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

MI_T2TerekhovSV

.pdf
Скачиваний:
281
Добавлен:
13.04.2015
Размер:
14 Мб
Скачать
☆

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

Задания для самостоятельного решения

VIII. Определённый и несобственный интегралы

Вариант 23

π π

1. Не вычисляя интегралов, указать, какой из них больше ∫2 sin 2 x dx ;

∫2 sin 4 x dx .

0

0

2.Оценить интеграл, т.е. указать два числа, между которыми заключено зна-

чение интеграла ∫2 (x2 − 2x +9)dx .

 

 

−1

 

 

 

 

 

 

 

3.

Найти среднее интегральное значение функции на интервале интегрирова-

ния f (x) = e3x ;

x [0;

2].

 

 

 

 

 

 

4.

Вычислить указанные интегралы:

 

 

 

 

π

 

 

 

 

π

 

 

 

 

2

1

dx

 

 

2

 

4

− x dx .

 

а) ∫ctg x dx ;

б) ∫

 

;

в) ∫(2x −3 )sin (5x )dx ;

г) ∫1

 

1 + 2x − x

2

 

π

0

 

 

0

 

0

x + 4

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

Найти площадь плоской фигуры, ограниченной указанными линиями. Вы-

полнить чертёж.

 

 

 

 

 

в) ρ = 3tg ϕ ; ϕ = π .

 

а) xy =1 ; y = 0 ; x =1; x = 2 ;

 

 

б) y = x2 ; y 2 = x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

6.

Найти объём тела, полученного вращением указанных линий: а) вокруг оси

Ox ; б) вокруг оси Oy . Выполнить чертёж.

 

 

 

 

а) y =1 − x2 ;

y = 0 ;

 

 

 

б) x =cos t

.

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 2 sin t

 

 

 

7. Найти длину линии или её части, соответствующей указанному интервалу изменения аргумента или указанным точкам на данной линии y = ln (1 − x 2 );

 

−

1

;

1

 

x

2

2

.

 

 

 

 

8. Найти площадь поверхности, полученной вращением данной линии или её части, соответствующей данному интервалу изменения аргумента или дан-

 

 

 

x = t (3 −t 2 )

(петля); (Oy ).

 

 

 

ным точкам на линии

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 3t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Исследовать на сходимость указанные несобственные интегралы:

 

0

x2

 

∞

dx

 

 

 

3

dx

 

 

1

x2 dx .

а) ∫

dx ;

б) ∫

 

 

 

;

в) ∫

 

;

г) ∫

−∞

2

 

1

 

x (x +1 )

 

0 x −1

 

0

1 − x2

190

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

Задания для самостоятельного решения

VIII. Определённый и несобственный интегралы

Вариант 24

π π

1. Не вычисляя интегралов, указать, какой из них больше ∫2 sin x dx ;

∫2

sin x dx .

0

0

 

2.Оценить интеграл, т.е. указать два числа, между которыми заключено зна-

чение интеграла ∫2 (3x2 +11)dx .

0

3. Найти среднее интегральное значение функции на интервале интегрирова-

ния

f (x) = cos (2x );

 

0;

π

x

2

.

 

 

 

 

 

4. Вычислить указанные интегралы:

π

2

1

 

(x −3)dx

 

1

5

а) ∫cos x dx ;

б) ∫

 

 

 

 

;

в) ∫x e−x dx ;

г) ∫ 3x −7 dx .

x

2

+ 4x

+14

π

−2

 

 

0

1

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Найти площадь плоской фигуры, ограниченной указанными линиями. Вы-

полнить чертёж.

а) xy =1 ; y = 0 ; x = 2 ; x = 4 ;

б) x = 4 −( y −1 )2 ; x = y 2 − 4 y +3 ;

в) ρ =tg ϕ ; ϕ =

π .

 

 

4

 

6. Найти объём тела, полученного вращением указанных линий: а) вокруг оси

Ox ; б) вокруг оси Oy . Выполнить чертёж.

а) y = 2 sin x ; y = 0 ; x =

π

;

б) x = 2 cos t .

 

4

 

y = 6sin t

7. Найти длину линии или её части, соответствующей указанному интервалу изменения аргумента или указанным точкам на данной линии y = ln (cos x );

 

π

 

π

x

 

;

 

.

4

3

 

 

 

8. Найти площадь поверхности, полученной вращением данной линии или её части, соответствующей данному интервалу изменения аргумента или дан-

ным точкам на линии x2 + y 2 =16 ;

от A(2; 2

3 )до B(3;

7 ); (Ox ).

9. Исследовать на сходимость указанные несобственные интегралы:

∞

0

 

 

dx

 

 

6

dx

 

16

3 + 2 x dx .

а) ∫ 7 x5 dx ;

б) ∫

 

 

;

в) ∫

;

г) ∫

 

2

+ 6x +11

 

0

−∞ x

 

 

0

6 − x

0

x − 4

191

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

Задания для самостоятельного решения

VIII. Определённый и несобственный интегралы

Вариант 25U

1

1

1. Не вычисляя интегралов, указать, какой из них больше ∫e x dx ;

∫x dx .

0

0

2.Оценить интеграл, т.е. указать два числа, между которыми заключено зна-

2

чение интеграла ∫e x 2 dx .

0

3. Найти среднее интегральное значение функции на интервале интегрирова-

ния f (x) = 3x2 + x ; x [0; 2 ].

4. Вычислить указанные интегралы:

3

 

8

 

 

dx

1

3

 

а) ∫(1 + 2x +3x2

)dx ;

б) ∫

 

 

; в) ∫x10 x dx ;

г) ∫

dx .

 

2

− 6x +34

2

 

3 x

 

0

0

4 − x2

5. Найти площадь плоской фигуры, ограниченной указанными линиями. Вы-

полнить чертёж.

а)

x y = 6 ;

 

 

3

t ; x ≥3 3

;

x + y = 7 ; б) x = 8 cos

 

 

 

 

3

t

 

 

 

y = 8sin

 

 

 

в)

ρ = 3(1 −cosϕ ); ρ = 3 (вне кардиоиды).

 

6. Найти объём тела, полученного вращением указанных линий: а) вокруг оси

Ox ; б) вокруг оси Oy . Выполнить чертёж.

а) x y = 5 ; y = 0 ; x =1; x = 2 ;

б) y = x2 ; y = 0 ; x = 2 .

7. Найти длину линии или её части, соответствующей указанному интервалу изменения аргумента или указанным точкам на данной линии y = ln (x 2 + 1 ); x [2; 3 ].

8. Найти площадь поверхности, полученной вращением данной линии или её части, соответствующей данному интервалу изменения аргумента или данным точкам на линии x2 + y 2 = 25 ; от A(−3; 4 ) до B(4; 3 ); (Ox ).

9. Исследовать на сходимость указанные несобственные интегралы:

1

∞

(3x +1 )dx ;

∞

ln x dx

 

2

dx

 

 

2

 

dx

 

 

а) ∫

б) ∫

;

в) ∫

;

г) ∫

 

.

3

 

 

4

 

0

 

2

x

−2 x −1

 

 

0 x ln

x

192

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

Модульный блок № 4

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков

Вариант 1

I. Решить дифференциальные уравнения I порядка:

– с разделяющимися переменными

а) 2x 1 − y 2 dx − y d y = 0 ;

б) 4 x dx −3 y dy = 3 x2 y dy − 2 x y 2 dx ;

в) x y′− y 2 = 0 , y(1)=1;

– однородные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

 

 

dx

 

=

 

 

dy

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + y

 

 

y − x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

x y′ = 4 2 x 2 + y 2 + y ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

 

y′ =

 

y

 

 

 

 

 

y

,

y(1)=1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

– линейные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

y′− y sin x = sin x cos x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

y′−

 

y

= x

2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

d s

 

+

 

3 s

 

 

=

2

,

 

s (1)=1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли:

 

d t

 

 

 

 

 

 

 

 

t 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y′ + x y = (1 + x) e−x y 2 .

 

 

 

 

 

 

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

 

– допускающие понижение порядка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

y

′′

 

′

)

2

+1

;

 

 

 

 

 

 

б)

 

2 y y

′′

−

3( y

′

)

2

= 4 y

2

,

 

′

=1;

а) 2 x y

 

= ( y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(0) = y (0)

– со специальной правой частью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

y′′+ 9 y = sin (3x)+ 2 e x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

y′′− 4 y′+ 5y = (16 − 2x ) e x + x 2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′′

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 x

 

 

 

 

4

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

 

y

− 6 y

+ 9 y

 

=

3e

,

 

y(0) = 3 ,

y(0) = 27 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г)

 

y

′′

 

+ 4y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

=1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= sin x , y(0) = y (0)

 

 

 

– методом вариации постоянных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′′

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

′′

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4e 2 x

 

 

 

 

′

 

а) y

+ 4 y

= sin 2 x ;

б)

y

−6 y

+8y

=

1 + e−2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, y(0) = y (0) = 0 .

 

III. Решить системы дифференциальных уравнений

 

а) x& = 2x −3y ;

 

 

 

б)

x& = y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = x

 

 

 

 

 

 

 

y = 3x + 4y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

193

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

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков Вариант 2

I.Решить дифференциальные уравнения I порядка:

–с разделяющимися переменными

 

 

 

а) ( x2 −1) dy + (1 − y 2 ) dx = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

 

4 + y 2 dx − y dy = x 2 y dy ;

 

 

 

 

 

– однородные

в)

(1 + y 2 ) dx = x y dy , y(2) =1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x y′+

y ln

 

= 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) x y′ = 4 x 2 + y 2 + y ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

( x y′− y ) arctg

 

= x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– линейные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

y

′

= e

− x

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−1 + x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

sin (2x);

 

 

 

 

 

 

 

 

y

+ y cos x = 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

d s

cos2 t − s = tg t , s (0) = −1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли: x y′+ y = 2 y 2

ln x .

 

 

 

 

 

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

 

 

 

 

– допускающие понижение порядка

 

 

 

 

 

а) y y′′ = 2 ( y′)2 ;

б)

y′′

−

 

y′

 

= x (x

 

−1) , y(2) =1,

y′(2) = −1;

 

 

 

 

x −1

 

 

 

 

 

– со специальной правой частью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

y′′+ 5 y′+ 4 y = 3sin x + e−x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

б) y′′+ 4 y = x e 2 x + 5 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

y′′− 6 y′+ 9 y = x2 − x + 3 ; y(0) = 34 , y′(0) =

1

 

;

 

 

 

27

 

 

 

г)

y

′′

+9 y = cos x ,

 

 

 

 

′

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(0) = y (0) =1

 

 

 

 

– методом вариации постоянных

1

 

 

 

 

 

 

 

′′

 

 

 

 

′′

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

а) y

+ y = sec x ;

б)

y

−3 y

+ 2 y =

 

3 + e −x , y(0) =

1+8ln 2 ,

=14ln2.

 

 

 

 

y (0)

III. Решить системы дифференциальных уравнений

 

 

 

 

а) x& = x + y ;

б) x& = y − 2x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = x − y

 

y = x +5y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

194

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

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков

Вариант 3

 

 

 

 

 

I. Решить дифференциальные уравнения I порядка:

– с разделяющимися переменными

 

 

 

 

 

а) x2 dy + ( y −5) dx = 0 ;

 

 

 

 

 

б) x2 y 2 y′+1 = y ;

 

 

 

 

 

π

 

 

1

 

в) y′ = ( 2 y +1) ctg x , y

 

 

=

 

;

4

2

 

 

 

 

– однородные

а) x y′ = 2 3 x 2 + y 2 + y

б)

 

y

 

 

 

y

x y′cos

 

 

 

= y cos

 

 

 

 

 

x

 

 

 

x

в)

 

 

 

y

,

 

x y′ = y 1 + ln

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

;

−.x ;

− 1

y(1) = e 2 ;

– линейные

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

y′− y ctg x = 2 x sin x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) ( x y + e x ) dx − x dy = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

t

 

d s

− s = t 2 , s (0) = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли: x2 y′ = y 2 + x y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

 

 

 

– допускающие понижение порядка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y

′′

 

 

′

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) y

′′

 

 

′

e

y

,

y(0) = 0 ,

′

=1,

′

= 0;

 

x ln x = y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= y

 

y (0)

y (0)

– со специальной правой частью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y′′− 4 y = 8 x 3 + e 2 x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y′′+ 2 y′+ 5 y =10 cos x + x e− x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

y

′′

 

′

+3 y = e

5 x

,

y(0)

′

= 9 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−4 y

 

= 3 , y (0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г)

y

′′

+ 4 y = sin(2x),

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(0) = y (0) =1;

 

 

 

 

– методом вариации постоянных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y

′′

′

 

 

 

e x

 

 

 

′′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

+ y

= x ;

б)

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− 2 y

 

 

 

+ 9 y = 9sec(3x), y(0) =1, y (0) = 0.

 

 

 

III. Решить системы дифференциальных уравнений

 

 

 

а) x& = x +8y

;

 

 

 

б)

x& = 3x +5y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = y − 2x

 

 

 

 

 

y = x + 4y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

195

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

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков Вариант 4

I.Решить дифференциальные уравнения I порядка:

–с разделяющимися переменными

а) б) в)

– однородные

а)

б)

в)

– линейные

а) б)

в)

( x2 + x ) dy = ( 2 y +1) dx ;

( e 2 x + 5) dy + y e 2 x dx = 0 ;

(1+ x 2 ) y′+ y 1+ x2 = x y ,

y′ =

 

y

 

 

 

y

 

 

;

 

 

 

+ cos

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

′

 

 

3 y 3

+12y x 2

 

x y

= 2 y

2 + 6 x 2 ;

 

 

 

 

 

 

y

 

y

 

 

2

 

y′ = 4 +

 

+

 

 

 

, y(1) = 2 ;

x

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

y′+ y sin x = cos2 x ;

 

( 9 + x2 ) y′+ x y =1;

 

(1 −t 2 )

d s

−t s = (1 −t 2 ) 3/ 2

,

 

 

d t

 

y(0) =1;

s(0) = 0 ;

– уравнение Бернулли: x y′− y = −y 2 ( ln x + 2 ) ln x .

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

– допускающие понижение порядка

 

′′

 

′

+1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y

′′

y

 

−

′

)

2

= 0 ,

y(0) =1,

′

= 2 ;

а) y

tgx = y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( y

 

y (0)

– со специальной правой частью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

y′′−5 y′+ 6 y =13sin (3x)+ e 2 x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) y′′− 4 y′+ 4 y = 2 x2 + x e x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

2 y

′′

− y

′

=1,

y(0)

=

0 ,

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y (0) =1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г)

y

′′

+ y = 2 cos

(7x),

 

 

 

 

 

′

=1

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(0) = y (0)

 

 

– методом вариации постоянных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y

′′

′

 

 

e− x

 

 

′′

 

 

 

′

 

9 e−3 x

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

+ 2 y

+ y =

x

; б)

y

 

−3 y

 

 

= 3 + e−3 x

,

y(0) = 4ln 4 ,

y (0)

= 3(3ln 4 −1) .

III. Решить системы дифференциальных уравнений

 

 

а) x& = 2x − y ;

 

б)

x& = 7x + y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = y − 4x

 

 

y = 3x − y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

196

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

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков Вариант 5

I.Решить дифференциальные уравнения I порядка:

–с разделяющимися переменными

а) y′ = e x − 2 y ;

б) x 3 + y2 dx + y 1 + x2 dy = 0 ;

 

 

 

 

 

в)

dx −

 

 

 

 

1 − x2 dy = 0 ,

y(1) = π

;

 

 

 

– однородные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + 2y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

y

′

 

=

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) x y′ = 3 2 x2 + y2 + y ;

 

 

 

 

 

– линейные

 

 

в)

(y +

 

 

 

x2 + y2 )dx − x dy = 0 ,

y(1) = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

y′−

 

= x sin x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

 

y′+

 

y

= x2 sin x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

 

d s

+

s

= 3t (t > 0) ,

s(1) =1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d t

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли: 2 ( y′+ x y) = (1 + x ) e− x y 2 .

 

 

 

 

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

 

– допускающие понижение порядка

 

 

 

 

 

 

а)

y′′− 2 y′ctg x = sin 3 x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

4 y3 y′′ = y 4 −1,

y(0) =

2 ,

′

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y (0)

= 2 2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– со специальной правой частью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

y′′− 4 y′+ 4 y = 2 sin (2x)+ 2x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

б) y′′− 4 y′+8 y = e x + ( x2 +1) ;

 

1

 

 

 

 

 

 

в)

 

y

′′

−

 

3 y = x + cos (2x), y(0)=

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0, y (0)= −9 ;

 

 

 

 

 

 

г) y

′′

+ 2 y

′

 

 

 

 

 

 

′

=1;

 

 

 

 

 

 

 

 

+6 y = 20 cos x sin x +3, y(0) = y (0)

– методом вариации постоянных

 

 

 

 

 

 

а)

y′′+ y =

1

 

;

б)

y′′+

4 y = 4 ctg (2x),

π

 

π

 

= 2 .

 

 

 

y

=

3, y′

 

 

cos3

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

4

 

 

 

III. Решить системы дифференциальных уравнений

 

 

а) x& = 5x + 2 y

;

 

б)

x& = y − 2x .

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 4x −7 y

 

 

 

y = y − x

 

 

 

 

 

 

 

197

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

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I. Решить дифференциальные уравнения I порядка:

 

 

 

 

 

 

 

 

– с разделяющимися переменными

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) x + x y = −( y + x y ) y′;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) x 6 + y 2 dx + y 5 + x2 dy = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– однородные

 

 

в)

2 y′

 

x = y , y(4) =1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) x2 + y 2 = 2 x y y′ ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

 

′

 

 

 

3y3 + 2 y x2

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2 y 2 + x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– линейные

 

 

в)

y +

 

 

x2 + y2 − x y′ = 0 ,

 

y(1) = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

y′cos x − y sin x = sin (2x);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

′

 

 

2x −

5

 

y = 5

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

t 2 dsdt = 2t s −3 , s (−1) =1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли: 3( x y′+ y ) = y 2 ln x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

 

 

 

 

 

– допускающие понижение порядка

1

 

 

 

π

 

 

ln 2

 

 

π

 

 

а) 2 y y′′ = ( y′)

2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) y′′ =

 

 

 

,

 

 

=1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

=

 

 

 

 

 

, y′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

2

x

 

 

2

 

– со специальной правой частью

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

y′′− 2 y = x e−x + sin (2x);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) y′′+ 2 y′ = 4 e x + (x2 +1) ;

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

y

′′

+ 4 y = sin(2x)+1,

y(0) =

,

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

y (0) = 0 ;

 

 

 

 

 

 

г)

y

′′

+ y

′

= x

3

− x ,

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

=1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(0) = 0, y (0)

 

 

 

 

 

 

 

 

– методом вариации постоянных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y′′+ y = ctgx ;

б)

y′′+

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

,

 

 

π

 

 

 

 

 

π

 

 

 

3π

.

 

 

 

9 y =

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

= 4, y′

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

sin(3x)

 

6

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

III. Решить системы дифференциальных уравнений

 

 

 

 

 

а) x& = 2y − x ;

 

б)

x& = x +9 y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = x − 4 y

 

 

 

y = 3y − x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

198

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

Задания для самостоятельного решения

IX. Дифференциальные уравнения I и II порядков

 

 

 

Вариант 7

I. Решить дифференциальные уравнения I порядка:

– с разделяющимися переменными

 

а)

tg x sin 2 y dx + cos2 x ctg y dy = 0 ;

б)

′

y

1 − x2

;

1− y2 +1 = 0

y

в)

(1 + e x ) y y′ = e x ,

y(0) =1;

– однородные

 

 

 

 

а)

б)

в)

y′ =

y

−1;

 

 

 

 

x

 

 

 

2

 

 

 

y

 

y

y′ = 2 + 4

 

+

 

 

;

x

 

 

 

 

x

 

(x2 −3y 2 ) dx + 2 x dy = 0 , y(2) = 4 ;

– линейные

 

 

 

а)

y′

−

 

y

= x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

y′

 

 

 

y

 

 

 

x

 

 

 

 

+1) ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

= e

(x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

t

d s

 

+ s − et

= 0 ,

s (0) = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение Бернулли: 2 y′+ y cos x =

(1 +sin x ) cos x

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

II. Решить дифференциальные уравнения II порядка:

 

– допускающие понижение порядка

 

 

 

 

 

 

а) x y′′+ y′ = 0 ;

б)

 

 

 

 

3

=1,

 

1

 

 

1

;

 

 

y′′ y

 

 

y

 

 

 

= y′

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

– со специальной правой частью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y′′+ y′− 6 y = x e2 x + x2 ;

 

 

 

 

 

 

 

б) y′′− y′ = 2 ch (2x);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

y

′′

+ 4y = sin x ,

y(0) =

 

′

=1;

 

 

 

 

 

 

y (0)

 

 

 

 

 

г)

y

′′

+

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

=1;

 

 

 

 

 

4 y

+ 4 y = cos (2x)+ x , y(0) = y (0)

– методом вариации постоянных

 

 

 

 

 

 

 

 

а) y

′′

+ y = tg x ;

б)

y

′′

+ y'=

 

 

e−x

 

 

 

 

,

 

 

 

 

′

= ln 9 −1.

 

2 + e−x

 

 

 

 

 

 

 

y(0) = ln 27 , y (0)

III. Решить системы дифференциальных уравнений

 

а) x& = 4x + y ;

б) x& = x −8y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = x +5y

 

y = 4x + y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

199

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]