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Сборник задач по высшей математике 2 том

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B 3aoa"tax 1.3.47-1.3.49 ONi onpeoe.n.eHUSI l.mmepaaJl,a CXoouMocmu UCnOJl,b- 30aamb npU3Ha?i: KoU/,u.

1.3.43.

00

(x - 2)n

 

1.3.44.

00

(3x)5n

~

n 2

 

 

~-.

 

n=l

 

 

 

n=l

2n - 1

1.3.45.

00 n!xn+1

 

 

1.3.46.

00 3n1x n+2

~

2n - 1 .

 

~

,.

 

n=l

2n(2x + 3)n-l

 

n=l

n.

1.3.47.

00

1.3.48.

00

nn(x + l)n+l

~

n

n

 

fl

3 n - 1

 

n=l

 

 

 

 

00

n2

 

 

 

 

 

1.3.49.

~~.

 

 

 

 

 

 

n=l

n

 

 

 

 

 

KOHTponbHble BonpOCbI lit 60nee CnO)l(Hbie 3aWlHiltH

1.3.50.

MmKeT JIH HHTepBa.JI CXO.n;HMOCTH pH.n;a ~ anxn 6bITb TaImM:

 

a)

(-2; 0);

 

 

6) (0; 2);

 

 

B) (-3; 1);

 

 

r)

(-00; 00);

 

~) (-3; 3).

 

 

 

 

 

1.3.51.

 

 

 

 

00

 

 

l:I3BecTHo, qTO pH.n;

~ an(x - 3)n B TOqKe x = 2 pacXO.n;HTCH. "tho

 

 

 

 

 

n=l

 

 

 

MO:>KHO CKa3aTb 0 CXO,n;HMOCTH PMa B TOqKe:

 

a) x = 5;

 

 

6) x = 3,5;

 

B) x = 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00

 

 

1.3.52.

l:I3BecTHo, qTO PM

~ an(x - 3)n B TOqKe x = 2 CXO.n;HTCH a6co-

 

 

 

 

 

n=l

 

 

 

JIIOTHO. qTO MO:>KHO CKa3aTb 0 CXO,n;HMOCTH pH.n;a B TOqKe:

 

a) x = 5;

 

 

6) x = 3,5;

 

B) x = 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00

 

 

1.3.53.

l:I3BecTHO, qTO PM

~ an(z - (1 + i))n B TOqKe z = i CXO.n;HTCH

 

 

 

 

 

n=l

 

 

 

YCJIOBHO. qTO MO:>KHO CKa3aTb 0 CXO,n;HMOCTH pH.n;a B TOq~e:

 

a) z = 1;

 

 

6) z = 0;

 

 

B)

l+i

 

 

 

 

 

z = -2-.

 

 

 

 

1.3.54. CYlllecTByeT JIH CTelleHHoit pH.n;, .n;JIH KOTOPOro BepHo CJIe.n;yIOlllee

 

YTBep:>K.n;eHHe:

 

 

 

 

 

a) Ha 060HX KOHllax HHTepBa.JIa CXO,n;HMOCTH pH.n; pacXO,n;HTCH;

 

6) Ha O,n;HOM KOHlle HHTepBa.JIa CXO.n;HMOCTH PM CXO,n;HTCH YCJIOBHO,

 

a Ha .n;pyroM -

CXO.n;HTCH a6COJIIOTHO;

 

 

B) Ha 060HX KOHllax HHTepBa.JIa CXO.n;HMOCTH pH.n; CXO.n;HTCH a6co-

 

JIIOTHO;

 

 

 

 

 

 

r) Ha O.n;HOM KOHlle HHTepBa.JIa CXO.n;HMOCTH PM CXO.n;HTCH YCJIOBHO,

 

a Ha .n;pyroM -

pacXO.n;HTCH;

 

 

 

~) Ha O.n;HOM KOHlle HHTepBa.JIa CXO.n;HMOCTH pH.n; CXO.n;HTbCH a6co-

 

JIIOTHO, a Ha .n;pyroM - pacXO.n;HTCH.

 

40

 

00

(1 + k)

n 2

 

1.3.55.

HaihH 06JIacTb CXO.u;HMOCTH pH.u;a n~l

 

(x -l)n.

1.3.56.

CTeneHHblit PM CXO.u;HTCH YCJIOBHO B TO'lKaxZl

= 3 + 2i H Z2 =

 

= -1- i. q TO MO)KHO CKa3aTb 0 CXO.u;HMOCTH pH.u;a B .u;pyrHx TO'lKax

 

KOMnJIeKcHoit nJIOCKOCTH?

 

 

 

KOHTPOllbHAH PA60TA

BapMaHT 1

1. MCCJIe.u;OBaTb pH.u;bI Ha CXO.u;HMOCTb:

 

n'

 

a)

f: n 3 tg2 ~;

 

 

00

 

 

n=l

n

 

6) n~l

3n-t2;

 

B) n~l (n ~1);

 

r)

f:

1

.

 

 

 

 

n=2 n In n In(In n) ,

.u.)

00

(-l)nn!

.

e)

00

2i + (-l)nn

 

E

 

E

2

 

n=l 2·5·8· .... (3n - 1)'

n=l

n

 

2. HaitTH 06JIacTb CXO.u;HMOCTH PMa

00

(2 -

x)n

 

E

 

1

 

 

 

 

 

n=l

n+

 

3.

 

 

00

(z -

2i)n

 

HaitTH Kpyr CXO.u;HMOCTH PMa E

~-=3----':­

 

 

 

 

n=l

 

n

 

 

BapMaHT 2

1. MCCJIe.u;OBaTb pH.u;bI Ha CXO.u;HMOCTb:

 

 

n 3

)

~ arcctg(n + 3) .

 

00

 

aL."

2 -

n

3'

6)

E (

 

1)';

 

n=l

 

n 2

 

n=l

n + .

 

00

 

~1)

 

00

 

 

1

8) n~l 3~ (n

;

r)

n~l

(n + 1) In(n + 1);

.u.)

00

(_l)n

 

;

 

e)

00

 

'n

 

E

 

 

 

E

_z_ .

 

n=l n + Fn

 

 

 

 

n=l n + 2

2. HaihH 06JIacTb CXO.u;HMOCTH PMa

00

 

 

 

(3n + l)n

E (x + l)n

- 3 - .

 

 

 

 

 

 

 

n=l

 

 

 

n

3.

 

 

 

 

 

00

(z + i)n

 

 

HaitTH Kpyr CXO.u;HMOCTH PMa E

 

nH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=l

2

 

 

 

41

Bap....aHT 3

1. I1ccJIe.n;oBaTb pa.n;bI Ha CXO.n;HMOCTb:

 

 

 

a)

L: In

-- 2

2) j

 

 

 

 

 

 

00

(n2

+

-

 

 

 

 

 

 

n=l

(n

n

 

 

 

 

 

 

 

00

+ 1 )n

 

 

 

 

 

B) n~l

3n+2

j

 

 

 

 

 

~)

00

 

 

 

1

 

 

 

 

 

L:

(_1)n+1 sin -- j

 

 

 

 

 

 

n=l

 

 

 

nvn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00

(_1)nxn

2. HaitTH 06JIaCTb CXO.n;HMOCTH pa.n;a

L:

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

n=l

n+

 

 

 

 

 

 

 

00

(z _ i)2n

 

3. HaitTH Kpyr CXO.n;HMOCTH pa.n;a

L:

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

n=l

n+

 

 

Bap....aHT 4

 

 

 

 

 

 

 

1. I1ccJIe.n;oBaTb pa.n;bI Ha CXO.n;HMOCTb:

f: 3·5·7· ... · (2n + 1) .

a)

00

arctg2

1

 

6)

L:

3 r.:; j

 

 

n=l 2·5·8· .... (3n - 1)'

 

n=l

 

 

V 7!

 

 

B

00

(2n + 3)2n.

 

r)

00

 

1

 

L:

 

j

)

n~l

n + 2

'

 

 

n=l (2n

+ 1)JIn(2n + 1)

 

00

(-1)n+1(n+1)

 

 

00

n(i + 1)n

~)

L:

 

2

 

j

 

e)

L:

3

.

 

n=l

 

n

+ 3n

 

 

n=l

 

+ z

 

 

 

 

 

 

 

00

(n+2)

x3n.

2. HaitTH 06JIacTb CXO.n;HMOCTH pa.n;a n~l

- n -

3. HaitTH Kpyr CXO.n;HMOCTH pa.n;a

00

(z + 2i)n+1

 

L:

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

n=l

n

 

 

§ 4. PSlAbl CIlYPbE

PRAbl CIlYPbe

~IIycTb <PYHKIIH.H f{x) - HHTerpHpyeMa.H H nepHo,n;H'IeCKa.HC nepHo,n;OM 271". Ko-

3g'Jg'J'U'4'UexmaM'U tPYp'be <PYHKIIHH f{x) Ha3h1BaIOTC.H '1HCJIaao, aI, a2, •.• , an, ... , bo, bl , b2, ... , bn , ... , KOTOphle HaxO,n;.HTC.H no <PoPMYJIaM

ao = ~ !1T f{x)dx,

(4.1)

1T

 

an = ~ !f{x)cosnxdx, (n= 1,2, ... ),

(4.2)

-1T

 

42

"

(4.3)

bn=~ !f(x) sin nx dx, (n=1,2, ... ).

-"

 

P.aiJO.M iPyp'be <PYHKU;HH f (x) Ha3blBaeTCH PM

 

00

 

~o + 2)ancosnx+bnsinnx).

 

n=l

 

YcnOBllU1 CXOAMMOCTM pRAa CIlYPbe

 

PM ct>YPbe HHTel'pHPyeMoil: <PYHKU;HH f(x) Mo:aceT J1H6o

pacXO.n;HTbCH, J1H6o

CXO.n;HTbCH, npH'IeMKaK K <PYHKU;HH f(x), TaK H K <PYHKU;HH, OTJIH'IHOil: OT Hee. YCJIOBHH CXO.n;HMOCTH pH.n;a ct>YPbe 6bl.1IH YCTaHOBJIeHbI HeMeU;KHM MaTeMaTHKOM ,n:HpHX.1Ie.

TeopeMa 1.6 (Alilplilxne).

ECI1Io1 <PYHK~~),! f(x) HenpepblBHa ~Il~ ~MeeT KOHe'lHoe

'l~CIlO TO'leK pa3pblBa Ha

OTpe3Ke [-11", 11"] ~ np~ 3TOM MOHOTOHHa ~Il~ ~MeeT

KOHe'lHOe'l~CIlO 3KCTpeMYMOB Ha [-11",11"]. TO P)'!ACl>YPbe <PYHK~~~ f(x) CXOA~TC),!

All)'!1lI06blX X ~3 [-11", 11"] ~ ero CYMMa paBHa:

1) f(x) All)'!Bcex TO'leKHenpepblBHOCT~ X ~3 ~HTepBalla (-11",11");

2)

l(J(xo - 0) + f(xo + 0»)

All)'! BCex TO'leKpa3pblBa Xo;

3)

l(J( -11" + 0) + f(1I" - 0»)

np~ X = -11" ~ X = 11".

IIycTb f(x) - 'IeTHaH<PYHKU;HH (f(-x) = f(x), \Ix E [-11",11"]). TOl'.n;abn = 0

(n = 1,2, ... ), H, CJIe.n;OBaTeJIbHO, 'IeTHaH<PYHKU;HH pa3JIal'aeTCHB pH.n; ct>YPbe no

KocHHycaM:

f(x) = a 0

00

 

+ Lan cosnx,

 

2

 

 

 

n=l

 

l'.n;eao = ~ !" f(x)dx, an = ~!"f(x) cos nx dx, (n = 1,2, ... ).

(4.4)

o

0

 

AHaJIOl'H'IHOHe'leTHaH<PYHKU;HH f(x)

(T.e. f(-x) = -f(x), \Ix E [-11",11"])

pa3JIa-

raeTCH B PM ct>YPbe no cHHycaM:

 

 

 

00

 

f(x) = Lbnsinnx,

 

 

n=l

 

l'.n;ebn = ~!"f(x) sin nx dx, (n = 1,2, ... ).

(4.5)

o

 

 

43

PRA CllYPbe (jJYHK4MM, 3aAaHHOM Ha npOM3BOflbHOM npOMe)l(YTKe

IIycTb f(x) - nepHO,n;H'IeCKaHC nepHo,n;OM 21 cPYHKU;HH, y,n;OBJIeTBopHIOru;aH yCJIOBHHM TeopeMbI )J;HpHXJIe Ha HHTepBaJIe (-I, I). Tor,n;a ee p83JIOlKeHHe B pH,n; clIYPbe HMeeT CJIe.n;yIOru;Hit BH,ll;

 

 

 

00

 

 

 

 

 

 

 

 

()

ao

 

"

 

(

 

n7rX

.

n7rx)

 

= 2+ ~ ancos-l-+bnsm-l-

,

f x

 

 

 

n=l

 

 

 

 

 

 

 

r,n;e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ao = t /1 f(x}dx,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-I

 

 

 

 

an = t /1 f(x} cos n;x dx,

bn

= t /1

f(x} sin n;x dx

(n = 1,2, .. .).

-I

 

 

 

 

 

 

-I

 

 

 

 

PM clIYPbe '1eTHoitcPYHKU;HH f (x) co,n;eplKHT TOJIbKO CB060,n;Hblit 'lJIeHH KOCH-

 

f(}

 

 

 

 

00

 

n7rX

 

 

 

=

ao"

 

 

 

 

x

 

2

 

+ ~ancosT'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=l

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

ao = f/f(x}dx, an = f/f(x} cos n;x dx

(n = 1,2, ... ).

o

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

He'leTHaHcPYHKU;HH f(x} pa3JIaraeTCH B PH,n; cllYPbe no cHHycaM

 

 

 

 

 

 

 

00

 

 

 

 

 

 

f(x} = L bn sin n;x,

 

(4.6)

 

 

 

 

 

 

n=l

 

 

 

 

bn

= f/1f(x} sin n;x dx

 

(n = 1,2, .. .).

(4.7)

 

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4.1.Pa3JIO)KUTb B pH.D: fl>YPbe <PYHKIJ;UIO f(x) == 1, 3a,n:aHHYIO Ha UHTep-

BaJIe (-11",11").

Q fl>YHKIJ;UH qeTHaH, n09TOMY OHa pa3JIaraeTCH B pH.D: fl>YPbe no KocuHycaM,

a K09<P<PUIJ;UeHTbI an MO)KHO Haihu no <popMYJIaM (4.4):

 

 

 

7r

 

7r

 

 

 

 

 

 

2 /

2 /

dx =

217r

2

= 2,

 

 

 

ao = 1i'

f(x) dx = 1i'

1i' 0

= 1i' .11"

 

 

 

o

0

7r

 

 

 

 

 

 

7r

 

 

 

 

 

 

 

an = fr/ f(x) cos nx dx = fr/

cos nx dx =

2

=

 

 

11"n sin nxl:

 

 

o

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

(0 - 0)

= O.

 

 

 

= 11"n (sin 11"n - sin 0)

= 11"n

44

11TaK, ao = 2, an = °(n = 1,2, ...). TaKUM o6pa30M, B ,n:aHHOM CJIY-

qae PH,n: fl>YPbe COCTOUT U3 e,n:UHCTBeHHoro HeHYJIeBOrO CJIaraeMoro, paBHoro

a; = ~ = 1, U pa3JIO)KeHUe UMeeT TPUBUaJIbHblft BU,n:: 1 = 1.

 

 

 

Pa3.ll00lCUmb a

pRO

r!Jyp'be

OaHH'bI.e

tjjYH'Il:V,UU,

3aOaHH'bI.e

Ha UHmepaaJl,e

(-11",11"):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4.2.

 

f(x)

= cos2 x.

 

 

1.4.3.

 

 

f(x)

= sin2 x.

 

 

 

1.4.4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-1

-11" < x < °

 

Pa3JIO)KUTb B pH,n: fl>YPbe <PYHKIIUIO f(x) ='{

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,

°< x < 11".

a fl>YHKIIUH HeqeTHaH, n03TOMY OHa pa3JIaraeTCH B PH,n: fl>YPbe no cUHycaM.

HaxO,n:UM K03<P<PUIIueHTbI bn no <popMYJIaM (4.5):

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bn = 'frj f(x)sinnxdx = 'frjsinnxdx = -;n cosnxl: =

 

 

 

 

 

o

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

((_1)n

 

 

 

2

(1- (_1)n)

 

=

= -1I"2n(cos1l"n - cosO) = -1I"n

-1) = 1I"n

 

 

 

 

 

 

 

{ a,

 

 

 

 

n = 2k,

 

k = 1,2, ...

 

 

 

 

 

=

1I"(2k4_1)'

 

n = 2k -1,

 

 

 

 

OKOHqaTeJIbHO nOJIyqaeM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(

x

) = 1. ~ sin(2k -

1)x = 1. (sinx

+

sin3x

+

sin5x

+ ...

)

.

 

11" LJ

2k -

1

11".

1

 

3

5

 

 

 

 

 

k=l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IIoJIo)KUM B 3TOM paBeHcTBe x = i' Tor,n:a

 

 

 

 

 

 

 

 

1=1. (Sin ~ + sin311"2 + sin 511"2

+

) = 1. (1_1 + 1_

 

)

 

 

11"

1

3

 

5

 

...

 

 

11"

 

35""

oTKy,n:a i

= 1 - 1+ ~ -

... + (_1)k+1 2k ~ 1 + ..., T. e. MbI nOJIyqUJIU

pa3JIO)KeHUe B 6eCKOHeqHblft PH,n: qUCJIa i' BnepBble 3TO pa3JIO)KeHUe 6bIJIO OTKPbITO 3HaMeHUTbIM HeMeIIKUM MaTeMaTUKOM U <pUJIOCO<pOM JIeft6HuIIeM

(1646-1716).

 

 

 

 

 

1.4.5.

if\.

A..

f()

=

{3,

-11" < X < 0,

Pa3JIO)KUTb B pH,n: '¥YPbe'¥YHKIIUIO

x

 

°< x < 11".

1.4.6.

Pa3JIO)KUTb B PH,n: fl>YPbe <PYHKIIUIO f(x)

= x. -3,

a

fl>YHKIIUH HeqeTHaH, n03TOMY an =

°(n = 0,1,2, ...). OCTaJIOCb onpe,n:e-

JIUTb K03<p<puIIueHTbI bn no <popMYJIe (4.5), T. e.

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

bn

= 'frj x sin nx dx.

 

 

 

 

o

45

,nJUI BblqUCJIeHIUI nOCJIe,II,Hero UHTerpa.rra npUMeHUM MeTO,n: UHTerpUpOBa-

HU5I no qacT5IM. TIO.TIOXUM 'U

= x, dv = sin nx dx. Tor,n:a du = dx, v =

= / sin nx dx = - kcos nx, oTKy,n:a

 

 

 

 

/ ~ xsinnxdx = -kxcosnxl: + k/~cos nx dx =

 

 

o

 

0

 

 

 

= _l(7rcos7rn -

0) + lSinnxl~ = _7I(_1)n = 7I(_1)n+l.

n

 

n2

0

n

n

OKOHqaTe.TIbHO nO.TIyqaeM bn = *.

~(_1)n+1 = ~(_1)n+1, CTa.rrO 6bITb,

f(x) = X = 2f:(-1)n+~ sinnx = 2

(si~x _

Si~2x + sin33x _

sin44x + .. .).

n=l

 

 

 

 

 

TIo,n:CTaBUB 3HaqeHUe x = ~ B 9TO paBeHcTBo, npu,n:eM K yxe BCTpeqaBmeMYC5I HaM B 3a,n,aqe 1.4.4 p5l,!l;y JIeft6Huu;a

 

 

sin 7!:

sin 371".

+

)

 

".TI"

 

 

 

 

7I = 2 ( __2

sm 7r + __2__

sm 27r

...

 

 

 

 

 

2

1

2

3

 

4

 

,I<

I<

 

 

 

 

i

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1 -l + ~ - ... + (-1 )k+1 2k ~ 1 +...

 

 

 

 

 

Pa3.1/,OO/C'Um'b a PSiO fPyp'be tjjYH'K'U,'UU,

3aoaHHwe Ha UHmepaa.l/,e (-7r, 7r):

 

1.4.7.

f(x) = 1- 2x.

 

1.4.8.

 

f(x) = Ix -

3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

-7r < X

< 0,

1.4.9.

Pa3JIOXUTb B P5l,n: <l>YPbe <PYHKU;UIO f (x) = {

2

'

 

0

< x < 7r.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-4,

 

Q <l>YHKU;U5I 06IIIero Bu,n:a,

n09ToMY K09<p<puu;ueHThl

<l>YPbe

HaxO,n:uM

ne

<popMY.TIaM (4.1)-(4.3):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

0

~

 

 

*x[~ -

 

 

 

 

 

 

 

ao = } / f(x) dx = } / 2dx + }/(-4) dx =

#xl: = 2 -

4 = -2,

 

-~

-~

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

0

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

an =

} / f(x) cosnxdx =

} / 2 cos nxdx +}/(-4) cosnxdx =

 

 

 

 

-~

 

-~

 

 

0

 

 

1 sill. nx I~ - 0

 

 

 

 

 

_

 

 

0

 

 

 

 

 

 

~sin nx 1 _

,

 

 

 

 

-

7r

n

_~

7r

 

n

0

-

 

~

 

0

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

bn = } / f(x) sinnxdx = } / 2sinnxdx + } /(-4) sinnxdx =

 

 

 

 

-~

 

-~

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

= - ;n cosnx[~ + 7r~cosnxl: = - ;n (1 -

(_1)n) + 7r~(( _1)n -

1) =

46

 

 

 

 

 

n = 2k,

(k = 1,2, ...).

 

 

 

 

 

 

n = 2k -1,

 

 

 

 

 

 

 

 

B HTore HMeeM

 

 

 

 

 

 

 

 

ao

 

~.

12 ~ sin(2k -

1)x

 

f (x) = 2

+ L.J bn sm nx = -1 -

7r L.J 2k _ 1 .

 

 

 

 

n=l

k=l

 

1.4.10.

f(x)

= {

5,

-11" < X < 0,

 

 

 

0< x < 11".

 

 

 

 

 

-3,

 

 

 

1.4.11.

f(x) = { -7,

-11" < X < 0,

 

 

 

o<x < 11".

 

 

 

 

 

 

2,

 

 

 

1.4.12.

f(x)

= x2

 

1.4.13. f(x) = Ixl.

 

 

1.4.14.MCnOJIh3YH pa3JIO:lKeHHe H3 3a,n,aqH 1.4.12, BhIQHCJIHTh CyMMy pH,n:a

00 1

L2"·

n=l n

1.4.15.lIPH nOMOIII.H pa3JIO:lKeHHH H3 3a,n,aQH 1.4.13, HaiiTH CyMMy pH,n:a

00 1

k;;'l (2k - 1)2

1.4.16.f(x) = 1 - ~Ixl.

1.4.17.

f(x) = sin ax (a - He I.J;eJIoe QHCJIO).

1.4.18.

f(x) = {-x,

-11" < X ~ 0,

 

 

 

0,

 

0 < x < 11".

 

1.4.19.

C nOMoru;hIO

 

pa3JIO:lKeHHH H3 3a,n,aQH 1.4.18, HaiiTH CyMMy pH,n:a

 

1

1

 

1

+ ....

 

1 + 32

+ 52

+ ... + (2k _ 1)2

1.4.20.Pa3JIO:lKHTh B PH,n: q,YPhe no cHHycaM Ha OTpe3Ke [0,11") <PYHKI.J;HIO

X,

0 ~ x <~,

f(x) = {

11"

11" -x,

'2~ x ~ 11".

Q lIPO,n:OJ1:lKHM <PYHKI.J;HIO Ha oTpe30K [-11",0) HeQeTHhIM 06Pa30M (pHC. 1).

Tor,n:a nOJIYQeHH8JI <PYHKI.J;ua HeQeTHaH H ee pH,n: q,YPhe co,n:ep:lKHT TOJIhKO

47

y

x

Pu.c. 1

CHHYCbI. Hat!:,!l;eM K09cPcPHIIHeHTbI bn

(n = 1,2, ...):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7r

 

 

 

 

 

7r

 

 

 

 

 

 

 

7r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(x) sin nx dx =

 

"2

 

 

 

 

 

 

 

x) sinnxdx =

 

 

b = *f

*f

 

xsinnxdx + *f(1r -

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1!:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= *( -X C~nx I:7r

 

 

 

 

 

 

 

+ *.1r f

2

 

 

 

 

*f7r x sin nx dx =

+ kf~COS nx dx)

7r sin nx dx -

 

 

 

 

 

o

 

 

 

 

 

 

 

1!:

 

 

 

 

 

1!:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

= ~(_ 7rCOS ~n + sinnx I~) + 2(- cosnx 17r)-

 

 

 

 

1r

 

 

2n

 

 

 

 

n 2

0

 

 

 

 

 

n

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7r

 

 

 

7r

 

 

 

)

 

 

cos 1I. n

+

2 sin 1I. n

 

 

_ ~ ( _xcosnx 1 + Ifcosnxdx

= ___2_

 

 

 

2

 

 

1r

n

1!:

n

7r

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

1rn2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7r

"2

 

 

 

 

 

 

7r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_ 2cos1rn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-.L.

 

 

17r-

 

 

 

2 cos"2 n

 

 

2cos1rn _ cos"2n _

 

 

 

 

 

n

+

n

+

 

n

 

 

 

n

 

1rn

2 smnx 7r -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{O'

 

 

 

 

 

"2

 

 

=

2sin~n

+

2sin~n

 

=

4sin~n

=

 

 

 

 

n=2k,

 

 

1rn2

 

1rn2

 

1rn2

 

 

 

4( _l)k+l

 

,

n = 2k -

l.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1r(2k - 1)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

00

 

(_l)k+l sin(2k -

l)x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T8J{HM 06pa30M, f(x) = 1f

E

 

 

 

 

(

 

)2

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k=l

 

 

 

 

2k -

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1r

 

 

1r

4 (1

 

1

1

+...+

1

 

+...

)

,oTKY,!l;aeIIIe

npH X = "2 HMeeM

"2 =

1f

 

 

+32

+ 52

(2k _ 1)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

+...+

1

 

 

 

 

 

 

7r

2

pa3 HaxO,!l;HM, 'ITOcyMMa p.H,!l;a 1+2" +2"

 

2 +... paBHa -8 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

5

 

 

 

(2k -

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4.21.Pa3JIO)KHTb B p.H,!l; fl>YPbe no cHHycaM Ha HHTepBaJIe (0,1r) CJIe.Ll:Y-

IOIIIHe cPYHKIIHH

6) f(x) = ~ - ~.

a) f(x) = x;

1.4.22.Pa3JIO)KHTb B p.H,!l; fl>YPbe no KocHHycaM Ha OTpe3Ke [0, 1r) cPYHKIIHIO

f(x) = ~ - ~'.

48

y

71'

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Puc. 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a IIpo,n:oJDKUM

,n:aHHYIO <PYHKD;UIO Ha oTpe30K [-11',0] qeTHbIM o6pa30M

(puc. 2). B

pe3YJIbTaTe nOJIyqUTC.H qeTHM <PYHKD;U.H, P.H,n: <IIYPbe KOTOpoii co-

CTOUT TOJIbKO U3 KOCUHYCOB. BbIqUCJIUM K09<p<puD;ueHTbI an (n = 0,1,2, ...)

no <popMYJIaM (4.4):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

71"

 

 

 

71"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ao = *Jf(x)dx ~ *JUi -~) dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o

 

 

 

 

0

 

 

= *(~x_x;) I: = *(71';

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

71';)

= 0,

 

 

71"

 

 

 

 

 

 

71"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an = *Jf(x)cosnxdx = *J(~ -~) cos nx dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

o

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

71"

 

 

 

 

 

71"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

71"

 

 

= !Jcosnxdx -

IJxcosnxdx = sin nx 171" _

x sin nx 171"

+ ...l..Jsin nxdx =

 

2

 

 

 

 

71'

 

 

 

 

 

2n

 

0

71'n

 

0

71'n

 

 

 

 

000

 

 

 

 

= -

1 ( .

 

. 0)

-

-

1 ( .

 

 

0'

0)

-

cos nx 171"

=

 

 

 

 

sm7l'n-sm

 

 

 

71'sm7l'n-

·sm

 

--

0

 

 

 

 

2n

 

 

 

 

 

11'n

 

 

 

 

{O,

11'n2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

n = 2k,

 

 

= --(cos11'n - cosO) = - (1 - (_I)n) =

 

2

 

n = 2k - 1.

 

 

11'n2

 

 

 

 

 

 

71'n

2

 

 

 

 

- ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

71'n

2

 

 

 

 

IhaK, f(x)

 

 

2 00 cos(2k - l)x

• IIOJIO:lKUM B 9TOii <popMYJIe x = 0. Tor,n:a

= IT

L:

 

1)

2

 

 

 

 

 

 

k=l (2k -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

71'

2

00

(

1

 

 

 

 

00

 

(

1

 

 

1

 

1

 

 

 

71'2

-4

= IT

L:

 

1)

2'oTKy,n:a

L:

 

1)

2 = 1 + 2'+

2'+ ... = -8 ' 'ITO

 

 

k=l

 

2k -

 

 

 

k=l

2k -

 

3

 

5

 

 

 

 

COBna,n,aeT C Haii,n:eHHbIM paHee 3HaqeHUeM .D:JI.H CYMMbI 9Toro p.H,n:a.

1.4.23.Pa3JIO:lKUTb B P.H,n: <IIYPbe no KocuHycaM Ha oTpe3Ke [0,11'] CJIe,n:yIO- r:u;ue <PYHKD;UU

a)f(x)

B)f(x)

=

=

-x;

6)

f(x) = ~x - 1;

_x2 ;

r)

f(x) = ~X2 + 3.

1.4.24.Pa3JIO:lKUTb B P.H,n: <IIYPbe <PYHKD;UIO f(x) = x Ha UHTepBaJIe (-3,3).

49