- •Красноярск 2006
- •Предисловие
- •1. Неопределенный и определенный интегралы
- •1.1. Определение неопределенного интеграла. Методы интегрирования
- •Решение:
- •Применяя указанные формулы, получим
- •1.2.ОПРЕДЕЛЕННЫЙ ИНТЕГРАЛ И ЕГО ПРИЛОЖЕНИЯ
- •Понятие определенного интеграла
- •Свойства определенного интеграла
- •Формула Ньютона-Лейбница
- •Теорема. Если функция f(x) непрерывна на отрезке [a,b] и F(x) – какая-либо ее первообразная на этом отрезке, то имеет место следующая формула:
- •Метод замены переменной в определенных интегралах
- •Метод интегрирования по частям в определенных интегралах
- •Вычисление площадей плоских фигур
- •Параметрические функции
- •Вычисление длины дуги плоской кривой
- •Вычисление площади поверхности вращения
- •Объем тела вращения
- •1.3 Несобственные интегралы
- •2.3 Задания на контрольную работу
- •3.1.Общая методология интегралов
- •3.2. Двойной интеграл
- •Правила вычисления двойного интеграла в полярной системе координат
- •3.3. Тройной интеграл
- •3. 4. Криволинейные интегралы
- •3.5. Поверхностные интегралы
- •7. Элементы теории поля
- •Понятие функции комплексного переменного
- •Предел и непрерывность функции комплексного переменного
- •Производная ФКП. Условия Коши-Римана
- •Интегрирование ФКП
- •Ряд Лорана
- •Особые точки
- •Вычеты
- •Преобразование Лапласа
- •4.2.Решение типовых примеров и задач
- •4.3.Задания на контрольную работу
- •5.1.1.Классификация линейных дифференциальных уравнений в частных производных второго порядка
- •5.1.2.Начальные и краевые условия
- •5.1.3.Уравнение колебаний струны
- •5.1.4.Уравнение теплопроводности
- •5.1.5.Уравнение Лапласа
- •5.2. Решение типовых примеров и задач
- •5.3. Задания на контрольную работу
- •10. Ряды
- •Задание 2. Найти область сходимости рядов:
- •Практикум по математике
- •4.1.Краткие сведения из теории
- •Комплексные числа
По найденным изображениям найдем оригиналы, используя вычеты (подробно способ нахождения оригинала рассмотрен в предыдущем примере):
|
|
( p −3) |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
p −3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
X = − |
¤ |
|
∑Res(F( p) ept ; pk ) = limp→0 − |
|
|
ept p + |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
p(p − 2) |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
p( p − 2) |
|
k =1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
p −3 |
|
|
|
|
|
|
|
pt |
|
|
|
|
|
3)e |
pt |
|
|
|||||||
+lim |
|
− |
|
|
ept ( p − 2) |
= lim −( p −3)e |
|
|
|
+ lim |
−( p − |
|
|
= |
||||||||||||||
|
p(p − 2) |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
p→2 |
|
|
|
|
|
|
p→0 |
(p − 2) |
|
p→2 |
|
p |
|
|
|
|
|
|||||||||||
= − 3 |
+ 1 e2t = x(t); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
ept p + |
|
|
|
|||||
Y |
= |
|
|
|
|
|
¤ ∑Res(F( p) ept ; pk ) = limp→0 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
p( p − 2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
k =1 |
|
|
|
|
p(p − 2) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
+lim |
|
1 |
|
|
ept ( p − 2) |
= lim |
ept |
|
+ lim ept |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
p→2 p(p − 2) |
|
|
p→0 |
p − 2 p→2 |
p |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
= − |
1 + |
1 e2t = y(t). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x(t) = − |
3 |
+ |
1 e2t |
||||||
Решение системы дифференциальных уравнений: |
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
e |
2t |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y(t) = − |
2 |
2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
;
;
.
4.3.Задания на контрольную работу
Задание1. Найти z |
+ z |
, z |
z |
, |
z1 |
, z 5 |
, если: |
||
z2 |
|||||||||
|
1 |
2 |
1 |
2 |
|
1 |
|
||
1.1. z1 =1 + i; z2 = i − 2 ; |
|
|
|
|
|
1.2. z1 = −1 + i; z2 = 7i + 5 ; |
|||
1.3. z1 |
= −2 + 2i; z2 = 5 −3i ; |
|
|
|
|
1.4. z1 = −1 −i; z2 = 8 + 2i ; |
|||
1.5. z1 |
= 2 − 2i; z2 = 4 −3i ; |
|
|
|
|
1.6. z1 = 3 + 3i; z2 = 4 −5i ; |
|||
1.7. z1 |
= −2 − 2i; z2 = 3i −1; |
|
|
|
|
1.8. z1 = 3 −3i; z2 = 3 −i ; |
|||
1.9. z1 |
=1 −i; z2 = 3 − 4i ; |
|
|
|
|
|
1.10. z1 = −3 + 3i; z2 = i −3 . |
203
Задание2. Исследовать на дифференцируемость функцию f (z) и най-
ти её производную f ′(z) :
2.1. f (z) = (2z − 2i)2
2.3.f (z) = (3z + 2)2
2.5.f (z) = (z +1)3
2.7.f (z) = (3z −i)3
2.9. f (z) = (z +i)3
Задание3. Вычислить интегралы:
3.1. а) |
|
|
∫ |
|
|
|
dz |
|
, |
|
|
|||||
z |
|
|
|
z(z2 +1) |
|
|
||||||||||
|
=1/ 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
б) |
|
|
∫ |
|
cos z2 −1 |
dz ; |
||||||||||
|
|
|
|
|
z3 |
|
||||||||||
|
|
z |
=1 |
|
|
|
dz |
|
|
|
|
|||||
3.3. а) |
|
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
, |
|
|||||
|
|
|
|
|
z(z2 + 4) |
|
||||||||||
|
z−i |
=3/ 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
б) |
|
∫ |
|
z −sin z |
dz ; |
|
||||||||||
|
|
|
2z4 |
|
|
|||||||||||
|
z |
=2 |
|
|
|
ez dz |
|
|
|
|
|
|
||||
3.5. а) |
|
|
|
∫ |
|
|
, |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
sin z |
|
|
|
|
|||||||
|
z−3 |
=1/ 2 |
|
|
|
2 + 4z3 |
||||||||||
б) |
|
|
∫ |
|
|
1 − 2z + 3z |
||||||||||
z |
|
|
|
|
|
|
2z2 |
|
dz ; |
|||||||
|
=1/ 3 |
z ez |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
3.7. а) |
|
|
∫ |
|
|
dz , |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
sin z |
|
|
|
|||||||||
|
z−1 |
=3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
б) |
∫ |
3z4 − 2z3 + 5 |
dz ; |
|||||||||||||
|
|
|
z3 |
|
|
|
||||||||||
|
z |
=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.2.f (z) = 3z e2 z
2.4.f (z) = (z +1) e−z
2.6.f (z) = (2z + i) e3z
2.8. f (z) = (z −i) eiz
2.10. f (z) = (2z +1) e−z
3.2. а) |
|
|
|
|
|
∫ |
|
|
|
2dz |
|
|
, |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
z2 (z − 1) |
|
|
||||||||||||
|
|
z−1−i |
=5 / 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
б) |
|
|
|
|
∫ |
|
|
sin z3 |
dz ; |
|
|
||||||||||
|
1 − cos z |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
z |
=2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
3.4. а) |
|
|
∫ |
|
2 + sin z |
dz , |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
z(z + 2i) |
|
|
||||||||||||||||
|
|
z |
=1 |
|
2 − z2 + 3z3 |
|
|
||||||||||||||
б) |
|
|
|
|
∫ |
dz ; |
|||||||||||||||
|
z |
|
|
4z3 |
|
|
|||||||||||||||
|
|
=1/ 2 |
|
z(sin z + 2) |
|
||||||||||||||||
3.6. а) |
|
|
|
|
|
∫ |
|
dz , |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
sin z |
|
||||||||||||
|
|
z−3 / 2 |
=2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
б) |
|
∫ |
z3 |
−3z2 +1 |
dz ; |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2z4 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
z |
=1 |
∫ |
|
|
z(z +1)2 |
|
|
|||||||||||||
3.8. а) |
|
|
|
|
|
|
|
dz , |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π |
z |
||||||||||
|
|
z−1/ 4 |
|
|
|
sin 2 |
|
|
|||||||||||||
|
|
=1/ 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
б) |
|
|
|
|
∫ |
e2 z2 −1 |
dz ; |
|
|
||||||||||||
|
z |
|
|
z3 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
=1/ 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
204
|
|
|
|
|
|
∫ |
iz(z −i) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.10. а) ∫ |
sin3z + 2 |
||||||||||||||||||||||
3.9. а) |
|
|
|
|
|
sinπ z |
dz , |
|
|
|
|
|
|
z2 (z −π) dz , |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
z−1/ 2 |
=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z−3 |
=1 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
б) ∫ |
3 − 2z + 4z |
4 |
|
|
dz ; |
|
|
|
|
|
|
б) ∫ |
e1/ z +1 |
dz . |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
z3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
z |
=1/ 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
=3 |
|
|
|
|
|
|
||||||
Задание4. Найти оригинал по данному изображению |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4.1. |
|
|
|
|
|
|
2 p |
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.2. |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|||||
|
( p2 + 4 p +8)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p( p2 +1)2 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
4.3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
p +5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
4.4. |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
; |
|
||||||||||||
|
( p +1)( p2 − 2 p +5) |
|
|
|
|
|
p3 + p2 + p |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4.5. |
|
|
|
|
|
|
|
3 p + 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
4.6. |
|
1 |
|
|
|
|
; |
|
|
|
||||||||||||
( p +1)( p2 + 4 p +5) |
|
|
|
|
|
p( p3 +1) |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4.7. |
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.8. |
|
1 |
|
|
|
|
|
; |
|
|||||||
( p2 +1)( p2 − 2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p3 ( p2 − 4) |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
4.9. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
4.10. |
1 |
|
|
. |
|
|
|
||||||||||||
( p + 2)( p2 − 2 p + 2) |
|
|
|
|
|
p3 −1 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Задание5. Операционным методом решить задачу Коши: |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5.1. а) |
y |
′′ |
− |
2 y |
′ |
+ y |
|
|
|
t |
(1 + t |
2 |
), |
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
= e |
|
|
y(0) = y (0) = 0 , |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
б) x& = 3y + 2, |
|
|
x(0) = −1, y(0) =1; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y = x + 2 y, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
5.2. а) |
y |
′′ |
+ |
4 y |
′ |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
e |
2t |
, |
|
|
|
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
+ 4 y = t |
|
|
|
y(0) =1, y (0) = 2 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
б) |
x& = x + 4 y +1, |
|
|
|
|
|
x(0) |
= 0, y(0) =1; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y = 2x + 3y, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
5.3. а) |
y |
′′ |
+ |
2 y |
′ |
+ y |
= e |
−t |
(1 |
+ t |
2 |
), |
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
y(0) = y (0) = 0, |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
б) x& = 4x + 3, |
|
|
x(0) = −1, y(0) = 0 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y = x + 2 y, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
5.4. а) |
y |
′′ |
+ y |
′ |
− 2 y |
= e |
−t |
, |
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
y(0) = −1, y (0) = 0, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
205
б) x& = 3y + 2, |
|
|
|
x(0) = −1, y(0) =1; |
|
|||||||||||||
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y = x + 2 y, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
5.5. а) |
y |
′′ |
+ y |
′ |
− 2 y |
= −2(t +1), |
′ |
=1, |
||||||||||
|
|
y(0) =1, y (0) |
||||||||||||||||
б) x& = x + 3y + 3, |
|
x(0) = 0, y(0) =1; |
|
|||||||||||||||
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y = x − y +1, |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
5.6. а) |
y |
′′ |
− 2 y |
′ |
|
t |
(t |
2 |
|
+t |
−3), |
′ |
= 2 , |
|||||
|
|
= e |
|
|
y(0) = 2, y (0) |
|||||||||||||
б) x& = −x + 3y + 2, |
x(0) = 0, y(0) =1; |
|
||||||||||||||||
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y = x + y +1, |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
5.7. а) |
y |
′′ |
+ y |
′ |
+ y = 7e |
2t |
, |
|
′ |
|
||||||||
|
|
|
y(0) =1, y (0) = 4 , |
|
||||||||||||||
б) x& = 2x + 5y, |
|
|
|
|
x(0) =1, y(0) =1; |
|
||||||||||||
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y = x − 2 y + 2, |
|
|
|
|
|||||||||||||
5.8. а) |
y |
′′ |
+ y |
′ |
− 2 y |
= −2(t +1), |
′ |
=1, |
||||||||||
|
|
y(0) =1, y (0) |
||||||||||||||||
б) x& = −2x + 5y +1, |
x(0) = 0, y(0) = 2; |
|
||||||||||||||||
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y = x + 2 y +1, |
|
|
|
|
|||||||||||||
5.9. а) |
y |
′′ |
+ y = 6e |
−t |
, |
|
|
|
|
|
′ |
|
||||||
|
|
|
|
|
y(0) = 3, y (0) =1, |
|
||||||||||||
б) |
x& = x + 3y + 2, |
|
x(0) = −1, y(0) = 2 ; |
|
||||||||||||||
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y = x − y +1, |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
5.10. а) y |
′′ |
− y |
′ |
= t |
2 |
, |
|
|
|
|
|
′ |
|
|||||
|
|
|
|
|
y(0) = 0, y (0) =1, |
|
||||||||||||
б) x& = −x + 3y +1, |
x(0) =1, y(0) = 2 . |
|
||||||||||||||||
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y = x + y,
206