- •Зразки розв’язування задач.
- •4. Рівняння площини у відрізках на осях
- •3.5. Пряма в просторі
- •3.5.1. Рівняння прямої в просторі
- •3.5.2. Кут між двома прямими в просторі. Умови паралельності та перпендикулярності
- •3.5.3. Кут між прямою і площиною. Умови паралельності та перпендикулярності прямої і площини
- •24.Функція,способи задання,область визначення та область значень.Елементарні функції та її графіки.
- •Означення показникової функції.
- •Задачі, які приводять до поняття показникової функції.
- •3. Побудова графіка показникової функції.
- •Властивості показникової функції.
- •Перетворення графіків функцій
- •Зразки розв’язування задач
- •Інтегрування раціональних дробів
Інтегрування раціональних дробів
Відношення двох многочленів і відповідно m-го і n-го степеня називається дробно-раціональною функцією або раціональним дробом.
Раціональний дріб називається правильним, якщо . Якщо ж , то раціональний дріб називається неправильним. В цьому випадку розділивши на одержимо:
|
(1.10) |
де і - многочлени відповідно m-n-го та k- го степенів, причому , тобто дріб - правильний.
Знаменник розкладається на добуток лінійних і квадратних множників, перші з яких лінійні відповідають дійсним кореням , а другі (квадратні) – комплексно спряженим кореням . Кратні корені характеризуються відповідними степенями цих множників.
Елементарними раціональними дробами називаються такі правильні раціональні дроби.
а) ; б) ; ; в) ; г) ;
де А, а, М, N, p, q – дійсні числа, а тричлен не має дійсних коренів.
Отже, правильний раціональний дріб, у якого тобто має дійсний корінь кратності і два комплексно спряжені корені кратності , розкладається на суму елементарних дробів так:
|
(1.11) |
Якщо має більше дійсних і комплексно-спряжених коренів, то розклад (1.11) відповідно розширюється.
Нехай потрібно знайти інтеграл
|
(1.12) |
Згідно з (1.10) інтеграл виду (1.12) запишеться так
|
(1.13) |
Інтеграл від многочлена обчислюється за табличним інтегралом 1, а інтеграл від правильного дробу, згідно з (1.11) зводиться до обчислення інтегралів від елементарних раціональних дробів.
Розглянемо ці інтеграли. Скористаємось наведеними вище перетвореннями диференціала і табличними інтегралами 2 і 1. Тоді для елементарних дробів а) і б) будемо мати:
І. ;
ІІ. ;
ІІІ. Обчислення інтеграла від елементарного дробу в) базується на виділенні у знаменнику дробу ( в квадратному тричлені) повного квадрату, тобто
В результаті одержимо:
|
(1.14) |
Далі можливі такі випадки: якщо т=0, тоді при інтеграл зводиться до інтегралу 11, а при - до інтегралу 12. Якщо ж , тоді інтеграл (1.14) зводиться до інтегралів 13 і 11, або до інтегралів 13 і 12. Як це робиться , покажемо на конкретних прикладах.
Приклад 1.
Приклад 2.
;
Приклад 3.
Приклад 4.
Зауваження. Перетворення, які були зроблені у чисельниках прикладів 3, 4 пов’язані із виділенням у них похідних або диференціалів знаменників та зведенням їх до інтеграла 13.
IV. Інтеграл виду:
де
підстановкою зводиться до суми двох інтегралів
, де ;
Перший із цих інтегралів обчислюється згідно з інтегралом 1, а другий за рекурентною формулою.
|
(1.15) |
Приклад.
=
.
Питання інтегрування неправильного раціонального дробу розглянемо на такому прикладі:
Виділимо цілу частину дробу
= .
Розкладемо правильний дріб на елементарні і зведемо вираз до спільного знаменника. .
Прирівняємо коефіцієнти при невідомих і розв’яжемо систему рівнянь.
В результаті:
= .
46.Інтегрування ірраціональних функцій
Функція називається раціональною від змінних , якщо над цими змінними і дійсними числами виконується скінчене число операцій додавання, віднімання, множення і ділення. Змінні можуть бути і функціями. Наприклад, функція є раціональною функцією відносно функції , тобто
.
Розглянемо способи інтегрування таких функцій.
Інтеграл раціоналізується підстановкою .
Звідси . Отже
Приклад. Знайти інтеграл.
=
=
Інтеграл більш загального виду
раціоналізується підстановкою .
Звідси , , або . Отже
.
Приклад. Знайти інтеграл.
+ .
Інтеграл виду знаходиться підстановкою ,
; . В залежності від значень a,b,c, він зводиться до одного із табличних інтегралів 9 або 10.
Приклад. Знайти інтеграл.
=
=
47.Інтегрування тригонометричних функцій
Важливе значення у прикладних питаннях деяких природничих наук мають інтеграли.
|
(1.16) |
де m і n цілі невід’ємні числа.
Тут можливі такі випадки:
а) хоча б один із показників m або n непарне число. В цьому випадку інтеграл (1.16) знаходиться підстановкою , якщо n-непарне, і підстановкою , якщо m-непарне. Якщо ж m і n обидва непарні, то можна брати будь-яку з цих підстановок.
Приклад. Знайти інтеграл.
= .
б) обидва показники m і n парні числа. В цьому випадку інтеграл (1.16) береться за допомогою тригонометричних тотожностей пониження степеня, а саме, формул подвійного аргументу:
, ,
Приклад. Знайти інтеграл.
.
В теорії рядів Фур’є важливу роль відіграють інтеграли виду:
|
(1.17) |
Всі ці інтеграли обчислюються на основі наступних тригонометричних формул:
,
.
Приклад. Знайти інтеграл.
.
48.Диференціальні рівняння основні поняття та означення.
Рішення різних геометричних, фізичних і інженерних задач часто приводять до рівнянь, які зв'язують незалежні змінні, з будь-якою функцією цих змінних і похідними цієї функції різних порядків.
Як приклад можна розглянути найпростіший випадок рівноприскоренного руху матеріальної точки.
Відомо, що переміщення матеріальної точки рівноприскоренного руху є функцією часу і виражається формулою:
.
У свою чергу прискорення a є похідною за часом t від швидкості V , що також є похідною за часом t від переміщення S . Тобто
Тоді одержуємо: − рівняння зв'язує функцію f(t) з незалежною змінною t і похідною другого порядку функції f(t).
Визначення. Диференціальним рівнянням називається рівняння, що зв'язує незалежні змінні, їхні функції і похідні (або диференціали) цієї функції.
Визначення. Якщо диференціальне рівняння має одну незалежну змінну, то воно називається звичайним диференціальним рівнянням.
Це означення в загальному вигляді математично можна записати так
F( х, у, у', у'', ..., уⁿ ) = 0. якщо ж незалежних змінних дві або більше, то таке диференціальне рівняння нази-вається диференціальним рівнянням у частинних похідних.
Приклад.
− звичайне диференціальне рівняння 1 – го порядку.
У загальному виді записується .
− звичайне диференціальне рівняння 2 – го порядку.
У загальному виді записується .
− диференціальне рівняння в частинних похідних першого порядку.
Визначення. Найвищий порядок похідної, що містить диференціальне рівня-ння, називають порядком диференціального рівняння.
Наприклад:
рівняння ху' – 3у'' = 2cos x – другого порядку;
рівняння у''' – х² у' = 0 – третього порядку.
Визначення. Загальним розв'язком диференціального рівняння n – го поряд-ку називають функцію у, яка залежить від аргументу х та n довільних сталих С1, С2, ... , Сn, тобто має вигляд
у = q ( x, C1, C2, … , Cn ),
яка, при її підстановці в рівняння, перетворює рівняння в тотожність.
Найчастіше сталі С1, С2, ... , Сn обирають не довільно, а так, щоб розв'язок рівняння задовольняв деяким початковим умовам. Для знаходження n довіль-них сталих треба задати n початкових умов.
Процес знаходження розв'язків диференціального рівняння називають інте-груванням диференціального рівняння.
Визначення. Диференціальним рівнянням першого порядку називається рів-няння виду
F( х, у, у' ) = 0 або у' = f (х, у),
яке пов’язує незалежну змінну х, невідому функцію у = у( х ) та її похідну.
Визначення. Розв’язком диференціального рівняння на деякому інтервалі
(a;b) називається диференційована на цьому інтервалі функція у = q ( x ), яка при підстановці в рівняння
F( x, у, у' ) = 0
перетворює його в тотожність по х на (a;b).
Функція у = q (x, C ), яка залежить від аргументу і довільної сталої C, називається загальним розв'язком рівняння в області D, якщо вона задовольняє дві умови:
функція q ( x, C ) є розв'язком рівняння при будь- якому значенні сталої C із деякої множини;
для довільної точки ( х0 , у0 ) D можна знайти таке значення C = C0, що функція у = q ( x, C0 ) задовольняє початкову умову q ( x0, C0 ) = у0.
Визначення . Частинним розв'язком рівняння називається функція
у = q ( x, C0 ),
яка утворюється із загального розв’язку у = q ( x, C ) при певному значенні сталої C= C0 .
Якщо загальний розв'язок диференціального рівняння знайдено в неявному вигляді, тобто у вигляді рівняння
Ф ( х, у, С) = 0,
то такий розв'язок називають загальним інтегралом диференціального рівнян-ня
F ( x, у, у' ) = 0.
Рівність Ф ( х, у, С0 ) = 0 називають частинним інтегралом рівняння.
Найвищій порядок похідної, яка входити в диференціальне рівняння, нази-вається порядком диференціального рівняння.
Задача Коші
Визначення. Сумісне завдання диференціального рівняння та відповідної кількості початкових умов називають задачею Коші.
Задача в якій необхідно знайти частинний розв'язок рівняння у' = f ( x, у) при початковій умові у ( х0 ) =у0, називається задачею Коші для диференціаль-ного рівняння першого степеня.
У дослідженнях різноманітних життєвих та економічних проблем найчастіше використовують диференціальні рівняння першого та другого порядків певних типів та відповідні їм задачі Коші.
У теорії звичайних диференціальних рівнянь можна виділити дві основні
задачі:
знаходження диференціального рівняння та початкових умов, які описують ситуацію або процес, який досліджують;
розв'язування заданої задачі Коші або знаходження загального розв'язку заданого диференціального рівняння.
Приклад.
Знайти загальне рішення диференціального рівняння .
Розв’язування.
Загальне рішення диференціального рівняння знаходиться за допомогою інтегрування лівої і правої частин рівняння, що попередньо перетворено, таким чином:
Тепер інтегруємо:
− це загальне рішення даного диференціального рівняння.
Припустимо, задані деякі початкові умови: x0 = 1; y0 = 2, тоді маємо
При підстановці отриманого значення постійної в загальне рішення одержуємо частинний розв’язок при заданих початкових умовах (рішення задачі Коші)
.
Приклад.
Знайти загальне рішення диференціального рівняння: Знайти особливе рішення, якщо воно існує.
.
Дане диференціальне рівняння має також особливе рішення у = 0. Це рішення неможливо одержати із загального, однак при підстановці у вихідне рівняння одержуємо тотожність. Думка, що рішення y = 0 можна одержати із загального рішення при С1 = 0 помилкова, адже C1 = e 0.