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

Математический анализ. Сборник задач для контрольных работ во втором семестре. Учебно-методическое пособие

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
12.08.2026
Размер:
908 Кб
Скачать

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) = e2x , 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:

330; = 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

.

(1x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

2y

 

 

 

 

 

 

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)

 

 

 

 

 

 

.

–π 0

 

 

х

π

50

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]