Математический анализ. Сборник задач для контрольных работ во втором семестре. Учебно-методическое пособие
.pdf
Числовые и функциональные ряды. Ряды Фурье
УМЕТЬ:
•исследовать на сходимость знакоположительные, знакопеременные и знакочередующиеся числовые ряды;
•определять абсолютную или условную сходимость знакопеременного числового ряда;
•находить область сходимости функционального и степенного ряда;
•составлять ряды Тейлора и Маклорена для функции в окрестности заданной точки и определять их область сходимости;
•определять возможность разложения заданной функции в ряд Фурье, составлять ряды Фурье для заданных функций в действительной и комплексной форме.
Таблица баллов
задача |
|
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
5 |
6 |
всего |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
а |
б |
в |
а |
|
б |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
балл |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
1 |
0,5 |
|
0,5 |
1,25 |
1,25 |
1,5 |
7,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
41
Числовые и функциональные ряды. Ряды Фурье
Вариант 1
1. Исследовать сходимость рядов:
|
|
sin |
2 |
n |
n |
|
1 4 |
7 |
... |
|
( |
3n − 2 |
) |
|
|
а) |
|
|
; б) |
; в) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
n |
n |
|
|
|
2 |
n |
n! |
|
|||||||
|
n=1 |
|
n=1 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1 |
|
|
n |
|
n=1 |
3 |
|
|
|
|
|
−n |
2 |
|
n |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
n +1 |
|
|
|
|
.
2. Исследовать ряд
|
n |
|
1 |
|
(−1) |
tg |
|||
|
n |
|||
n=1 |
|
|
||
|
|
|
на сходимость. Установить вид
сходимости (абсолютная или условная). 3. Найти области сходимости рядов:
|
|
(x − 6) |
n |
|
|
|
(ln x) |
n |
||||||
а) |
|
|
; |
б) |
|
|
||||||||
( |
|
) |
|
n |
n |
(n |
2 |
|
|
|||||
|
n=1 |
n + 2 |
3 |
|
|
n=0 2 |
+ |
|||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
4. Вычислить приближенно с заданной точностью |
|
|||||||||||||
число слагаемых ряда, достаточное для достижения точности:
) |
. |
|
|
1 |
|
, указать заданной
1 |
; |
||
e |
3 |
||
|
|||
|
|
||
=
.
5. Выразить первообразную в виде степенного ряда и вычислить интеграл, взяв первые три ненулевые слагаемые ряда. Оценить абсолютную погрешность:
0,5 |
|
( |
|
|
ln |
|
|
|
1 |
+ |
|
0 |
|
|
|
x |
3 |
)dx |
|
.
6. Разложить функцию в ряд Фурье в действительной и комплексной формах, построить график суммы полученного ряда:
−x −1, −1 x 0 |
|
||
f (x) = |
0, |
0 x 1 |
. |
|
|
||
|
|
|
|
|
42 |
|
|
Числовые и функциональные ряды. Ряды Фурье
Вариант 2
1. Исследовать сходимость рядов:
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
n |
2 |
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
1 |
n + 2 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
а) |
|
|
sin |
|
; б) |
|
|
n +1 ! |
; |
в) |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
n |
|
|
n |
|
|
|||||||||
|
n=1 |
n |
|
2n +1 |
|
n=1 |
|
4 |
|
|
n=1 |
4 |
3n +1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
n 2n −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2. Исследовать ряд |
(−1) |
на сходимость. Установить |
|
|||||||||||||||
|
3n |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вид сходимости (абсолютная или условная).
3. Найти области сходимости рядов:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
(x − 3) |
2n |
||
|
|
|
|
n |
|
n |
|
|
|
n |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
а) |
|
|
|
(x − 2) |
; |
б) |
|
|
|
|
|
|
. |
||
|
2 |
|
|
|
3 |
|
2 |
|
|||||||
|
n=1 |
n |
+1 |
|
|
|
|
n=0 |
n |
− n |
+ 2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4. Вычислить приближенно с заданной точностью |
|
, указать |
|||||||||||||
число слагаемых ряда, достаточное для достижения заданной точности:
4 |
90; |
= 0 . |
|
.
5. Выразить первообразную в виде степенного ряда и вычислить интеграл, взяв первые три ненулевые слагаемые ряда. Оценить абсолютную погрешность:
0,5 |
|
|
|
|
xe |
−x |
dx |
|
|||
0 |
|
|
|
.
6. Разложить функцию в ряд Фурье в действительной и комплексной формах, построить график суммы полученного ряда:
−2, |
− x 0 |
|
|
f (x) = |
0, |
0 x |
. |
|
|
||
|
43 |
|
|
Числовые и функциональные ряды. Ряды Фурье
Вариант 3
1. Исследовать сходимость рядов:
а)
|
arctg |
2 |
n |
|
|
|
|||
n |
3 |
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
;
б)
|
|
||
n!sin |
|||
2 |
n |
||
n=1 |
|
||
|
|
||
;
в)
|
3 |
|
n |
|
n |
arctg |
|||
|
|
|||
n=1 |
|
|
|
3n
.
2. Исследовать ряд
|
n n +1 |
||
(−1) |
|||
n |
3 |
||
n=1 |
|||
|
|||
на сходимость. Установить вид
сходимости (абсолютная или условная).
3. Найти области сходимости рядов:
|
|
(−1) |
n |
|
n |
|
|
|
n! (x +1) |
2n |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
а) |
|
|
|
n (x + 4) |
; |
б) |
|
|
|
|
. |
|
(4n +1) |
|
|
10 |
n |
||||||||
|
n=1 |
3 |
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|||
4. Вычислить приближенно с заданной точностью |
, указать |
|||||||||||
число слагаемых ряда, достаточное для достижения заданной точности:
arctg 14 ; = , .
5. Выразить первообразную в виде степенного ряда и вычислить интеграл, взяв первые три ненулевые слагаемые ряда. Оценить абсолютную погрешность:
0,5 |
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
. |
|
1 |
+ x |
5 |
|||
0 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
6. Разложить функцию в ряд Фурье в действительной и комплексной формах, построить график суммы полученного ряда:
0, − x 0 |
|
||
f (x) = |
2x, |
0 x |
. |
|
|
||
|
44 |
|
|
Числовые и функциональные ряды. Ряды Фурье
Вариант 4
1. Исследовать сходимость рядов:
|
|
1+ sin n |
|
|
|
2 |
5 8 ... |
( |
3n −1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||||||
а) |
|
; |
б) |
|
|
|
) |
; |
|||||
n |
(n + 2) |
3 |
5 7 ... ( |
2n +1) |
|||||||||
|
n=1 |
|
|
n=1 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
sin n |
|
|
|
|
|||
2. Исследовать ряд |
|
на сходимость. |
|||||||||||
n (n +1) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
сходимости (абсолютная или условная).
3. Найти области сходимости рядов:
|
n |
n |
|
n |
в) 5 |
|
|||
|
|
|
|
|
n=1 |
n +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Установить вид
.
|
|
(−1) |
n |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
n |
(sin x) |
n |
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
||||
а) |
|
|
|
|
(x + 3) |
; |
б) |
|
|
. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
(3n −1) |
2 |
n |
|
|
|
n + |
||||||||
|
n=1 |
|
|
|
|
n=0 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4. Вычислить приближенно с заданной точностью |
, указать |
|||||||||||||
число слагаемых ряда, достаточное для достижения заданной точности:
1 ; = .

e
5. Выразить первообразную в виде степенного ряда и вычислить интеграл, взяв первые три ненулевые слагаемые ряда. Оценить абсолютную погрешность:
1 |
|
|
sin x |
2 |
dx |
|
||
0 |
|
|
.
6. Разложить функцию в ряд Фурье в действительной и комплексной формах, построить график суммы полученного
ряда:
f (x) = e−2x , − 2 x 2 .
45
Числовые и функциональные ряды. Ряды Фурье
Вариант 5
1. Исследовать сходимость рядов:
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
n |
2 |
|
|
e |
n |
а) |
n sin |
|
; |
|
|
|
б) |
|
|
; |
в) |
|
|
|||
3 |
|
|
|
|
|
n |
|
n |
||||||||
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
n=1 |
n |
|
|
|
|
n=1 |
3 |
n! |
|
n=1 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
n+1 |
|
|
n |
|
n |
|
|
|
|
|
2. Исследовать ряд |
(−1) |
|
|
на сходимость. |
|
|
||||||||||
|
|
2n +1 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Установить вид сходимости (абсолютная или условная).
3. Найти области сходимости рядов:
.
|
|
( |
x + 2 |
) |
n |
|
|
|
e |
nx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
а) |
|
|
|
|
; |
б) |
n |
3 . |
|
|||
|
|
|
n |
|
||||||||
|
n=1 |
(2n +1)3 |
|
|
n=1 |
3 n |
|
|
||||
4. Вычислить приближенно с заданной точностью |
|
, указать |
||||||||||
число слагаемых ряда, достаточное для достижения заданной точности:
ln1,3;
=
.
5. Выразить первообразную в виде степенного ряда и вычислить интеграл, взяв первые три ненулевые слагаемые ряда. Оценить абсолютную погрешность:
0,5
arctg x2dx .
0
6. Разложить функцию в ряд Фурье в действительной и комплексной формах, построить график суммы полученного ряда:
− − x, |
|
f (x) = |
− x, |
|
|
− |
|
0 |
x |
x
0
.
46
Числовые и функциональные ряды. Ряды Фурье
Вариант 6
1. Исследовать сходимость рядов:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−n |
2 |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
n +1 |
|
|
1 |
|
n |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
а) |
|
tg |
; |
б) |
|
; |
в) |
|
|
|
|||||||||||
5 |
n |
n |
n |
2 |
n |
|
n +1 |
. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
n=1 |
|
|
|
|
|
n=1 |
3 n! |
|
|
n=1 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
n+1 |
2n +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2. Исследовать ряд |
(−1) |
на сходимость. Установить |
|||||||||||||||||||
|
n (n +1) |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
вид сходимости (абсолютная или условная).
3. Найти области сходимости рядов:
|
|
|
(−1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
2n |
|
||
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
||||||
а) |
|
|
|
|
(x − 3) |
; |
б) |
|
|
|
|
|
|
. |
|||
( |
n +1 5 |
n |
|
n |
( |
ln |
2 |
n +1 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
n=1 |
|
|
|
|
|
|
|
n=0 |
|
|
|
|
|
) |
|
|
4. Вычислить приближенно с заданной точностью |
|
|
, указать |
||||||||||||||
число слагаемых ряда, достаточное для достижения заданной точности:
3
30; = 0, 0001 .
5. Выразить первообразную в виде степенного ряда и вычислить интеграл, взяв первые три ненулевые слагаемые ряда. Оценить абсолютную погрешность:
0,2 |
|
|
x |
0 |
|
cos
xdx
.
6. Разложить функцию в ряд Фурье в действительной и комплексной формах, построить график суммы полученного ряда:
f (x) = −
x
,
−
x
.
47
Итоговая контрольная работа
ИТОГОВАЯ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
задание |
|
1 |
2 |
|
|
3 |
|
4 |
|
итог |
|||
1.1 |
|
1.2 |
2.1 |
|
2.2 |
3.1 |
|
3.2 |
4.1 |
4.2 |
4.3 |
||
|
|
|
|
|
|||||||||
балл |
0,5 |
|
1 |
1 |
|
1 |
0,5 |
|
1 |
0,5 |
1 |
1 |
5 |
Вариант 1
1.Дифференциальное исчисление функции нескольких переменных
1.1. Найти частные производные |
z |
и |
z |
функции |
|||||
x |
y |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
z = x |
2 |
− 2 y |
2 |
− 4 yx |
+ 2x − 5 . |
||||
|
|
||||||||
1.2. Найти выражение для полного дифференциала функции
z = |
f (x, y ) в точке M0 : |
|
|
|
|
cos (xz )+ sin (yz ) = xyz − |
2 |
−1, M0 |
( , , ). |
|
|
2. Двойные и криволинейные интегралы
2.1. Вычислить двойной интеграл |
|
(4x |
3 |
+ 6xy |
2 |
)dxdy |
|||||
|
|||||||||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
области |
D : x = 0; y =1; x − y = 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2.2. Вычислить криволинейный интеграл |
|
sin x |
|
dl , |
|||||||
|
|
|
2 |
||||||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
L |
1+ x |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
2 |
|
|
|
|
A(0; 0) |
|
|
|
||
кривая x |
= 2 y , соединяющая точки |
|
и |
B |
|||||||
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, по
где L −
2
2 8
.
48
Итоговая контрольная работа
3.Дифференциальные уравнения
3.1.Найти решение уравнения первого порядка:
x |
1+ y |
2 |
+ yy |
|
1 |
+ x |
2 |
= 0 . |
|
|
|||||||
|
|
|
3.2. Решить задачу Коши для ЛНДУ со СПЧ:
|
|
|
y (0) =1, |
|
|
(0) |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
+ 4 y = x, |
|
= . |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
y |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Ряды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
||
4.1. Исследовать числовой ряд на сходимость: |
arctg |
|||||||||||||||||
|
n |
n |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
(−1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
n |
(x − 2) |
n |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4.2. Найти область сходимости ряда |
(n +1)ln (n +1) |
. |
|
|||||||||||||||
|
|
|
n=1 |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
4.3. Разложить функцию в ряд Маклорена: |
f |
(x) = |
|
|
x |
. |
||||||||||||
(1− x) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
.
Вариант 2
1.Дифференциальное исчисление функции нескольких переменных
1.1. Вычислить частные производные
функции z = 2ctg |
y |
, если |
x = |
u |
, |
|
x |
v |
|||||
|
|
|
|
|||
M0 (u; v) = M0 (1; −1) . |
|
|
|
|||
zu
y =
и |
z |
сложной |
|||
v |
|||||
|
|
|
|||
e |
u+v |
, в точке |
|||
|
|
||||
1.2.Найти уравнение касательной плоскости к поверхности z = z (x, y ), заданной уравнением (z2 − x2 )xyz − y5 = 5 в
точке
M |
0 |
(1;1; |
2) |
|
|
|
.
49
Итоговая контрольная работа
2.Двойные и криволинейные интегралы
2.1.Изменить порядок интегрирования в повторном интеграле
1 |
|
0 |
|
2 |
|
0 |
dy |
− |
|
f (x, y )dx + |
dy |
− |
|
0 |
y |
|
1 |
2−y |
||
|
|
|
|
|
|
2 |
2.2. Вычислить криволинейный интеграл |
|
|
|
||
|
|
L |
отрезок MN , M (1; 0), |
N (0;1). |
|
f (x,
xdx +
y )dx .
ydy , где
L −
3.Дифференциальные уравнения
3.1.Найти решение уравнения 1-го порядка: y − xy = x2 .
3.2. Найти общее решение уравнения:
y tg x =
y
+
1
.
4.Ряды
4.1.Исследовать ряд на условную и абсолютную сходимость:
|
|
|
|
n |
2 |
n |
n |
|
|
||
(−1) |
|
|
|||
|
|
. |
|||
n=1 |
n +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.2. Найти область сходимости ряда |
|
||||
|
|
|
|
|
n=1 |
4.3. Представить функцию |
f |
(x), |
|
|
|
заданную графически на интервале |
|||||
−; рядом Фурье. |
|
|
|
|
|
(−1) |
n |
(x − 2) |
n |
||
|
|
|
|
||
(n +1)ln |
2 |
(n +1) |
|||
|
|||||
|
|
|
|
|
4π |
.
–π 0 |
|
|
х |
π |
|||
50
