- •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
2.3 Задания на контрольную работу
Задание 1. Найти общее решение дифференциального уравнения
1.а) xy′+ y = 0.
2.а) x dydx − 3y = 0.
3. |
а) |
x3 y′+ 6 y = 0. |
4. |
а) |
xy′ = 2 y. |
5.а) sin y dydx = 3.
6.а) (1 + x) y′ + y = 0.
7. |
а) |
(1 + x 2 ) y′ = (1 + y 2 ). |
|
|||
8. |
а) |
1 − x |
2 |
dy |
+ 2 1 − y 2 |
= 0. |
|
dx |
|||||
|
|
|
|
|
|
9.а) x3 y′ = 8y3 .
10.а) (3 + y) y′ + 3x = 0.
Задание 2. Найти решение
б)
б)
б)
б)
б)
б)
б)
б)
б)
б)
x |
|
|
y |
|
|||
|
y′+ |
3 |
|
|
|
= 0. |
|
y |
ln x |
|
|||||
cos2 xy′ = tgx. |
|
||||||
x ln yy′ + 2 y ln x = 0. |
|
||||||
|
8x |
y′ + tgy = 0. |
|
||||
sin 2 y |
|
||||||
1 − x |
2 |
dy |
+ 2 1 − y 2 |
= 0. |
|||
|
|||||||
|
|
|
|
dx |
|
(1 + x 2 )3 y′+ yx = 0. (1 + cos x) y′ = 6 y sin x.
cosxdy2 y + ctgy = 0.
tgydy + cos2 y = 0. cos xdx
x ln xy′ + y ln y = 0.
дифференциального уравнения,
удовлетворяющее начальным условиям.
1. |
a |
x 2 y′ = x 2 |
+ y 2 + xy , |
y(1) =1 |
, |
б |
y′ + |
2 y |
= |
|
e−x2 |
, |
y(0) =1. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
x |
|
|
||||||||||||
2. |
a |
xy′ = y(ln x − ln y) , |
y(0) =1, |
б |
y′ + |
|
3y |
= |
|
e2 x2 |
, |
y(0) = −1. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
x |
|
|
|||||||||
3. |
a |
(6xy + x 2 + 3) y′+ y 2 + 2xy = 0 , |
б |
y′ + |
|
6 y |
= |
|
e3x2 |
, |
y(0) = 2 . |
|||||||||||||
|
y(0) = 2 , |
|
|
|
|
|
x |
|
|
x |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4. |
a |
x 2 y′ = x 2 |
+ y 2 + xy , |
y(1) =1 |
, |
б |
7 y′ + |
|
6 y |
= 6 |
e−x2 |
|
, y(0) = 3 . |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
x |
|
49
5. |
a |
(x |
|
− xy) y |
′ |
= −y |
|
, y(−1) =1, |
б |
y x + y = −x , |
|
y(−1) =1. |
||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
′ |
|
|
|
|
|
|
6. |
a |
(x |
|
+ y |
|
)dx = 2xydy , y(1) = 3 , |
б |
3y x + y = 3x |
|
, |
y(1) = 3 . |
|||||||||||
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
2 |
|
|
|
|
7. |
a |
(x |
|
− 2 y |
|
)dx = −2xydy , |
y(−1) =1, |
б |
5y x + 6 y = −x |
|
, y(1) =1. |
|||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
3 |
|
|
8. |
a |
2xy + ( y |
|
− 2x |
|
)dy = 0 , |
y(0) = −1, |
б |
7 y x + 3y = 5x , |
y(1) =1. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
′ |
|
|
|
|
|
9. |
a |
(x 2 − xy + y 2 )dx + (xy − 2x2 )dy = 0 , |
б |
x2 y′ = y + x , y(−1) = 3 . |
||||||||||||||||||
|
y(1) = 0 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10. |
a |
x 2 y′ = 4x 2 |
+ y 2 |
|
+ 4xy , |
y(0) =1, |
б |
x2 y′ = 5y − x , |
|
y(1) = 2 . |
||||||||||||
|
Задание 3. Найти общее решение дифференциального уравнения |
|||||||||||||||||||||
|
1. |
y′′ + 2x(y′)2 = 5 |
|
|
|
6. |
y′′ln x = y′ |
|
|
|
||||||||||||
|
2. |
tgxy′′ = 2 y′ |
|
|
|
|
|
|
|
7. |
tgxy′′ − y′ + |
1 |
= 0 |
|||||||||
|
3. |
xy′′ + 2 y′ = 0 |
|
|
|
|
|
sin x |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
8. |
x3 y′′+ x 2 y′ = 5 |
|||||||||||||||
|
4. |
xy′′ + y′ + x = 0 |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
9. |
(1 + x 2 ) y′′ + 2xy′ = x |
||||||||||||||||
|
5. |
y th7x = 7 y |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
′′ |
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
|
|
|
10. |
xy′′ + y′ = 2x + 5 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание 4. Найти частное решение дифференциального уравнения, удовлетворяющее начальным условиям
1.
a) |
y |
′′ |
+ 2 y |
′ |
−15y = −48e |
−x |
, y(0) = |
′ |
= 8 |
|
||||||||
|
|
|
4 , y (0) |
|
||||||||||||||
b) |
y |
′′ |
+ 4 y = 4x |
2 |
+ 2 , |
|
|
|
′ |
|
|
|
|
|||||
|
|
y(0) =1, y (0) = −2 |
|
|
|
|||||||||||||
c) |
y |
′′ |
− 2 y |
′ |
+ 2 y = −2e |
x |
sin x , y(0) |
′ |
|
= 2 |
|
|||||||
|
|
|
=1, y (0) |
|
||||||||||||||
2. |
y |
|
+ 4 y = −15 cos 2x , |
y(0) = 7 , |
y (0) = 4 |
|
|
|||||||||||
a) |
′′ |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
|
|
b) |
y |
′′ |
− 6 y |
′ |
+10 y =10x |
2 |
− 2x +1, y(0) =1,5 , |
′ |
= 3 |
|||||||||
|
|
|
y (0) |
|||||||||||||||
c) |
y |
′′ |
− 4 y |
′ |
+ 4 y = 4e |
2 x |
, |
y(0) =1, |
′ |
|
|
|
||||||
|
|
|
y (0) =1 |
|
|
|
||||||||||||
3. |
y |
|
− y |
|
+ 20 y = −2 sin x + cos x , |
y(0) = 3 , |
y (0) = 8 |
|||||||||||
a) |
′′ |
′ |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
50
b) |
y |
′′ |
− 4 y |
′ |
+13y =10x +5 , |
y(0) = 2 |
, y (0) = 3 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|||
c) |
y |
′′ |
− y = 2e |
x |
, y(0) = 2 , |
′ |
|
|
|||
|
|
y (0) =1 |
|
|
|||||||
4. |
y |
|
+ 2 y |
|
− 3y = −21sin 2x +12 cos 2x , y(0) = −1 |
, y (0) =13 |
|||||
a) |
′′ |
′ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
b)y′′+ 2 y′+ 26 y = 26x 2 + 30x + 4 , y(0) = 0 , y′(0) = 6
c) |
y |
′′ |
− 2 y |
′ |
+ y = 2e |
x |
, |
|
y(0) =1 |
|
′ |
= 3 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
, y (0) |
|
|
|||||||||||||||||
5. |
y |
|
+ 4 y |
|
+ 3y =12 cos 3x − 6 sin 3x , |
y(0) = −7 , |
y (0) = 8 |
||||||||||||||||
a) |
′′ |
′ |
|||||||||||||||||||||
b) |
|
|
|
|
+ 5y = 5x + 29 , y(0) = 6 , |
|
|
|
′ |
||||||||||||||
y |
′′ |
+ 4 y |
′ |
y (0) = −1 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
|||
c) |
y |
′′ |
−3y |
′ |
+ 2 y = −e |
x |
, |
|
|
y(0) = |
2 , |
′ |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
y (0) = 4 |
|
|
||||||||||||||||
6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a) |
y |
′′ |
− y = |
15e |
2 x |
+ x |
, |
|
y(0) = 5 |
|
′ |
= 8 |
|
|
|||||||||
|
|
|
, y (0) |
|
|
||||||||||||||||||
b) |
y |
′′ |
+ 2 y |
′ |
+ 2 y = −2 sin 2x + 4 cos 2x , |
y(0) =1, |
y (0) =1 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
||
c) |
y |
′′ |
− 2 y |
′ |
+ 5y = −4e |
x |
|
sin x |
, y(0) = 0 , |
′ |
= 3 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
y (0) |
|
||||||||||||||||||
7. |
y |
|
+ 2 y |
|
+ 2 y = −2(cos x + sin x) , y(0) = 0 , |
y (0) =1 |
|||||||||||||||||
a) |
′′ |
′ |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
||
b) |
y |
′′ |
+6 y |
′ |
+10 y =17e |
x |
|
+5x |
, y(0) = 2 , |
′ |
= 0 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
y (0) |
|
|||||||||||||||||
c) |
y |
′′ |
+ 2 y |
′ |
+ 26 y =10e |
−x |
cos 5x , |
|
|
′ |
= 5 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
y(0) = 0 , y (0) |
||||||||||||||||||
8. |
y |
|
+ y |
|
=18 cos 2x , |
y(0) = 5 |
, y (0) = 5 |
|
|
||||||||||||||
a) |
′′ |
′ |
|
|
|||||||||||||||||||
b) |
|
|
|
|
+ 5 y =10x + 33 , |
|
|
′ |
|
|
|
|
|||||||||||
y |
′′ |
+ 4 y |
′ |
y(0) = 6 , |
y (0) = 0 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
||
c) |
y |
′′ |
+ 2 y |
′ |
+ y = −5e |
−x |
, |
|
y(0) =1, |
′ |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
y (0) = −2 |
|
|
||||||||||||||||
9. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a) |
y |
′′ |
+ 2 y |
′ |
+ y = −9x |
2 |
, |
|
|
y(0) = |
1, |
′ |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
y (0) =10 |
|
|
||||||||||||||||
b) |
y |
′′ |
+ y = −2 cos x , |
|
y ( π |
/ |
2 ) |
= |
− 1 , |
y (π / 2) = 0 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
c) |
y |
′′ |
+ 4 y |
′ |
+ 4 y = 2e |
−2 x |
|
|
|
|
|
′ |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
, y(0) =1, y (0) = −4 |
|
|
51
10.
a) |
y |
′′ |
+ y |
′ |
− 2 y = −6x , |
y(0) = −3 , |
y (0) =6 |
|
||
b) |
|
|
|
+ 5y = 2 sin x − 4 cos x , |
′ |
, y (0) = 2 |
||||
y |
′′ |
− 2 y |
′ |
y(0) =1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
||
c) |
y |
′′ |
+ 2 y |
′ |
+ y = −10e |
−x |
, y(0) = 2 |
′ |
|
|
|
|
|
, y (0) =1 |
Задание 5. Решить систему дифференциальных уравнений
1.x′ = 5x + 3yy′ = 2x − y
2.x′ = −yy′ = 3x + y
3.x′ = −3x − yy′ = x − y
4.x′ = yy′ = 2x − y
5.x′ = 2x + 3yy′ = 2x − y
6.x′ = 5x + 3yy′ = 2x − 2 y
x′ =15x + 9 y
7.y′ = 2x − y
8.x′ = 5x + 3yy′ = 4x − 2 y
x′ = −10x − 6 y
9.y′ = −4x + 2 y
10.x′ = 5x + 3yy′ = 6x −3y
Задание 6.
1.Определить и построить кривую, проходящую через точку А(-2;4),если отрезок MN любой касательной к ней, заключенной между осями координат, делится точкой касания P пополам.
2.Определить в зависимости от времени координаты точки, движущейся по прямой, если на нее действует сила в направлении движения, пропорциональная времени, с коэффициентом k1=3г*см/с3.
3.Найти скорость движения точки, если известно, что ее ускорение пропорционально кубу скорости с коэффициентом k=-5 и в начальный момент времени ее скорость равна нулю.
4.Определить зависимость угла поворота маховика, задерживаемого тормозом, от времени, если известно, скорость вращения
52
маховика прямо пропорциональна времени с коэффициентом k=-0.6, и в начальный момент времени угол равен нулю.
5.Найти кривую, касательные к которой образуют с осями координат треугольник постоянной площади, равной 32 кв.ед.
6.Известно, что скорость уменьшения массы вещества, при радиоактивном распаде, пропорциональна его количеству с коэффициентом k=5, найти закон изменение массы вещества от времени, если известно, что в начальный момент масса вещества составляла 300 г.
7.Пусть, население страны возрастает на 2% в год. Найти закон численности населения от времени, если зависимость численности населения страны прямо пропорционально росту населения
8.Моторная лодка движется со скоростью 30 км/ч. Какова скорость лодки через три минуты, после выключения мотора, если лодка движется против течения реки, со скоростью 2 км/ч?.
9.Найти кривую, касательные к которой отсекают на осях координат отрезки, сумма которых равна 6.
10.В течении какого времени тело, нагретое до температуры 2000, охладится до 750 при температуре окружающей среды 350, если до 1500 оно охладилось за 7 минут? (По закону Ньютона скорость охлаждения пропорциональна разности температур.)
53