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

Учебное пособие 800168

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.05.2022
Размер:
751.61 Кб
Скачать

8.26.

 

= x y ; y 3z ; x 2z ,

σ: x 2y z 4 0 .

F

8.27.

 

= y ; y x ; x z ,

σ: 2x y 2z 2 0 .

F

8.28.

 

= 2y ; 3y x ; x 2z ,

σ: 2x y z 4 0 .

F

8.29.

 

= 3x y ; 2x y ; y z ,

σ:

2x y z 4 0 .

F

8.30.

 

= 2x y ; 2y z ; 2x ,

σ:

x y 3z 3 0 .

F

Задание № 9. Найти оригинал по заданному изображе-

нию

 

 

 

2 p 5

9.1.

p 1 p 2

4 p 13 .

 

 

 

p 1

9.3.

p 2 p 2

p 1 .

 

 

p 5

 

 

9.5.

p3 1 .

 

 

 

 

 

p 1

9.7.

p 4 p 2

2 p 5 .

 

 

 

1

 

 

9.9.

p 2 2 p 2 1 .

 

 

p 3

 

 

9.11.

p3

8 .

 

 

 

 

 

p 3

9.13.

 

 

 

.

p 2

6 p 10 2

 

 

p 1

 

 

9.15.

p 4

p 2

.

 

 

5 p 1

9.2.

 

p 1 p 2 2 p 5 .

 

 

2 p 7

 

9.4.

p3 2 p 2 5 p .

 

 

p 3

9.6.

p 3 p 2 4 p 5 .

 

 

p 3

9.8.

p 5 p 2 6 p 10 .

 

 

p

9.10.

 

p 3 p 2 4 .

9.12.

p3

p 6

3 p .

2 p 2

 

p 1

 

9.14.

p3

8 .

 

 

 

7 p 1

9.16.

p 2 p 2

2 p 10 .

19

 

 

 

3 p 1

9.17.

 

p3

3 p 2

4 p .

 

 

 

p 3

 

 

9.19.

 

p 2

4 p 2 9 .

 

 

 

p 3

 

9.21.

p 5 p 2

2 p .

 

 

3 p 5

 

 

 

9.23.

p 4

9 p 2

.

 

 

 

p 2

 

 

9.25.

 

p 2

1 p 2 4 .

 

9.27.

p 4

1

.

 

4 p 2

 

 

 

2 p 4

9.29.

 

 

.

p 2

2 p 2 2

 

 

 

 

 

p

 

 

9.18.

p 1 p 2 4 p 5 .

 

 

 

 

3 p 5

 

 

 

9.20.

p 4

4 p 2

.

 

 

 

 

2 p 1

 

 

9.22.

p3 8 .

 

 

 

 

 

 

 

p 3

9.24.

 

 

 

 

.

p 2

2 p 5 2

 

 

 

 

2 p 3

 

 

9.26.

 

p3

8 .

 

 

 

 

 

 

 

4 p 3

9.28.

p3

4 p 2

5 p .

 

 

 

 

 

4 p 5

9.30.

p 2 p 2

4 p 5 .

Задание № 10. Найти решение дифференциального уравнения или системы дифференциальных уравнений, удовлетворяющих начальным условиям, операционным методом.

10.1.

x 4x 8sin 2t

 

.

x 0

 

 

 

 

3; x

0 1

 

 

x 2x 5 y 1

 

10.2. y x 2 y 1 .

 

 

x 0 0;

y 0 2

 

 

 

 

6e

t

 

 

10.3.

x x

 

.

 

x 0

 

 

 

 

3; x

0

1

 

20

 

x 2x 5y

 

 

 

10.4. y x 2 y 2 .

 

 

 

x 0 2; y 0 0

 

 

 

10.5.

 

x

4x 8sin 2t

.

 

 

 

 

 

 

2

 

 

x 0 1; x 0

 

 

 

x x 2 y 1

 

 

 

10.6. y 4x y

.

 

 

 

x 0 0; y 0 1

 

 

 

 

 

 

 

t

2

 

 

 

10.7.

 

x

x

 

 

 

.

 

x 0 0; x 0 1

 

 

x x 4 y

 

 

 

10.8. y 2x y 9 .

 

 

 

x 0 1;

y 0 0

 

 

 

10.9.

 

x

3x 2x et

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0 1; x 0

0

 

 

 

x x 3y 2

 

 

 

10.10. y x y 1 .

 

 

 

x 0 0; y 0 1

 

 

10.11.

x 2x 3x 2t

.

x 0

 

 

 

 

 

 

1; x 0

1

 

 

 

x 2x y

 

 

 

10.12. y 3x 4 y

.

 

 

 

x 0 2; y 0 1

 

 

21

10.13.

x

x x 7e2t

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0 1; x 0

 

4

 

 

x x 4 y

 

 

 

 

10.14. y 2x y 9 .

 

 

 

x 0 0; y 0 2

 

 

 

10.15.

x

x 2 cos t

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0 0; x 0

1

 

 

x 3x 4 y 1

 

 

 

10.16. y 2x 3y

 

.

 

 

 

x 0 0; y 0 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

10.17.

x

 

x

 

t

2t

 

 

.

 

x 0 0; x 0 2

 

x x 2 y 1

 

 

 

 

10.18. y 4x y

.

 

 

 

 

x 0 1;

y 0 2

 

 

 

10.19.

x

x cos 3t

 

 

.

 

 

 

 

 

 

1

 

x 0 1; x 0

 

 

 

x 3x y

 

 

 

 

10.20. y 5x 3y 2 .

 

 

 

x 0 2; y 0 0

 

 

 

10.21.

x

x 6x 2

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0 1; x 0

0

 

22

 

x 3x 4 y 1

 

10.22. y 2x 3y

.

 

x 0 2; y 0 0

 

10.23.

x 4x

3x et

 

 

 

 

x 0 1; x 0 0

 

x x 3y 2

 

10.24. y x y 1

 

 

x 0 1;

y 0 2

10.25.

x 3x

4x 2t

 

 

 

 

x 0 1; x 0 1

.

.

.

 

x 2x y

 

10.26. y 3x 4 y

.

 

x 0 0; y 0 1

10.27.

x x

x e2t

.

 

 

 

x 0 1; x 0

2

 

x 2x 5 y

 

10.28. y x 2 y 2 .

 

x 0 1;

y 0 1

 

x 5x 6x et

10.29.

x 0 1;

x 0 1 .

23

x 2x 5 y 1

10.30. y x 2 y 1 . x 0 1; y 0 0

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задание № 1. Исследовать сходимость числовых рядов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

n3

 

, б)

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2n)!

 

n(ln n)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n 1

 

 

 

n 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение

(1а).

 

Воспользуемся

признаком

Даламбера.

Имеем

un

 

 

n3

 

, un 1

(n 1)3

 

. Применяя признак, вычис-

 

 

 

 

(2n 2)!

 

 

 

 

 

(2n)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l= lim

 

un1

 

 

lim

(n 1)

3 (2n)!

 

 

lim

n 1

3

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

=0<1.

n

 

un

 

 

n

(2n

2)!n3

 

 

n n

 

(2n 1)(2n 2)

 

 

По признаку Даламбера данный ряд сходится.

 

 

 

 

Решение (1б).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введем функцию непрерывного аргумента f(x)=

1

 

, за-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x ln 2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

менив в формуле общего члена ряда

a(n)

 

целочис-

n ln 2 n

ленную переменную на непрерывную, и исследуем сходимость, используя интегральный признак. Для этого вычислим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

=

 

lim

 

 

dx

 

 

=

 

lim

 

 

d (ln x)

=

 

x(ln x)2

 

x(ln x)2

 

(ln x)2

 

 

b

 

 

 

b

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

b

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= lim

 

 

 

 

 

 

=

 

lim

 

 

 

 

-

 

 

 

=

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

ln x

 

2

 

 

b

ln 2

 

ln b

 

ln 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из сходимости несобственного интеграла следует сходимость данного ряда.

Задание №2. Найти область сходимости степенного ряда

 

1

 

x n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2n n2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Вычислим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l = lim

 

un 1

 

=

lim

 

x

 

n 1 n2 2n

 

 

 

x

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

un

 

 

n

2n 1 (n 1)2

x n

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По признаку Даламбера ряд сходится при l < 1, отсюда 2x < 1, |x| < 2 или -2<x<2. Следовательно, ряд абсолютно схо-

дится в интервале при -2<x<2. Граничные точки подлежат дополнительному исследованию. При x =2 и x = -2 из данного

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

ряда

получаем соответственно числовые ряды

n 2 и

n 1

 

 

 

 

 

 

 

( 1)n

 

 

 

 

 

 

 

.

Из интегрального признака сходимости следует,

n 1

n2

 

 

 

 

 

 

 

что эти ряды абсолютно сходятся, поэтому областью сходимости данного ряда является отрезок [-2, 2].

Задание № 3. Вычислить определенный интеграл

1

cos2x dx с точностью до 0,001, разложив подынтеграль-

0

ную функцию в ряд.

Решение. Пользуясь рядом Маклорена для cos x , заменяя в нем x на 2x , имеем

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

 

4x 2

 

8x3

16 x 4

 

 

 

 

 

 

 

 

cos 2x

= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

... .

 

 

 

 

 

 

 

 

2!

+

4!

 

 

6!

+

 

8!

 

 

 

 

Интегрируя в указанных пределах, получим

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

x3

 

 

x 4

 

x5

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

2x dx = x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

...

 

 

=

 

 

2

6 3

90 4

2520 5

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

1

 

 

1

 

 

1

 

....

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

12600

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

360

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пятый член этого знакочередующегося сходящегося ряда меньше 0,001. Поэтому для вычисления искомого приближенного значения интеграла достаточно взять четыре первых члена ряда:

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

 

2x dx =

 

 

1

0

1

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

1 0,5 0,056 0,003 0,559.

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

18

360

 

 

 

 

 

 

Задание

 

4. Изменить порядок интегрирования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 x

1

x3

 

 

 

 

 

3

 

2

 

dx f x, y dy dx f x, y dy .

0

 

0

 

 

 

 

 

1

 

0

 

Решение. При объединении областей интегрирования, соответствующих двум двукратным интегралам, образуется область интегрирования, представляемая криволинейным треугольником ОАВ. Эта область ограничена линиями y x3 ,

y

3 x

и y 0 .

2

 

 

 

 

26

y

1

A

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

O

1

3

x

 

Рис. 1

Поскольку при изменении порядка интегрирования область описывается с помощью системы неравенств

0 y 1,

3 y x 3 2 y,

то это позволяет расставить пределы интегрирования в соответствии с данной системой неравенств:

 

 

 

3 x

 

 

 

 

 

1

x3

3

2

1

3 2 y

dx f x, y dy dx

f x, y dy dy

 

f x, y dx

0

0

1

0

0

3

 

y

 

Задание №5. Вычислить объем тела, ограниченного по-

верхностями

z 1,

z 2 x2 ,

y x2 ,

 

y 1 2x2 . Сде-

лать чертеж его проекции на плоскость хОу.

Решение. В прямоугольной декартовой системе координат двукратный интеграл позволяет вычислять объем цилиндроида, тела, имеющего боковую цилиндрическую поверхность. Если область цилиндроида может быть определена системой неравенств

 

 

a x b,

 

 

 

y1 (x) y y2 (x),

 

 

z (x, y) z z

2

(x, y),

 

1

 

 

то объем тела V находится по формуле

27

b y2 (x)

V dx z2 (x, y) z1 (x, y) dy . a y1(x)

Для определения пределов интегрирования сделаем чертеж проекции тела на плоскость xOy. Проекция боковой цилиндрической поверхности образует границу области D.

y

y=x2 y=1-2x2

D

1 O

1

x

3 3

Рис. 2

Для переменной внешнего интегрирования x пределы определяются наибольшим и наименьшим значениями в области

D, т.е.

1

 

x

1

 

. Переменная внутреннего интегрирова-

 

 

 

 

 

 

 

 

3

3

 

ния y, являясь функцией переменной x, для каждого значения x

меняется от значения, задаваемого нижней кривой

y x2 , до

значения,

задаваемого верхней кривой.

Следовательно,

x2 y 1 2x2 . Поскольку цилиндроид

снизу

ограничен

плоскостью

z 1, а сверху поверхностью z

2 x2 , то пере-

менная z удовлетворяет двойному неравенству 1 z 2 x2 . Поэтому

 

 

 

 

 

1 2 x2

 

 

 

 

1 2 x2

 

1 3

 

 

 

1 3

 

V

 

 

 

dx

 

2 x2 1

dy

 

 

 

dx

 

(1 x2 )dy

 

1 3

 

x2

 

 

1 3

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28