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

MI_T2TerekhovSV

.pdf
Скачиваний:
274
Добавлен:
13.04.2015
Размер:
14.02 Mб
Скачать

Терехов С.В.

Математический

инструментарий для студентов-физиков

Том 2. Задачи

Донецк-2010

Терехов С.В.

Математический

инструментарий для студентов-физиков

Том 2. Задачи

Донецк-2010

УДК 51 PACS 02 Т35

Министерство образования и науки Украины

Донецкий национальный университет Кафедра Нанофизика

Национальная академия наук Украины

Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина

Рецензенты:

доктор техн. наук, профессор кафедры “Физики необратимых процессов, экологии и метрологии” Донецкого национального университета

Белоусов В.В.

доктор физ.-мат. наук, профессор кафедры математической физики Национального технического университета Украины “КПИ”

Герасимчук В.С.

доктор физ.-мат. наук, профессор, зав. отделом “Теории магнетизма и фазовых переходов” Донецкого физико-технического института им. А. А. Галкина НАН Украины

Тарасенко С.В.

Т35 Терехов С.В. Математический инструментарий для физиков. // Т.2. Задачи. В 2-х частях (для студентов физических факультетов и других специальностей университетов и технических институтов) / Донецк: “Цифровая типография”, 2010. – 511 с.

Приведены индивидуальные задания (часть 1, по 25 вариантов) по основным разделам классической математики и специальные задания для студентов, специализирующихся в области теоретической физики (часть 2, по 10 вариантов).

Для студентов всех специальностей и форм обучения университетов и технических институтов, молодых преподавателей.

© Терехов С.В., 2010

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Оглавление

Стр.

Часть 1. Общеобразовательный курс………………………. 4

Модульный блок № 1.…………………………...........................

5

I. Основы линейной алгебры …………..................................

5

II. Элементы векторной алгебры……………………….

30

III. Аналитическая геометрия на плоскости…………...

55

IV. Аналитическая геометрия в пространстве………...

80

Модульный блок № 2.…………………………...........................

105

V. Пределы ………………………………….....................

105

VI. Дифференциальное исчисление……………………… 118

Модульный блок № 3.…………………………............................

143

VII. Неопределённый интеграл……………………….......

143

VIII. Определённый и несобственный интегралы………..

168

Модульный блок № 4.…………………………............................

193

IX. Дифференциальные уравнения первого и второго

 

порядков ……………..........................................................

193

X. Ряды……………............................................................

218

Модульный блок № 5.…………………………............................

243

XI. Теория вероятностей……………………...........................

243

XII. Элементы математической статистики...................

293

Модульный блок № 6.…………………………............................

318

XIII. Тензорная алгебра……………………….............................

318

Модульный блок № 7.…………………………............................

343

XIV. Функции нескольких переменных…….............................

343

XV. Комплексные функции………………….............................

397

Модульный блок № 8.…………………………............................

422

XVI. Операционное исчисление………………............................

422

Часть 2. Специальный курс………………………………… 447

Модульный блок № 9.…………………………............................

448

XVII. Уравнения математической физики…..........................

448

XVIII. Вычислительная математика………………………

458

Модульный блок № 10…………………………...........................

478

XIX. Вейвлет-анализ.…………………………..............................

478

XX. Фрактальная геометрия……………….............................

488

Список использованных источников………………………... 508

3

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Министерство образования и науки Украины

Донецкий национальный университет Кафедра Нанофизика

Национальная академия наук Украины

Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина

Математический

инструментарий для студентов-физиков

Т.2. Задачи. Часть 1. Общеобразовательный курс

Замечание: в текстах заданий курсивом выделены основные слова, на которые следует обращать повышенное внимание.

4

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Модульный блок № 1

Задания для самостоятельного решения

I. Основы линейной алгебры

Вариант 1

1.

Вычислить определители

 

 

2

9

 

;

 

 

2

 

1

2

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

 

 

 

 

 

1

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Решить уравнение

 

x

2

 

2

 

 

= 4 +

 

x

x

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

1

 

 

 

 

1

2

4

 

 

 

 

 

3

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

3

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Вычислить определитель четвёртого порядка

0

1

2

4

, пре-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

4

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

1

1

 

образовав его так, чтобы три элемента некоторого ряда равнялись нулю, и вычислить полученный определитель по элементам этого ряда.

 

4x y + z = 3

4. Решить по формулам Крамера СЛАУ

x + y z =1 .

 

2x 3y 3z = −4

 

5. Найти алгебраические дополнения всех элементов определителя

третьего порядка

 

1

2

3

 

.

 

 

 

3

5

4

 

 

 

2

1

1

 

 

6. Вычислить произведения матриц A B и B T A, если матрица

1

1

2

 

 

1

 

 

 

 

 

2

0

1

 

 

2

 

 

 

 

A =

 

, а матрица B =

.

 

 

 

 

1

1

3

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

2

7. Найти матрицу A1 , обратную к матрице A=

1

1

1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

x y + 3z =1

8. Решить матричным способом СЛАУ 3x + 2 y + 4z = 5 .

2x + y + z = 4

5

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

I. Основы линейной алгебры

Вариант 2

1.

Вычислить определители

 

 

5

 

 

2

 

;

 

3

4

0

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

4

 

 

 

0

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Решить неравенство

 

2

3

 

 

 

 

2

x

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

 

 

+ 4

 

 

+ x > 3 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

1

 

 

 

 

1

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

3

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Вычислить определитель четвёртого порядка

1

1

1

1

, пре-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

4

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

1

1

 

образовав его так, чтобы три элемента некоторого ряда равнялись нулю, и вычислить полученный определитель по элементам этого ряда.

8x y z = 6

4. Решить по формулам Крамера СЛАУ

x 2 y +3z = 2 .

 

3x + 4y + 4z =11

 

5. Найти алгебраические дополнения всех элементов определителя

третьего порядка

2

0

1

.

2

1

4

 

6

2

5

 

6. Вычислить произведения матриц A B и B T A, если матрица

 

2

0

1

 

 

0

 

 

1

2

1

 

, а матрица

 

1

 

A =

 

B =

.

 

3

0

 

 

 

 

5

 

 

3

 

 

 

1

1

1

7. Найти матрицу A1 , обратную к матрице A=

1

2

2 .

 

1

2

 

 

1

2x y z = −4

8. Решить матричным способом СЛАУ

3x + 2 y 4z = −5 .

 

x + 5y z = 3

 

6

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

I. Основы линейной алгебры

Вариант 3

1.

Вычислить определители

 

 

4

8

 

;

 

 

1

2

1

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

4

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

 

 

 

 

1

5

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Решить неравенство

 

x

x

 

3

 

1

1

 

 

x

 

+ 2x =10 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

0

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

5

 

 

 

 

3

4

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

2

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Вычислить определитель четвёртого порядка

2

1

3 1

, пре-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

2

5

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

2

3

 

образовав его так, чтобы три элемента некоторого ряда равнялись нулю, и вычислить полученный определитель по элементам этого ряда.

2x y 2z = −1

4. Решить по формулам Крамера СЛАУ x + y + 7z = 9 .

4x + y + 2z = 7

5.Найти алгебраические дополнения всех элементов определителя

1 2 1

третьего порядка 6

3

2 .

 

 

 

 

 

1

2

0

 

 

 

6. Вычислить произведения матриц A B и B T A, если матрица

2 2

3

 

 

 

 

4

 

 

2

4

 

, а матрица

B =

 

1

 

A=

3

 

.

 

3

5

 

 

 

 

 

3

 

 

0

 

 

 

 

 

2

0

1

7. Найти матрицу A1 , обратную к матрице A=

2

1

1 .

 

1

2

 

 

1

5x + 3y z = −3

8. Решить матричным способом СЛАУ x + 4 y + 3z = 8 .

3x + 2 y + 5z = 4

7

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

I. Основы линейной алгебры

Вариант 4

1.

Вычислить определители

 

5

7

 

;

 

4

3

6

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

8

 

 

2

1

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

1

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Решить неравенство

 

 

 

+ 4

 

3

1

 

+ 6 < 5x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

3

 

 

 

 

 

 

x

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Вычислить определитель четвёртого порядка

2

1

3

1

, пре-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

2

3

5

 

образовав его так, чтобы три элемента некоторого ряда равнялись нулю, и вычислить полученный определитель по элементам этого ряда.

2x + 2 y 3z =1

4. Решить по формулам Крамера СЛАУ x + y + z =1 .

x 3y + 4z = 0

5.Найти алгебраические дополнения всех элементов определителя

4 1 5

третьего порядка 2

1

3 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

3

1

 

 

 

 

 

6. Вычислить произведения матриц A B и B T A, если матрица

4

1

6

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

3

5

1

 

, а матрица

 

1

 

 

 

 

A =

 

B =

.

 

 

 

 

1

2

1

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

1

7. Найти матрицу A1 , обратную к матрице A=

1

1

1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2x + y z = −2

8. Решить матричным способом СЛАУ x + 4 y + 2z = 5 .

x + y + 3z = 3

8

Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.

Задания для самостоятельного решения

I. Основы линейной алгебры

Вариант 5

1.

Вычислить определители

 

2

9

 

;

 

2

1

2

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

 

 

 

1

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Решить неравенство

 

2 + x

 

1

 

x

 

3

2

1

 

 

>1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

2

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

 

 

 

1

3

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

4

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Вычислить определитель четвёртого порядка

3

0

1

1

, пре-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

1

1

1

 

образовав его так, чтобы три элемента некоторого ряда равнялись нулю, и вычислить полученный определитель по элементам этого ряда.

4x + 2 y 7z = −1

4. Решить по формулам Крамера СЛАУ 3x + y + z = 5 .

5x + 2 y 6z =1

5. Найти алгебраические дополнения всех элементов определителя

2 0 5

третьего порядка 5 1 2 .

8 2 4

6. Вычислить произведения матриц A B и B T A, если матрица

2

1

4

 

2

 

 

 

 

 

5

0

2

 

 

8

 

 

 

 

A =

 

, а матрица B =

.

 

 

 

 

1

7

5

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

1

7. Найти матрицу A1 , обратную к матрице A=

2

1

1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

3x y + z = −3

8. Решить матричным способом СЛАУ

x + y z = −1 .

 

5x + 4 y 3z = −4

 

9

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]