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
Розв’яжіть y″ + 5y′ + 6y = 0 при y(0) = 5 і y′(0) = -2. Знайдіть y(0,5).
y″ + 5y′ + 6y = 0y(0) = 5y′(0) = -2
y(0.5) =
2.Диференціальні рівнянняСкладна
Розв’яжіть задачу Коші y′ + y/x = 4x2 при x > 0, y(1) = 5. Знайдіть y(3).
y′ + y/x = 4x2y(1) = 5
y(3) =
3.ІнтегралиСередня
Обчисліть I = ∫₀2 x·cos x dx (x у радіанах).
∫₀2 x·cos x dx
I =
4.ІнтегралиСкладна
Знайдіть площу A області між параболою y = 4 − x² і віссю x.
Наближено обчисліть ∫01,5 1/(1 + x³) dx за формулою Сімпсона з n = 6 смугами. Дайте S.
f(x) = 1/(1 + x³)[a, b] = [0, 1,5]n = 6
S =
8.Чисельні методиСкладна
Скористайтеся методом Хойна (вдосконаленим методом Ейлера) з h = 0,1 для y′ = cos t − y, y(0) = 3, щоб оцінити y2 ≈ y(0,2).
y′ = cos t − yy(0) = 3h = 0,1
y2 =
3Розчини
1.Диференціальні рівняння
Відповідь: y(0.5) = 2,997
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.
Характеристичні корені
(r + 2)(r + 3) = 0 → r = −2, −3
Сталі за початковими значеннями
A + B = 5, −2A − 3B = -2
A = 13, B = −8
Обчисліть
y(0,5) = 13·e−1 + (−8)·e−1,5 = 2,997
Відповідь
y(0,5) = 2,997
2.Диференціальні рівняння
Відповідь: y(3) = 28,33
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.
Інтегрувальний множник
μ = e∫1/x dx = x1
Інтегруйте
(x1y)′ = 4x3 → x1y = 4x4/4 + C
Початкова умова
5 = 4/4 + C → C = 4
Обчисліть
y(3) = (4·34/4 + 4)/31 = 28,33
Відповідь
y(3) = 28,33
3.Інтеграли
Відповідь: I = 0,4024
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 = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x
Первісна
∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x
Границі
(2·sin 2 + cos 2) − (0 + 1) = 0,4024
Відповідь
I = 0,4024
4.Інтеграли
Відповідь: A = 10,67
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.
Нулі
4 − x² = 0 → x = ±2
Інтегруйте
A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67
Відповідь
A = 10,67
5.Похідні
Відповідь: f′(1.5) = 0,1673
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.
Правило добутку
f′(x) = u′v + uv′ = e−x·(2x + (−1)·x2)
Підставте
f′(1,5) = 0,2231·(3 + (−2,25)) = 0,1673
Відповідь
f′(1,5) = 0,1673
6.Похідні
Відповідь: x = −2
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.
Похідна
f′(x) = 3x2 + 18x + 24 = 3·(x2 + 6x + 8)
Розв'яжіть f′(x) = 0
x = −4 або x = −2
Що є що
f″(x) = 6x + 18: від'ємна в максимумі, додатна в мінімумі.
f″(−4) = −6, f″(−2) = 6
x = −2
Відповідь
x = −2
7.Чисельні методи
Відповідь: S = 1,009
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.