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

книги из ГПНТБ / Зайцев И.Л. Элементы высшей математики для техникумов учебник

.pdf
Скачиваний:
83
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
16.43 Mб
Скачать

gr f

fi*,:

И. А. З А Й Ц Е В

лѳменты

высшей

математики

Д Л Я Т Е Х Н И К У М О В

И. Л. ЗАЙЦЕВ

ЭЛЕМЕНТЫ ВЫ СШ ЕЙ

М АТЕМ АТИКИ

ДЛЯ ТЕХНИКУМОВ

Под редакцией А. М. ПЫ Ш КАЛО

ИЗДАНИЕ ТРИНАДЦАТОЕ, СТЕРЕОТИ П Н ОЕ

Допущено Министерством еысшего и среднего специального образования С С С Р

в качестве учебника для средних специальных учебных заведений

И ЗДАТЕЛ ЬСТВО «НАУКА»

ГЛ А ВН АЯ РЕД АКЦ И Я Ф ИЗИКО-М АТЕМ АТИЧЕСКОЙ Л И ТЕРА ТУРЫ

М О С К В А ' 1 9 7 4

517

317 УД К 510(075.3)

Иван Лазаревич Зайцев

ЭЛЕМ ЕНТЫ ВЫ СШ ЕЙ МАТЕМАТИКИ ДЛЯ ТЕХН И КУМ О В

М ., 1974 г. 4 16 стр. с нлл

Редактор Ф. И . Кизнер

Техн. редактор К . Ф . Брудно

Корректор Н . Д . Дорохова

Печать с матриц. Подписано к печати 14/Х11 1973 г. Бумага 84 X 108/ЛІ, тип. № 2. Фнз. печ. л. 13. Условн. печ. л. 21,84. Уч.-нзд. л. 20,92. Тираж 300 000 экз.

(1-0 завод 1—200 000). Цена книги 66 коп. Заказ № 945

Издательство «Наука» Главная редакция физико-математической литературы

117071, Москва, В-71, Ленинский проспект, 15

Отпечатано с матриц ордена Трудового Красного Знамени Ленинградской типографии № 2 имени Евгении Соколовой в ордена Трудового Красного Знамени

Первой Образцовой типографии имени А. А . Жданова Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. Москва, М-54, Валовая, 28

20203—010

053 (01)-74 30-74

О ГЛ А В Л Е Н И Е

Предисловие редактора....................................................................................................

7

Предисловие к седьмому и зд ан и ю ....................................................................

7

Из предисловия к первому и зд ан и ю ...............................................................

8

ЭЛ ЕМ ЕН ТЫ А Н АЛ И ТИ ЧЕСК О Й ГЕОМ ЕТРИ И НА П Л О СК О СТИ

Г л а в а

I. Метод координат....................................................................................

9

§

I. Предмет аналитической геометрии (9). § 2. Декартова-

прямо­

угольная система коордипат на плоскости (9). § 3. Расстояние

между

двумя точками (12). § 4. Деление отрезка в данном отношении (14).

Г л а в а

И. Линии и их уравнения....................................................................

 

 

 

 

 

 

 

18

§ 5. Постоянные и переменные

величины

(18). § 6. Функциональная

зависимость (18). § 7. Линин и их уравнения (20). § 8. Формулы пре­

образования прямоугольных координат (23).

 

 

 

 

 

27

Г л а в а

III. Прямая линия

...................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 9. Уравнения прямых, параллельных осям координат (27). § 10. Урав­

нения осеіі координат (28). § 11. Уравнение прямой,

проходящей че­

рез начало координат (29). § 12. Уравнение прямой с угловым коэф­

фициентом

и начальной

ординатой

(32).

§ 13.

Общее

уравнение

прямой (35). § 14. Уравнение прямой в отрезках

(39).

§

15.

Уравне­

ние пучка прямых (42). § 16. Уравнение прямой,

проходящей

через

две данные

точки

(44). §

17.

Угол

между

двумя

прямыми

(47).

§ 18. Условие параллельности прямых (49). § 19. Условие перпенди­

кулярности прямых (51). § 20. Пересечение прямых (53).

 

 

 

Г л а в а

IV .

Кривые второго

порядка

.

.....................................................59

§ 21. Окружность II ее уравнение (59). § 22.

Уравнение

окружности

как частный вид общего уравнения второй степени (61). § 23. Эллипс

и его

уравнение (65). § 24. Исследование

уравнения эллипса (67).

§ 25. Эксцентриситет эллипса (70). § 26. Связь эллппеа с окружностью

(72). § 27. Гипербола

и ее уравнение

(74). § 28. Исследование

урав­

нения

гиперболы

(76).

§

29.

Эксцентриситет

гиперболы

(78).

§ 30. Асимптоты гиперболы (79). § 31. Сопряженные гиперболы

(83).

§ 32. Равносторонняя гипербола (83). § 33. Уравнение равносторонней

гиперболы,

отнесенной к асимптотам

(84). § 34. Парабола

и ее про-

1

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

4

стейшее уравнение (87). § 35. Исследование уравнения параболы (8Р),

 

§ 36. Уравнение параболы со смещенной вершиной (92). § 37.

Кони­

 

ческие сечения (100).

 

 

ЭЛЕМ ЕНТЫ Д И Ф Ф ЕРЕН Ц И АЛ ЬН О ГО

 

 

И И Н ТЕГРАЛ Ь Н О ГО И СЧ И СЛ ЕН И И

 

Г л а в а V . Теория пределов...................................................................................

105

§ 38. Абсолютная величина и соотношения, связанные с ней (105). § 39. Последовательность. Характер изменения переменной величины (106). § 40. Бесконечно малая величина (109). § 41. Бесконечно боль­ шая величина (112). § 42. Связь бесконечно малой величины с беско­ нечно большой (114). § 43. Понятие о пределе переменной (115). § 44. Свойства бесконечно малых величин (II7). § 45. Теоремы 0 пре­ делах (120). § 46. Приложенію теории пределов к вычислению длины окружности, площади круга и суммы членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии (124). § 47. Предел функции (132).

sin X

х

 

 

§ 48. Предел отношения — - — при

 

-> 0 (139). § 49. Эквивалентные

бесконечно малые величины (141). § 50. Предел выражения ^1+—

 

при л •> оо (142). § 51. Натуральные логарифмы (143).

 

Г л а в а VI. Функция и ее простейшие св о й ст в а ...............................

145

§ 52. Символика функциональной зависимости (146). § 53. Значении функции. Область определения функции (146). § 54. Геометрическое изображение функций (147). § 55. Приращение функции (150). § 56. Гео­ метрическое изображение приращений аргумента и функции (153). § 57. Непрерывность функции (154). § 58. Свойство непрерывной функции (158). § 59. Виды функций (158).

Г л а в а VII. Производная ф у н к ц и и .............................................................. Iб 1

§60. Равномерное движение и его скорость (161). § 61. Неравномер­ ное движение и его скорость (162). § 62. Скорость изменения функ­

ции (164). § 63. Производная функции (16-5), § 64.

Связь дифференци­

руемости функции с непрерывностью (169). § 65.

Касательная (170).

§ 65.

Геометрический смысл производной (170).

174

Г л а в а VIII. Формулы дифференцирования..........................................

у —х

 

§ 67.

Производная постоянной (174). § 6S. Производпяя функции

§ 70.

(175). § 69. Производная алгебраической суммы функций (175).

Производная произведения двух функций (176). § 71. Производ­

ная

произведения постоянной на функцию (177). § 72. Производная

частного (178). § 73. Понятие о сложной функции (179). § 74. Произ­ водная степени с целым положительным показателем (179). § 75. Про­

изводная функции уѵвѴи (181). § 76. Производная функции (/=—.

(181). § 77. Применение формул дифференцирования (182). § 78. Про­

изводные тригонометрических функций (188). § 79. Производная ло­ гарифмической функции (193). § 80. Производная степени при любом

показателе (197). § 81. Производные показательных

функций

(198).

§ 82. Производные обратных тригонометрических

функций

(200).

§ 83. Производная неявной функции (203). § 84. Производная второго порядка (205). § 85. Механический смысл второй производной (206).

ОГЛАВЛЕНИЕ

б

Г л а в а XIX. Изучение функций с помощью производных

. .211

§ 8G. Возрастание и убывание функции (211). § 87. Признаки возрас­ тания и убывания функции (212). § 83. Максимум и минимум функ­ ции (214). § 89. Признаки максимума и минимума функции (215). § 90. Первое правило нахождения максимума и минимума функции (2)7). § 91. Выпуклость и вогнутость кривой (221). § 92. Признаки вы­ пуклости и вогнутости кривой (222). § 93. Нахождение точки пере­ гиба (224). § 94. Второе правило нахождения максимума и минимума функции (226). § 95. Задачи на максимум и минимум функции (228). § 96. Построение графиков функций (234).

Г л а в а X. Дифференциал.........................................................................................

малых величин

 

237

§

97. Сравнение бесконечно

между собой. Понятие

о

дифференциале

(237). §

98. Геометрическое изображение

диф­

ференциала (242).

§ 99.

Дифференциал

второго порядка

(244).

§100. Приложение дифференциала к приближенным вычислениям (246). § 101. Кривизна кривой (249). § 102. Кривизна окружности (252).

§103. Радиус кривизны кривой (253).

Г л а в а XI. И н т егр ал ...................................................................................................

(255).

 

 

255

§ 104. Понятие о неопределенном интеграле

§ 105. Основные

свойства неопределенного интеграла (257). § 106. Основные формулы

интегрирования (258). § 107. Определение постоянной интегрирования

(262). § 108. Интегрирование способом подстановки

(265). § 109. Оп­

ределенный интеграл (274). § 110. Основные свойства определенного

интеграла (276). § 111. Вычисление определенного

интеграла

с по­

мощью подстановки (278). § 112. Геометрический смысл

определен­

ного интеграла (281). § 113. Определенный

интеграл

как

предел

суммы (284).

 

 

 

 

Г л а в а

XII. Приложения интеграла..............................................................

 

 

 

288

§ 114. Площади фигур (288). § 115. Объем тел (291). § 116. Объем тела

вращения (294). § 117. Поверхность шара

и его

частей

( ).

§

118.

Путь,

пройденный телом (305). §

119.

Работа

силы

302

(307).

§

120.

Работа,

совершаемая при поднятии

груза (312). § 121. Давле­

ние жидкости

(316).

 

 

 

 

Г л а в а XIII. Дифференциальные уравнения..........................................

321

§ 122. Общие понятия (321). § 123. Дифференциальные

уравнения

первого порядка с разделяющимися переменными (322). § 124'. Одно­

 

d^u

 

 

 

(328).

родные дифференциальные уравнения первого порядка

§ 125. Линейные дифференциальные уравнения

первого

порядка

(332). § 126. Дифференциальные уравнения внда •

 

—f (х)

(335).

§ 127. Линейные однородные дифференциальные уравнения

второго

порядка с постоянными коэффициентами (338).

 

 

 

 

 

Д О П О Л Н ЕН И Я

 

 

 

 

347

Г л а в а XIV . Ряды .........................................................................................................

признак

 

 

§ 128. Понятие о рядах (347). § 129. Необходимый

сходимо­

сти ряда (348). § 130. Достаточные признаки сходимости

ряда

(350).

§ 131. Признак сходимости знакочередующихся рядов (353). § 132. Аб­

солютно сходящиеся ряды (355). § 133. Функциональные

ряды (356).

ѳ

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

§ 134. Степенные ряды (357). § 135. Ряд Маклорена (359). § 136.

При­

меры разложения функции в ркд (360). § 137. Приложение степенных

рядов к приближенным вычислениям (364). § 138. Ряды с комплекс­

ными членами (365). § 139. Формулы Эіілера (366).

 

Г л а в а

X V . Гармонический а н а л и з ..............................................................

369

§ 140. Графики функций вида у = А sin ых (369). § 141. Гармонические колебания (371). § 142. Тригонометрические ряды (374). § 143. Коэф­ фициенты Фурье. Ряд Фурье (375). § 144. Возможность разложения непериодической функции в ряд Фурье (377). § 145. Условия Дирих­

ле. Теорема Дирихле (379). § 146. Интегрирование по частям (380). § 147. Примеры разложения функций в ряд Фурье (332). § 148. Ряды Фурье для четных и нечетных функций (386).

Ответы п упражнения

396

П РЕД И СЛ О В И Е РЕДАКТОРА

При подготовке двенадцатого издания, наряду с ис­ правлением опечаток, в текст книги были внесены и не­ которые дополнительные изменения. В частности, устра­ нены погрешности в определениях, в доказательствах предложений и в решениях примеров; отдельные дока­ зательства заменены новыми; внесены уточнения терми­ нологического характера; некоторым изменениям под­ верглись и иллюстрации.

Все эти изменения выполнены без нарушения общей структуры книги, что обеспечивает ее полную преем­ ственность с предыдущими изданиями, возможность их одновременного использования студентами и сохраняет стиль автора книги.

А. М. Пьиикало

П РЕД И СЛ О ВИ Е К СЕДЬМ ОМ У ИЗДАНИЮ

Настоящее издание учебника высшей математики для техникумов переработано в основном согласно програм­ ме, утвержденной Министерством высшего и среднего

специального

образования С С С Р в 1962

г., и только

в отдельных

вопросах сделаны некоторые

отступления

от рекомендаций этой программы. Так, например, урав­ нение прямой линии, проходящей через две данные точ­ ки, по методическим соображениям оставлено в том же изложении, что и в предыдущих изданиях; введено по­ нятие функции от функции, с тем чтобы дать более ши­ рокое представление о функции. Многие преподаватели сочтут возможным дать более углубленное изложение основ высшей математики, поэтому в книгу включены выводы формул производных всех функций. Так как в учебнике «Алгебра и элементарные функции» Калнина Р. А. дано достаточно полное изложение темы «Счет­ ная линейка», указанная тема опущена.

8ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ

Внастоящее издание дополнительно включены сле­ дующие параграфы: «Приложение теории пределов к вычислению длины окружности, площади круга и суммы членов бесконечно убывающей геометрической прогрес­

сии»

(§ 46), «Объем тел» (§ 115),

«Поверхность шара

и его

частей» (§ 117). Название

учебника приведено

в соответствие с программой курса.

Автор

ИЗ ПРЕДИ СЛОВИ Я К ПЕРВОМ У ИЗДАНИЮ

Настоящий учебник написан согласно программе по математике для техникумов, утвержденной Министер­ ством высшего образования в 1952 г. Исключение соста­ вляют два раздела: кривизна кривой и дифференциальные уравнения, которые помещены в учебник по той причине, что сведениями из этих разделов часто пользуются пре­ подаватели общетехнических и специальных дисциплин.

Кроме изложения теории, в учебнике приведены приме­ ры и задачи. Количество и степень трудности их решения рассчитаны на прочное закрепление изучаемого материала.

При написании учебника обращалось особое внима­ ние на доступность излагаемого материала пониманию учащихся, имеющих возраст 16— 17 лет и подготовку, соответствующую 8—9 классам средней школы. Для до­ стижения этой цели изложение велось по возможности простым языком, выяснение математических основ про­ водилось индуктивным способом. Так, например, изло­ жение теории прямой линии начинается с частных слу­ чаев положения прямых, параллельных осям координат; ознакомлению с понятиями дифференциала и интеграла

предпосылаются примеры и т. п.

техникума,

Учитывая уровень подготовки учащихся

а также крайне ограниченное число часов

(90 часов),

отводимое программой для прохождения высшей мате­ матики в техникумах, строгие выводы, представляющие большие трудности для усвоения, я опускал, ограничи­ ваясь в таких случаях геометрическими иллюстрациями или рассмотрением примеров.

Автор

ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГЕОМЕТРИИ НА ПЛОСКОСТИ

ГЛ А В А I

МЕТОД К О О РД И Н А Т

§I. Предмет аналитической геометрии. Аналитиче­ ская геометрия изучает свойства геометрических образов (линий, фигур, тел, поверхностей и т. п.) с помощью осо­ бого метода, называемого методом координат. При этом широко используется алгебра.

В элементарной геометрии также прибегают иногда к методам алгебры, например при определении площади треугольника по трем сторонам или при вычислении стороны вписанного в окружность правильного много­ угольника и т. п. Однако область приложения методов алгебры к геометрии стала наиболее широкой со времени введения метода координат, который позволил изучать не только форму и размеры геометрических образов, но и их положение на плоскости и в пространстве.

Здесь мы дадим элементарное изложение только ана­

литической

геометрии на плоскости.

система

координат

§ 2. Декартова прямоугольнаяОх Оу

на плоскости. Возьмем на плоскости две взаимно пер­

пендикулярные

 

прямые

и

(рис.

1) и произволь­

ную

точку

М.

Опустим

из нее

перпендикуляры

MN

и

М Р

на

Оу

и

Ох.

Выберем какой-нибудь единичный отре­

зок и измерим с его помощью отрезки

NM

и

РМ .

Полу­

чим числа

 

 

 

X =

NM =

ОР,

 

 

 

 

_

 

у = РМ == ON.

Эти числа х и у, определяющие положение точки М по отношению к заданным прямым Оу и Ох, называются координатами точки М. Их обычно записывают в скоб­

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ