
1944
.pdf
y 2y y f (x) |
1) |
f (x) 2x2 |
|
|
|
|
1) |
f (x) xcos x |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
k2 2k 1 0 |
y |
Ax2 Bx C |
|
|
|
y |
(Ax B)cos x (Cx D)sin x |
|
||||||||||||||||||||||||||||
k1 k2 k 1 |
2) |
f (x) 3e x |
|
|
|
|
2) |
f (x) ex sin x |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
y |
ex (C1 xC2 ) |
|
y Ax2e x |
|
|
|
|
y ex (Acos x Bsin x) |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
( 1 k1,2 ,r 2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Этапы решения ЛНДУ с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П р и м е р : |
d |
2 |
x |
|
2 x с |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
постоянными |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
коэффициентами и правой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
частью специального вида |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1. Для ЛОДУ составить и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЛОДУ: |
d |
2 |
x |
2 x 0. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
решить характеристическое |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
dt2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
уравнение |
|
|
Характеристическое уравнение: k2 |
2 0. |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Корни характеристического уравнения: k |
i |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
2. Записать общее решение |
|
|
|
|
|
C1x1(t) C2x2(t) Сcos t Bsin t . |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
x |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
ЛОДУ |
|
|
Замечание. Пусть |
С Asin 0; |
B Acos 0, |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
тогда |
|
A(sin 0 |
cos t cos 0 |
sin t). |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Получаем |
|
функцию |
простого |
гармонического |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Asin( t 0 ) , где А – амплитуда |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
колебания |
|
x |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
колебания; – частота; 0 – начальная фаза |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
3. По правой части |
|
|
Правая часть имеет специальный вид первого |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
подобрать вид частного |
|
типа: f (t) c ce0t . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
решения |
|
|
Имеем 0 i r 0 x |
D |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
4. Найти неопределенные |
Подбираем неопределенный коэффициент D |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
коэффициенты и записать |
для частного решения |
|
x |
D: |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
частное решение ЛНДУ |
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
x |
D 0; |
|
|
|
. Подставим x |
и |
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
в дифференциальное уравнение: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
0 2D c D |
c |
|
x |
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||
5. Записать общее решение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
||||||
x x x |
Asin( t 0) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
ЛНДУ |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
Замечание. В общем случае, когда правая часть ЛНДУ не имеет специального вида, для отыскания частного решения применяется метод вариации произвольных постоянных.
Пусть y C1 y1 |
C2 y2 |
– общее решение ЛОДУ второго порядка. |
Постоянные С1 |
и С2 |
заменяются функциями С1(х) и С2(х) и |
100
подбираются так, чтобы функция y C1(x)y1 C2(x)y2 была решением
ЛНДУ.
C1(x) и C2(x) находятся из системы дифференциальных уравнений
вида: C1(x)y1(x) C2 (x)y2 (x) 0,C1(x)y1(x) C2 (x)y2 (x) f (x).
101

Раздел 17. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ
Получение функции на основании экспериментальных данных по методу наименьших квадратов
Аппроксимация – приближение исходной функции другой, более удобной для ее обработки и анализа.
Интерполяция – это восстановление функции (точное или приближенное) по известным ее значениям, т.е. замена табличной функции другой, заданной в аналитическом виде.
|
|
|
____ |
|
|
Пусть исходная функция задана таблицей xi, yi , i 1,n . |
|
||||
xi |
x1 |
x2 |
… |
|
xn |
yi |
y1 |
y2 |
… |
|
yn |
Метод наименьших квадратов заключается в отыскании такой аппроксимирующей функции, которая дает наилучшее приближение в среднем, т.е. обеспечивает минимум квадратичного отклонения.
В соответствии с методом наименьших квадратов необходимо
|
|
|
|
n |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
минимизировать сумму S |
i |
|
y |
(x ) y |
2 |
, где x , |
y |
i |
− значения |
|||||||||||
|
|
|
|
i 1 |
|
|
i |
i |
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
опытных данных; |
y |
(xi ) − значение функции, взятое на эмпирической |
||||||||||||||||||
зависимости в точке xi ; n − число |
|
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
опытов. Предположим, что между x и y |
|
|
|
|
|
|
|
|
y kx b |
|||||||||||
существует |
линейная |
зависимость, |
|
yi |
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|||||||
выражающаяся |
формулой |
|
y ax b. |
|
y |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Требуем, чтобы квадратичное отклонение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S axi b yi 2 было минимальным. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 x2 |
|
xi |
xn |
|||||
Функция S имеет минимум в тех точках, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
в которых |
частные производные от S |
по |
параметрам |
a и b |
обращаются в нуль. В результате дифференцирования и
преобразований получаем |
систему |
линейных уравнений для |
|||||
|
n |
|
n |
|
n |
y |
, |
a x2 |
b x |
i |
x |
||||
|
i |
|
i 1 |
i |
i |
|
|
i 1 |
|
|
i 1 |
|
|
||
определения a и b: |
n |
|
|
|
n |
|
|
a xi b n yi. |
|
||||||
|
i 1 |
|
|
|
i 1 |
|
|
101

Приближенные методы решения уравнений вида f(x) 0
|
|
|
|
|
|
|
|
Метод половинного деления |
|
|
|||||||||||||||
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусть |
f (x) |
непрерывна на a,b и |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f (a) f (b) 0. |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
f (b) |
|
|
a,b |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Делим |
|
отрезок |
пополам, |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
a |
c(a1) |
|
|
b(b1) |
c |
a b |
|
− |
середина |
отрезка. Если |
|||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f (c) 0 c − корень уравнения. |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
f (a) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если |
f (c) 0 |
выбираем одну |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
из |
|
|
|
|
половин, |
где |
f (c) f (xгран) 0, |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xгран |
− или a, или b. |
|
|
|||||||||
Отрезок c,xгран a1,b1 снова делим пополам и выполняем те же |
|||||||||||||||||||||||||
действия. |
a2,b2 ,…, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
a1,b1 , |
an,bn |
|
|
− |
последовательность вложенных |
||||||||||||||||||||
отрезков, где |
|
b a |
|
|
b a |
. |
Итерационный процесс прекращается, |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
n |
|
n |
|
2n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
когда |
|
bn an |
|
|
и/или |
|
f (cn ) |
|
, где |
|
− |
заданная |
точность |
||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
нахождения корня. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Метод хорд |
|
|
|
|
|||||||
Пусть |
f (x) непрерывна на a,b и меняет знак на данном отрезке. |
||||||||||||||||||||||||
Y |
f (a) |
|
|
|
|
|
|
Пусть |
|
|
f (a) 0, |
f (b) 0. |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
a, |
Проведем хорду, соединяющую точки |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f (a) и b, f (b) . Уравнение хорды: |
c1 X a b
f (c1)
f (b)
|
y f (a) |
|
|
x a |
. |
|||
|
f (b) f (a) |
|
||||||
|
|
b a |
|
|||||
Координата пересечения хорды с осью |
||||||||
абсцисс: c a f (a) |
|
b a |
|
|
. Точка c |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
|
f (b) f |
(a) |
1 |
||||
|
|
|
делит отрезок a,b на две части. Выбираем ту часть, где функция меняет знак, и повторяем действия до тех пор, пока f (cn ) , где− заданная точность нахождения корня.
102
Решение обыкновенных дифференциальных уравнений
|
|
|
Разностная схема Эйлера |
|
|
|||||
Рассмотрим задачу Коши: |
dy |
f (x, y); |
y(a) y0. |
|
||||||
|
|
|||||||||
Делим отрезок a,b на |
dx |
|
|
|
|
|
||||
N |
шагов: |
h xk 1 |
xk |
(b a)/ N . |
||||||
Заменяем |
значения |
функции |
y |
в узлах |
xk значениями сеточной |
|||||
функции |
yk : |
yk 1 |
yk y (xk )h. |
Из исходного уравнения имеем |
||||||
y (xk ) f (xk , yk ). Формула метода Эйлера: |
yk 1 yk |
hf (xk , yk ). |
||||||||
При |
k 0 |
|
y1 y0 hf (x0, y0), |
значение |
y0 |
находим из |
||||
начального условия. При k 1 |
y2 y1 |
hf (x1, y1) |
и т.д. |
|||||||
Геометрический смысл схемы Эйлера: замена |
y(x) на отрезке |
xk ,xk 1 отрезком касательной, проведённой к графику в точке xk .
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Методы Рунге Кутта |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Если |
в |
формуле |
Эйлера заменить |
|
f (xk , yk ) |
на более общее |
|||||||||||||||||||||||||||||||
выражение fˆ(xk , yk ), |
то получаем общую формулу одношагового |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
метода: yk 1 |
yk |
h fˆ(xk , yk ), y(a) y0. |
Вместо дифференциального |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
уравнения решается нелинейное разностное уравнение. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
Формула |
|
|
|
|
|
Вспомогательные величины |
|
Название |
|||||||||||||||||||||||||||
|
fˆ |
1 |
k |
|
k |
|
|
|
|
|
|
k1 f (xk, yk ), |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
2 |
1 |
2 |
|
|
|
|
k2 f (xk |
|
h, yk h) |
|
|
|
Улучшенная |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ломаная |
|
|
fˆ f x |
k |
|
|
, |
y |
k |
|
|
k |
|
|
|
k f (x |
k |
, y |
k |
). |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k1 f (xk , yk ), |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
fˆ |
1 |
k1 |
4k2 k3 |
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
k2 |
f xk |
|
|
|
|
, yk |
|
|
|
|
k1 |
|
, |
|
Формулы Хойне |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
2 |
2 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k3 f xk h, yk 2hk2 hk1 . |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k1 f (xk , yk ), |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
2 |
f x |
k |
|
|
|
|
, y |
k |
|
|
|
|
k |
|
, |
|
|
|
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
Формулы Рунге– |
|
||||||||||||||||
k1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k4 |
|
|
|
|
|
|
2 1 |
|
|
|
|
||||||||||||||||
fˆ |
|
|
2k2 |
2k3 |
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
Кутта |
|
|||||||||||||||||
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k3 |
f xk |
|
|
|
|
, |
yk |
|
|
|
k2 |
|
, |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k4 f xk h, yk hk3 |
|
|
|
|
103
Раздел 18. РЯДЫ Числовые ряды. Основные понятия
Основные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определение |
|
|
|
|
||
понятия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Понятие |
a1 a2 |
a3 |
... an |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
числового ряда |
... an – числовой ряд, где |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
a1,a2,...,an,... − члены ряда, образующие бесконечную |
|
||||||||||||||
|
последовательность; an |
− общий член ряда. Ряд задан, если |
||||||||||||||
|
an f (n) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Виды числовых |
|
|
|
– знакоположительный, если an 0 . |
|
|
|
|||||||||
рядов |
Ряд |
an |
|
|
|
|||||||||||
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ряд |
an , |
|
содержащий бесконечное |
множество |
положи- |
||||||||||
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тельных и бесконечное множество отрицательных членов, |
|||||||||||||||
|
называется знакопеременным. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Ряд a a |
|
a |
|
... |
1 n 1a |
|
... |
|
– |
|
|||||
|
2 |
3 |
n |
1 n 1a |
n |
|
||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
||||
|
знакочередующийся , где an 0 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Частичные |
|
S1 a1, |
S2 |
a1 a2 ,… |
|
|
|
|
|
|
||||||
суммы ряда |
|
Sn a1 |
a2 |
... an − n-я частичная сумма ряда |
||||||||||||
|
|
|||||||||||||||
Сходимость и |
Если |
lim Sn |
S, то ряд называется |
сходящимся, |
а S – |
|||||||||||
сумма ряда |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
суммой ряда, в противном случае − ряд расходящийся |
|
|
|||||||||||||
Свойства рядов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Если |
an |
сходится и его сумма равна S , то can , где c |
|||||||||||||
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
− произвольное число, также сходится и его сумма равна сS . |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
и S |
|
|
2. Два сходящихся ряда an и |
bn |
с суммами |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
bn |
|
|
можно почленно складывать или вычитать. Ряд an |
|||||||||||||||
|
сходится и имеет сумму S S . |
|
n 1 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
3. Если у сходящегося (расходящегося) ряда отбросить |
|||||||||||||||
|
конечное число его членов, то полученный ряд также будет |
|||||||||||||||
|
сходится (расходится) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
104

|
Признаки сходимости |
||
Необходимый признак сходимости числового ряда |
|||
|
сходится, то lim an |
0. |
|
Если an |
|||
n 1 |
n |
|
|
Следствие. Если lim an 0, то |
|||
an расходится. |
|||
|
n |
n 1 |
Достаточные признаки сходимости знакоположительных рядов
Название |
|
|
|
|
|
|
|
Определение |
|
|
|||
|
Если an bn n, |
то: |
|
|
|
|
|
||||||
Первый |
|
|
|
|
|
|
|
|
сходимость ряда |
|
|||
1) из сходимости ряда |
bn |
an ; |
|||||||||||
признак |
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
n 1 |
||
сравнения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2) из расходимости ряда an |
расходимость ряда bn |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
n 1 |
|
Если lim |
an |
c |
0 c , то: |
|
|
|||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
n b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1) при 0 c |
|
|
|
|
|
|
||||||
Второй |
an |
и |
bn |
сходятся и |
расходятся |
||||||||
одновременно; |
|
|
n 1 |
|
n 1 |
|
|
||||||
признак |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
сравнения |
2) при с 0 из сходимости |
|
|
|
|
|
|||||||
|
bn сходимость |
an ; |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
n 1 |
||
|
3) при с из расходимости |
|
|
|
|||||||||
|
bn расходимость an |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
n 1 |
|
Признак |
|
lim |
an 1 |
|
p |
|
|
|
|
p 1,рядсходится; |
|||
Даламбера |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
n an |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
p 1,рядрасходится; |
|||||||
Радикальный |
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
||
признак |
lim |
an |
|
p |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
p 1,признакне работает |
||||||||
Коши |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусть f x − положительная, непрерывная и убывающая |
||||||||||||
Интеграль- |
функция на 1, , |
такая, что a1 f 1, |
a2 f 2,...,an f n,..., |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f x dx |
|
ный признак |
Если соответствующий несобственный интеграл |
||||||||||||
Коши |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
сходится (расходится), то и ряд |
an |
сходится (расходится) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
105

Рекомендации к использованию признаков сравнения
|
Ряды-эталоны |
|
|
|
|
Сходимость рядов |
|
|
П р и м е р |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
сходится |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
|
1, ряд сходится; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Геометрическая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
||||||||||||||||||
|
aqn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
прогрессия |
n 1 |
|
|
|
|
|
q |
1, ряд расходится |
|
|
(q |
1 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
расходится |
||||||||
|
Обобщённый |
|
|
1 |
|
|
|
1, |
ряд сходится; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
n |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
гармонический |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 1, |
ряд расходится |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||||||||
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
ряд |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
1) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|||
|
Рекомендации к использованию признака Даламбера |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
Признак целесообразно применять, когда общий член содержит |
||||||||||||||||||||||||||||
n!(n ! 1 2 3 4 ... n |
– n-факториал). При n для приближенного |
n
вычисления n! используется формула Стирлинга: n! 2 n n .
e
Сходимость знакопеременных рядов
Виды |
|
|
|
|
|
Определение |
|
|
сходимости |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
Абсолютная |
|
|
|
|
|
|
|
|
сходимость |
Знакопеременный ряд |
an сходится абсолютно, если ряд |
||||||
|
|
n 1 |
|
|||||
|
|
|
||||||
|
|
an |
, составленный из абсолютных величин, сходится |
|||||
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
Условная |
|
|
|
|
|
|
|
|
сходимость |
Знакопеременный ряд |
an сходится |
условно, если сам он |
|||||
|
|
|
|
n 1 |
|
|||
|
|
|
|
|
||||
|
сходится, а ряд |
an |
|
расходится |
|
|||
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
Достаточный |
|
Теорема (признак Лейбница). Знакочередующийся ряд |
||||||
признак |
|
|
|
|||||
сходимости |
1 n 1an сходится, если: |
|
||||||
для |
n 1 |
|
|
|||||
|
1) последовательность абсолютных величин членов ряда |
|||||||
знакочередую- |
|
|||||||
монотонно убывает, т.е. n:an an 1; |
2) lim an 0 |
|||||||
щегося ряда |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
n |
106

|
|
Степенные ряды. Основные понятия |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Основные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
понятия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Понятие |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
степенного |
a0 a1(x x0) ... an(x x0)n ... an (x x0)n – степенной |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ряда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ряд, |
|
разложенный |
|
|
по |
|
|
степеням |
|
|
x x0 , |
где |
|
постоянные |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
a0,a1,...,an,..., – коэффициенты ряда; x R − действительная |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
переменная; |
x0 − некоторое постоянное число |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
Сходимость |
Область сходимости – множество всех точек |
сходимости. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
степенных |
Областью сходимости |
|
служит |
|
промежуток |
x0 |
R,x0 |
R , |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
рядов |
дополненный, быть может, его концами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Число R – радиус сходимости. Если ряд сходится во |
всех |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
точках, |
то R . |
Радиус сходимости определяют по формуле: |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
R |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
илиR lim |
|
|
an |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
an 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
lim n |
|
an |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Свойства |
1. |
Сумма степенного ряда − непрерывная функция в интервале |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
степенных |
сходимости x0 R,x0 |
R . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
рядов |
2. |
Степенные ряды |
|
|
|
|
|
(x x |
|
|
|
)n |
|
и |
|
|
|
|
|
)n |
внутри |
||||||||||||||||||||||
|
a |
n |
0 |
|
b (x x |
0 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 0 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
интервала сходимости можно почленно складывать, вычитать и |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
умножать. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
3. |
Степенной ряд внутри интервала сходимости можно почленно |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d(x x |
0 |
)n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
дифференцировать: |
an |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nan (x x0)n 1 . |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
4. Степенной ряд внутри интервала сходимости можно почленно |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
интегрировать: x x0 R,x0 R . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x |
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
5. |
|
an t |
x0 dt |
|
|
n |
x x0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
n 0 x0 |
|
|
|
|
|
|
n 0n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Виды |
Ряд Тейлора для бесконечно дифференцируемой функции |
f (x)в |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
степенных |
окрестности точки x a : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
рядов |
f (x) f a |
f a |
x a |
f a |
x a 2 |
... |
|
f n a |
x a n ... |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1! |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– |
|
|
|
|
|
2! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n! |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Ряд |
|
Маклорена |
частный |
|
|
|
случай |
|
|
ряда |
|
Тейлора |
при |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
x 0: f (x) f 0 |
|
f 0 |
x |
f 0 |
x2 |
... |
|
f n 0 |
xn |
... |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1! |
|
|
|
|
2! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n! |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
107

Окончание таблицы
Основные |
|
|
|
|
|
|
Определение |
|
|
|
|
||||
понятия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сходимость |
Представим функцию в виде: |
f (x) Sn (x) Rn(x), |
|
|
|
||||||||||
функции к |
где Sn(x) f a |
f a |
x a |
f a |
x a 2 ... |
f |
n |
a |
x a n ; |
||||||
ряду Тейлора |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
1! |
|
2! |
|
|
|
n! |
|
||||
|
Rn (x) |
f (n 1) (c) |
(x a)n 1,c a,x |
− остаточный |
|
член |
в форме |
||||||||
|
|
|
|||||||||||||
|
|
(n 1)! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лагранжа. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теорема. |
|
Ряд |
Тейлора |
|
сходится |
|
к |
функции |
||||||
|
f (x) lim R |
n |
(x) 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разложение элементарных функций в ряд Маклорена
Разложение |
Область |
|
сходимости |
||
|
|
ex |
1 x |
x2 |
|
x3 |
|
... |
|
xn |
|
... |
|
|
|
x R |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n! |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2! |
|
|
|
3! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
x3 |
|
|
|
|
x5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
x2n 1 |
|
|
|
|
||||||||||||
sinx x |
|
|
|
|
|
|
|
... 1 |
|
|
|
|
|
|
... |
x R |
|||||||||||||||||||||||||
3! |
5! |
2n 1! |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
|
|
x4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
x2n |
|
|
|
|
||||||||||
|
cosx 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... 1 |
|
|
|
... |
x R |
||||||||||||||||||
2! |
|
|
|
|
|
4! |
|
|
2n ! |
||||||||||||||||||||||||||||||||
ln 1 x x |
|
|
x2 |
|
|
|
x3 |
|
|
|
x4 |
|
... 1 n 1 |
xn |
... |
x 1,1 |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x 1,1 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
если m 0; |
1 x m 1 mx |
|
m m 1 |
x2 |
|
m m 1 m 2 |
x3 ... |
x 1,1 , |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
если |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 2 3 |
|
|
|
1 m 0; |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x 1,1 , если |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m 1 |
arctg x x |
x3 |
|
|
|
x5 |
|
|
... 1 n 1 |
|
x2n 1 |
|
... |
x 1,1 |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2n 1 |
|
|
|||||||||
|
1 |
1 x x2 |
x3 |
|
... 1 n xn ... |
x 1,1 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 x |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
108