- •Раздел 2. Применение определенного интеграла в геометрических и физических задачах.
- •§. Вычисление площадей плоских фигур.
- •§. Вычисление длин дуг плоских кривых.
- •1). .
- •§. Криволинейные интегралы I-го рода.
- •Вычисление объёмов.
- •§. Вычисление моментов и координат центра масс.
- •§. Теоремы Гульдина.
- •Раздел 3. Несобственные интегралы. §. ОпределениЯ
- •§. Основные свойства несобственного интеграла.
- •§. Критерий Коши сходимости несобственного интеграла.
- •§. Абсолютная сходимость.
- •§. ПризнакИ сравнения сходимости интегралов от знакопостоянных функций. Мажорантный признак.
- •§. Условная сходимость.
- •§. ПризнакИ Абеля и Дирихле (для функций вида ).
- •§. Поведение функции, стоящей под знаком сходящегося интеграла, на бесконечности.
- •§. Интегралы Фрулани.
- •§. Главное значение интеграла по Коши.
- •Раздел 4. Численное интегрирование §. Формулы прямоугольников, трапеций и парабол (Симпсона)
- •§. Остаточный член формулы прямоугольников.
- •§. Остаточные члены формул трапеций и парабол.
- •§. Пример применения.
- •Раздел 5. Ряды. §. Определения.
- •§. Критерий Коши сходимости ряда.
- •§. Абсолютная сходимость.
- •§. Признаки сходимости знакопостоянных рядов.
- •§. Интегральный признак Коши – Маклорена.
- •§. Признак Коши сходимости знакопостоянных рядов.
- •§. Признак дАламбера и его предельная форма.
- •§. Примеры
- •§. Признак РаАбе.
- •§. Признак Куммера.
- •§. Признаки сходимости знакопеременных рядов. А). Признак Лейбница для знакопеременных рядов.
- •Б). Признаки Абеля и Дирихле.
- •§. Несколько замечаний о перестановочности членов сходящихся – расходящихся рядов.
- •§. Функциональные ряды.
§. Остаточный член формулы прямоугольников.
Вернемся, к промежутку x[–, ]. На этом промежутке, рассмотрим функцию . Функция (), обладает свойствами:
1) (– ) = – (); 2) () = f(–) + f().
Теперь вспомним: .
Разность () – S1 это и есть, по сути, ошибка, допущенная при вычислении интеграла. Разложим () в ряд Тейлора в окрестности = 0 с остаточным членом в интегральной форме: .
Тогда:
.
В последнем переходе мы учли, что – нечетная функция и, следовательно (0) = = (0) = 0. А теперь воспользуемся теоремой о среднем и свойством 2) функции ():
.
Здесь . Кроме того, использован факт, что, взвешенное среднее находится между наибольшим и наименьшим bi. Далее, мы предположили, что f () – непрерывная функция, хотя то же самое можно получить и при более скромных предположениях.
Оценивая ошибку на [a, b], просуммируем ошибки по всем подпромежуткам и еще раз используем теорему о взвешенных средних:
.
В итоге оценка сверху (а именно такая оценка нас и интересует) для остаточного члена формулы прямоугольников имеет вид:
.
§. Остаточные члены формул трапеций и парабол.
Без доказательства приведем оценки сверху остаточных членов формул трапеций и парабол:;.
§. Пример применения.
Вычислить , с точностью до 10–6.
С целью применения формулы Симпсона находим производные до четвертой включительно:
.
Чтобы исследовать поведение y(4), найдем y(5):
; ;
(при этом x2 0,96; x3 2,02).
И можно построить эскиз графика функции y(4)(x):
В свете выше сказанного, целесообразно, вычисляемый интеграл представить как сумму трех интегралов:.
*) Для x[1; 2] .
На интеграл выделим 0,7 разрешенной ошибки, ибо здесь труднее всего достигнуть необходимой точности. Оценивая остаточный член формулы Симпсона, получаем:
.
Отсюда n 8.
При вычислении I2 по формуле Симпсона надо взять n = 8.
*) Для x[2; 3] .
На интеграл выделим 0,2 разрешенной ошибки. Из условия
,
получим n 6.
При вычислении I3 по формуле Симпсона надо взять n = 6.
*) Для x[0; 1] .
Это довольно большая величина, что делает применение формулы Симпсона нецелесообразным. Вместо этого воспользуемся разложением в ряд Маклорена:
.
В этом разложении, вследствие знакопеременности ряда имеем:
.
Интегрирование разложения на [0; 1] дает: ,
а ошибка оценивается следующим образом:
.
Т.е. .
На интеграл осталось 0,1 допустимой ошибки
и отсюда n 9.
При вычислении I1 с помощью разложения подынтегральной функции в ряд Маклорена достаточно взять n = 9.
Следует подумать и о том, с какой точностью вычисляются значения подынтегральной функции в точках разбиения для формулы Симпсона. Казалось бы, что, коль скоро, таких точек разбиения много, а каждые 10 слагаемых это один знак точности, то подынтегральную функцию надо вычислять со значительно большей точностью. Однако это не так, ибо в формуле Симпсона есть и деление на n, и, по сути, в точках разбиения достаточно вычислить с точностью в два раза большей, нежели вычисляемый интеграл.
Раздел 5. Ряды. §. Определения.
Def: Конструкция вида называется рядом.
–элементы (слагаемые) ряда.... – общий член ряда.
Определим: ; ; ; . Величины называются частичными (частными) суммами ряда.
Ряд называется сходящимся, если сходится последовательность его частных сумм, т.е. существует и конечен . При этом называется суммой ряда. В противном случае ряд называется расходящимся.
Таким образом, чтобы ответить на вопрос о сходимости ряда достаточно ответить на вопрос о сходимости последовательности и наоборот: если есть последовательность , то для ее сходимости достаточно исследовать сходимость ряда , для которого частичными суммами являются элементы последовательности .