min.
T0 = 89 °CTa = 19 °Ck = 0,12 min⁻¹t = 18 min
T = °C
2.Дифференциальные уравненияСложная
В баке 400 L воды, в которой растворено 5 kg соли. Рассол с содержанием соли 0,2 kg на литр поступает со скоростью 2 L/min, а хорошо перемешанный раствор вытекает с той же скоростью. Через сколько минут t в баке будет 58 kg соли?
V = 400 Lm0 = 5 kgc = 0,2 kg/Lr = 2 L/min
t = min
3.ИнтегралыСредняя
Область под y = √(4x) от x = 0 до x = 2 вращается вокруг оси x. Найдите объём V полученного тела (параболоида).
y = √(4x)0 ≤ x ≤ 2
V =
4.ИнтегралыСложная
Вычислите I = ∫₀1 x²·eˣ dx.
∫₀1 x²eˣ dx
I =
5.ПроизводныеСредняя
Пусть f(x) = x·sin(2x), x в радианах. Найдите f′(0,5).
f(x) = x·sin(2x)x = 0,5 rad
f′(0.5) =
6.ПроизводныеСложная
Касательная к f(x) = x2 − 4x − 2 в точке x = 3 пересекает ось y в точке y = b. Найдите b.
f(x) = x2 − 4x − 2x = 3
b =
7.Численные методыСредняя
Скорость транспортного средства измеряется каждые 10 s (таблица). Оцените пройденный путь s от t = 0 до t = 40 s методом Симпсона.
h = 10 sn = 4
s = m
8.Численные методыСложная
Используйте метод Хойна (улучшенный метод Эйлера) с h = 0,25 для y′ = e−ty, y(0) = 0,5, чтобы оценить y3 ≈ y(0,75).
y′ = e−tyy(0) = 0,5h = 0,25
y3 =
3Растворы
1.Дифференциальные уравнения
Ответ: T = 27,07 °C
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.
Решение закона охлаждения
T(t) = 19 + 70·e−0,12t
Подставьте t
T(18) = 19 + 70·0,1153 = 27,07 °C
Ответ
T = 27,07 °C
2.Дифференциальные уравнения
Ответ: t = 245,3 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) = 80 + (−75)·e−t/200
Найдите t
e−t/200 = (80 − 58)/(80 − 5) = 0,2933
t = 200·ln(3,409) = 245,3 min
Ответ
t = 245,3 min
3.Интегралы
Ответ: V = 25,13
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∫₀2 4x dx
Интегрируйте
V = π·4·2²/2 = 25,13
Ответ
V = 25,13
4.Интегралы
Ответ: I = 0,7183
Интегрирование по частям: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, из правила произведения. Выбирайте u как множитель, который упрощается при дифференцировании (степень x или ln x), а dv — как множитель, который можно проинтегрировать (eˣ, sin x, cos x или x, когда u = ln x). Для определённого интеграла вычисляйте u·v на обоих пределах: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Множитель x² требует двух шагов.
Первый шаг
∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx
Второй шаг
∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)
Пределы
2,718·(1) − 1·2 = 0,7183
Ответ
I = 0,7183
5.Производные
Ответ: f′(0.5) = 1,382
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′(0,5) = 0,8415 + 1·0,5403 = 1,382
Ответ
f′(0,5) = 1,382
6.Производные
Ответ: b = −11
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) = −5
f′(x) = 2x − 4 → f′(3) = 2
Касательная при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −5 − 2·3 = −11
Ответ
b = −11
7.Численные методы
Ответ: s = 493,3 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
10 + 4·8 + 2·11 + 4·17 + 16 = 148
Метод Симпсона
s = (10/3)·148 = 493,3 m
Ответ
s = 493,3 m
8.Численные методы
Ответ: y3 = 1,046
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.