Для кореня: перевірте зміну знака для бісекції або обчисліть f і f′ для Ньютона й зберігайте шість і більше цифр у таблиці ітерацій.
Для табличного значення: інтерполюйте лінійно між двома сусідніми точками.
Для інтеграла: знайдіть h = (b − a)/n, випишіть f у кожному вузлі, застосуйте ваги (1, 2, …, 2, 1 для трапецій; 1, 4, 2, …, 4, 1 для Сімпсона з парним n) і помножте на h/2 або h/3.
Для ЗДР: крокуйте від t₀ за yₙ₊₁ = yₙ + h·f(tₙ, yₙ) (Ейлер) або усередненим нахилом (Хойн), по одному рядку на крок, доки не дійдете до потрібного t.
2Задачі для практики
1.Диференціальні рівнянняСередня
Чашку кави температурою 88 °C залишили в кімнаті з температурою 18 °C. Через 10 min її температура становить 60 °C. Вона підпорядковується закону охолодження Ньютона, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Знайдіть сталу k в min⁻¹.
T0 = 88 °CTa = 18 °CT(10) = 60 °C
k = min⁻¹
2.Диференціальні рівнянняСкладна
Система підпорядковується y″ + y′ + 9,25y = 9,25 для t ≥ 0, починаючи зі стану спокою: y(0) = 0, y′(0) = 0. Знайдіть пікове значення ymax її відгуку на одиничний стрибок.
y″ + y′ + 9,25y = 9,25y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.ІнтегралиСередня
Обчисліть I = ∫₁2,5 x·ln x dx.
∫₁2,5 x ln x dx
I =
4.ІнтегралиСкладна
Знайдіть площу A області, обмеженої y = 2x2 і y = x.
y = 2x2y = x
A =
5.ПохідніСередня
Нехай f(x) = (−2x − 1)4. Знайдіть f′(0).
f(x) = (−2x − 1)4x = 0
f′(0) =
6.ПохідніСкладна
Дотична до f(x) = −x2 + 3 у точці x = −2 перетинає вісь y у точці y = b. Знайдіть b.
f(x) = −x2 + 3x = −2
b =
7.Чисельні методиСередня
Наближено обчисліть ∫01,5 √(1 + x³) dx за формулою трапецій з n = 3 смугами. Дайте T.
f(x) = √(1 + x³)[a, b] = [0, 1,5]n = 3
T =
8.Чисельні методиСкладна
Скористайтеся методом Хойна (вдосконаленим методом Ейлера) з h = 0,25 для y′ = t² + y², y(0) = 0,5, щоб оцінити y3 ≈ y(0,75).
y′ = t² + y²y(0) = 0,5h = 0,25
y3 =
3Розчини
1.Диференціальні рівняння
Відповідь: k = 0,05108 min⁻¹
Диференціальні рівняння першого порядку: dy/dt = k·y має розв’язок y = y₀·ekt (зростання при k > 0, спадання при k < 0); період напіврозпаду T дає k = ln 2/T. Закон охолодження Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ) дає T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Лінійне рівняння y′ + p(x)·y = q(x) розв’язують з інтегрувальним множником μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, тож μy = ∫μq dx + C.
Відношення різниць температур
e−10k = 42/70
Розв’яжіть щодо k
k = ln(70/42)/10 = 0,05108 min⁻¹
Відповідь
k = 0,05108 min⁻¹
2.Диференціальні рівняння
Відповідь: ymax = 1,592
Лінійні рівняння другого порядку: для y″ + b·y′ + c·y = 0 шукайте y = ert: це дає характеристичне рівняння r² + b·r + c = 0. Два дійсні корені r₁ ≠ r₂ дають y = A·er₁t + B·er₂t (надкритичне демпфування); подвійний корінь r дає y = (A + Bt)·ert (критичне демпфування); комплексні корені −α ± jω дають y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (докритичне демпфування, коливання). Початкові значення y(0) і y′(0) визначають A і B. У вигляді y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 величина ωn — власна частота, а ζ — коефіцієнт демпфування: при ζ < 1 є коливання. При сталому вході y″ + by′ + cy = c·K розв’язок — усталене значення K плюс вільна складова.
Усталене значення та корені
yss = 1, r = −0,5 ± 3j
Сталі за початковими значеннями
y(0) = 1 + A = 0 → A = −1
y′(0) = −0,5A + 3B = 0 → B = −0,1667
Пік
t = π/3 = 1,047
ymax = 1·(1 + e−0,5·π/3) = 1,592
Відповідь
ymax = 1,592
3.Інтеграли
Відповідь: I = 1,551
Інтегрування частинами: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, з правила добутку. Оберіть за u множник, що спрощується після диференціювання (степінь x або ln x), а за dv — множник, який можна проінтегрувати (eˣ, sin x, cos x або x, коли u = ln x). Для визначеного інтеграла обчисліть u·v на обох межах: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Множник x² потребує двох кіл.
Оберіть u та dv
u = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2
Первісна
∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4
Границі
(3,125·ln 2,5 − 1,5625) − (0 − 0,25) = 1,551
Відповідь
I = 1,551
4.Інтеграли
Відповідь: A = 0,04167
Визначені інтеграли: ∫ₐᵇ f(x) dx — це площа зі знаком між графіком і віссю x від a до b. Знайдіть первісну F (F′ = f) і обчисліть F(b) − F(a). Степеневе правило: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Площа між двома кривими — це ∫(верхня − нижня) dx.
Точки перетину
2x2 = x → x = 0, x = 0,5
Інтегруйте верхню мінус нижню
A = [0,5x2 − 0,6667x3]00,5 = 0,04167
Відповідь
A = 0,04167
5.Похідні
Відповідь: f′(0) = 8
Диференціювання: похідна f′(x) — це нахил графіка в точці x. Степеневе правило: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Правило добутку: (uv)′ = u′v + uv′. Ланцюгове правило: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Де f′(x) = 0, графік має горизонтальну дотичну: максимум, мінімум або сідлову точку.
Ланцюгове правило
f′(x) = 4·(−2x − 1)3·(−2)
Підставте
f′(0) = 4·(−1)3·(−2) = 8
Відповідь
f′(0) = 8
6.Похідні
Відповідь: b = 7
Диференціювання: похідна f′(x) — це нахил графіка в точці x. Степеневе правило: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Правило добутку: (uv)′ = u′v + uv′. Ланцюгове правило: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Де f′(x) = 0, графік має горизонтальну дотичну: максимум, мінімум або сідлову точку.
Точка і нахил
f(−2) = −1
f′(x) = −2x → f′(−2) = 4
Дотична при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −1 − 4·(−2) = 7
Відповідь
b = 7
7.Чисельні методи
Відповідь: T = 2,01
Чисельне інтегрування: розбийте [a, b] на n смуг шириною h = (b − a)/n з вузлами x₀ … xₙ. Формула трапецій: T = (h/2)[f₀ + 2f₁ + 2f₂ + … + 2fn−1 + fₙ]. Формула Сімпсона (n парне): S = (h/3)[f₀ + 4f₁ + 2f₂ + 4f₃ + … + 4fn−1 + fₙ]. Похибка трапецій зменшується як h² (оцінка (b − a)h²·M/12, де M = max|f″|), Сімпсона — як h⁴, тож за тих самих вузлів Сімпсон зазвичай значно точніший.