Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Набережночелнинский институт КФУ

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

матека книжка.doc

Скачиваний:

Добавлен:

01.05.2025

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 32 3 > Следующая >>>

Раздел II. Введение в математический анализ. Дифференциальное исчисление функции одной переменной.

101-110. Найти естественную область определения функции .

Решение.

Естественную область определения находим как множество всех значений аргумента функции, для которых формула имеет смысл: . Решив (на числовой прямой) систему неравенств , устанавливаем, что геометрическим образом множества является промежуток .

Ответ: , .

111-120. Установить чётность (нечётность) функции .

Решение.

Находим сначала естественную область определения функции : . Решив (на числовой прямой) неравенство , устанавливаем, что геометрическим образом множества является объединение промежутков .

Так как область является симметричной относительно точки , то проверяем выполнение для всех условий: или , учитывая чётность и нечётность основных элементарных функций, входящих в аналитическое выражение .

Если область не симметрична относительно точки , то на этом множестве является функцией общего вида.

Для этого находим . Поскольку для всех , то функция является чётной.

Ответ: функция - чётная.

121-130. Даны комплексные числа , и алгебраическое уравнение . Требуется: а) вычислить , , , ; б) найти все корни алгебраического уравнения на множестве комплексных чисел.

Решение.

1а) Вычисляем : .

2а) Вычисляем .

Сначала находим . Тогда

3а) Вычисляем .

Сначала находим (учитываем, что ) . Тогда

4а) Вычисляем :

(учитываем, что ) .

1б) Для нахождения корней алгебраического уравнения , раскладываем его левую часть на множители:

2б) Находим корни уравнения на множестве комплексных чисел, приравнивая каждый из множителей нулю (число корней, с учётом кратности, должно равняться порядку уравнения):

1) .

2) .

3) . Так как дискриминант квадратного уравнения , то уравнение имеет два комплексно-сопряжённых корня: .

Корни , можно найти и как корни уравнения , по формуле . Для нахождения комплексных значений корня, число следует представить в виде комплексного числа в тригонометрической форме: , после чего значения корня найти по формуле: ,где

Ответ:

a) , , , ;

б) , , .

131-140. Вычислить пределы (не пользуясь правилом Лопиталя):

а) б) в)

г) д)

Вычисление предела , где , начинают всегда с подстановки в предельного значения её аргумента . В результате могут получиться неопределённости , , , которые раскрывают тождественными преобразованиями такими, чтобы преобразованное выражение получилось определённым. При вычислении пределов используют свойства конечных пределов и бесконечно больших функций, а также следующие известные пределы: , , ( ), , , , , .

Решение. а) При подстановке вместо переменной её предельного значения получим неопределённость . Для её раскрытия сначала разделим числитель и знаменатель дроби на (старшую степень переменной в числителе и знаменателе), после чего используем свойства конечных пределов и бесконечно больших функций. Получим

б) При подстановке вместо переменной её предельного значения получим неопределённость . Для её раскрытия выделим в числителе и знаменателе дроби общий множитель вида , где - некоторое число, т.е. множитель . Затем сократим на него числитель и знаменатель дроби, после чего используем свойства пределов.

1) В квадратном трёхчлене множитель выделяют разложением квадратного трёхчлена по формуле , где . 2) В выражении множитель выделяют следующим способом:

В результате получим

в) При подстановке вместо переменной её предельного значения получим неопределённость . Выделим в числителе множители вида , где при и используем свойства пределов. Получим

Для раскрытия неопределённостей , содержащих тригонометрические и обратные тригонометрические функции, в числителе и знаменателе дроби выделяют сначала множители вида: , , , , где при , используя формулы тригонометрии: , , .

После чего применяют свойства пределов, учитывая, что:

, , , .

г) При подстановке вместо переменной её предельного значения получим неопределённость .

Для раскрытия неопределённости , возникающей при вычислении предела , где , , сначала выражение представляют в виде , где при . После чего используют свойства пределов, заменяя выражение его предельным значением и учитывая, что = .

Представим в виде , где при ,следующим способом:

= . Тогда учитывая, что , , получим = = .

д)

Для вычисления предела , где представляет собой дробь, числитель и знаменатель которой содержат факториалы натурального числа , поступают следующим образом. Выделяют в числителе и знаменателе в качестве общего множителя факториал меньшего натурального числа и сокращают на него. В результате получают выражение, предел которого находят рассмотренными выше способами.

Для вычисления данного предела сначала выразим , , через : , , , после чего сократим числитель и знаменатель на :

В результате получили неопределённость . Для её раскрытия разделим числитель и знаменатель дроби на (старшую степень переменной числителя и знаменателя), после чего используем свойства пределов. Получим

Ответ: а) ; б) ; в) ; г) ; д) .

141-150. Для указанной функции требуется: а) выяснить при каких значениях параметра функция будет непрерывной; б) найти точки разрыва функции и исследовать их характер. Построить график функции.

а) ; б) .

Решение.

Точками разрыва функции являются точки разрыва функций в промежутках , ,…, , кроме того, точками возможного разрыва функции являются точки в окрестности которых и в самих точках функция задаётся разными аналитическими выражениями.

Точка является точкой непрерывности функции тогда и только тогда, когда: .

а) Поскольку функции и непрерывны в промежутках и как элементарные функции, определённые в каждой точке данных промежутков, то непрерывность функции может нарушиться только в точке её возможного разрыва .

Определяем значение параметра из условия непрерывности функции в точке : . Вычисляя , , : , , , из условия непрерывности , находим .

График непрерывной функции имеет вид изображённый на рис. 4.

б) Функции и непрерывны в промежутках и как элементарные функции, определённые в каждой точке данных промежутков, а функция в промежутке имеет точкой разрыва точку , в которой она не определена. Тогда для функции точка является точкой разрыва, а точки и , в окрестности которых и в самих точках функция задаётся разными аналитическими выражениями, являются точками возможного разрыва.

Исследуем на разрыв точки и установим характер разрыва:

Следовательно, точка - точка разрыва 1-го рода функции .

. Следовательно, точка - точка бесконечного разрыва (2-го рода) функции .

Следовательно, точка - точка непрерывности функции .

График функции имеет вид, изображённый на рис.5.

Ответ: а) Функция непрерывна при (рис.4); б) - точка разрыва 1-го рода, - точка бесконечного разрыва функции (рис.5).

Рис.4 Рис.5

151-160. Найти производную :

а) ; б) ; в) .

Нахождение производной функции заданной явно, с помощью правил дифференцирования:

( ), , , , , , , сводят к нахождению табличных производных (приложение 6.3).

Производную функции заданной параметрическими уравнениями находят в параметрическом виде по формуле .

Решение.

а) , где

= ;

Тогда .

б) , где

Тогда

в) Производную функции , заданной параметрическими уравнениями находим по формуле , где

;

Тогда .

161-170. Вычислить пределы, используя правило Лопиталя.

а) ; б) ; в) .

Вычисление предела , где , всегда начинают с подстановки в предельного значения её аргумента . Если в результате получают неопределённость или , то для её раскрытия применяют правило Лопиталя: , где и - функции, дифференцируемые в окрестности . В некоторых случаях может потребоваться неоднократное применение данного правила. На каждом этапе его применения следует использовать, упрощающие отношение, тождественные преобразования, а также комбинировать это правило с любыми другими известными приёмами вычисления пределов. Раскрытие неопределённостей вида: , , , , путём преобразований: , , сводят к раскрытию неопределенностей вида или .

Решение.

а) , где

Тогда .

б) , где

Тогда . Применяем правило Лопиталя ещё раз: , где

= .

Тогда .

в) . Преобразуем данную неопределённость (приведением разности дробей к общему знаменателю) к виду , после чего применим правило Лопиталя. Получим

= , где

Тогда .

Применяем правило Лопиталя ещё раз:

, где ,

В итоге получим .

Ответ:

а) ; б) ; в) .

171-180. Провести полное исследование непериодической функции и построить её график.

Решение.

1) Находим область определения функции: = ).

2) Поскольку данная функция является элементарной, то областью её непрерывности является область определения , а точками разрыва являются точки и , не принадлежащие множеству , но являющиеся предельными точками этого множества (точками в любой окрестности которых содержатся точки данного множества). Исследуем характер разрыва в точках и , вычислив в них односторонние пределы функции:

, ,

, .

Так как односторонние пределы функции в точках и - бесконечные, то данные точки являются точками бесконечного разрыва.

3) Проверяем является ли функция чётной или нечётной. Так как область определения функции = ) не симметрична относительно точки , то данная функция – общего вида.

4) Находим точки пересечения графика с осями координат.

Так как , то точек пересечения графика с осью нет.

Положим и решим уравнение . Его решением является . Следовательно, точка - точка пересечения графика с осью .

5) Находим вертикальные и наклонные асимптоты графика функции.

Прямая является вертикальной асимптотой, тогда и только тогда, когда является точкой бесконечного разрыва функции .

Так как точки и - точки бесконечного разрыва данной функции, то вертикальными асимптотами графика функции являются прямые и .

Прямая является наклонной асимптотой графика функции при тогда и только тогда, когда одновременно существуют конечные пределы: и .

Вычисляем сначала пределы при :

, .

В дальнейшем будем иметь в виду следующий часто встречающийся предел:

Следовательно , т.е. - наклонная (горизонтальная) асимптота графика функции при .

Аналогично вычисляем пределы при : , Следовательно , т.е. - наклонная (горизонтальная) асимптота графика функции при .

6) Определяем интервалы возрастания, убывания, экстремумы функции. Для этого находим первую производную функции:

и определяем критические точки функции , т.е. точки в которых или не существует:

;

не существует при и .

Таким образом, единственной критической (стационарной) точкой функции является точка .

Исследуем знак производной в интервалах, на которые критические точки функции разбивают её область определения , и найдём интервалы возрастания, убывания, экстремумы функции. Результаты исследования представим следующей таблицей:


+	+
возрастает	возрастает	убывает	убывает

Так как при переходе слева направо через точку производная меняет знак с «+» на « », то точка является точкой локального максимума и .

7) Определяем интервалы выпуклости, вогнутости, точки перегиба графика функции. Для этого находим вторую производную функции:

и определяем точки возможного перегиба , т.е. точки в которых или не существует: , так как (квадратное уравнение не имеет действительных корней); не существует при и .

Таким образом, функция не имеет точек возможного перегиба.

Исследуем знак второй производной в интервалах, на которые точки возможного перегиба функции разбивают её область определения _{,
и найдём интервалы выпуклости, вогнутости,
точки перегиба графика функции. Результаты
исследования представим таблицей:}


+		+
график вогнутый	график выпуклый	график вогнутый

Точек перегиба нет.

8) На основании полученных результатов строим график функции (рис.6)

Рис.6.

181-190. Найти наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке : , .

Наибольшее и наименьшее значения функции непрерывной и кусочно-дифференцируемой (дифференцируемой, за исключением, быть может, конечного числа точек) на отрезке достигается или в точках , в которых или не существует, или на концах отрезка.