Методические указания по выполнению контрольной работы № 2 по математике для студентов инженерно-технических специальностей заочной формы обучения
.pdf4.ȾɂɎɎȿɊȿɇɐɂȺɅɖɇɕȿ ɍɊȺȼɇȿɇɂə ɉȿɊȼɈȽɈ ɉɈɊəȾɄȺ
ȼɨɛɳɟɦ ɫɥɭɱɚɟ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɩɟɪɜɨɝɨ ɩɨɪɹɞɤɚ ɦɨɠɟɬ ɛɵɬɶ ɡɚɩɢɫɚɧɨ ɜ ɜɢɞɟ
F( x, y, yc) 0 |
(4.1) |
ɢɥɢ, ɟɫɥɢ ɪɚɡɪɟɲɢɬɶ ɟɝɨ ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ yc, ɜ ɧɨɪɦɚɥɶɧɨɣ ɮɨɪɦɟ |
|
yc f ( x, y). |
(4.2) |
Ɋɟɲɟɧɢɟɦ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɧɚ ɢɧɬɟɪɜɚɥɟ (a,ɜ) ɧɚɡɵɜɚɟɬɫɹ ɬɚɤɚɹ ɮɭɧɤɰɢɹ y M(x), ɤɨɬɨɪɚɹ ɩɪɢ ɩɨɞɫɬɚɧɨɜɤɟ ɜ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɜɦɟɫɬɨ ɧɟɢɡɜɟɫɬɧɨɣ
ɮɭɧɤɰɢɢ ɨɛɪɚɳɚɟɬ ɟɝɨ ɜ ɬɨɠɞɟɫɬɜɨ ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ ɯ (ɚ,ɜ) . |
|
Ɉɛɳɢɦ ɪɟɲɟɧɢɟɦ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɩɟɪɜɨɝɨ ɩɨɪɹɞɤɚ ɧɚɡɵɜɚɟɬɫɹ |
ɮɭɧɤɰɢɹ |
y M(x,ɋ) , ɤɨɬɨɪɚɹ ɩɪɢ ɥɸɛɨɦ ɞɨɩɭɫɬɢɦɨɦ ɡɧɚɱɟɧɢɢ ɩɨɫɬɨɹɧɧɨɣ ɋ |
ɹɜɥɹɟɬɫɹ |
ɪɟɲɟɧɢɟɦ ɞɚɧɧɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɢ ɜɫɹɤɨɟ ɪɟɲɟɧɢɟ y M(x) ɦɨɠɟɬ ɛɵɬɶ ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɟɧɨ
ɜ ɜɢɞɟ y M(x,C0 ) C0 R . |
|
|
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|
||
Ɍɟɨɪɟɦɚ Ʉɨɲɢ. ȿɫɥɢ ɮɭɧɤɰɢɹ |
f ( x, y) ɨɩɪɟɞɟɥɟɧɚ, ɧɟɩɪɟɪɵɜɧɚ ɢ ɢɦɟɟɬ |
|||||
ɧɟɩɪɟɪɵɜɧɭɸ ɱɚɫɬɧɭɸ ɩɪɨɢɡɜɨɞɧɭɸ |
wf (x, y) |
ɜ ɨɛɥɚɫɬɢ D, |
ɫɨɞɟɪɠɚɳɟɣ ɬɨɱɤɭ |
|||
|
|
|
wy |
|
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|
Ɇ(x0 , y0 ) , ɬɨɝɞɚ ɧɚɣɞɟɬɫɹ ɢɧɬɟɪɜɚɥ |
(x0 G; |
x0 G) , |
ɧɚ ɤɨɬɨɪɨɦ ɫɭɳɟɫɬɜɭɟɬ |
|||
ɟɞɢɧɫɬɜɟɧɧɨɟ |
ɪɟɲɟɧɢɟ |
y M(x) |
ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɨɝɨ |
ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ (4.2), |
||
ɭɞɨɜɥɟɬɜɨɪɹɸɳɟɟ ɧɚɱɚɥɶɧɨɦɭ ɭɫɥɨɜɢɸ y(x0 ) |
y0 . |
|
|
|||
ɉɚɪɭ ɱɢɫɟɥ ( x0 , y0 ) ɧɚɡɵɜɚɸɬ ɧɚɱɚɥɶɧɵɦɢ ɞɚɧɧɵɦɢ. Ɋɟɲɟɧɢɹ, ɤɨɬɨɪɵɟ |
||||||
ɩɨɥɭɱɚɸɬɫɹ |
ɢɡ ɨɛɳɟɝɨ |
ɪɟɲɟɧɢɹ |
y M(x,ɋ) ɩɪɢ |
ɨɩɪɟɞɟɥɟɧɧɨɦ ɡɧɚɱɟɧɢɢ |
||
ɩɪɨɢɡɜɨɥɶɧɨɣ ɩɨɫɬɨɹɧɧɨɣ ɋ, ɧɚɡɵɜɚɸɬɫɹ ɱɚɫɬɧɵɦɢ.
Ɂɚɞɚɱɚ ɧɚɯɨɠɞɟɧɢɹ ɱɚɫɬɧɨɝɨ ɪɟɲɟɧɢɹ, ɭɞɨɜɥɟɬɜɨɪɹɸɳɟɝɨ ɧɚɱɚɥɶɧɨɦɭ ɭɫɥɨɜɢɸ y y0 ɩɪɢ x x0 ɧɚɡɵɜɚɟɬɫɹ ɡɚɞɚɱɟɣ Ʉɨɲɢ.
51
4.1. Ⱦɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɫ ɪɚɡɞɟɥɹɸɳɢɦɢɫɹ ɩɟɪɟɦɟɧɧɵɦɢ
ɍɪɚɜɧɟɧɢɟ ɜɢɞɚ |
|
P(x)dx Q( y)dy 0 |
(4.3) |
ɧɚɡɵɜɚɟɬɫɹ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɦ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟɦ ɫ ɪɚɡɞɟɥɟɧɧɵɦɢ ɩɟɪɟɦɟɧɧɵɦɢ. ȿɝɨ
ɨɛɳɢɦ ɢɧɬɟɝɪɚɥɨɦ ɛɭɞɟɬ ³P(x)dx ³Q( y)dy ɋ, ɝɞɟ ɋ |
– ɩɪɨɢɡɜɨɥɶɧɚɹ |
||
ɩɨɫɬɨɹɧɧɚɹ. |
|
||
ɍɪɚɜɧɟɧɢɟ ɜɢɞɚ |
|
||
M1(x) M2 ( y)dx N1(x)N2 ( y)dy 0 |
(4.4) |
||
ɢɥɢ |
|
|
|
dy |
f1(x) f2 ( y), |
(4.5) |
|
dx |
|||
|
|
||
ɚ ɬɚɤɠɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ, ɤɨɬɨɪɵɟ ɫ ɩɨɦɨɳɶɸ ɚɥɝɟɛɪɚɢɱɟɫɤɢɯ ɩɪɟɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɣ ɩɪɢɜɨɞɹɬɫɹ ɤ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹɦ (4.4) ɢɥɢ (4.5) ɧɚɡɵɜɚɸɬɫɹ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɦɢ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹɦɢ ɫ ɪɚɡɞɟɥɹɸɳɢɦɢɫɹ ɩɟɪɟɦɟɧɧɵɦɢ.
Ɋɚɡɞɟɥɟɧɢɟ ɩɟɪɟɦɟɧɧɵɯ ɜ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹɯ (4.4) ɢ (4.5) ɜɵɩɨɥɧɹɟɬɫɹ ɫɥɟɞɭɸɳɢɦ
ɨɛɪɚɡɨɦ: |
ɟɫɥɢ |
N1( x) z 0, M2 ( y) z 0 , ɬɨ ɪɚɡɞɟɥɢɦ ɨɛɟ ɱɢɫɬɢ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ (4.4) |
ɧɚ |
||||||
N1(x) M2 ( y) . ȿɫɥɢ f2 ( y) z 0 , ɬɨ ɭɦɧɨɠɢɦ ɨɛɟ ɱɚɫɬɢ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ (4.5) ɧɚ dx |
ɢ |
||||||||
ɪɚɡɞɟɥɢɦ |
ɧɚ |
f2 ( y) . ȼ ɪɟɡɭɥɶɬɚɬɟ ɩɨɥɭɱɢɦ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɫ ɪɚɡɞɟɥɟɧɧɵɦɢ |
|||||||
ɩɟɪɟɦɟɧɧɵɦɢ ɜɢɞɚ: |
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M1 (x) |
dx |
N2 ( y) |
dy |
0; |
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N1 (x) |
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M 2 ( y) |
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f1 (x)dx |
|
dy |
. |
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f2 ( y) |
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|||||
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||
Ⱦɥɹ ɧɚɯɨɠɞɟɧɢɹ ɜɫɟɯ ɪɟɲɟɧɢɣ ɩɨɥɭɱɟɧɧɵɯ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ ɧɭɠɧɨ ɩɪɨɢɧɬɟɝɪɢɪɨɜɚɬɶ ɨɛɟ ɱɚɫɬɢ ɩɨɥɭɱɟɧɧɵɯ ɫɨɨɬɧɨɲɟɧɢɣ.
52
ɉɪɢɦɟɪ 4.1. Ɋɟɲɢɬɶ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ |
|
c |
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1 y2 |
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|||||||||||||||||||||||||||||||
y |
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xy(1 x2 ) . |
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Ɋɟɲɟɧɢɟ. Ɂɚɦɟɧɢɦ |
yc |
|
dy |
|
. Ɋɚɡɞɟɥɢɜ ɩɟɪɟɦɟɧɧɵɟ ɢ ɢɧɬɟɝɪɢɪɭɹ, ɩɨɥɭɱɢɦ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
dx |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
ydy |
|
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dx |
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|
; |
³ |
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ydy |
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³ |
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dx |
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C . |
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1 y |
2 |
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x(1 x |
2 |
) |
1 y |
2 |
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x(1 |
x |
2 |
) |
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Ɋɚɡɥɨɠɢɦ ɩɨɞɵɧɬɟɝɪɚɥɶɧɭɸ ɞɪɨɛɶ ɧɚ ɩɪɨɫɬɟɣɲɢɟ: |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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1 |
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A |
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Bx D |
, A 1, B 1, D 0. |
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x(1 x2 ) |
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1 x2 |
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x |
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Ɉɬɫɸɞɚ |
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1 |
ln(1 |
y2 ) |
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ln | x | |
1 |
ln(1 x2 ) ln | C |; |
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2 |
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2 |
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ln | (1 x2 )(1 y2 ) | |
2ln | Cx | . |
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||||||||||||||||||||||||||
(1 x2 )(1 y2 ) |
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ɋ2 x2 |
– ɨɛɳɢɣ ɢɧɬɟɝɪɚɥ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ. |
ȼɵɪɚɡɢɜ ɢɡ ɧɟɝɨ y , |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
ɢɦɟɟɦ ɨɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ |
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y r |
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C2 x2 |
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1 . |
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1 |
x |
2 |
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4.2. Ɉɞɧɨɪɨɞɧɵɟ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ 1 ɩɨɪɹɞɤɚ |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ɏɭɧɤɰɢɹ |
f (x, y) |
ɧɚɡɵɜɚɟɬɫɹ ɨɞɧɨɪɨɞɧɨɣ ɮɭɧɤɰɢɟɣ n–ɝɨ ɢɡɦɟɪɟɧɢɹ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ ɩɟɪɟɦɟɧɧɵɯ x ɢ y, ɟɫɥɢ ɩɪɢ ɥɸɛɨɦ t ɫɩɪɚɜɟɞɥɢɜɨ ɬɨɠɞɟɫɬɜɨ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
f (tx, ty) |
|
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tn f (x, y) . |
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(4.6) |
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ɇɚɩɪɢɦɟɪ: f (x, y) |
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x3 3x2 y |
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– |
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ɨɞɧɨɪɨɞɧɚɹ ɮɭɧɤɰɢɹ |
ɬɪɟɬɶɟɝɨ |
ɢɡɦɟɪɟɧɢɹ |
||||||||||||||||||||||||||||
ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ ɩɟɪɟɦɟɧɧɵɯ x ɢ y, ɬɚɤ ɤɚɤ |
|
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|
f (tx, ty) |
|
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(tx)3 3(tx)2 ty t3 (x3 3x2 y) |
t3 f (x, y) . |
|
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Ɏɭɧɤɰɢɹ |
M(x, y) |
|
|
x y |
|
|
ɹɜɥɹɟɬɫɹ |
|
|
ɨɞɧɨɪɨɞɧɨɣ |
ɮɭɧɤɰɢɟɣ |
ɧɭɥɟɜɨɝɨ |
|||||||||||||||||||||||||||
|
x 2 y |
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ɢɡɦɟɪɟɧɢɹ, |
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ɬɚɤ |
|
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|
ɤɚɤ |
|
M(tx, ty) |
t0M(x, y) |
|
|
M(x, y) . Ɏɭɧɤɰɢɹ x3 3x2 y x |
|||||||||||||||||||||||||
53
ɨɞɧɨɪɨɞɧɨɣ ɧɟ ɹɜɥɹɟɬɫɹ, ɬɚɤ ɤɚɤ ɞɥɹ ɧɟɝɨ ɭɫɥɨɜɢɟ (4.6) ɧɟ ɜɵɩɨɥɧɹɟɬɫɹ ɧɢ ɩɪɢ ɤɚɤɨɦ n.
Ⱦɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɜ ɧɨɪɦɚɥɶɧɨɣ ɮɨɪɦɟ yc f (x, y) ɧɚɡɵɜɚɟɬɫɹ
ɨɞɧɨɪɨɞɧɵɦ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɦ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟɦ 1-ɝɨ ɩɨɪɹɞɤɚ ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ ɩɟɪɟɦɟɧɧɵɯ x ɢ y, ɟɫɥɢ f (x, y) – ɨɞɧɨɪɨɞɧɚɹ ɮɭɧɤɰɢɹ ɧɭɥɟɜɨɝɨ ɢɡɦɟɪɟɧɢɹ.
Ⱦɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɜ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɨɣ ɮɨɪɦɟ
M (x, y)dx N (x, y)dy 0
ɧɚɡɵɜɚɟɬɫɹ ɨɞɧɨɪɨɞɧɵɦ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɦ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟɦ 1-ɝɨ ɩɨɪɹɞɤɚ, ɟɫɥɢ
ɮɭɧɤɰɢɢ M (x, y) ɢ N(x, y) |
– ɨɞɧɨɪɨɞɧɵɟ ɮɭɧɤɰɢɢ ɨɞɧɨɝɨ ɢ ɬɨɝɨ ɠɟ ɢɡɦɟɪɟɧɢɹ. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ɉɪɢ ɩɨɦɨɳɢ ɩɨɞɫɬɚɧɨɜɤɢ |
y |
ux , ɝɞɟ u(x) – |
ɧɟɢɡɜɟɫɬɧɚɹ ɮɭɧɤɰɢɹ, ɨɞɧɨɪɨɞɧɨɟ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɩɪɟɨɛɪɚɡɭɟɬɫɹ ɤ ɭɪɚɜɧɟɧɢɸ ɫ ɪɚɡɞɟɥɹɸɳɢɦɢɫɹ ɩɟɪɟɦɟɧɧɵɦɢ. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ɉɪɢɦɟɪ 4.2. Ɋɟɲɢɬɶ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ |
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yc |
y2 |
2 . |
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x2 |
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|||||||||||
Ɋɟɲɟɧɢɟ. ɗɬɨ ɨɞɧɨɪɨɞɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ, ɬɚɤ ɤɚɤ |
f (x, y) |
y2 |
2 |
– ɨɞɧɨɪɨɞɧɚɹ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x2 |
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ɮɭɧɤɰɢɹ ɧɭɥɟɜɨɝɨ ɢɡɦɟɪɟɧɢɹ. ɉɨɥɨɠɢɦ y |
ux, |
|
y |
c |
c |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
u x u . |
|
|
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c |
u |
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u |
2 |
2, |
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c |
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2 |
u 2 . |
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Ɍɨɝɞɚ u x |
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u x u |
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du |
x |
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u2 |
u 2, |
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du |
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dx |
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– |
ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ |
ɫ |
|
ɪɚɡɞɟɥɟɧɧɵɦɢ |
|||||||||||||||||
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u2 u 2 |
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x |
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dx |
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ɩɟɪɟɦɟɧɧɵɦɢ. ɂɧɬɟɝɪɢɪɭɹ, ɩɨɥɭɱɢɦ |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||
³ |
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du |
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³ |
dx |
, |
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1 |
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u 2 |
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ln | x | ln | C |, |
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ln |
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1 |
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9 |
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3 |
u 1 |
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(u |
) |
2 |
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x |
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2 |
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4 |
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y |
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u 2 |
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2 |
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C |
3 |
x |
3 |
, |
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x |
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Cx |
3 |
, |
y 2x Cx |
3 |
( y x) |
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u 1 |
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y |
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1 |
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x |
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||||
54
–ɨɛɳɢɣ ɢɧɬɟɝɪɚɥ ɞɚɧɧɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ. Ɋɚɡɪɟɲɢɜ ɩɨɫɥɟɞɧɟɟ ɪɚɜɟɧɫɬɜɨ
ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ y, ɩɨɥɭɱɢɦ ɨɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ |
|
y |
|
|
x(2 Cx |
3 ) |
. |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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1 Cx3 |
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|||||
ɉɪɢɦɟɪ 4.3. ɇɚɣɬɢ |
|
|
ɱɚɫɬɧɨɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ |
( y2 3x2 )dy 2xydx 0 , |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ɭɞɨɜɥɟɬɜɨɪɹɸɳɟɟ ɧɚɱɚɥɶɧɨɦɭ ɭɫɥɨɜɢɸ y |
|
x |
0 |
|
1. |
|
|
|
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|
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|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ɋɟɲɟɧɢɟ. M (x, y) |
|
2xy, |
N (x, y) |
|
y2 3x2 |
– ɨɞɧɨɪɨɞɧɵɟ ɮɭɧɤɰɢɢ ɜɬɨɪɨɝɨ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ɢɡɦɟɪɟɧɢɹ. ɉɨɞɫɬɚɧɨɜɤɚ y |
|
|
ux, y |
c |
c |
|
|
|
|
|
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||||||||||||||||||||||
|
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u x u ɩɪɢɜɨɞɢɬ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɤ ɜɢɞɭ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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(u2 3)du dx |
|
. |
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u(1 u2 ) |
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x |
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ɂɧɬɟɝɪɢɪɭɹ, ɩɨɥɭɱɚɟɦ |
|
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³ |
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(u2 3)du |
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³ |
dx |
; |
|
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u2 3 |
|
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A |
|
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B |
|
|
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D |
; |
|||||||||||||
u(1 u)(1 u) |
|
|
x |
|
u(1 u)(1 u) |
|
u |
1 |
u |
1 |
u |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||
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A |
3, |
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B |
1; |
|
D |
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|
1; |
|
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|
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|||||||||||||
3ln | u | ln |1 u | ln |1 u | |
ln | x | ln | C |; |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||
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1 u2 |
|
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1 |
y2 |
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Cx |
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x2 |
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Cx. |
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u3 |
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y3 |
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x3 |
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x2 y2 |
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Cy3 – |
|
ɨɛɳɢɣ |
ɢɧɬɟɝɪɚɥ |
|
|
ɞɚɧɧɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ. ɇɚɣɞɟɦ ɱɚɫɬɧɵɣ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
ɢɧɬɟɝɪɚɥ, ɭɞɨɜɥɟɬɜɨɪɹɸɳɢɣ ɭɫɥɨɜɢɸ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||
|
y |
|
x 0 |
1; 0 1 C; C 1; |
|
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||||||||||||||||||||||
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|||||||||||||||||||||||||
|
y3 |
y2 x2 |
– ɱɚɫɬɧɵɣ ɢɧɬɟɝɪɚɥ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
4.3. Ʌɢɧɟɣɧɵɟ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ 1–ɝɨ ɩɨɪɹɞɤɚ
Ʌɢɧɟɣɧɨɟ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ 1-ɝɨ ɩɨɪɹɞɤɚ ɜ ɨɛɳɟɦ ɜɢɞɟ ɦɨɠɧɨ
ɡɚɩɢɫɚɬɶ ɫɨɨɬɧɨɲɟɧɢɟɦ |
|
yc P(x) y Q(x) , |
(4.7) |
ɝɞɟ P(x), Q(x) ɡɚɞɚɧɧɵɟ ɧɟɩɪɟɪɵɜɧɵɟ ɮɭɧɤɰɢɢ.
55
Ʌɢɧɟɣɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɦɨɠɧɨ ɪɟɲɚɬɶ ɫ ɩɨɦɨɳɶɸ ɡɚɦɟɧɵ y u(x)v(x) ,
ɝɞɟ u(x) ɢ v(x) – ɧɟɢɡɜɟɫɬɧɵɟ ɮɭɧɤɰɢɢ. |
|
||||||||||
Ɍɨɝɞɚ |
dy |
|
v |
du |
u |
dv |
ɢ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ (4.7) ɩɪɢɦɟɬ ɜɢɞ |
|
|||
dx |
dx |
dx |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
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v |
du |
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§dv |
|
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|
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u¨ |
|
P(x)v ¸ |
Q(x) . |
(4.8) |
||||||
dx |
|
||||||||||
|
|
©dx |
|
|
¹ |
|
|
||||
Ɏɭɧɤɰɢɸ v(ɯ) ɩɨɞɛɢɪɚɟɦ ɬɚɤ, ɱɬɨɛɵ ɜɵɪɚɠɟɧɢɟ ɜ ɫɤɨɛɤɚɯ ɛɵɥɨ ɪɚɜɧɨ ɧɭɥɸ, ɬɨ ɟɫɬɶ ɜ ɤɚɱɟɫɬɜɟ v(ɯ) ɜɨɡɶɦɟɦ ɨɞɧɨ ɢɡ ɱɚɫɬɧɵɯ ɪɟɲɟɧɢɣ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ
|
dv |
P(x)v |
0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
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dx |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ɉɨɞɫɬɚɜɥɹɹ ɜɵɪɚɠɟɧɢɟ |
|
v v(x) |
|
ɜ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ (4.8), ɩɨɥɭɱɚɟɦ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɫ |
|||||||||||
ɪɚɡɞɟɥɹɸɳɢɦɢɫɹ ɩɟɪɟɦɟɧɧɵɦɢ |
|
|
|
||||||||||||
v |
du |
Q(x) . |
|
|
|
|
|
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|
|
|
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dx |
|
|
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||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
||
ɇɚɣɞɹ ɨɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɷɬɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɜ ɜɢɞɟ u u(x,C) , ɩɨɥɭɱɢɦ ɨɛɳɟɟ |
|||||||||||||||
ɪɟɲɟɧɢɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ (4.3) |
y u(x,C)v(x) . |
|
|||||||||||||
ɉɪɢɦɟɪ 4.4. ɇɚɣɬɢ ɨɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ |
|||||||||||||||
|
y |
c |
y ctg x |
1 |
|
|
|
|
|
|
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|||
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sin x . |
|
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|
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|||||||
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|
|
|
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|
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|
|
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ɉɨɥɚɝɚɟɦ y |
u(x)v(x) , |
|
ɬɨɝɞɚ y |
c |
c |
c |
|||||||||
|
|
u v v u ɢ ɞɚɧɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɩɪɢɧɢɦɚɟɬ |
|||||||||||||
ɜɢɞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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c |
|
c |
uv ctg x |
1 |
; |
|
|
|
||||||
|
|
sin x |
|
|
|
||||||||||
u v v u |
|
|
(4.9) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
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|
1 |
|
|
|
|
|
|
c |
|
|
c |
v ctg x) |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
sin x . |
|
|
|
||||||||
u v u(v |
|
|
|
|
|
||||||||||
Ɋɟɲɚɹ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ vc v ctg x 0 , ɧɚɯɨɞɢɦ ɨɞɧɨ ɢɡ ɟɝɨ ɱɚɫɬɧɵɯ ɪɟɲɟɧɢɣ
56
|
dv |
|
vctg x, dv |
|
|
ctg xdx; |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
dx |
|
|
|
|
|
|
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v |
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|
|
|
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|
|
|
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|
|
|
|||||
ln | v | |
ln | sin x | v |
|
sin x. |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
ɉɨɞɫɬɚɜɥɹɹ v ɜ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ (9), ɩɨɥɭɱɚɟɦ |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
c |
sin x |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
du |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
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|
sin x ; |
|
|
dx |
|
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sin2 x ; |
|
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|||||||||||||||||||||||||
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|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
du |
|
|
|
dx |
|
|
|
u |
|
|
|
ctg x C. |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
sin2 x |
|
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|
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|
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|
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|||||||||
Ɉɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɢɫɯɨɞɧɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɬɚɤɨɜɨ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
y |
|
|
uv |
|
|
|
( ctg x C)sin x |
|
cos x C sin x . |
||||||||||||||||||||||||||
|
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|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
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|
|
|
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4.4. ɍɪɚɜɧɟɧɢɹ Ȼɟɪɧɭɥɥɢ |
|||||||
ɍɪɚɜɧɟɧɢɟ Ȼɟɪɧɭɥɥɢ ɢɦɟɟɬ ɜɢɞ |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
yc P(x) y |
|
Q(x) ym , ɝɞɟ m z 0, m z1. |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
Ɍɚɤɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɦɨɠɧɨ ɩɪɨɢɧɬɟɝɪɢɪɨɜɚɬɶ ɫ ɩɨɦɨɳɶɸ ɩɨɞɫɬɚɧɨɜɤɢ y uv |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ɢɥɢ ɫɜɟɫɬɢ ɤ ɥɢɧɟɣɧɨɦɭ ɭɪɚɜɧɟɧɢɸ ɫ ɩɨɦɨɳɶɸ ɡɚɦɟɧɵ z y1 m . |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ɉɪɢɦɟɪ 4.5. Ɋɟɲɢɬɶ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ yc |
y |
x2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
x |
y |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
ɉɨɥɚɝɚɹ y |
|
uv , ɩɪɢɜɨɞɢɦ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɤ ɜɢɞɭ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
§du |
|
|
|
u |
· |
|
|
§dv |
|
|
|
|
|
|
|
x2 · |
|
|
|
|
|
|
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v¨ |
|
|
|
|
|
|
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¸ ¨ |
|
|
|
|
u |
|
|
|
|
¸ |
0 . |
|
|
(4.10) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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x ¹ |
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|
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¸ |
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|
|
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|
|
|
|
|
©dx |
|
|
|
|
|
|
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uv ¹ |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
ɍɪɚɜɧɟɧɢɟ |
|
du |
|
u |
|
|
0 ɢɦɟɟɬ ɱɚɫɬɧɨɟ ɪɟɲɟɧɢɟ u x . |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
x |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ɉɨɞɫɬɚɜɥɹɹ u ɜ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ (4.10), ɩɨɥɭɱɚɟɦ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
dv |
x |
x2 |
|
|
|
0, |
|
dv |
|
|
1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
dx |
xv |
|
|
|
|
dx |
|
v |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
ȿɝɨ ɨɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ v |
r 2x C . Ɉɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɢɫɯɨɞɧɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ: |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
y x(r |
|
|
2x C ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
57
ɉɪɢɦɟɪ 4.6. Ɋɟɲɢɬɶ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ Ȼɟɪɧɭɥɥɢ ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ x x( y) .
|
dx |
|
|
|
x |
|
|
|
1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
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dy |
|
|
2 y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
2x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ɉɨɥɚɝɚɹ x |
|
uv , ɩɨɥɭɱɚɟɦ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
§du |
|
|
u |
· |
|
§dv |
|
|
|
|
|
1 |
· |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
v¨ |
|
|
|
|
|
|
|
|
¸ |
¨ |
|
|
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u |
|
|
|
|
|
|
¸ |
|
0 . |
|
|
|
|
(4.11) |
||||||||
|
|
|
2 y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
© dy |
|
|
|
¹ |
|
©dy |
|
|
|
|
2uv ¹ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
ɍɪɚɜɧɟɧɢɟ |
du |
|
|
|
u |
|
0 |
ɢɦɟɟɬ ɱɚɫɬɧɨɟ ɪɟɲɟɧɢɟ u |
y . ɉɨɞɫɬɚɜɢɜ ɮɭɧɤɰɢɸ |
|||||||||||||||||||||||||||
|
2 y |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dy |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
u ɜ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ (4.11), ɩɟɪɟɣɞɟɦ ɤ ɭɪɚɜɧɟɧɢɸ |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
dv |
|
y |
|
|
|
1 |
|
|
|
0 v2 |
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ln |
|
. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
dy |
|
2v |
y |
|
y |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Ɉɬɫɸɞɚ x |
|
|
y ln |
1/ 2 |
|
C |
|
|
, |
|
x |
2 |
|
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y ln |
|
C |
|
. |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
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y |
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4.5. Ⱦɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɜ ɩɨɥɧɵɯ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɚɯ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
ɍɪɚɜɧɟɧɢɟ P(x, y)dx Q(x, y)dy |
0 |
|
|
(4.12) |
||||||||||||||||||||||||||||||||
ɧɚɡɵɜɚɟɬɫɹ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟɦ ɜ ɩɨɥɧɵɯ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɚɯ, ɟɫɥɢ ɟɝɨ ɥɟɜɚɹ ɱɚɫɬɶ ɹɜɥɹɟɬɫɹ ɩɨɥɧɵɦ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɨɦ ɧɟɤɨɬɨɪɨɣ ɮɭɧɤɰɢɢ u(x, y) , ɬɨ ɟɫɬɶ
P(x, y)dx Q(x, y)dy du |
wu dx wu dy . |
|
|
wx |
wy |
ɉɭɫɬɶ ɮɭɧɤɰɢɢ P(x, y) ɢ Q(x, y) ɧɟɩɪɟɪɵɜɧɨ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɪɭɟɦɵ ɩɨ y ɢ x
ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɟɧɧɨ ɜ ɨɞɧɨɫɜɹɡɧɨɣ ɨɛɥɚɫɬɢ D.
Ɍɟɨɪɟɦɚ. Ⱦɥɹ ɬɨɝɨ, ɱɬɨɛɵ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ (4.12) ɛɵɥɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟɦ ɜ ɩɨɥɧɵɯ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɚɯ, ɧɟɨɛɯɨɞɢɦɨ ɢ ɞɨɫɬɚɬɨɱɧɨ, ɱɬɨɛɵ ɜɵɩɨɥɧɹɥɨɫɶ ɭɫɥɨɜɢɟ
wP wQ , (x, y) D . wy wx
Ɉɛɳɢɣ ɢɧɬɟɝɪɚɥ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ (4.12) ɜ ɩɨɥɧɵɯ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɚɯ ɦɨɠɧɨ ɡɚɩɢɫɚɬɶ ɜ ɜɢɞɟ
58
u(x, y) C .
Ɏɭɧɤɰɢɹ u(x, y) |
ɦɨɠɟɬ ɛɵɬɶ ɧɚɣɞɟɧɚ ɢɡ ɫɢɫɬɟɦɵ |
||||
wu |
P(x, y); |
wu |
Q(x, y) . |
|
(4.13) |
wx |
|
wy |
|
|
|
Ɉɛɳɢɣ ɢɧɬɟɝɪɚɥ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ (4.12) ɦɨɠɧɨ ɩɪɟɞɫɬɚɜɢɬɶ ɬɚɤɠɟ ɜ ɜɢɞɟ |
|||||
x |
|
y |
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³P(x, y)dx ³Q(x0 , y)dy C , |
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|||
x0 |
|
y0 |
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ɝɞɟ ( x0 , y0 ) D . |
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ɉɪɢɦɟɪ 4.7. Ɋɟɲɢɬɶ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ |
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|||
ex (xsin y y cos)dx ex (xcos y ysin y)dy |
0. |
||||
ɂɦɟɟɦ wP |
ex (xcos y cos y ysin y); |
wQ |
ex (xcos y ysin y cos y). |
||
|
wy |
|
|
wx |
|
ɋɥɟɞɨɜɚɬɟɥɶɧɨ, ɞɚɧɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɹɜɥɹɟɬɫɹ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟɦ ɜ ɩɨɥɧɵɯ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɚɯ. ɇɚɣɞɟɦ ɮɭɧɤɰɢɸ u(x, y) . ɋɢɫɬɟɦɚ (4.13) ɢɦɟɟɬ ɜɢɞ
wu |
ex (xsin y y cos y); |
wu |
ex (xcos y ysin y) . |
|
wx |
|
|
wy |
|
ɂɡ ɩɟɪɜɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɷɬɨɣ ɫɢɫɬɟɦɵ ɧɚɯɨɞɢɦ |
||||
u(x, y) |
³ex (xsin y y cos y)dx M( y) |
|||
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|
ex xsin y ex sin y ex y cos y M( y), |
||
ɝɞɟ M( y) – ɩɪɨɢɡɜɨɥɶɧɚɹ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɪɭɟɦɚɹ ɮɭɧɤɰɢɹ.
ɉɨɞɫɬɚɜɥɹɹ u(x, y) ɜɨ ɜɬɨɪɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɫɢɫɬɟɦɵ, ɢɦɟɟɦ
e |
x |
x cos y e |
x |
cos y e |
x |
cos y e |
x |
|
c |
||||
|
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|
y sin y M ( y) |
|||||||||
|
e |
x |
x cos y e |
x |
y sin y |
|
c |
0 M( y) |
C. |
||||
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|
M ( y) |
||||||||||
ɋɥɟɞɨɜɚɬɟɥɶɧɨ, u(x, y) ex (x sin y sin y y cos y) C .
Ɉɛɳɢɣ ɢɧɬɟɝɪɚɥ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɢɦɟɟɬ ɜɢɞ e x (x sin y sin y y cos y) C 0 .
59
4.6. Ⱦɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɜɵɫɲɢɯ ɩɨɪɹɞɤɨɜ. Ⱦɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ, ɞɨɩɭɫɤɚɸɳɢɟ ɩɨɧɢɠɟɧɢɟ ɩɨɪɹɞɤɚ
Ⱦɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ n–ɝɨ ɩɨɪɹɞɤɚ ɢɦɟɟɬ ɜɢɞ |
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c |
cc |
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(n) |
) 0 |
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F(x, y, y , y |
,..., y |
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ɢɥɢ, ɟɫɥɢ ɨɧɨ ɪɚɡɪɟɲɟɧɨ ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ |
y |
(n) |
, ɬɨ y |
(n) |
c |
(n 1) |
) . Ɂɚɞɚɱɚ |
||||||||||
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|
f (x, y, y ,..., y |
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||||||||||||||
ɧɚɯɨɠɞɟɧɢɹ ɪɟɲɟɧɢɹ |
|
y |
M(x) ɞɚɧɧɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ, |
ɭɞɨɜɥɟɬɜɨɪɹɸɳɟɝɨ ɧɚɱɚɥɶɧɵɦ |
|||||||||||||
ɭɫɥɨɜɢɹɦ |
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y |
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x x0 y0 , yc |
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x |
x0 |
y0c ,..., y(n 1) |
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x |
x0 |
y0(n 1) , |
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ɧɚɡɵɜɚɟɬɫɹ ɡɚɞɚɱɟɣ Ʉɨɲɢ.
ɍɤɚɠɟɦ ɧɟɤɨɬɨɪɵɟ ɜɢɞɵ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɯ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ, ɞɨɩɭɫɤɚɸɳɢɯ ɩɨɧɢɠɟɧɢɟ ɩɨɪɹɞɤɚ.
1.ɍɪɚɜɧɟɧɢɟ ɜɢɞɚ y(n) f (x) . ɉɨɫɥɟ n–ɤɪɚɬɧɨɝɨ ɢɧɬɟɝɪɢɪɨɜɚɧɢɹ
ɩɨɥɭɱɚɟɬɫɹ ɨɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ.
2. ɍɪɚɜɧɟɧɢɟ ɧɟ ɫɨɞɟɪɠɢɬ ɢɫɤɨɦɨɣ ɮɭɧɤɰɢɢ ɢ ɟɟ ɩɪɨɢɡɜɨɞɧɵɯ ɞɨ ɩɨɪɹɞɤɚ
(k 1) ɜɤɥɸɱɢɬɟɥɶɧɨ: |
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F(x, y(k ) , y(k 1) ,..., y(n) ) 0 . |
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ɉɨɪɹɞɨɤ ɬɚɤɨɝɨ |
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ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɦɨɠɧɨ |
ɩɨɧɢɡɢɬɶ |
ɧɚ |
k ɟɞɢɧɢɰ |
|
ɡɚɦɟɧɨɣ |
||||||||||||
y(k ) (x) |
ɪ(x) . ɍɪɚɜɧɟɧɢɟ ɩɪɢɦɟɬ ɜɢɞ |
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c |
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(n k ) |
) 0 . |
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F(x, p, p ,..., p |
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ɂɡ |
ɩɨɫɥɟɞɧɟɝɨ |
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ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ, |
ɟɫɥɢ |
ɷɬɨ |
ɜɨɡɦɨɠɧɨ, |
ɨɩɪɟɞɟɥɹɟɦ |
||||||||||||
p f (x,C ,C |
2 |
,...,C |
n k |
) , |
ɚ ɡɚɬɟɦ ɧɚɯɨɞɢɦ y ɢɡ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ |
y(k ) |
f (x,C ,C |
2 |
,...,C |
n k |
) |
||||||||
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1 |
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1 |
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k–ɤɪɚɬɧɵɦ ɢɧɬɟɝɪɢɪɨɜɚɧɢɟɦ. |
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3. ɍɪɚɜɧɟɧɢɟ ɧɟ ɫɨɞɟɪɠɢɬ ɧɟɡɚɜɢɫɢɦɨɣ ɩɟɪɟɦɟɧɧɨɣ: |
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c |
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cc |
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(n) |
) |
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0. |
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F ( y, y , y ,..., y |
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ɉɨɞɫɬɚɧɨɜɤɚ yc |
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z( y) ɩɨɡɜɨɥɹɟɬ ɩɨɧɢɡɢɬɶ ɩɨɪɹɞɨɤ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɧɚ 1. |
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60
