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

Математика.Лабораторный практикум(часть1)

.pdf
Скачиваний:
61
Добавлен:
09.02.2015
Размер:
455.49 Кб
Скачать

 

 

5,1

3,7

4,6

 

8,3

 

 

 

 

 

106,4

 

 

 

 

 

5,8

2,5

6,4

 

2,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

 

 

 

 

 

 

 

96,50

 

 

 

F =

5,1

3,4

5,6

 

7,1

,

b =

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

107,62

 

 

 

 

 

4,2

7,4

8,6

5,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

142,19

 

 

 

 

 

3

1

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

7

3

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 1

2

 

 

1) A=

2

8

;

 

 

2) B=

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

6

2

 

 

 

 

4

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7,1

3,5

8,6

 

5,3

 

 

 

 

 

148,38

 

 

 

 

 

5,8

2,5

6,4

 

2,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

 

 

 

 

 

 

 

106,8

 

 

 

F =

5,1

3,4

5,6

 

7,1

,

b =

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

124,92

 

 

 

 

 

4,2

7,4

8,6

5,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

170,09

 

 

 

 

 

 

3

1

2

 

 

 

 

 

Вариант 23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

1

7

 

 

 

 

 

6

2

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

2 4 0

 

;

1) A=

3

1

2

 

2) B=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

3

 

 

 

 

 

9

3

6

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5,8

2,5

6,4

 

2,8

 

 

 

 

 

107,7

 

 

 

 

 

5,1

3,4

5,6

 

7,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

 

 

 

 

 

 

 

136,02

 

 

 

F =

4,2

7,4

8,6

5,7

,

b =

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

164,99

 

 

 

 

 

7,1

3,5

8,6

 

5,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

153,78

 

 

 

2x 5y +6z =8;

3)x +7 y 5z = −9;4x + 2y z = −12.

=5;

3)2x 5y +5z = 4;2x y + z = −4.3x 9 y +8z

Вариант 24

 

 

2

1

4

 

 

 

 

 

7 6

3

 

 

2x +3y + z = 4;

 

 

2

2

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

0 1 2

 

;

3)

 

1) A=

3

1

2

 

2) B=

 

4x y +5z = 6;

 

 

 

 

 

 

 

 

1 4 5

 

 

 

 

 

 

4

4

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 y + 4z = 9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5,1

3,4

5,6

 

7,1

 

 

 

154,32

 

 

 

 

 

 

 

5,8

2,5

6,4

 

2,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

 

 

 

 

 

123,3

 

 

 

 

 

F =

 

4,2

7,4

8,6

 

5,7

,

b =

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

187,89

 

 

 

 

 

 

 

7,1

3,5

8,6

 

5,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

176,28

 

 

 

 

 

11

Вариант 25

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

6

9

 

1

 

 

 

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

0

2

 

;

1) A=

 

 

 

 

2) B= 4

 

 

 

5

1

 

 

 

 

 

 

1

5

 

3

 

 

 

 

4

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5,1

3,4

 

5,6

7,1

 

 

 

123,25

 

 

 

 

 

5,8

2,5

 

6,4

2,8

 

 

 

 

87,82

 

 

 

 

4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F =

7,1

3,5

 

8,6

5,3

,

b =

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

129,02

 

 

 

 

 

 

4,2

7,4

8,6

5,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

142,37

 

 

 

3x + y +3z = −8;

3)2 y z = −1;2x y +3z = 0.

Пример выполнения работы 1

 

2

3

4

 

 

 

 

0

 

1 3

 

 

3x + y +3z =10;

 

4

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

1 7

 

3)

 

1) A=

2

2

4

; 2) B=

 

 

 

 

2 y z = −4;

 

 

 

 

 

4

1 5

 

 

 

 

4

6

8

 

 

 

 

 

 

2x y +3z = 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,2 1,4 3,6 0,8

 

 

 

 

 

 

 

63,68

 

 

 

 

 

2,3 1,5 2,4 1,3

 

 

 

 

 

 

 

52,50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) F =

3,6 2,9 4,2 5,3

 

,

b =

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

112,55

 

 

 

 

6,1 1,7 3,6 8,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

144,98

 

 

 

Загрузим пакет расширения linalg:

>with(linalg):

1.Введём матрицу А, применив функцию matrix и указав в качестве её параметров количество строк и столбцов матрицы, а также список элементов матрицы по строкам:

>A:=matrix(4,3,[2,-3,4,-4,1,0,2,2,-4,4,-6,8]);

 

2

3

4

 

 

 

 

 

 

A:= 4

1

0

 

 

2

2

 

 

 

4

 

4

6

8

 

Найдём ранг матрицы А с помощью функции rank:

> rank(A);

2

2.Введём матрицу В:

>B:=matrix(3,3,[0,1,3,2,-1,7,4,1,5]);

12

 

0 1

3

B:=

2

1

7

 

 

 

 

 

 

1

 

 

4

5

Вычислим определитель матрицы В, используя функцию det:

> det(B);

36

Для нахождения матрицы, обратной матрице B , воспользуемся функцией inverse:

> B1:=inverse(B);

 

1/ 3

1/18

5 /18

B1:=

 

1/ 2

1/ 3

1/ 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1/ 6

1/ 9

1/18

 

 

 

 

Проверим результат нахождения обратной матрицы. Умножим B на B1, применив функцию multiply:

> E1:= multiply(B,B1);

1 0 0

E1:= 0 1 0

0 0 1

3. Запишем систему, обозначив её идентификатором eqs1. Решим её, используя функцию solve. Параметрами функции будет система eqs1 и её неизвестные:

> eqs1:={-3*x+y+3*z=10,-2*y-z=-4,2*x-y+3*z=3};

eqs1 := {-3 x + y + 3 z = 10, -2 y - z = -4, 2 x - y + 3 z = 3}

> a1:=solve(eqs1,{x,y,z});

a1 := {y = 1, x = -1, z = 2}

Эту же систему решим матричным способом и сравним результаты. Решение задаётся формулой X = C1*b , где C1 – матрица, обратная матрице системы уравнений C, b – вектор свободных членов.

Введём матрицу системы уравнений C и вектор свободных членов b :

> C:=matrix(3,3,[-3,1,3,0,-2,-1,2,-1,3]);

3

1

3

 

C:=

0

2

1

 

 

 

 

 

 

2

1

3

 

 

 

> b:=matrix(3,1,[10,-4,3]);

13

10

b:= 43

Найдём матрицу C1, обратную матрицу к C:

> C1:=inverse(C);

 

7 / 31 6 / 31

5 / 31

C1:=

2 / 31

15 / 31

3 / 31

 

 

 

 

 

 

 

 

1/ 31

 

 

4 / 31

6 / 31

Решением данной системы уравнений будет вектор

 

:

X

> X:=multiply(C1,b);

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X:=

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Обозначим через x j объём выпущенной j-й продукции, j =1,K,4 . Неизвестные x j найдём из системы

3,2x1 + 1,4x2 +3,6 x3 + 0,8x4 = 63,68;

2,3x1 + 1,5x2 + 2,4x3 + 1,3x4 = 52,5;3,6x1 + 2,9x2 + 4,2x3 + 5,3x4 =112,55;

6,1x1 + 1,7x2 +3,6x3 +8,3x4 =144,98.

Введём матрицу системы F, вектор свободных членов b и вектор неизвестных x .

> F:=matrix(4,4,[3.2,1.4,3.6,0.8,2.3,1.5,2.4,1.3,3.6,2.9,4.2,5.3,6.1,1.7,3.6,8.3]);

3,2 1,4 3,6 0,8

F = 2,3 1,5 2,4 1,33,6 2,9 4,2 5,3

6,1 1,7 3,6 8,3

> b:=vector([63.68,52.5,112,55,144.98]);x:=vector([x1,x2,x3,x4]);

b := [ 63.68, 52.5, 112, 55, 144.98] x := [x1, x2, x3, x4 ]

Запишем исходную систему уравнений с помощью функции geneqns и обозначим её идентификатором s.

> s:=geneqns(F,x,b);

14

s := { 3.2 x1 + 1.4 x2 + 3.6 x3 + 0.8 x4 = 63.68, 2.3 x1 + 1.5 x2 + 2.4 x3 + 1.3 x4 = 52.5, 3.6 x1 + 2.9 x2 + 4.2 x3 + 5.3 x4 = 112.55, 6.1 x1 + 1.7 x2 + 3.6 x3 + 8.3 x4 = 144.98}

Решим систему s с помощью функции solve.

> solve(s,{x1,x2,x3,x4});

{x3=6.800000000, x1=8.100000000, x2=5.200000000, x4=7.500000000}

Ответ: Объём выпуска продукции составит: x1=8.1, x2=5.2, x3=6.8, x4=7.5.

Контрольные вопросы

1.Что называется матрицей размера m ×n ?

2.Какая матрица называется квадратной, нулевой, единичной?

3.Какие операции можно выполнять с матрицами? Свойства матричных операций.

4.Что понимают под элементарными преобразованиями матрицы?

5.Что называется определителем 2-го, 3-го порядков? Сформулируйте свойства определителей.

6.Что такое миноры матрицы? Что называется алгебраическим дополнением элементов квадратной матрицы?

7.Какая матрица называется невырожденной?

8.Дайте определение обратной матрицы. Всякая ли матрица имеет обратную?

9.Какие методы нахождения обратной матрицы Вы знаете?

10.Что называется рангом матрицы?

11.Какие методы вычисления ранга матрицы Вы знаете?

12.Что называется системой линейных алгебраических уравнений (СЛАУ)?

13.Что называется решением СЛАУ?

14.Какая СЛАУ называется совместной, несовместной? Сформулируйте теорему Кронекера-Капелли.

15.Какие методы решения СЛАУ Вы знаете? В чём они заключаются?

16.Сформулируйте теорему о числе решений СЛАУ.

17.Объясните, как составляется система уравнений в задании 4.

15

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ МАТЕМАТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Цель работы: научить студентов решать некоторые задачи математического анализа с использованием прикладных математических пакетов MAPLE.

Задания

1.Вычислить пределы функций.

2.Найти: а) производную функции;

б) вторую производную функции.

3.Вычислить: а) неопределённый интеграл; б) определённый интеграл.

4.Найти площадь фигуры, ограниченной линиями.

5.Найти объёмы тел вращения вокруг осей Ox и Oy фигуры, ограниченной линиями.

Варианты заданий

1. а) lim

6x4 2x

3 + 7x

;

4x4

5x +8

x→∞

 

2.а) y = (3x4 5x +1) cos3x ;

3.а) x(4 dx6 ln x);

4.y = 4 x2 , y = x2 2x.

6x5 2x3 + 9x 1. а) lim 3x5 5x2 +8 ;

x→∞

2. а) y = (3x3 +5x +1) arccos3x

Вариант 1

 

б) lim

xarctg3x

.

 

 

 

 

 

x0 4sin 2x2

 

б) y = ln(3x2 + 4).

 

3

dx

 

 

 

 

б)

.

 

 

6x 5

 

1

 

 

 

 

 

 

 

5. y = 2 x, y = 0, x = 0, x =1.

 

Вариант 2

 

б) lim

xarctg7x

.

 

 

 

x0 4sin 3x2

;

б) y = ln(3x4 + 4x 5).

16

3.а) x(2 +dx6 ln x);

4.y = 4 x2 , y = 0, x = 0, x =

6x5 2x3 + 9x 1. а) lim 3x4 5x2 + 7 ;

x→∞

2.а) y = (3x2 5x + 4) arcsin 5x

3.а) x(4 dxln2 x);

4.y = −x2 + 4x 1, y = −x 1.

1. а) lim

6x4 2x3 + 5x

;

4x4

5x +8

x→∞

 

2. а) y = ln(6x2 + 5x 4) ; 2x + 7

3

б) 1 7xdx+5.

1.5. y = x 1, y = 0, x =1, x =3.

Вариант 3

xarctg7x б) lim .

x0 1 cos10x

;б) y = e3x2 4x .

3

б) 2 7xdx5.

5. y =3sin x, y =sin x, x = 0, x = π.

Вариант 4

б) lim

4 x 2 .

x0

10x

б) y = e5x2 4x+3 .

π

3.а) x sin 3xdx ;

4.y = x2 6x +7, y = x +1.

1. а) lim

6x6 9x

3 + 5x

;

4x6

5x +8

x→∞

 

2. y = ln(6x2 +5x 1) ; 4x 3

б) 4 cos2x(1 + sin 2x)4 dx .

0

5. y = x 3, y = 0, x = 4, x = 5.

Вариант 5

б)

lim

9 x 3 .

 

x0

3x

б)

y = sin(3x2 ) .

17

3.x cos5xdx ;

4.y = −x2 +6x 5, y = x 5.

6x6 9x3 + 5 1. а) lim 7x6 5x +8 ;

x→∞

2.а) y = ln(6x +1) ; 4x3 3

3.а) arcsin1x42x dx ;

4.y = x2 6x +7, y = −x +7.

6x5 8x3 + 5 1. а) lim 7x6 5x +8 ;

x→∞

2.а) y = ln(e4x x) ;

3.а) x(4 +dxln2 x);

4.y = −x2 +6x 5, y = −x +1.

6x2 7x3 + 5 1. а) lim 7x4 3x +8 ;

x→∞

2.а) y =(1 + x)arctg x ;

3.а) cos(4x 7)dx ;

 

π

 

 

 

б)

4 cos2x(1 sin 2x)3 dx .

 

0

 

 

 

5.

y = x3,

y = x.

 

Вариант 6

4x2

14x + 6

 

б)

lim

.

 

x 3

 

x3

 

 

б)

y = cos(2x4 ) .

 

2

б) x ln xdx .

1

5. y = x + 4, y = 0, x =1, x = 2.

Вариант 7

б)

lim

5x2

4x 1

.

 

x 1

 

 

x1

 

 

б)

y = cos(5x2 ) .

 

 

2

 

 

 

 

б)

x ln2 xdx .

 

 

1

 

 

 

 

5. y = x3, y = x2.

Вариант 8

б) lim

x + 2 2 .

x0

sin 3x

б) y = arctgx2 .

1

б) x2e3xdx .

0

18

6x 7

1. а) lim 7x4 3x +8 ;

x→∞

2.а) y = ln tgx ;

3.а) xxdx2 +8;

4.y = −x2 6x 5, y = x +1.

1.

а)

lim

 

6x7 7x2

+ 5

;

 

7x4 3x

+8

 

 

x→∞

 

 

2.

а)

y = ln ctgx ;

 

 

3.

а)

 

xdx

 

 

 

;

 

 

x2 10

 

 

4.

y = x2 + 6x + 7, y = −x +1.

 

6x

7x2 + 5x4

1. а) lim

 

 

;

7x4

 

x→∞

3x +8

2.а) y = ln(x + x2 1) ;

3.а) xx3 2dx10;

4.y = −x2 6x 5, y = −x 5.

1. а) lim

6x 7x2 +8x

4

;

7x4 9x +1

 

x→∞

 

 

2.а) y = ln(x + x2 + 4) ;

3.а) xx5 4+dx14;

4.y = x2 4x +1, y = x +1.

Вариант 9

б)

lim

x +16 4 .

 

x0

sin 3x

б) y = e2x3 1.

 

1

 

б)

x e3xdx .

 

0

 

5.

y =

x +3, y = 0, x = 0, x =1.

Вариант 10

x +16 4 .

б)lim

 

x0

sin 5x

б)

y = e2x5 .

π

б) 2 (1 5x)sin xdx .

0

5. y = x, y = x.

Вариант 11

б) lim ln(1 7x) . x0 sin 5x

б) y = sin x2 .

π

б) 2 (1 + 2x)sin xdx .

0

5. y = x2 +1, y = x, x = 0, x =1.

Вариант 12

ln(1 + 4x) б) lim arcsin5x .

x0

б) y = cos x2 .

π

б) 2 2x sin xdx .

0

5. y = x3 , y = x.

19

6x3 7x2 +8x4 1. а) lim 7x4 9x2 + 7 ;

x→∞

2.а) y = ln(x + x2 +7) ;

3.а) x4dx ;

x5 5

4.y = 2x , x + y = 3 .

9x7 7x2 +1 1. а) lim 7x4 3x3 +8 ;

x→∞

2. а) y = ln4 ctgx ;

Вариант 13

б) lim

ln(1+ 4x)

.

 

 

x0

arctg5x

б)

y = e52x .

 

π

 

 

б)

2 x sin 2xdx .

 

0

 

 

5. y = 2x x2 , y = −x + 2.

Вариант 14

x +16 4 .

б)

lim

 

x0

sin 7x

б)

y = e3x5 .

π

3. а) xxdx2 9;

4. y = x2 x +3, y =5.

6x2 7x3 + 2 1. а) lim 9x4 3x +8 ;

x→∞

2.а) y =(1 + x3 )arctg x ;

3.а) cos(2x 7)dx ;

4. y = x2 x 2, y = x +1.

6x5 2x3 +9x 1. а) lim 8x5 5x2 +8 ;

x→∞

б)

2

(1 + 7x)sin xdx .

 

0

 

 

5.

y = x2 , y = x.

Вариант 15

x + 2 2 .

б)

lim

 

x0

sin8x

б)

y = arcctgx2 .

 

1

 

б) xe3x dx .

0

5. y = 4 x2 , y = x2 2x.

Вариант 16

xarctg2x б) lim 4sin x2 .

x0

2.

а) y =(3x3 5x + 7)arccos2x ;

б)

y = ln(3x5 +4x2 5).

3.

а) x(2 +dx3ln x);

б) 8xdx+1.

 

 

 

 

 

3

 

 

 

y = −x2 + 2x +3, y =1, x = 0, x = 2.

5.

1

 

 

4.

y =5cos x, y = cos x, x = 0, x = π 4.

20