Математический анализ. Сборник задач для контрольных работ во втором семестре. Учебно-методическое пособие
.pdf
Интегральное исчисление функций многих переменных. Криволинейные интегралы
Вариант 6
1. Вычислите массу однородной дуги кривой с плотностью
=
27
;
x =1−3cos t, |
|
|||||
|
|
|
|
3/2 |
|
|
l : y = 2(cos t) |
, |
|||||
|
||||||
|
z = 5 |
+ |
7 cos t, |
|||
|
||||||
|
|
|
|
|
||
t |
|
0; |
|
|
|||
|
|
||
|
|
|
2
.
dl
2. Вычислите криволинейный интеграл , где
AB x2 + y2 + 4
|
– отрезок, соединяющий точки A(0; 0) |
и |
B (1; 2) . |
|
|
|||||
3. |
Вычислите криволинейный интеграл |
|
(xy −1)dx + x |
2 |
ydy |
|||||
|
|
|||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
AB |
|
|
|
|
|
|
x = cos t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дуге AB : |
, обходимой в положительном |
|
|
||||||
|
y = 2sin t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
направлении от точки |
A(1; 0) до точки |
B (0; 2) . |
|
|
|||||
4. |
Вычислите интеграл по замкнутому контуру L , |
|
|
|||||||
|
обходимому в положительном направлении: |
|
|
|||||||
|
xdy − dx . |
|
|
|
|
|
|
|||
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2;1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
5. |
Вычислите интеграл |
|
(2x +1)dx + (2 y |
2 |
+1)dy . |
|
|
|||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
(1;−1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
AB
по
6. Проверьте, является ли заданное выражение полным
дифференциалом некоторой функции u восстановите эту функцию:
(y2exy2 −1)dx + (2xyexy2 −1)dy
(x,
.
y )
, и
31
Дифференциальные уравнения 1 порядка
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ
Для успешного выполнения контрольных работ по теме «Дифференциальные уравнения» студенту необходимо:
ЗНАТЬ:
•общий вид дифференциального уравнения первого и высших порядков. Понятие общего и частного решения (общего и частного интеграла) дифференциального уравнения;
•теорему существования и единственности решения задачи Коши для дифференциального уравнения;
•общий вид и методы решения дифференциальных уравнений с разделенными и разделяющимися переменными, однородных, линейных, уравнений Бернулли, в полных дифференциалах;
•общий вид и методы решения дифференциальных уравнений второго порядка, допускающих понижение порядка;
•общий вид и свойства решений линейных однородных дифференциальных уравнений высших порядков, структуру общего решения линейного однородного дифференциального уравнения;
•общий вид и структуру общего решения линейного неоднородного дифференциального уравнения.
32
Дифференциальные уравнения 1 порядка
УМЕТЬ:
•определять тип дифференциального уравнения первого и высших порядков и выбирать соответствующий метод решения;
•находить частное решение дифференциального уравнения, удовлетворяющее заданным начальным условиям;
•находить фундаментальную систему решений линейного однородного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами высшего порядка и записывать общее решение;
•решать линейные неоднородные дифференциальные уравнения с произвольной правой частью методом Лагранжа (вариации постоянных);
•находить общее решение линейного неоднородного дифференциального уравнения высшего порядка с правой частью специального вида.
Таблица баллов контрольной работы «Дифференциальные уравнения 1 порядка»
задача |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
всего |
|
|
|
|
|
|
|
балл |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица баллов контрольной работы «Дифференциальные уравнения высших порядков»
задача |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
всего |
|
|
|
|
|
|
|
|
балл |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1,5 |
6,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
33
Дифференциальные уравнения 1 порядка
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ ПЕРВОГО ПОРЯДКА
Вариант 1
Найти общее решение уравнения или частное решение, если заданы начальные условия
1.
2.
3.
4.
(1+ y |
2 |
)dx |
+ 2xy dy = 0 . |
||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
sin x |
|
|
||||
|
+ |
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
, |
y |
|||
y |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|||||||
|
|
|
cos |
x |
|
|
|
cos |
x |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
y |
+ ln y |
|
dx + |
x |
|
+ ln x |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
x |
|
|
|
|
|
|
y |
+ 2 y = y |
|
e . |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
4
dy
=1. = 0
.
5. |
x |
(y − x) y =
y |
2 |
|
, y (1) =1.
Вариант 2
Найти общее решение уравнения или частное решение, если заданы начальные условия
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
1. |
xy |
= 3y − x . |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
2. |
(y + |
xy )dx − xdy = 0 . |
|||||||||||
3. |
xy |
|
+ y = y |
2 |
x |
2 |
ln x . |
|
|
||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
4. |
(x |
2 |
|
|
+ 2xy |
2 |
= 0 |
, |
y |
||||
|
|
|
|||||||||||
|
−1)y |
|
|||||||||||
5. |
e− y dx −(3y2 + xe− y )dy |
||||||||||||
( |
2 |
= 0 ,
)
= −1.
y (0) =1.
34
Дифференциальные уравнения 1 порядка
Вариант 3
Найти общее решение уравнения или частное решение, если заданы начальные условия
1. |
|
− y = |
xy |
||
2. |
(x +1)dy |
|
xtg2
+(y2
y |
. |
|
x |
||
) |
||
|
||
−1 dx |
||
=
0
,
y (1) =
−2
.
3.
4.
5.
(3x |
2 |
− 2 |
||
|
|
|||
y − y tg |
||||
3y |
2 |
y + |
||
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
x ln y)dx + |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x = |
1 |
|
. |
|||
|
3 |
|||||
|
|
|
cos |
x |
||
|
|
|
|
|
||
y |
3 |
= x , |
|
y (0 |
||
|
|
|||||
2 y
) =
−x2 y
1.
dy
=
0
.
Вариант 4
Найти общее решение уравнения или частное решение, если заданы начальные условия
1.dx + 
x2 + 4 tg y dy =
2.y = 2x (y + x2 ), y (1)
3.y + 2xy = 4x3 y3e2x2 .
|
|
|
|
4. |
(1+ 2x tg y)dx + 3y2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
5. |
|
(2 |
xy − x)+ y = 0 . |
y |
|||
0 , y (0)
= 0 .
+ x2 cos2 y
= |
|
. |
|
3 |
|||
|
|
dy = 0 .
35
Дифференциальные уравнения 1 порядка
Вариант 5
Найти общее решение уравнения или частное решение, если заданы начальные условия
1. |
e |
y |
(x |
2 |
+1)dy − |
2x (e |
y |
+1)dx |
|||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
3 |
|
|
|
|
||
2. |
|
|
− |
|
|
|
= 2x . |
|
|
|
|
||||||
xy |
|
x |
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3. |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
− y dx + (y − x)dy = 0 . |
|||||||||||||
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
2 |
|
|
|
|
4. |
|
|
− y tg x = − |
|
|
|
, |
|
y ( ) = |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
y |
cos x |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
5. |
|
|
|
− y |
= |
4 y |
2 |
− x |
2 |
, |
y (1) = |
||||||
|
|
|
|
||||||||||||||
xy |
|
|
|
||||||||||||||
= 0
1 . 2, 5
.
.
Вариант 6
Найти общее решение уравнения или частное решение, если заданы начальные условия
1.y − y ctg x = sin2 x .
2. |
x (1+ y |
2 |
)dx + y (1+ x |
2 |
)dy |
= 0 . |
|||||||
|
|
|
|
||||||||||
3. |
|
− y tg x = y |
4 |
cos x sin x |
, |
y ( ) |
|||||||
|
|||||||||||||
y |
|
||||||||||||
4. |
|
|
− y |
= y (ln y − ln x) , y (1) = e |
|||||||||
xy |
|||||||||||||
|
sin 2x |
|
|
|
|
|
sin |
2 |
x |
||||
|
|
|
|
|
|||||||||
5. |
|
|
|
|
+ x dx + y − |
|
|
2 |
dy |
||||
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
= .
=
1 .
0 .
36
Дифференциальные уравнения высших порядков
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ ВЫСШИХ ПОРЯДКОВ
Вариант 1
1.Найти общее решение уравнения:
2.Найти решение задачи Коши:
( y )2 − 3yy = 0, |
y (0) =1, y (0) = 3 |
xy = y ln
.
y x
.
3.Найти общее решение уравнения: y −10 y + 25y = e5x .
x2
4. |
Найти общее решение уравнения: |
y |
|
− 4 y |
|
+ 3y = (2x −1)e |
3x |
|||||
|
||||||||||||
|
|
|
||||||||||
5. |
Найти общее решение уравнения: |
y |
|
− 6 y |
|
+ 9 y = e |
3x |
cos x . |
||||
|
||||||||||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
= |
2x + y − 2e |
t |
|
|
|
|||
6. |
Найти общее решение системы |
x |
|
. |
|
|
|
|||||
|
|
y = 3x + 4 y |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.
Вариант 2
1.Найти общее решение уравнения:
2.Найти решение задачи Коши:
yy |
|
− y |
|
2 |
= y |
4 |
, |
y (0) =1, |
|
(0) =1. |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
y |
3.Найти общее решение уравнения:
2 + (x −
y + 4 y
2) y =
= − |
2 |
|
sin |
||
|
y
. x
.
4.Найти общее решение уравнения: y − 4 y = (3 − 4x)e−2x .
5. Найти общее решение уравнения: |
y |
|
|
x =
6. Найти общее решение системы
y =
+4 y +13y
x− y − 5 −4x + 4 y .
=
20 cos 3x
.
37
Дифференциальные уравнения высших порядков
Вариант 3
1. Найти общее решение уравнения: |
x ( y |
|
+1)+ y |
|
= 0 . |
|
|
2.Найти решение задачи Коши:
|
|
|
(y ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5y |
|
= |
|
|
(0) = 5 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
, y (0) =1, y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12e |
−2x |
|
3. Найти общее решение уравнения: |
y |
|
+ 4 y |
|
+ 4 y = |
|
. |
||||||
|
5 |
||||||||||||
|
|
x |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.Найти общее решение уравнения:
|
|
|
|
|
−2x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
+ y |
− 2 y = (7 |
− 3x)e . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
5. Найти общее решение уравнения: |
y |
|
− 4 y |
|
+ 4 y = e |
2x |
sin x |
||||||||
|
|||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x = y |
|
|
|
|
|
||
6. Найти общее решение системы |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
−t |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
y = x + 2e |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.
Вариант 4
1.Найти общее решение уравнения:
2.Найти решение задачи Коши:
yy − y |
2 |
= y |
2 |
ln y, |
y (0) =1, |
y (0) |
|
|
2 =
−
1
xy +
.
y =
0
.
3. Найти общее решение уравнения: |
y |
|
+ y = |
1 |
. |
|
sin x |
||||||
|
||||||
|
|
|
|
|
4.Найти общее решение уравнения:
y + 3y + 2 y = |
( |
5 − 4x |
) |
e |
−x |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
5. Найти общее решение уравнения: |
y |
|
+16 y = 65e |
x |
|||||||
|
|||||||||||
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−t |
|
|
|
|
|
|
|
x = x + 2 y + 2e |
|
|
|||
6. Найти общее решение системы
y = 3x + 6 y − e−t
38
cos 4x
.
.
Дифференциальные уравнения высших порядков
Вариант 5
1. Найти общее решение уравнения:
2. Найти решение задачи Коши:
|
(y ) |
|
|
|
2 |
|
|
y − |
7 y |
= 0, |
y (0) = −1, y (0) = 7 |
|
|
|
3. Найти общее решение уравнения:
4. Найти общее решение уравнения:
xy = y +
.
y + 4 y =
x |
2 |
. |
|
4 |
|
|
sin |
2 |
x |
|
||
.
|
|
|
|
|
2x |
|
|
y |
− 3y |
+ 2 y = (8x −3)e . |
|
||
|
|
|
|
|||
5. |
Найти общее решение уравнения: |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
6. |
Найти общее решение системы |
|
||||
|
||||||
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
y x=
+4 y =17e
=x + 4 y
x + y − e |
3t |
|
x
.
sin 2x
.
Вариант 6
1. |
Найти общее решение уравнения: |
1− (x + 3) y |
|
= y |
|
. |
|
|||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||
2. |
Найти решение задачи Коши: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
yy |
|
|
|
|
ln y = y |
|
2 |
, |
y (0) =1, |
|
(0) =1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
− 2 yy |
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
2x |
3. |
Найти общее решение уравнения: |
y |
|
− 4 y |
|
+ 4 y = |
|
|
||||||||||||||
|
2 |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
+ 9 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
4. |
Найти общее решение уравнения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 y |
−5 y |
+ 2 y = (3x −1)e . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
.
5.Найти общее решение уравнения: y + 6 y + 9 y = e−3x sin x .
x = x − 5y −8 |
|
|
6. Найти общее решение системы |
y = −x − 3y |
. |
|
|
|
39 |
|
|
Числовые и функциональные ряды. Ряды Фурье
ЧИСЛОВЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ РЯДЫ. РЯДЫ ФУРЬЕ
Для успешного выполнения контрольной работы студенту необходимо:
ЗНАТЬ:
•определение сходящегося ряда; необходимый признак сходимости ряда;
•достаточные признаки сходимости знакоположительных рядов (признаки сравнения, Даламбера и Коши);
•понятия абсолютной и условной сходимости знакопеременных числовых рядов, признак абсолютной сходимости знакопеременного ряда, признак сходимости знакочередующегося ряда (теорема Лейбница);
•определение области сходимости функционального ряда, интервала сходимости степенного ряда; теорему Абеля об интервале сходимости степенного ряда;
•общий вид рядов Тейлора и Маклорена; ряды Маклорена и их интервалы сходимости для некоторых элементарных функций;
•определение ряда Фурье, общий вид ряда Фурье по основной тригонометрической системе в действительной и комплексной формах, теорема Дирихле о представлении функций рядом Фурье и сходимости полученного ряда.
40
