Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Справочное пособие по высшей математике. Учебное пособие.pdf
X
- •4.1. Понятие функции. Способы задания
- •2) – четная функция
- •– нечетная функция
- •4) Монотонность:
- •6) Если условия пункта 5) не выполняются, то функция называется неограниченной.
- •4.3. Сложная функция. Обратная функция
- •1) Линейная функция:
- •2) Степенная функция:
- •3) Показательная функция:
- •4) Логарифмическая функция:
- •5) Тригонометрические функции:
- •Обозначения:
- •6) Обратные тригонометрические функции:
- •7) Гиперболические функции:
- •8) Обратные гиперболические функции:
- •4.5. Классификация функций
- •1) Целые рациональные функции:
- •2) Дробно-рациональные функции:
- •Совокупность 1) и 2) – класс рациональных функций.
- •4.6. Параметрическое задание функций
- •Основные способы задания функций
- •1) Аналитический способ задания функций.
- •Пример:
- •Частное значение функции:
- •Примеры:
- •4.2. Основные характеристики поведения функций.
- •1) Нули функции находятся из решения уравнения
- •Параметрическое задание линий на плоскости
- •1) Прямая линия:
- •2) Окружность с центром в начале координат:
- •3) Эллипс:
- •4) Парабола:
- •5) Гипербола:
- •6) Астроида:
- •7) Циклоида:
- •Если этот предел существует, то
- •– подынтегральная функция;
- •– элемент площади;
- •– область интегрирования.
- •Таким образом
- •Теорема существования двойного интеграла
- •Свойства двойных интегралов
- •Вычисление двойных интегралов
- •Пример:
- •12.2. Замена переменных в двойном интеграле
- •Итак,
- •2. – элемент площади в координатах
- •12.3. Двойной интеграл в полярных координатах
- •– полярный радиус.
- •– полярный угол.
- •Связь декартовых и полярных координат:
- •Вычислим якобиан:
- •Пример:
- •12.4. Приложения двойных интегралов
- •1) Масса плоской пластинки.
- •3) Моменты инерции пластинки
- •Центробежный момент инерции
- •Полярный момент инерции относительно оси
- •13. ТРОЙНЫЕ ИНТЕГРАЛЫ
- •13.1. Масса неоднородного тела. Тройной интеграл
- •Просуммируем массу всех частей
- •Выражение в правой части называется интегральной суммой. Устремим наибольший диаметр элементарных объемов к нулю и рассмотрим предел
- •Свойства тройных интегралов аналогичны свойствам двойных интегралы:
- •, где
- •– среднее значение f в области V.
- •13.2. Вычисление тройных интегралов
- •1) Декартовы координаты.
- •Пусть дан тройной интеграл
- •Правило вычисления тройного интеграла
- •2) Цилиндрические координаты.
- •3) Сферические координаты.
- •Якобиан преобразования вычисляется по формуле
- •13.3. Приложения тройных интегралов
- •2) Координаты центра тяжести:
- •4) Центробежные моменты инерции тела:
- •5) Полярный момент инерции тела:
- •14.1. Криволинейный интеграл по длине
- •(1-го рода)
- •5) Вычисляется предел суммы
- •Приложения криволинейного интеграла 1-го рода
- •14.2. Криволинейный интеграл по координатам
- •Задача о работе силового поля
- •Пусть материальная точка движется по линии
- •14.4. Формула Грина
- •Это означает, что величина работы силового поля по перемещению материальной точки не зависит от пути, а только от начальной и конечной точек.
- •Равносильные утверждения:
- •1) Криволинейный интеграл 2-го рода
- •2) Криволинейный интеграл 2-го рода
- •не зависит от линии интегрирования, соединяющих две данные точки.
- •3) Во всех точках области
- •Работа силового поля
- •16.1.Скалярное поле
- •Линии уровня плоского скалярного поля
- •– const.
- •Градиент. Градиент скалярного поля – вектор
- •Свойства градиента
- •Градиент скалярного поля в сферических координатах
- •16.2. Векторное поле
- •Дивергенция (расходимость) векторного поля
- •Свойства дивергенции
- •Ротор (вихрь) векторного поля
- •или в символическом виде
- •Свойства ротора
- •Формула Стокса
- •Формула Остроградского
- •Оператор Лапласа в цилиндрических координатах
- •Оператор Лапласа в сферических координатах
- •1) Криволинейный интеграл 2-го рода
- •взятый по любому замкнутому контуру равен нулю.
- •2) Криволинейный интеграл 2-го рода
- •не зависит от линии интегрирования.
- •15. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ИНТЕГРАЛЫ
- •то соответствующий поверхностный интеграл II рода выражается так:
- •где знак перед радикалом должен быть согласован со стороной поверхности.
- •16. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОЛЯ
- •Функции, удовлетворяющие уравнению Лапласа, называются гармоническими.
- •Операции второго порядка
- •17.1. Дифференциальные уравнения 1-го порядка
- •17.1.1. Общие понятия. Теорема существования
- •Теорема Коши о существовании и единственности решения
- •Рассмотрим дифференциальное уравнение
- •Проинтегрировав, получим общее решение
- •1) .
- •Пример: Рассмотрим дифференциальное уравнение
- •Нет общего метода составления дифференциальных уравнений. Каждая задача требует своего подхода и знания законов физики.
- •Решение.
- •17.1.4. Однородные дифференциальные уравнения
- •2) – 2-й порядок однородности:
- •Пример приведения функции:
- •17.1.5. Дифференциальные уравнения, приводящиеся к однородным
- •Рассмотрим два случая.
- •В результате дифференциальное уравнение сводится к однородному уравнению.
- •В результате дифференциальное уравнение сводится к уравнению с разделяющимися переменными.
- •Метод Лагранжа (метод вариации произвольной постоянной).
- •Метод Бернулли (метод замены переменной)
- •Уравнение Бернулли
- •Пример: 1) Метод Лагранжа.
- •Решаем однородное уравнение
- •Тогда
- •2) Метод Бернулли.
- •Тогда
- •При этом
- •Примеры: 1)
- •Положим
- •Интегрирующий множитель
- •такой, что
- •Пример:
- •17.2. Дифференциальные уравнения высших порядков
- •17.2.1. Дифференциальные уравнения 2-го порядка
- •Пример:
- •Решение. Последовательно интегрируя, получим
- •Пример:
- •Используем начальные условия
- •Геометрический смысл начальных условий:
- •Теорема о существовании и единственности решения задачи Коши
- •Пример:
- •Пример:
- •Тогда
- •Пример:
- •Решение.
- •2) .
- •17.2.3. Дифференциальные уравнения высших порядков, допускающие понижение порядка
- •1) Уравнения вида
- •…………………………………
- •Пример:
- •Решение.
- •и т. д.
- •Теорема о существовании и единственности решения
- •17.3. Линейные дифференциальные уравнения
- •17.3.1. Линейные дифференциальные уравнения 2-го порядка
- •17.3.2. Однородные линейные дифференциальные уравнения 2-го порядка
- •, (*)
- •то их линейная комбинация также является решением уравнения (*) для любых
- •есть сумма общего решения однородного уравнения и любого частного решения неоднородного уравнения.
- •17.3.4. Однородные дифференциальные уравнения 2-го порядка с постоянными коэффициентами
- •Получили характеристическое уравнение
- •1) действительные числа.
- •Получили два решения дифференциального уравнения
- •Общее решение дифференциального уравнения
- •- произвольные постоянные.
- •Пример.
- •2) действительное число.
- •Покажем, что
- •Пример:
- •Решение.
- •Тогда
- •Пример.
- •17.3.5. Неоднородные дифференциальные уравнения 2-го порядка с постоянными коэффициентами
- •Примеры: 1)
- •Решение.
- •Из начальных условий имеем
- •Решение
- •Решение.
- •б) Показатель правой части:
- •II) Правая часть имеет вид
- •Примеры: 1)
- •Решение.
- •б) Показатель правой части:
- •Показатель правой части
- •III) Правая часть имеет вид
- •Пример:
- •Решение.
- •Показатель правой части:
- •17.3.6. Метод вариации произвольных постоянных
- •Дано линейное дифференциальное уравнение
- •Рассмотрим однородное уравнение
- •Общее решение данного уравнения имеет вид
- •Получили систему дифференциальных уравнений для определения
- •Пример:
- •Решение.
- •Сначала рассмотрим однородное уравнение
- •Линейно независимые системы функций.
- •Пример:
- •Если заданы начальные условия
- •Общее решение неоднородного дифференциального уравнения
- •то решением дифференциального уравнения
- •Определитель системы есть определитель Вронского (вронскиан).
- •А) Однородное дифференциальное уравнение
- •Характеристическое уравнение
- •Пример:
- •Решение.
- •Частное решение имеет вид
- •17.4. Системы дифференциальных уравнений
- •17.4.1. Общие определения. Нормальные системы дифференциальных уравнений
- •Примеры: 1)
- •которая при подстановке в уравнения превращает их в тождества.
- •Пример:
- •Пример:
- •Пример:
- •Пример:
- •имеет вид
- •могут входить не во все решения.
- •Задание начальных условий
- •дает частное решение системы дифференциальных уравнений, при этом
- •находятся из условий
- •17.4.2. Системы линейных дифференциальных уравнений
- •А) Однородная система линейных дифференциальных уравнений
- •Совокупность линейно независимых решений
- •17.4.3. Системы линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами
- •(***)
- •Пример:
- •Решение.
- •Возьмем 1-е и 3-е уравнения.
- •Общее решение
- •Пример:
- •Решение.
- •Примеры: 1.
- •Получили фундаментальную систему решений, так как
- •Общее решение
- •Решение.
- •Из (**) при
- •Третье решение таким способом получить не удастся.
- •Будем искать решение в виде
- •Итак
- •17.4.5. Матричная форма записи однородной системы дифференциальных уравнений
- •Тогда
- •– матричная запись системы.
- •Частные решения
- •Общее решение
- •Это выполняется, если определитель
- •Тогда
- •Характеристическое уравнение
- •18. Ряды
- •18.1. Числовые ряды
- •18.1.1. Определение ряда и его суммы
- •Ряд считается заданным, если задана функция
- •называемый остатком ряда.
- •2) .
- •Иногда ряд задают рекуррентной формулой.
- •и т. д.
- •Последнее имеет место в двух случаях:
- •1) 2) не существует
- •Примеры: 1)
- •3) не существует.
- •Свойства сходящихся рядов
- •Пример:
- •18.1.3. Ряды с положительными членами. Достаточные признаки сходимости ряда
- •18.1.3.1. Признаки сравнения
- •Если ряд сходится, то
- •Тогда:
- •1) если сходится ряд (2), то сходится ряд(1);
- •2) если расходится ряд (1), то расходится ряд(2).
- •исходный ряд расходится.
- •18.1.3.2. Признак д’Аламбера
- •2) Применим признак д’Аламбера:
- •18.1.3.3. Радикальный признак Коши
- •18.1.3.4. Интегральный признак Коши
- •1) :
- •Примеры: 1)
- •Данный ряд медленно (плохо) сходится.
- •Чем «быстрее» члены ряда стремятся к нулю, тем быстрее ряд сходится.
- •18.1.3.5. Степенной признак
- •18.1.3.6. Признак Абеля
- •18.1.3.7. Признак Дирихле
- •18.1.3.8. Признак Раабе
- •18.1.3.8. Признак Гаусса
- •18.1.4. Знакопеременные ряды
- •Знакопеременным называется ряд, члены которого имеют неодинаковые знаки
- •Пример знакопеременного ряда
- •Свойства абсолютно сходящихся рядов
- •Например
- •Сумма полученного ряда равна произведению сумм исходных рядов.
- •18.1.5. Знакочередующиеся ряды
- •18.1.6. Некоторые ряды
- •18.2. Функциональные ряды
- •18.2.1. Общие определения
- •18.2.2. Равномерная сходимость функциональных рядов
- •Признак Вейерштрасса равномерной сходимости рядов
- •18.2.3. Свойства равномерно сходящихся рядов
- •18.3. Степенные ряды
- •Следствие. Если степенной ряд расходится при то он расходится
- •Область сходимости. Возможны три случая:
- •1) Область сходимости состоит только из одной точки
- •Пример:
- •2) Область сходимости
- •Пример:
- •Пример:
- •Тогда радиус сходимости
- •3. ,
- •18.3.2. Свойства степенных рядов
- •Рассмотрим степенной ряд
- •(**)
- •имеет тот же радиус сходимости, что и ряд (*).
- •3) Степенной ряд можно почленно дифференцировать в интервале сходимости и при этом
- •18.4. Разложение функций в степенные ряды
- •18.4.1. Ряд Тейлора
- •18.4.2. Условие разложимости функций в ряд Тейлора
- •При каких условиях ряд Тейлора для функции
- •Остаточный член ряда
- •18.4.3. Остаточный член ряда Тейлора
- •Частные случаи
- •1) разлагаем функцию в ряд Тейлора,
- •2) находим интервал сходимости,
- •Разложение функций проводится в два этапа:
- •2) Находится интервал, где ряд Тейлора сходится, т. е. остаточный член ряда
- •Этот ряд называется рядом Маклорена.
- •В частности, для
- •18.4.4.3. Разложение функции в ряд Маклорена
- •18.4.4.4. Биномиальный ряд
- •Позже покажем, как улучшить сходимость.
- •18.4.4.6. Разложение функции в ряд Маклорена
- •18.4.4.7. Примеры
- •18.4.5. Приближенное вычисление значений функций
- •По теореме об оценке остаточного члена ряда
- •18.4.6. Интегрирование функций
- •Пусть нужно найти
- •19. РЯД ФУРЬЕ. ИНТЕГРАЛ ФУРЬЕ
- •19.1. Ряд Фурье в действительной форме
- •19.2. Ряд Фурье в комплексной форме
- •19.3. Интеграл Фурье
- •Комплексная форма интеграла Фурье
- •Для четной функции интеграл Фурье
- •Преобразование Фурье
- •(прямое),
- •(обратное).
- •Косинус-преобразование Фурье
- •(для четных функций)
- •(прямое),
- •(обратное).
- •Синус-преобразование Фурье
- •(для нечетных функций)
- •(прямое),
- •(обратное).
- •20. ТЕОРИЯ ФУНКЦИЙ КОМПЛЕКСНОГО ПЕРЕМЕННОГО (ФКП)

271
14.6. Криволинейные интегралы 2-го рода
по пространственным линиям ..................................... 140
14.7. Связь криволинейных интегралов
1-го и 2-го рода .............................................................. 141
15. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ИНТЕГРАЛЫ ...................... 142
16. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОЛЯ ............................... 144
16.1.Скалярное поле ..................................................... 144
16.2. Векторное поле ..................................................... 146
17. ОБЫКНОВЕННЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ
УРАВНЕНИЯ ................................................................ 151
17.1. Дифференциальные уравнения
1-го порядка ................................................................... 151
17.1.1. Общие понятия. Теорема существования ....... 151
17.1.2. Дифференциальные уравнения
с разделяющимися переменными ................................ 154
17.1.3. Физические задачи, приводящие
к дифференциальным уравнениям .............................. 156
17.1.4. Однородные дифференциальные
уравнения ....................................................................... 157
17.1.5. Дифференциальные уравнения,
приводящиеся к однородным ...................................... 159
17.1.6. Линейные дифференциальные уравнения.
Уравнение Бернулли ..................................................... 160
17.1.7 Дифференциальные уравнения в полных
дифференциалах ............................................................ 164
17.2. Дифференциальные уравнения высших
порядков ......................................................................... 167
17.2.1. Дифференциальные уравнения
2-го порядка ................................................................... 167
17.2.2. Частные случаи дифференциальных
уравнений 2-го порядка, допускающие
понижение порядка ....................................................... 170

272
17.2.3. Дифференциальные уравнения высших
n
n
порядков, допускающие понижение порядка ............. 171
17.2.4. Дифференциальные уравнения
высших порядков .......................................................... 172
17.3. Линейные дифференциальные уравнения ......... 173
17.3.1. Линейные дифференциальные
уравнения 2-го порядка ................................................ 173
17.3.2. Однородные линейные
дифференциальные уравнения 2-го порядка .............. 174
17.3.3. Неоднородные линейные
дифференциальные уравнения 2-го порядка .............. 175
17.3.4. Однородные дифференциальные
уравнения 2-го порядка с постоянными
коэффициентами ........................................................... 175
уравнения 2-го порядка с постоянными
коэффициентами ........................................................... 177
17.3.6. Метод вариации произвольных
постоянных .................................................................... 184
17.3.7. Линейные дифференциальные уравнения
-го порядка ................................................................. 186
17.3.8. Линейные дифференциальные уравнения
-го порядка с постоянными коэффициентами
и правой частью специального вида ........................... 189
17.4. Системы дифференциальных уравнений ........... 191
17.4.1. Общие определения. Нормальные
системы дифференциальных уравнений ..................... 191
17.4.2. Системы линейных дифференциальных
уравнений ...................................................................... 194
17.4.3. Системы линейных дифференциальных
уравнений с постоянными коэффициентами .............. 196

273
17.4.4. Случай кратных корней
характеристического уравнения .................................. 201
17.4.5. Матричная форма записи однородной
системы дифференциальных уравнений ..................... 204
18. РЯДЫ ....................................................................... 206
18.1. Числовые ряды ..................................................... 206
18.1.1. Определение ряда и его суммы ........................ 206
18.1.2. Необходимый признак сходимости ряда.
Гармонический ряд ....................................................... 208
18.1.3. Ряды с положительными членами.
Достаточные признаки сходимости ряда .................... 210
18.1.3.1. Признаки сравнения ....................................... 210
18.1.3.2. Признак д’Аламбера ...................................... 212
18.1.3.3. Радикальный признак Коши ......................... 212
18.1.3.4. Интегральный признак Коши ....................... 213
18.1.3.5. Степенной признак ........................................ 215
18.1.3.6. Признак Абеля ................................................ 215
18.1.3.7. Признак Дирихле ........................................... 215
18.1.3.8. Признак Раабе................................................. 215
18.1.3.9. Признак Гаусса ............................................... 215
18.1.4. Знакопеременные ряды .................................... 216
18.1.5. Знакочередующиеся ряды ................................ 217
18.1.6. Некоторые ряды ................................................ 218
18.2. Функциональные ряды ........................................ 218
18.2.1. Общие определения .......................................... 218
18.2.2. Равномерная сходимость
функциональных рядов ................................................ 219
18.2.3. Свойства равномерно сходящихся рядов........ 220
18.3. Степенные ряды ................................................... 222

274
18.3.1. Теорема Абеля.
( )
x
fx e=
( )
( )
cosfx x=
( ) ( )
( )
Интервал и радиус сходимости ................................... 222
18.3.2. Свойства степенных рядов ............................... 226
18.4. Разложение функций в степенные ряды ............ 228
18.4.1. Ряд Тейлора ....................................................... 228
18.4.2. Условие разложимости функций
в ряд Тейлора ................................................................. 229
18.4.3. Остаточный член ряда Тейлора ....................... 230
18.4.4. Разложение функций в ряды Тейлора
и Маклорена .................................................................. 232
18.4.4.1. Разложение функции
в ряд Маклорена ............................................................ 232
18.4.4.2. Разложение функции
в ряд Маклорена ............................................................ 233
18.4.4.3. Разложение функции
в ряд Маклорена ............................................................ 233
18.4.4.4. Биномиальный ряд ......................................... 233
18.4.4.5. Разложение функции
в ряд Маклорена ............................................................ 234
18.4.4.6. Разложение функции
в ряд Маклорена ............................................................ 234
18.4.4.7. Примеры ......................................................... 234
18.4.5. Приближенное вычисление значений
функций ......................................................................... 235
18.4.6. Интегрирование функций ................................. 237
19. РЯД ФУРЬЕ. ИНТЕГРАЛ ФУРЬЕ ........................ 238
19.1. Ряд Фурье в действительной форме ................... 238
19.2. Ряд Фурье в комплексной форме ........................ 240
sinfx x=
ln 1fx x= +
arctgfx x=

275
19.3 Интеграл Фурье ..................................................... 241
20. ТЕОРИЯ ФУНКЦИЙ
КОМПЛЕКСНОГО ПЕРЕМЕННОГО (ФКП) ............ 242
20.1. Комплексные числа и операции над ними ......... 242
20.2. Элементарные функции комплексного
переменного................................................................... 245
20.3. Дифференцирование ФКП.
Аналитические функции .............................................. 247
20.4. Интегрирование ФКП.
Интегральные формулы Коши ..................................... 248
20.5. Ряды в комплексной области .............................. 250
20.6. Вычеты ФКП в изолированных
особых точках ............................................................... 252
20.7. Вычисление некоторых действительных
интегралов с помощью вычетов .................................. 254
21. ОПЕРАЦИОННОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ ...................... 255
21.1. Основные свойства оригиналов
и изображений ............................................................... 255
21.2. Отыскание оригинала по изображению ............. 261
21.3. Дифференциальные уравнения и системы.
Решение операторным методом .................................. 263

276
Бутырин Владимир Иванович
Веричев Станислав Николаевич
Недогибченко Галина Васильевна
Шварц Эдуард Берешович
СПРАВОЧНОЕ ПОСОБИЕ ПО ВЫСШЕЙ МАТЕМАТИКЕ
Учебное пособие
В авторской редакции
Подписано в печать 03.06.2016. Формат 60 × 84 1/32.
Бумага офсетная. Тираж 300 экз. Уч.-изд. л. 8,02. Печ. л. 8,62.
Новосибирского государственного технического университета
Изд. № 143. Заказ № 868. Цена договорная
Отпечатано в типографии
630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
