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.
Последовательности и ряды
Арифметическая прогрессия
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Геометрическая прогрессия
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Бесконечный геометрический ряд
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
p-ряд
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Признак Даламбера
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Радиус сходимости
R = lim |ck/ck+1|
Многочлен Тейлора
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Ряд Маклорена
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Оценка Лагранжа
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!
Метод
Определите тип: арифметическая (постоянная разность), геометрическая (постоянное отношение), стандартный ряд, степенной ряд или многочлен Тейлора.
Для сумм используйте Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r) или S = a₁/(1 − r) при |r| < 1, где a₁ — первый член суммы.
Для сходимости: сначала признак n-го члена, затем сравнение с Σ1/kᵖ или с геометрическим рядом, а для факториалов и k-х степеней используйте признак Даламбера или радикальный признак Коши.
Для многочленов Тейлора выпишите f(a), f′(a), f″(a), …, разделите k-ю производную на k! и оцените погрешность по M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.
Матрицы и определители
определитель 2×2
det = ad − bc
Обратная матрица 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Продукт
(AB)ij = Σk AikBkj
Собственные значения
det(A − λI) = 0
Правило Крамера
xi = det(Ai)/det(A)
Дифференциальные уравнения
Экспоненциальный рост/убывание
dy/dt = ky → y = y0ekt
Период полураспада
k = ln 2 / t½
Закон охлаждения Ньютона
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Интегрирующий множитель
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Бак смешения
dm/dt = r·c − (r/V)·m
2Тренировочные задачи
1.Численные методыСредняя
Приблизьте ∫12 1/x dx методом Симпсона, n = 2, и сравните с точным значением. Найдите абсолютную погрешность |E| = |S − I|.
f(x) = 1/x[a, b] = [1, 2]n = 2
|E| =
2.Численные методыСложная
Используйте метод Эйлера с h = 0,5 для y′ = cos t − y, y(0) = 2, чтобы оценить y5 ≈ y(2,5).
y′ = cos t − yy(0) = 2h = 0,5
y5 =
3.Последовательности и рядыСредняя
Ровно один из четырёх рядов сходится. Нажмите на него.
A: Σ 1/√kB: Σ (1 + 1/k)ᵏC: Σ k!/2ᵏD: Σ (1/2)ᵏ
1A: Σ 1/√k
2B: Σ (1 + 1/k)ᵏ
3C: Σ k!/2ᵏ
4D: Σ (1/2)ᵏ
4.Последовательности и рядыСложная
Функция f(x) = sin x приближается в точке x = 1 её многочленом Маклорена степени n. С оценкой Лагранжа M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! и M = 1 найдите наименьшую степень n, гарантирующую погрешность меньше 1 × 10⁻⁵.
f(x) = sin xx = 1M = 1ε = 1 × 10⁻⁵
n =
5.Матрицы и определителиСредняя
Пусть C = AB для показанных матриц. Найдите элемент c12 (строка 1, столбец 2).
A = [−4 5; −3 −2]B = [6 5; −3 −3]
c12 =
6.Матрицы и определителиСложная
Найдите большее собственное значение λ показанной матрицы A.
A = [0 1; −2 −3]
λ =
7.Дифференциальные уравненияСредняя
Банку газировки температурой 3 °C достали из холодильника в комнату при 22 °C. Процесс подчиняется закону охлаждения Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ). При k = 0,04 min⁻¹ найдите температуру T через 16 min.
T0 = 3 °CTa = 22 °Ck = 0,04 min⁻¹t = 16 min
T = °C
8.Дифференциальные уравненияСложная
Решите задачу Коши y′ + 3y/x = 3x2 при x > 0, y(1) = 4. Найдите y(3).
y′ + 3y/x = 3x2y(1) = 4
y(3) =
3Растворы
1.Численные методы
Ответ: |E| = 0,001297
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.
Точное значение
I = 0,693147
Метод Симпсона
S = (0,5/3)·(1 + 4·0,666667 + 0,5) = 0,694444
Погрешность
|E| = |0,694444 − 0,693147| = 0,001297
Ответ
|E| = 0,001297
Относительная погрешность: 0,1872%.
2.Численные методы
Ответ: y5 = 0,02575
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.
Шаги Эйлера
y₁ = 2 + 0,5·(−1) = 1,5
y₂ = 1,5 + 0,5·(−0,622417) = 1,188791
y₃ = 1,188791 + 0,5·(−0,648489) = 0,864547
y₄ = 0,864547 + 0,5·(−0,79381) = 0,467642
y₅ = 0,467642 + 0,5·(−0,883789) = 0,0257476
График
y5 = 0,02575
Ответ
y5 = 0,02575
3.Последовательности и ряды
Ответ: D: Σ (1/2)ᵏ
Сходимость: если члены не стремятся к 0, ряд расходится (необходимый признак сходимости, признак n-го члена). Σ1/kᵖ сходится только при p > 1, а Σrᵏ — только при |r| < 1. Сравнивайте ряд с одним из них, когда его члены при больших k ведут себя так же. Признак Даламбера: L = lim |ak+1/ak|; радикальный признак Коши: L = lim |ak|1/k. При L < 1 ряд сходится, при L > 1 расходится, при L = 1 вывода нет. Степенной ряд Σck(x − x₀)ᵏ сходится при |x − x₀| < R, где R = lim |ck/ck+1|; знакочередующийся ряд с членами, убывающими к 0, сходится.
Проверьте каждый ряд
A: Σ 1/√k → p-ряд с p = 1/2 ≤ 1: расходится.
B: Σ (1 + 1/k)ᵏ → Члены стремятся к e, а не к 0: расходится по необходимому признаку (признаку n-го члена).
D: Σ (1/2)ᵏ → Геометрический ряд с r = 1/2, |r| < 1: сходится.
Ответ
D: Σ (1/2)ᵏ
Ответ
D: Σ (1/2)ᵏ
4.Последовательности и ряды
Ответ: n = 8
Многочлены Тейлора: вблизи x = a гладкая функция приближается многочленом Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; при a = 0 это многочлен Маклорена. Стандартные ряды: eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + x⁵/5! − …, cos x = 1 − x²/2! + x⁴/4! − …, ln(1 + x) = x − x²/2 + x³/3 − …, 1/(1 − x) = Σxᵏ. Оценка остатка по Лагранжу: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, где M — наибольшее значение |f⁽ⁿ⁺¹⁾| между a и x.
Оценки при возрастающем n
n = 7: 2,48 × 10⁻⁵ ≥ 1 × 10⁻⁵
n = 8: 2,756 × 10⁻⁶ < 1 × 10⁻⁵
Наименьшая степень
n = 8
Ответ
n = 8
5.Матрицы и определители
Ответ: c12 = −35
Матрицы: определитель матрицы 2×2 равен ad − bc. Для 3×3 разложите по строке: каждый элемент умножается на определитель матрицы 2×2, оставшейся после вычёркивания его строки и столбца, с чередующимися знаками + − +. Собственные значения λ удовлетворяют det(A − λI) = 0; для 2×2 это λ² − (след)·λ + det = 0.
Строка на столбец
c12 = (−4)·5 + 5·(−3) = −35
Ответ
c12 = −35
6.Матрицы и определители
Ответ: λ = −1
Матрицы: определитель матрицы 2×2 равен ad − bc. Для 3×3 разложите по строке: каждый элемент умножается на определитель матрицы 2×2, оставшейся после вычёркивания его строки и столбца, с чередующимися знаками + − +. Собственные значения λ удовлетворяют det(A − λI) = 0; для 2×2 это λ² − (след)·λ + det = 0.
Характеристическое уравнение
λ² − (−3)λ + (2) = 0
Решите
λ = (−3 ± √(1))/2 → λ = −2, −1
λ = −1
Ответ
λ = −1
7.Дифференциальные уравнения
Ответ: T = 11,98 °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) = 22 + (−19)·e−0,04t
Подставьте t
T(16) = 22 + (−19)·0,5273 = 11,98 °C
Ответ
T = 11,98 °C
8.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(3) = 13,63
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.