Кратные интегралы. Ряды. Ряды Фурье
.pdf
10. y 2 1 x ; x0 2.
Ответ: 2 1 x 14 (1 14 (x 2) 412 (x 2)2 413 (x 2)3 ...) .
11. |
y ln(2 x); |
x0 |
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Ответ: ln(2 x) ln 3( |
1 |
(x 1) |
1 |
|
(x 1)2 |
|
1 |
|
(x 1)3 |
|
1 |
(x 1)4 ... |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
3 |
32 |
|
33 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
34 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
12. |
y cos 2x; |
x |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: cos 2x 1 |
22 |
(x |
|
) |
2 |
|
24 |
(x |
|
) |
4 |
|
26 |
|
(x |
|
) |
6 |
... |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
2! |
2 |
|
|
4! |
2 |
|
|
6! |
|
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
13. |
y 3 3 x; x |
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
3 |
|
|
13 |
|
|
|
|
|
13 13 |
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
13 13 1 13 2 |
|
3 |
|
|||||||||||||||||||||||
Ответ: |
|
3 x 1 |
|
(x 2) |
|
|
|
|
|
|
|
(x |
2) |
|
|
|
|
|
|
|
3! |
|
|
|
|
|
|
|
(x 2) |
... |
||||||||||||||||
|
1! |
|
2! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
14. |
y 1 ; x |
2 . |
|
Ответ: |
1 1 (1 1 (x 2) |
1 |
|
(x 2)2 |
|
|
1 |
(x 2)3 |
...) . |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
x |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
23 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
15. |
y ln(1 x); |
x0 |
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Ответ: ln(1 x) ln 2( |
1 |
(x 1) |
|
1 |
|
|
(x 1)2 |
|
|
1 |
|
|
(x 1)3 |
|
1 |
|
|
(x 1)4 |
...) . |
|||||||||||||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
233 |
|
|
|
|
24 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
11.РЯДЫ ФУРЬЕ
Пр и м е р
Разложить в ряд Фурье периодическую функцию f (x) x2 при x .
Р е ш е н и е
Данная функция четная. Все коэффициенты bn 0 , а коэффициенты an вычисляются при l .
|
2 |
|
2 |
|
2 |
|
2x |
x2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
4cos n |
|
n |
4 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
an |
|
x |
|
cos nx |
|
|
|
|
cos nx |
|
|
|
|
sin nx |
|
|
|
|
|
( 1) |
|
|
|
, n 0 . |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
n |
|
n |
|
|
|
|
|
n |
|
|
n |
|
|||||
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Здесь дважды применена формула интегрирования по частям.
31
Вычислим
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2x |
3 |
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
a0 |
|
|
x2dx |
|
|
|
|
. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
3 |
|
0 |
|
|
|
||||
Следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
2 |
4 |
cos x |
|
cos2x |
|
cos3x |
|
||||||||
3 |
|
12 |
|
22 |
|
|
32 |
... . |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
З а д а н и е 11 |
|
|
|
|
|
|
||||||
1. |
Разложить |
в |
ряд |
Фурье |
|
периодическую |
функцию |
|
f (x) x |
при |
||||||||||
x ( , ), T 2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Ответ: |
sin x |
|
sin 2x |
|
sin3x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
f (x) 2 |
1 |
2 |
|
3 |
|
... . |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2. |
Разложить |
в |
ряд |
Фурье |
периодическую |
функцию |
f (x) x |
при |
||||||||||||
x ( , ), T 2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Ответ: |
f (x) |
|
|
|
sin 2x |
|
sin 3x |
|
sin 4x |
|
|
|
|
|
|
|||||
2 sin x |
|
2 |
|
|
|
3 |
4 |
... . |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
||||
3. |
Разложить в ряд Фурье периодическую функцию f (x) |
|
в интервале |
|||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
||
(0; 2 ].
Ответ: |
f (x) |
|
sin x |
sin 2x sin3x ... |
|
|||||||||||
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
4. |
Разложить в ряд Фурье функцию периода 2 , заданную формулой |
|||||||||||||||
f |
1 |
при |
|
|
x 0, |
|
|
|
|
|||||||
(x) |
|
при |
|
|
0 x . |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
f (x) |
4 |
sin x |
|
|
sin3x |
|
sin5x |
|
|
|
|||||
Ответ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... . |
|
|||
|
1 |
|
|
3 |
|
|
5 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
5. |
Разложить |
в |
|
|
ряд Фурье |
периодическую функцию f (x) x 1 |
||||||||||
при x ( , ), T 2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Ответ: |
f (x) 1 2 |
sin x |
|
sin 2x |
|
sin3x |
|
|
||||||||
|
1 |
|
2 |
|
|
3 |
|
... . |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
32
6. |
Разложить |
в ряд |
|
Фурье |
периодическую |
функцию |
f (x) x 1 |
||||||||||||
при x ( ; |
), |
T 2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Ответ: |
f (x) 1 2 |
|
sin 2x |
|
sin3x |
|
sin 4x |
|
|
|
|
|
|
||||||
sin x |
|
2 |
|
3 |
|
4 |
... . |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
7. |
Разложить в ряд Фурье периодическую функцию |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
0 |
при |
x 0, |
Ответ: |
f (x) |
1 |
2sin x |
|
2sin 3x |
|
2sin 5x |
... |
|||||||
f (x) |
при |
0 |
x . |
|
|||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
3 |
|
5 |
|
||||
8. |
Разложить в ряд Фурье периодическую функцию |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
1 x |
при |
x |
0, |
в интервале [ ; ]. |
|
|
|
|
|
|||||||||
f (x) |
при |
0 |
x , |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Ответ: f (x) |
4 |
sin x |
|
sin3x |
|
sin5x |
|
|
|||
|
|
1 |
|
3 |
|
5 |
... . |
||||
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
9. Разложить в ряд Фурье периодическую функцию |
|||||||||||
|
|
x, |
|
если |
x 0, |
|
|
|
|||
|
2 |
|
в интервале [ ; ]. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
f (x) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
x, |
|
если |
0 x , |
|
|
|
|||
|
2 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: f (x) |
4 |
cos x |
|
cos3x |
|
cos5x |
|
||||
|
|
1 |
|
9 |
|
25 |
|
... . |
|||
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
10. Разложить в ряд |
Фурье |
периодическую |
функцию |
||||||
на промежутке 2 x 2 . |
Ответ: |
f (x) 1 |
|
8 |
sin x |
|
sin 2 x |
|
|
|
|
2 |
4 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
f (x) 2x 1
sin3 x ... . 6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2, |
если |
3 x 0, |
|||
11. Разложить в ряд Фурье функцию f (x) |
|
если |
0 x 3. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 x, |
|||||
Ответ: f (x) |
1 |
|
6 |
cos |
x |
7 sin |
x |
|
6 |
cos |
3 x |
|
7 |
sin 3 x |
... |
|
4 |
2 |
3 |
9 2 |
3 |
3 |
|||||||||||
|
|
|
3 |
|
|
|
|
3 |
|
|||||||
33
12. Разложить в ряд Фурье периодическую функцию f (x) x 2 при 0 x 2.
Ответ: |
f (x) |
4 |
sin x |
|
sin 2 x |
|
|
|
|
2 |
4 |
||||
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||
sin 3 x ... . 6
13. Разложить |
в |
ряд |
Фурье |
периодическую функцию f ( x ) x |
||||||
при 0 x 3 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: f (x) |
3 |
|
12 |
cos x |
|
cos3x |
|
cos5x |
|
|
2 |
|
|
3 |
27 |
75 |
... . |
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
14. Разложить в ряд Фурье периодическую функцию f ( x) 2x в интервале
(0, 2 ] .
Ответ: |
f (x) |
|
sin x |
sin 2x |
sin3x |
... |
|
|
2 |
1 |
2 |
3 |
|
15. Разложить в ряд Фурье функцию периода 2 , заданную формулой
1 |
при |
x 0, |
|
|
||||
f (x) |
при |
|
0 x . |
|
|
|||
1 |
|
|
|
|||||
Ответ: f (x) |
4 |
sin x |
|
sin3x |
|
sin5x |
||
|
|
1 |
3 |
5 |
||||
|
||||||||
|
|
|
|
|
||||
... .
34
ЛИТЕРАТУРА
1.Кудрявцев, Л. Д. Краткий курс математического анализа / Л. Д. Кудряв-
цев. – М.: Наука, 1989.
2.Демидович, Б. П. Сборник задач по математическому анализу/ Б. П. Демидович. – М.: Наука, 1990.
3.Сборник задач по математике для втузов. Линейная алгебра и основы математического анализа: в 2 т./ под ред. А. В. Ефимова, Б. П. Демидовича. –
М.: Наука, 1981. – Т.1.
4.Герасимович, А.И. Математический анализ: в 2 ч./ А. И. Герасимович, Н. А. Рысюк. – Минск: Вышэйшая школа, 1989. – Ч. 1.
5.Математический анализ в вопросах и задача/ под ред. В. Ф. Бутузова. – М.: Физматлит, 2001.
6.Данко, П.Е. Высшая математика в упражнениях и задачах: в 2 ч./ П.Е. Данко, А.Г. Попов, Т.Я. Кожевникова. – Минск: Вышэйшая школа, 1986. – Ч. 1.
7. |
Сухая, Т.А. Задачи по |
высшей математике: в |
2 |
ч./ |
Т. А. Сухая, |
В. Ф. Бубнов. – Минск: Вышэйшая школа, 1993. – Ч. 2. |
|
|
|
||
8. |
Индивидуальные задания |
по высшей математике: |
в |
4 |
ч./ под ред. |
А. П. Рябушко. – Минск: Вышэйшая школа, 2008. – Ч. 1. |
|
|
|
||
35
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
1. |
Вычисление двойных интегралов в декартовой системе координат................. |
3 |
|
Задание 1 .................................................................................................................. |
3 |
2. |
Вычисление тройных интегралов в декартовой системе координат................ |
4 |
|
Задание 2 .................................................................................................................. |
5 |
3. |
Вычисление двойных интегралов в полярной системе координат................... |
6 |
|
Задание 3 .................................................................................................................. |
7 |
4. |
Вычисление тройных интегралов в цилиндрической |
|
системе координат....................................................................................................... |
8 |
|
|
Задание 4 .................................................................................................................. |
9 |
5. |
Вычисление тройных интегралов в сферических координатах....................... |
10 |
|
Задание 5 ................................................................................................................ |
11 |
6. |
Приложения кратных интегралов........................................................................ |
12 |
|
Задание 6.1 ............................................................................................................. |
12 |
|
Задание 6.2 ............................................................................................................. |
13 |
|
Задание 6.3 ............................................................................................................. |
13 |
7. |
Достаточные признаки сходимости числовых рядов........................................ |
13 |
|
Задание 7.1 ............................................................................................................. |
14 |
|
Задание 7.2 ............................................................................................................. |
15 |
|
Задание 7.3 ............................................................................................................. |
17 |
|
Задание 7.4 ............................................................................................................. |
18 |
|
Задание 7.5 ............................................................................................................. |
18 |
8. |
Знакопеременные ряды. Абсолютная и условная сходимость......................... |
20 |
|
Задание 8 ................................................................................................................ |
22 |
9. |
Степенные ряды. Область сходимости............................................................... |
24 |
|
Задание 9 ................................................................................................................ |
25 |
10. Разложение функций в степенные ряды........................................................... |
27 |
|
|
Задание 10.1 ........................................................................................................... |
28 |
|
Задание 10.2 ........................................................................................................... |
30 |
11. Ряды Фурье........................................................................................................... |
31 |
|
|
Задание 11 .............................................................................................................. |
32 |
Литература ................................................................................................................. |
35 |
|
36
Учебное издание
ЛОШКАРЕВА Светлана Юрьевна САВЧЕНКО Ольга Борисовна БАНЬ Лариса Владимировна
КРАТНЫЕ ИНТЕГРАЛЫ. РЯДЫ. РЯДЫ ФУРЬЕ
Учебно-методическое пособие для студентов инженерно-технических
и профессионально-технических специальностей
Редактор Т. Н. Микулик
Компьютерная верстка Ю. С. Кругловой
Подписано в печать 24.06.2016. Формат 60 84 1/8. Бумага офсетная. Ризография.
Усл. печ. л. 4,18. Уч.-изд. л. 1,64. Тираж 100. Заказ 608.
Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. Свидетельство о государственной регистрации издателя, изготовителя, распространителя печатных изданий № 1/173 от 12.02.2014. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.
37
