Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ShShShPORA_matematika_1_kurs_polnaya.doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
834.56 Кб
Скачать

1. Ф-ция нескольких переменных. Пусть D(x,y)-некоторое мн-во точек плоскости xOy. Если каждой упорядоченной паре чисел (x,y) из области D соответствует определенное число zЄE R, то говорят, что z-ф-я двух переменных x и y(независимые переменные).D-обл. опр.; Е-обл. знач.

частное значение ф-ции z=f(x,y) при , . Геометрически обл. опр. ф-ции D представляет собой конечную или бесконечную часть пл-сти, ограниченную линиями, кот. могут принадлежать или нет этой области.

Пусть задано пространство . Если каждой точке XЄ по некоторому закону f поставлено в соответствие единственное вещественное число, то говорят, что задана ф-ция многих переменных

2.Предел и непрерывность функции многих переменных.

Число А наз-ся пределом функции z=f(x,y) в точке М0(x0,y0),если для любого ε>0 существует δ(ε)>0, такое, что для всех точек М(x,y), стоящих от М0 меньше чем на δ (ρ(М,М0)<δ), выполняется неравенство .Если А-предел функции f(x,y) в точке М0(x0,y0), то пишут А=lim f(x,y)= =lim f(x,y)

x→x0 M→M0

y→y0

Функция z=f(x,y) называется непрерывной в точке М0(x0,y0), если выполняется равенство

lim f(x,y)=f(x0,y0), или lim ∆z=0.

x→x0 ∆ρ→0

y→y0

Функция непрерывная в каждой точке некоторой области, называется непрерывной в данной области.

Если в точке М(x,y) не выполняется условие непрерывности, то такая точка называется точкой разрыва функции z=f(x,y).Точки разрыва могут образовывать некоторую линию разрыва.

3. Полное приращение функции z = f (x,y) в точке M0 (x0;y0) – разность

4. Частные производные функции многих переменных

Опр.1. Пусть в некоторой окрестности точки (x0, y0) ф-ция f(x, y). Фиксируя переменную y (y=y0), получим ф-цию одной переменной x: f(x, y0). Обычная производная этой ф-ции в точке x=x0 называется частной производной ф-ции f(x, y) в точке (x0, y0) по x и обозначается дf(x0, y0)\дx.

Опр.2. Частная производная, полученная дифференцированием по различным переменным, называется смешанной производной.

Теорема. Пусть ф-ция f(x, y) определена вместе со своими частными производными дf / дx, дf / дy, д2 f / дxдy и д2 f / дyдx в некоторой окрестности точки (x0, y0), причём смешанные производные непрерывны в этой точке, тогда они равны, т.е.

д2 f\дxдy= д2 f\ дyдx.

№5 Дифференцируемость функции многих переменных определение и условия дифференцируемости.

Пусть функция z=f(x,y) определена на некоторой δ-окрестности точки Мо(х0, у0) и пусть точка М(х,у) принадлежит этой окрестности.

Пусть Δх = х-х0, Δу=у-у0, тогда:

ρ=ρ(М,Мо)= <δ,

Δz=f(x0+Δx, y0+Δy) – f(x0,y0).

Обычно Δz называют полным приращением функции.

Функция z=f(x,y) наз-ся дифференцируемой в точке Мо(х0,у0), если сущ числа А и В такие, что Δz= АּΔх + ВּΔу + α (Δх, Δу), где α (Δх, Δу) = ε(Δx, Δy)ρ, ρ 0, α – бесконечно малая.

Достаточное условие дифференцируемости. Пусть функция Z=f(x,y) в некоторой окрестности точки Мо (хо, уо) , имеет частные производные в этой точке , , которые непрерывны в самой точке Мо (хо, уо) , тогда функция Z=f(x,y) дифференциируема в этой точке.

Функция, имеющая в некоторой точке непрерывные частные производные, называется непрерывно дифференциируемой в этой точке.

Дифференциируемость сложной функции

Пусть функции x(t), g(t) одной переменной t дифференциируемы в точке to и пусть х0=х(to), уо=у(tо). Если функция z=f(x(t)) дифференциируема в точке Мо(хо,уо), то сложная функция z=f(x(t),y(t)) определена в некоторой окрестности точки t0, имеет в этой точке производную и эта производная вычисляется по формуле:

6. Полный дифференциал ф-ции неск. переменных

Пусть дана функция z=f(x,y): D→R, DєR2, M0єD. Тогда для этой ф-ции справедливо: Δz=∂z/ ∂x(M0) Δx + ∂z/ ∂y(M0) Δy+α(Δx, Δy) Δx+ β(Δx, Δy) Δy

Опр. Главная линейная часть приращения ф-ции (относительно Δx, Δy) наз. полным дифференциалом этой ф-ции в т. M0. Обозначается dz.

dz=∂z/ ∂x│ M0* Δx+ ∂z/ ∂y│ M0* Δy, вместо Δx, Δy применяют dx и dy.

Полный дифференциал можно использовать для приближенных вычислений значений функции.

∆z=f(M)-F(M0)

∆z≈dz

f(x0+∆x, y0+∆y) ≈f(x0, y0)+ ∂z(x0, y0)/ ∂x * Δx +∂z(x0, y0)/ ∂y* Δy

7-8. Экстремумы функций многих переменных

Пусть функция z=f(x,y) определена в некоторой δ-окрестности точки М000).Тогда функция z=f(x,y)имеет в точке М0 максимум(минимум), если для всех точек этой окрестности выполняется неравенство f(x0,y0)>f(x,y) (f(x0,y0)<f(x,y)).

Теорема. Необходимое условие экстремума.

Пусть функция z=f(x,y) имеет экстремум в точке М000). Тогда если в этой точке существуют конечные частные производные первого порядка, то они равны нулю.

Критические точки (подозрительные на экстремум)те точки, в к-рых все частные производные первого порядка равны нулю.

Теорема. Достаточные условия экстремума.

Пусть ф-ция z=f(x,y) дифференцируема в точке М000),

f(x0,y0) ∂f(x0,y0)

причем ∂x =0 и ∂y =0, и имеет в ней и в некоторой ее δ-окрестности частные производные второго порядка:

2z2z2z

x2=A, ∂xy= B, ∂y2=C.

Тогда если определитель второго порядка

А В│

=│В С│=АС-В2>0,

то в точке М000) функция z=f(x,y) имеет экстремум, причем если A<0, - максимум, а если А>0, - минимум. В случае AC-B2=0 требуются дополнительные исследования.

Для нахождения наибольшего и наименьшего значений функции двух переменных в заданной области в дополнение к заданным точкам экстремума находят ее значения на границе области.

№8 Достаточное условие экстремума функции двух переменных.

Пусть функция z=f(x,y) дифференцируется в точке М0(x0,y0), причем (∂f(x0,y0)/∂x)=0 и (∂f(x0,y0)/∂х)=0,

и имеет в ней и в некоторой ее δ-окрестности частные производные второго порядка:

(∂^2z/∂x^2)=A, (∂^2z/∂x∂y)=B, ∂^2z/∂y^2=C.

Тогда если определитель второго порядка

▲=│A B│

│B C│=AC-B^2>0,

то в точке M0(x0, y0) функция z=f(x,y) имеет экстремум, причем если А< 0, - максимум, а если А> 0, -

минимум. В случае АС-В^2 < 0 функция z = f(x,y) экстремума не имеет. В случае требуются дополнительные исследования.

Пример Найти экстремум функции z=2x^2+y^2-4x+8y-7

Находим:

(∂z/∂x)=4x-4, (∂z/∂y)=2y+8.

Критической точкой является точка с координатами 1, -4.

Вычисляем величины А, В и С.

A=(∂^2z/∂x^2)=4, B=(∂^2z/∂x∂y)=0, C=(∂^2y/∂y^2)=2

Составляем определитель и вычисляем его значение:

∆=│4 0│

│0 2│=δ>0.

Так как ∆>0 и А >0,то (1, -4) – точка минимума и zmin = 2+16-4-32-7=-25

Для нахождения наибольшего и наименьшего значений функции двух переменных в заданной

области( как и в случае одной переменной) в дополнение к заданным точкам экстремума находят ее значения на границе области.

Так, если граница области задана уравн. y=φ(x), то находят наименьшее и наибольшее значения функции

z=f(x,φ(x)).Затем из всех найденных функций выбирают наибольшее и наименьшее.

9. Наибольшее и наименьшее значение непрерывной функции в замкнутой области.

Z=f(x;y):D→R, D€R2

D-замкнутая область-область, содержащая все свои предельные точки.

Z=f(x:y), f-дифференцируема в D.

  1. Найти стационарные точки.

  2. Найти наибольшее и наименьшее значения функции на граничной области.

  3. Сравнить все значения и выбрать среди них наибольшее и наименьшее значение.

10.Производная сложной функции нескольких переменных.

Пусть z=f(x,y) – функция двух переменных. Если зафиксировать один из аргументов, например, взять y=y0, то получим функцию одной переменной z=f(x,y0).

Частной производной функции z=f(x,y) в точке (x0,y0) по переменной x называется производная функции z=f(x,y0) в точке x=x0. Частная производная обозначается:

Дифференциалом функции z=f(x,y) называется выражение:

11. Понятие об эмпирических формулах. Подбор параметров по способу наименьших квадратов. Выравнивание по прямой.

Эмпирическая формула-это формула, полученная на основании экспериментальных данных. Она приближённо заменяет табличную так, чтобы её значения мало отличались от экспериментальных данных.

Два этапа построения эмп. формулы:

1.подбор вида этой форм., зависящей от параметров,

2определение по некоторому критерию её параметров.

Попытаемся провести такую прямую, чтобы суммы квадратов отклонений были минимальны

Vimin

Этот же вопрос решим аналитически. Допустим, что значения точно удовлетворяют формуле y=ax+b, т.е. y1=ax1+b, …,

yn=axn+b.Вычтем из каждого равенства предыдущее:

y2-y1=a(x2-x1),…,yn-yn-1=a(xn-xn-1)

y2-y1/ x2-x1=а=Δ1,…,

yn-yn-1/ xn-xn-1=а=∆n-1.

∆-первая разделённая разность

Теорема: прямая y=ax+b проходит через точки (хi,yi) тогда и только тогда, когда

1=∆2=…=∆n-1=a.

Перейдём к нахождению параметров лин. формулы.В рез-те подстановки значений в y=ax+b должны появиться отклонения≠нулю.

ax1+b- y1=v1,…, axn+b- yn=vn

Найдем значения при кот. сумма квадр min

z(a,b)=(ax1+b- y1)2+…+(axn+b- yn)2. Найдём наим значение этой функции.

∂z/∂a=2(ax1+b- y1) x1+...+2 (axn+b- yn)

∂z/∂b=2(ax1+b- y1)+…+ (axn+b- yn). Приравняем частные производные к 0 и составим сист.

Для решения достаточно, чтобы определитель из коэффициентов неизвестных ≠0.

П окажем, что найденные значения параметров из системы дают минимум функции. Найдём произв 2 порядка.

А =∂2z/∂a2=2

В=∂2z/∂b2=2n

C=∂2z/∂a∂b=2

Выражение АВ-С>0 и А>0, тогда функция имеет ед точку минимума, а это и будет наим значение.

14. Основные свойства неопределенного интеграла:

1. d( )=f(x)dx;

2. =F(x)+C;

3. = ;

4. =a (a 0);

5. ( )=f(x).

Таблица основных интегралов:

  1. (a -1);

  2. (x 0);

  3. ;

  4. ;

  5. ;

  6. ;

  7. ;

  8. ;

  9. ;

  10. ;

  11. ;

  12. ;

15.Замена переменной в неопр.интеграле. Инт-е по частям.

1)Пусть функция определена и дифференцируема на множестве , и пусть обозначает множество значений этой функции.Тогда если для функции существует на множестве первообразная функция ,

т.е. , то на множестве для функции существует первообразная, равная , т.е:

2)Если функции и дифференцируемы на множестве ,и кроме того, на этом множестве существует интеграл ,то на нем существует интеграл ,причем: = -

Док-во:

16.Интегрирование рациональных функций.

Интегрирование рациональной функции после выделения целой части сводится к интегрированию правильной рациональной дроби P(x)/Q(x), причём степень числителя P(x) ниже степени знаменателя Q(x). Решается данная задача с помощью метода неопределённых коэффициентов. Если знаменатель правильной рациональной дроби раскладывается на множители:Q(x) = (x-a)a (x-b)b (x2+px+q)y…(x2+kx+r)z, где корни трёхчленов комплексные, то правильная дробь раскладывается на сумму простых дробей:

P(x)/Q(x) = A1/ (x-a)+A2/ (x-a)2+…+Aa /(x-a)a+B1/(x-b)+B2/ (x-b)2+…+Bb/ (x-b)b+…+(M1x+N1)/ (x2+px+q)+ (M2x+N2)/ (x2+px+q)2+…+(Myx+Ny)/ (x2+px+q)y+…+(C1x+D1)/ (x2+kx+r)+(C2x+D2)+ …+(Сzx+Dz)/ (x2+kx+q)z ,

(a, b, …, z принадлежат N). Для вычисления неопределённых коэффициентов A1, A2,…, обе части равенства умножением его на знаменатель приводят к целому виду, а затем приравнивают коэффициенты при одинаковых степенях x. Можно также определять эти коэффициенты, полагая в равенстве x равным числам, подобранным соответствующим образом. P(x) и Q(x) – многочлены

18.Интегрирование выражений, содержащих тригонометрические функции.

1) Интегр. вида sin ax cos bx dx, ∫cos ax cos bx dx, ∫sin ax sin bx dx, где ab, находятся с пом. формул:

sin ax cos bx = ½ (sin(a-b)x + sin (a+b)x)

cos ax cos bx = ½ (cos(a-b)x + cos(a+b)x)

sin ax sin bx=½ (cos(a-b)x - cos(a+b)x)

2) Интегр. вида I = ∫R(sin x, cos x)dx, где R – рациональная функция, приводящая к интегрированию рациональных функций с помощью подстановки tg(x/2)=t,

x=2arctg t

dx = 2 dt/(t2 +1)

sin x= 2 tg (x/2)/ (1+tg2(x/2)) = 2t/(1+t2)

cos x = (1-tg2(x/2))/ (1+tg2(x/2))= (1-t2)/ (1+t2)

Т.к. I = ∫R(2t / (1+t2), то (1-t2) / (1+t2)) 2dt / (1+t2)

Эта подстановка является универсальной для интегралов этого типа.

3) Интегралы вида I = ∫sinmx cosnx dx, где m и n – целые (не обязательно положительные) числа, если

1) n – целое, нечетное, >0, то заменяем sin x = t;

2) m - целое, нечетное, >0, то заменяем cos x = t;

3) m + n - четное, то заменяем tg x = t.

20. Интегр. сумма и определение опред. интеграла.

Пусть на отрезке [a;b] определена некот. ф-ция f(x). Зададим разбиение { }отрезка [a;b],

: = , такие, что . Отрезки [ ] наз. частичными отрезками. Число , где , наз. диаметром разбиения. На каждом частичном отрезке выберем произвольные точки . По данному разбиению { } строим сумму ,

к-я наз. интегральной суммой или суммой Римана.

Число А наз. пределом интегральных сумм , если для любого ξ>0 существует такое δ= δ(ξ)>0, что для любого разбиения { }, мелкость к-го d< ξ, и при любом выборе выполняется неравенство

Предел интегральных сумм обозначают

Ф-я f(x) наз. интегрируемой на отрезке [a;b], если для данной ф-ции на указанном отрезке сущ-т предел А ее интегральных сумм σ.

Число А наз. определенным интегралом от функции f(x) на отрезке [a;b] и обозначается .

21. Геометрический смысл определенного интеграла.

Если непрерывная кривая задана в прямоугольных координатах уравнением y=f(x) (f(x)≥0), то площадь криволинейной трапеции, ограниченной этой кривой, двумя прямыми x=a и x=b и отрезком оси абсцисс a≤x≤b, опр-ся формулой

Объемы тел, образованных вращением криволинейной трапеции, ограниченной кривой y=f(x), осью OX и двумя прямыми x=a и x=b вокруг оси OX, выражается формулой

Под длиной дуги понимается предел, к которому стремится длина ломаной дуги, вписанной в эту дугу, когда число звеньев ломаной возрастает неограниченно, а длина наибольшего звена стремиться к 0. В этом случае кривая называется спрямляемой.

22.Св-ва определенных интегралов:

  1. ba∫c*f(x)dx=c* ab∫f(x)dx.

  2. ba ∫(f1(x)+f2(x))dx= ba ∫f1(x)dx+ ba ∫f2(x)dx.

  3. ba∫f(x)dx=- a b∫f(x)dx.

  4. ba∫f(x)dx=ca∫f(x)dx+ bc∫f(x)dx.

  5. ba∫f(x)dx=f(c)*(b-a).

  6. f(x)>=0 на [a;b], то ba∫f(x)dx>=0.

  7. f1(x)=<f2(x) при х€[a;b], ba ∫f1(x)=< ba ∫f2(x)dx.

  8. m(b-a)=< ba ∫f(x)dx=<M(b-a)

  9. - ba ∫│f(x)│=<dx ba ∫f(x)dx=< ba ∫│f(x)│dx.

№23 Терема о интегрируемости непрерывных функций и кусочно-непрерывных функций (без доказательства).

  1. Если функция f(x) интегрируема на отрезке [a,b], то она ограничена на этом отрезке

  2. Если функция f(x) непрерывна на отрезке [a,b], то она интегрируема на этом отрезке.

  3. Если функция f(x) определена и монотонна на отрезке [a,b], то она интегрируема на этом отрезке

  4. Если функция f(x) отграничена на отрезке [a,b] и непрерывна во всех точках этого отрезка, кроме конечного числа точек ck (k = 1,m) в которых функция имеет разрыв 1 рода, то эта функция интегрируема на отрезке [a,b].

  5. Если интегрируемую функцию изменить в конечном числе точек, то получим интегрируемую функцию с тем же интегралом.

№ 24. Формула Ньютона-Лейбница.

Если функция F(x) – какая- либо первообразная от непрерывной функции f(x), то

) = F(x) .

25. Замена переменной и интегрирование по частям в определенном интеграле.

Теорема. Если φ:[α,β]→[a,b] − непрерывно дифференцируемое отображение отрезка α ≤ t ≤ β в отрезок a≤x≤b, такое, что φ(α)=a и φ(β)=b, то при любой непрерывной на отрезке [a,b] функции f(x) функция f(φ(t))φ'(t) непрерывна на отрезке [a,b] и справедливо равенство

Если функции u(x) и v(x) имеют непрерывные производные на отрезке [a,b], то справедлива следующая формула интегрирования по частям:

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]