Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методическое пособие по высшей математике

.pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
15.03.2015
Размер:
173.98 Кб
Скачать

:

2-

.

6 .

1, 2, 3;

4,5,6.

1.,

.

2.,

,

, .

3..

.

. ,

.

.

4.( , )

.

.

. (

)

, .

, .

:

1.. “ ” – .: (

).

2.. “ ” – .:

), .1, 2.

3.. “ ” – .: (

).

4.. “ ” – .:

( ).

5.. “

” – .: ( ).

.

4, 5, 6.

4.

:

1..

2..

3..

:

1.. .

2..

3..

4..

5..

6..

7..

8..

9..

10..

.

1.

z = 3x 4 − 7 y 5 + 2x3 y 4 + 9 .

:

.

, , .

z′ “ y ” .

x

,

:

z′ = 12x3 + 6x 2 y 4 .

x

zy . “ x ” , :

z′ = −35 y 4 + 8x3 y 3 .

y

, :

z′′2

= 36x 2 + 12xy 4 ;

 

z′′

= 24x 2 y3 ;

z′′2

= −140 y 3 + 24x3 y 2 .

x

 

 

 

xy

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. z = 2x 2

xy + 3y 2

− 2x − 11y + 1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

z = f (x, y ( ,

) :

 

 

1) z = f (x, y

z

= 0; z′ = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, ,

. M 0 (x0 ,

y0 .

 

 

 

 

 

z = f (x, y

 

2)

 

 

 

M 0 (x0 ,

y0 .

 

 

 

 

 

 

 

A = z′′2

(x

0

, y

0

; ) B = z′′ x

0

, y( ;

C

= )z′′2

x

0

,

y

0

.

 

x

 

 

xy

 

0

 

y

 

 

 

 

3) D = AC - B 2 .

D > 0 , z = f (x, y M 0 (x0 , y0 A < 0

A > 0 .

D < 0 , M 0 (x0 , y0 .

D = 0 ,

.

.

:

z¢x = 4x - y - 2; z¢y = -x + 6 y -11.

. :

ì4x - y - 2 = 0,

í

î- x + 6 y -11 = 0

x = 1; y = 2 . , M (1, 2 - .

M (1, 2 .

A = z¢¢2

(1; 2 )= 4; B = z¢¢

1; 2 =( -1; ) C = z¢¢2 1; 2 = 6 .

 

 

x

 

 

xy

 

 

y

 

 

 

 

:

 

 

 

 

D = AC - B 2 = 23 .

 

 

 

 

 

M (1, 2 .

 

D > 0

A > 0 , ,

 

zmin = z(1, 2 = -11.

 

 

 

 

3.

 

U (x, y

 

 

 

 

 

 

 

 

du = (4 + xy 2 dx +) x 2 y + 2(y dy .

 

 

 

 

 

P(x,

y dx)

+ Q x, y(

:

 

 

 

dy du

 

 

 

 

 

 

¢

(x, y =)

¢

x, (y .

U (x, y , Py

Qx

,

du = P(x, y dx)

+ Q x, y(

dy - U (x, y .

:

 

 

 

 

 

 

U x¢ (x, y =) P x,(y

 

 

 

 

 

 

y ” :

 

 

 

 

¢

 

 

 

 

 

 

 

 

 

òU x (x, y dx) = òP x, y( dx +j) y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U (x, y

=)

òP x, (y dx +)j y ,

 

 

 

 

(1)

j(y

- “ y ”.

 

 

 

j(y

 

 

 

 

 

( P(x, y dx) +j y (¢y =) Q(x, y )

 

 

 

 

ò

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(òP(x, y dx) ¢y +j¢y =)Q(x, y )

 

 

 

 

y = Q(x, y -) (òP x, (y dx ¢y)

)

 

 

 

 

j(y (1).

 

:

 

 

 

 

 

 

P(x, y =) 4 + xy 2 ; Q x, y = x 2 y + 2 y .

 

 

 

Py¢ = 2xy;

Q¢x = 2xy. Py¢ = Q¢x . ,

 

 

 

du = (4 + xy 2 dx +) x 2 y + 2(y dy - U (x, y . :

U x¢ = 4 + xy 2 ; U (x, y = ò(4 + xy 2 dx + j(y ;

U (x, y =) 4x + 1 x 2 y 2 + j(y ). 2

æ

 

1

 

2

 

2

 

ö

¢

 

2

 

 

 

U ¢y = ç4x +

 

x

 

y

 

+j(y )÷

 

= x

 

y +j¢y ; U ¢y

= Q(x, y

)

2

 

 

 

 

è

 

 

 

 

 

 

øy

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

j(y = y 2 + c , c - .

x 2 y + j¢y

= x 2 y + 2 y; y

= 2 y;

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U (x, y =) 4x +

1

x 2 y 2 + y 2 + c .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

 

ò(2xy + y dx + (3x 2

-1 dy ,

L y = 3x 2 + x ,

L

M1 (1; 4 M 2 (2; 4 .

:

. ,

.

:

y = 3x 2 + x - .

x

dy = (6x +1 dx ;

 

M1 (1, 4 M 2 (2, 4 “ x

x1

= 1 x2

= 2 .

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ò(2xy + y dx)+ (3x 2 -1 dy =) ò2 [2x 3x 2 + x +( 3x 2 + x - 3)x 2 -( 1 (6x +1 ]dx)) = (

)

L

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

 

2

 

æ

4

8

 

3

 

5

 

2

ö

 

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ò(24x

 

+ 8x

 

- 5x -1 dx 6x

 

+)

 

x

 

-

 

x

 

- x ÷

 

1

= 90

 

.

 

 

 

 

 

 

2

 

6

 

1

 

 

 

 

è

 

3

 

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2 x−1

 

 

 

 

 

 

 

5. òòdxdy = òdx

 

òdy .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

1

 

( x−1 2)+1

 

 

 

D ; 2)

:

1)

 

XOY

; 3) D

.

:

1) “ x ” 1 3 – ,

D x = 1 x = 3 .

y ” ,

D y = (x -1 2 +1 y = 2x -1 .

:

ìy = (x -1 2 +1

í

î y = 2x -1

, D .

A(1; 1 B(3; 5 . [1; 3 , D . y

B

1 A

1 3

x

2) .

y ” : 1 ( ) 5

).

x ”.

 

 

 

y = 2x -1 x =

1

(y +1 )- .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

+1 - (x > 0 .

 

 

 

y = (x -1 2 +1 x =

 

 

 

y -1

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y−1+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2 x

1

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

òòdxdy = òdx

òdy = òdy

 

 

òdx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

1

 

(x−1 2)+1

1

 

 

 

1

( y+1 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) D :

 

 

3

 

 

 

2 x−1

 

 

3

 

 

 

 

2x -1

 

3

[2x -1 - (x -1 2)-1 dx =

3

[- x 2 + 4]x - 3 dx =

]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S =

ò

dx

 

dy =

ò

dxy

 

=

ò

ò

 

 

 

 

ò2

 

 

 

 

 

(x -

1 2)+

1

 

 

 

 

 

 

 

æ

1

x

3

 

( x−1

)+1

 

1

ö

 

3

 

4

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

 

 

 

+ 2x

 

 

÷

 

 

=

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ç-

3

 

 

- 3x ÷

 

1

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

 

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

y−1+1

 

 

5

 

 

 

 

y -1 +1 5

é

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1 ù

 

 

5

æ

 

 

 

 

1

 

1

ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S = òdy

òdx = òdyx

1

 

 

 

 

= òê

y

-1 +1 -

 

y -

 

 

údy = òç

 

 

y -1 -

 

y +

 

÷dy =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

( y+1)

 

 

 

1

 

 

 

 

(y +1 )

1

ë

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2 û

 

 

1

è

 

 

 

 

2

 

2

ø

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

ö

 

æ

2

 

 

 

25

 

5

ö

 

æ

 

 

 

1

 

1

ö

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(y

 

3

)-

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

= ç

 

 

-1

 

 

y

 

+

 

y ÷

 

=

ç

 

 

* 8

-

 

 

 

+

 

÷

- ç

0

-

 

 

+

 

÷

=

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

4

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

è

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ø

 

1

è

 

 

 

4 2

ø è

 

 

 

4 2

ø

 

 

 

 

 

 

 

5.

:

.

2..

3..

4..

I. .

,

: 1) :

 

f1 (x )f 2 y(

dx) +j1 x j(2

y) dy = 0 y¢ = f1 (x )f2 y( .

 

 

 

) f1 (x )f 2 y( dx) +j1 x j(2 y) dy = 0 .

 

: .

 

f1 (x )f 2 y( dx) + j1 x j(2 y) dy = 0

 

: f2 (y )j1 x( Þ

 

 

 

 

f1 (x )

dx +

j2 (y

dy = 0

Þ ò

 

f1 (

 

x )

dx + ò

j2 (y

dy = c ,

c - –

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j1 (x )

 

f 2 (y )

 

 

j1 (x )

 

f 2 (y )

 

:

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) y¢ = f1 (x )f 2 y( ; )Þ

= f1 (x )f 2 y(

 

*) dx Þ dy = f1 x f 2 (y ()dx) : f 2 y ( Þ)

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

= f1 (x )dx Þ

 

dy

 

dx

 

 

f1 (x )dx + c - .

Þ

 

 

 

 

 

=

 

 

f2 (y )

ò f 2 (y )

ò

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) .

) :

y¢ + P(x )y = q x (

(1)

) :

y¢ + P(x )y = q x (yα

(2)

a ¹ 1;

P(x ), q x( - .

y = u *n , u = u(x ),n =n x ( -

 

 

. ( ) ,

, y = u *n .

y = u *n

; y

¢

¢

¢

(3)

 

= u n + un

 

(3) (1),

 

¢

¢

+ unP(x )= q x(

(4)

u n + un

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

un ¢ +n (u¢ + uP(x ) = q) x

 

 

u(x ) ,

 

ìu¢ + uP(x ) = 0,

 

 

í

 

 

 

 

 

 

 

 

î un ¢ = q(x )

 

 

.

 

(4) :

 

¢

 

¢

+nP(x ) = q) x

 

 

u n + u(n

 

 

 

 

n (x ) ,

ìn ¢ +nP(x = 0, íî u¢n = q(x )

.

3) :

y¢ =

f (x, y ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x, y

 

 

 

 

 

f (tx, ty

=) f x, (y

, t ¹ 0

 

 

 

 

 

 

y = xu

.

 

 

 

 

 

1. :

 

 

 

 

y¢ - ytgx = 2x

1

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

y = uν , u, ν

x ”; y

¢

 

¢

¢

. :

 

= u n + un

 

¢

 

¢

- untgx

=

 

 

2x

;

 

 

 

 

 

u n + un

 

 

cos x

 

 

 

 

(1)

un ¢ +n (u¢ - utgx

=)

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x

u ” , u¢ - utgx = 0 ; .

du

- utgx = 0;

du - utgxdx = 0;

du

-

sin x

dx = 0;

 

u

 

dx

 

 

 

 

 

 

cos x

du

=

sin x

dx;

ò

du

= ò

sin xdx

+ c;

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

u cos x

 

 

cos x

 

 

 

 

u ” , c = 0 ; ,

ò

du

=

ò

sin x

dx

Þ ln u = -ln cos x; ln u = ln

1

;

u =

1

;

 

 

cos x

cos x

 

 

u

 

 

 

cos x

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

u =

 

(1),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2x

 

 

cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

n

¢

=

;

n

¢

=

¢

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x

 

cos x

 

2x; òn dx = ò2xdx + c ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n = x 2

+ c ; ,

 

 

 

 

 

 

y = u *n ;

y =

 

(x 2 + c

 

- .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x

.

 

¢

¢¢

=)0;

 

 

¢

¢¢

= 0

 

 

4) F (x, y , y

 

 

F y, y ,( y

 

 

 

 

 

 

¢

¢¢

= 0 .

 

 

 

 

) F (x, y , y

 

 

 

 

 

 

 

y¢ = P(x ); y¢¢ = P¢.

F (x, P, P¢ = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¢

 

¢¢

= 0 .

 

 

 

 

) F (y, y , y

 

 

 

 

 

 

 

 

y¢ = P(x );

 

y¢¢ = P

dp

.

 

 

 

dy

æ

dp

ö

 

Fç y, P, P

÷

= 0 .

 

ç

dy

÷

 

è

ø

 

2. (x 2

+1 y′′ = 2xy′ . ,

: y(0 )= 1;

y¢ 0 = 3.

:

y ”.

y¢ = P ;

y′′ =

dp

(x 2 + 1

dp

= 2xP .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

dx

P

 

x . .

 

 

 

 

 

 

 

dp

=

2xdx

;

dp

=

2x

dx + ln c ;

ln P = ln(x 2 + 1 + ln c .

 

 

 

 

 

 

 

P x 2 + 1 ò

P ò x 2 + 1

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P = c1 (x 2 +1 y¢ = c1 (x 2 +1 .

, c1 = 3 . , y¢ = 3(x 2 +1 .

.

y¢ = 3(x 2 + 1 - .

dy = 3(x 2 + 1 ; dy) = 3 x 2 + 1 dx(; òdy = ò)3 x 2 + 1 dx + c2 ; y = 3(ò x2 + 1 dx + c2 ; y = x3 + 3x + c2 dx

c2 :

c2 = 1; , y = x3 + 3x +1 - ,

.

5) .

: y¢¢ + Py¢ + qy = 0 ,

p, q - .

: k 2 + pk + q = 0

) k1 ¹ k2 - ,

y = c1e k1x + c2e k2 x (c1 , c2 = const - .

) k1 = k2 - ,

y = ek1x (c1 x + c2

.

) k1 = a + b i; k2 = a - b i -

,

y = eαx (c1 cos bx + c2 sin bx)

.

3. y¢¢ - 2 y¢ - 3y = 0 .

:

: k 2 - 2k - 3 = 0

k1 = -1; k2 = 3 - .

, y = c1e x + c2 e3x

.

6) .

:

y¢¢ + Py¢ + qy = f (x ,

(1)

P, q - , f (x

-

.

(1) :

y = y . + y .

y - (1), y . -

 

 

y¢¢ + Py¢ + qy = 0 ,

 

y . -

 

 

(1).

 

 

 

 

 

 

 

 

) f (x )= P x(eαx , P (x

= a

n

x n + a

n−1

x n−1 + ... + a

0

- n .

 

 

n

n

 

 

 

 

,

y .

= Qn (x eαx x r ,

Qn (x -

n

, , r -

k 2 + pk + q = 0 , “α ”,

r= 0; 1; 2;...

) f (x )= eαx a0 cos βx + b0 sin βx). , y . = eαx (a cos βx + b sin βx x r ,

a, b - . r -

k 2 + pk + q = 0 , a + b i . a, b -

.

4. y¢¢ - 2 y¢ + 5 y = 6x + 7 .

:

:

y = y . + y .

y . - . y¢¢ - 2 y¢ + 5 y = 0 .

. k 2 - 2k + 5 = 0

k1 = 1 + 2i ; k2 = 1 - 2i - .

,

y . = e x (c1 cos 2x + c2 sin 2x) .

y . - . .

f (x )= 6x + 7 = eox 6x +(7 .

 

 

a = 0; a ¹ k1 ; a = k2 . , y . = ax + b .

a, b

.

 

 

 

 

y

.

= ax + b; y′

= a;

y′′

= 0 .

(1)

 

.

 

.

 

 

(1) ,

 

2a + 5ax + 5b = 6x + 7 .

 

 

(2)

(2),

:

5a = 6; a = 6 ; 2a + 5b = 7; b = 47 .

 

5

25

,

y .

=

6

x +

47

.

 

 

 

5

 

25

 

y = e x (c cos 2x + c

2

sin 2x) +

6

x +

47

.

 

 

1

5

25

 

 

 

 

II. .

( ,

, , , ,

).

. ,

.

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

5. å

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

2n + 1

 

 

 

 

 

 

 

n

 

:

 

an =

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

1

 

2n +1

 

 

lim an

= lim

=

¹ 0 .

,

,

 

 

 

n→∞

n→∞ 2n +1

2

 

 

 

 

 

 

.

 

 

n

6. å .

n=1 3n

:

.

an

=

n

. ,

an+1

=

n +1

.

 

n

n 1

:

 

3

 

 

 

 

 

 

3

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

an+1

= lim

(n + 1 * 3n

=

1

lim

n + 1

=

1

< 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n→∞ an

n→∞ 3n+1 * n

 

3 n→∞

n

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

7. å

 

 

 

 

 

 

.

 

(n + 1 ln)

2

n +(

1

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

:

.

 

 

1

 

 

 

 

 

n

x ”.

 

(n + 1 ln) 2

n +(

1

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x )=

 

1

 

. :

 

 

 

 

 

 

(x + 1 ln)

2 x +(

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+∞

dx

 

 

 

 

 

t

 

dx

 

 

 

 

1

 

t

æ

1

 

1

ö

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ò

 

 

 

 

= lim

ò

 

 

 

= - lim

 

 

= - lim ç

-

÷

=

.

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

(x +1 ln)

x

+( 1

 

t →+∞

(x +1 ln)

x +(

1 )

t →+∞

ln(x +1

1)

t →+∞ç

 

)

ln 2

÷

 

ln 2

1

 

 

)

1

 

 

è ln(t +1

ø

 

.

,

, .