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

MI_T2TerekhovSV

.pdf
Скачиваний:
281
Добавлен:
13.04.2015
Размер:
14.02 Mб
Скачать

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

Задания для самостоятельного решения

X. Ряды

Вариант 3

1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-

1 ;

n3 + 2

 

ходимого признака сходимости ряда: а)

б)

.

 

n=1

n

n=1

ln n

2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости:

 

 

6

 

а) 52 n ;

б)

 

 

.

9n

2

+12n 5

n=1

n=1

 

 

3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения:

1

 

6n+1

 

а)

;

б)

.

n2 + 2 ln n

 

n=1

 

n=1

n +1

4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера:

 

3n

 

(n +1)!

 

а)

 

;

б)

.

2

n

n

n=1

(2n +1)

 

n=1

3 (n + 2)

5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:

1

 

1

 

 

а)

;

б)

 

.

(n +1 )2

(n +3 )ln (n +3 )

n=1

 

n=1

 

6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):

 

1

1 +

1

1 +... ;

 

(1 )n (2n

+1)

 

 

 

 

а)

б)

.

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

2

4

8

 

n=1

n (n +1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Найти область сходимости функциональных рядов:

 

 

 

1 +

1

 

 

1

 

 

 

 

 

(n 3) 3 (x +3)2 n

 

а)

+

 

+... ;

б) (n +1)!xn

;

 

в)

.

 

 

 

 

 

 

 

x

 

x2

 

 

x3

 

n=1

 

 

 

n=1

2 n +3

8. а) Разложить функцию f (x)

в ряд Тейлора (при x0

0 ) или ряд Маклорена

(при

x0

= 0 ); б) разложить данную функцию f (x) в ряд Маклорена, используя

стандартные разложения:

а)

f (x) = sin(2x) ;

x0 = π / 4 ;

б) f (x) = ln (4x ).

9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда:

y' = −xy2 + 2cos x ; y(0) =1.

10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).

а)

f (x) =x +1;

x (π; π ];

1,

0 < x π / 2

; (по косинусам).

б) f (x) =

π / 2 < x π

 

 

 

 

 

 

x (2; 2 ];

x,

 

11. а)

f (x) =

 

x

 

;

б) f (x) = 3x ;

x (0; 1 ); (по синусам).

 

 

220

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

Задания для самостоятельного решения

X. Ряды

Вариант 4

1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-

2n 1

 

5n + 2

 

ходимого признака сходимости ряда: а)

;

б)

.

3n

 

 

n=1

 

n=1

n +1

2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости:

(1n)n ;

 

 

6

 

а)

б)

 

 

.

9n

2

+ 6n 8

n=1

9

n=1

 

 

3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения:

1

 

(n + 2)!

 

а)

;

б)

.

n 2n

 

n=1

 

n=1

n +1

4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера:

 

π

 

 

2

n

(n

3

+1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) n sin

 

 

;

б)

 

 

 

 

 

.

 

 

(n +1)!

n=1

 

3n

 

n=1

 

 

5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:

1 ;

1

 

 

а)

б)

 

.

2

 

n=1

n2 +1

n=2

n ln

n

6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):

 

а)1 1 +

1

1

+ 1

 

1

 

 

(1 )n+1

 

 

 

 

 

 

+...;

б)

 

.

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

5

9

11

n=1

 

ln (n +1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.

Найти область сходимости функциональных рядов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xn

 

 

(1) n (x +3) n

 

 

а) x2 + x4 + x6 +... ;

б)

;

в)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

n!

n=1

5n (n +1)

8.

а) Разложить функцию

f (x) в ряд Тейлора (при

x0 0 ) или ряд Маклорена

(при x0 = 0 ); б) разложить данную функцию f (x)

в ряд Маклорена, используя

стандартные разложения: а) f (x) = ln (ex + x ); x0

= 0 ;

б) f (x) =

sin x x

.

 

 

 

 

x3

9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда: y' =2y +x 1; y(1) = 0 . 10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).

а)

f (x) = x ;

x (π; π ];

 

1,

0

< x 1

(по синусам).

 

б) f (x) =

1

< x π

 

 

 

 

 

2x,

 

11. а)

2 x +1, 1 < x 0

;

б) f (x) = 5x ; x (

0; π ) (по косинусам).

f (x) =

1,

0 < x 1

 

 

 

 

 

 

 

221

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

Задания для самостоятельного решения

X. Ряды

Вариант 5

1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-

 

π

 

 

n

3

+1

 

 

;

б)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ходимого признака сходимости ряда: а) sin

 

 

 

 

 

n=1

 

3 n

 

n=1

ln n

 

2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости:

 

 

 

2

 

а) 7

n ;

б)

 

 

.

4n

2

+8n +3

n=1

 

n=1

 

 

3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения:

sin (2 / n)

 

ln (n + 2 )

 

а)

 

 

;

б)

 

 

.

2 n

2 n +3

n=1

 

n=1

 

4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера:

2 n

 

(2n + 2)!

 

а)

;

б)

.

n

n

n=1

3

 

n=1

(3n +5) 2

5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:

1

;

 

 

а)

б) arctg n .

n=1

(n +1 ) 5

n +1

n=1

n2 +1

 

6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):

 

1

 

4

 

9

 

16

 

 

 

 

(1 )n

 

 

 

 

 

а)

 

 

+

 

 

+... ;

б)

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

3

9

27

81

 

n ln(n +1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Найти область сходимости функциональных рядов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

(1) n (x 3)n

а) x + 2x2 + 3x3 + 4x4 +... ;

б)

 

 

 

 

;

 

в)

 

 

.

 

n!x

n

 

(n +1)9

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

 

n=1

 

 

8. а) Разложить функцию

f (x) в ряд Тейлора (при

x0 0 ) или ряд Маклорена

(при

x0

= 0 ); б) разложить данную функцию f (x) в ряд Маклорена, используя

стандартные разложения: а) f (x) =

1

 

 

; x0 = 0 ;

б) f (x) = 1cos(2x) .

e x +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

x

 

 

9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда: y' = x e y + y ; y(0) =1. 10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).

 

2,

 

π < x 0

 

 

 

а)

 

 

 

 

 

;

б) f (x) =1x ;

x (0; π ) (по косинусам).

f (x) =

 

2

 

 

 

 

x

,

0 < x π

 

 

 

 

 

 

 

 

x (0; 3 ] (по синусам).

11. а)

f (x) = 2x ;

 

x (1; 1 ];

 

б) f (x) = x +3;

222

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

Задания для самостоятельного решения

X. Ряды

Вариант 6

1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

;

б)

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ходимого признака сходимости ряда: а) sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

5 n

 

 

 

n=1

(3n 1) (2n +1)

 

2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости:

 

 

 

 

n

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

(1 )

;

б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

2n 1

 

 

9n

2

+3n

2

 

 

 

 

 

n=1

2

 

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения:

 

 

5 n

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

;

 

б)

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

n

n=1

 

 

n2 + 4

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера:

 

 

3 n +1

 

arctg (5 / n)

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

;

б)

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

n +1

 

 

 

 

n!

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:

1

 

1

 

а)

;

б)

.

(n + 2 )

n ln n

n=1

n + 2

n=1

 

6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

(1 )n 1

 

 

 

 

 

а)

 

 

 

+

 

 

 

 

 

+...;

 

 

б)

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

2 3

3

 

4

 

 

 

n=1

 

(n +1) 22 n

 

 

 

7.

Найти область сходимости функциональных рядов:

 

 

 

а) sin x

 

 

sin (2x)

 

 

 

sin (3x)

 

 

 

n!

 

 

(1) n (x + 4)n

 

 

+

+

 

+...;

б)

;

в)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

27

 

 

n=1

 

xn

n=1

(n + 2) 5n

8.

а) Разложить функцию

f (x)

в ряд Тейлора (при

x0 0 ) или ряд Маклорена

(при x0 = 0 ); б) разложить данную функцию f (x) в ряд Маклорена, используя

стандартные разложения: а) f (x) = arccos x ; x0 = 0 ; б) f (x) = ln (x2 +3x + 2 ). 9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда:

y'' = x y + (y' )2 ; y(0) = 4 ; y ' (0) = −2 .

10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).

а)

x,

π < x 0

;

б)

f (x) = x2 ;

x (0; π ) (по синусам).

f (x) =

0,

0 < x π

 

 

 

 

 

x (0; 2 ] (по косинусам).

11. а)

f (x) = x +1;

x (1; 1 ];

 

б)

f (x) = 2x ;

223

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

Задания для самостоятельного решения

X. Ряды

Вариант 7

1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-

2n

 

 

n2 +1

 

ходимого признака сходимости ряда: а)

;

б)

.

3n2 n +1

 

n=1

 

n=1

ln n

2.

Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости:

 

 

 

 

 

 

 

а) 8n ;

 

б) [1/(n2 + n 2)] .

 

n=1

 

 

n=1

 

 

 

3.

Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения:

 

1

 

 

π

 

 

а)

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3n +5) 2n

б) tg

 

.

 

n=1

 

n=1

 

3n

4.

Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера:

 

 

 

 

(3n ).

 

а) (n2 / 5n+1) ;

 

б) n!tg

 

n=1

 

 

n=1

 

 

 

5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:

 

1

 

 

1

 

а)

 

 

;

б)

.

n (1

+ ln n )

(n +1) (n +3)

n=1

 

n=2

 

 

 

 

 

 

 

6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):

 

12 +13 14 +15 16 +...;

(1 )n

 

 

 

 

 

 

а)

б)

.

 

 

 

(n +1) 3 n

 

 

 

 

5 6 7 8 9

n=1

 

 

 

 

 

7. Найти область сходимости функциональных рядов:

 

 

 

 

x

+ x2 +

x3 +...;

1

 

 

 

(1) n (x 1)2 n

 

а)

б)

 

 

;

в)

.

 

2

3

4

n=1

(2n 1) xn

 

 

n=1

n8 n

8. а) Разложить функцию f (x)

в ряд Тейлора (при x0 0 ) или ряд Маклорена

(при

x0

= 0 ); б) разложить данную функцию f (x)

 

в ряд Маклорена, используя

стандартные разложения: а) f (x) = sec x ;

x0 = 0 ;

 

б)

f (x) =1/

4 + x .

9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда:

y'' = y y' x 2 ; y(0) =1; y ' (0) =1.

10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по ко-

синусам, либо по синусам (указано в скобках).

а)

1,

π < x 0

;

б) f (x) =1+ x ; x (0; π ) (по косинусам).

f (x) =

x,

0 < x π

 

 

 

 

11. а)

f (x) = 2x +1;

x (1; 1 ];

б) f (x) = x2 ; x (0; 1 ] (по синусам).

224

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

Задания для самостоятельного решения

X. Ряды

Вариант 8

1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-

n

 

n3

 

 

ходимого признака сходимости ряда: а)

;

б)

.

n +3

ln n +1

n=1

 

n=1

 

 

 

 

 

 

2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости:

а) (1)n 3n ;

б) [24 /(9n2 12n 5)] .

n=1

n=1

3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения:

1

 

 

 

2π

 

 

 

 

а)

 

 

;

б) tg

 

.

3n2

 

n

n=1

+1

n=1

 

 

4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера:

2 n

 

1 3 5 ... (2n 1)

 

а)

;

б)

.

n=1

n!

 

n=1

3 n (n +1)!

5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:

n

 

 

1

 

а)

;

б)

.

n2 +1

(n +3) n +3

n=1

 

n=1

 

6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):

 

1

 

1

 

1

 

 

 

(1 )n

 

 

 

 

 

а)1

+

+... ;

б)

.

 

 

 

 

24

 

34

44

 

 

 

n=1

ln (n +1)

 

 

 

 

7. Найти область сходимости функциональных рядов:

 

 

 

 

 

 

 

(x 2)

2

 

(x 2)3

xn

 

 

(1) n (2n +3)

 

а) (x 2)+

 

 

 

 

 

+

 

+... ; б)

 

;

 

в)

 

 

.

 

 

2

 

3

n + 4

 

(n +1)5 x2 n

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

n=1

 

8. а) Разложить функцию f (x) в ряд Тейлора (при

x0 0 ) или ряд Маклорена

(при x0 = 0 ); б) разложить данную функцию f (x) в ряд Маклорена, используя

стандартные разложения: а) f (x) = 9 + x2 ; x0 = 0 ;

б) f (x) = x sin (2x ).

 

9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда:

y'' = −x y ; y(0) =1; y ' (0) = 0 .

10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).

а)

1

x, π < x 0

;

б)

f (x) =

x

;

x (0; π ) (по синусам).

f (x) =

 

 

2,

0 < x π

 

 

 

 

 

2

 

 

11. а)

f (x) = x ;

x (3; 3 ];

 

б)

f (x) = x2 ;

x (0; 1 ] (по косинусам).

225

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

Задания для самостоятельного решения

X. Ряды

Вариант 9

1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-

(n +1)2

 

2n

 

ходимого признака сходимости ряда: а)

;

б)

.

2n +1

 

n=1

 

n=1

n +1

 

 

 

 

2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости:

 

 

9

 

а) 4n ;

б)

 

 

.

9 n

2

+ 21n 8

n=1

n=1

 

 

3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения:

 

 

 

π

 

 

 

1

 

 

а)

 

;

б)

 

.

3sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(n +1 )(n +3 )

 

 

n=1

 

 

2 n

 

 

n=1

 

4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера:

4 3 n +1

 

n 2

 

а)

;

б)

;

5 2 n 1

(n +1)!

n=1

 

n=1

 

5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:

1

 

1

 

а)

;

б)

.

(3n 1)2

(n +1) 5

n=1

 

n=1

n +1

6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):

а) 1

+ 1

 

1

 

 

1

 

(1 )n

 

 

 

 

+

 

... ;

б)

.

 

 

10

17

(n +1) ln (n +1)

 

 

2

5

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Найти область сходимости функциональных рядов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

(1) n xn

 

а)1 4x +16x2 64x3 +... ;

б)

;

в)

.

(x 2)n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

n=2

4n 3

8. а) Разложить функцию f (x) в ряд Тейлора (при x0

0 ) или ряд Маклорена

(при x0

= 0 ); б) разложить данную функцию f (x) в ряд Маклорена, используя

стандартные разложения:

а) f (x) =sinx;

x0 = π / 3 ;

б) f (x) =1 cos (3x ).

9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда:

(1+ x2 ) y'' + x y' = y ; y(0) =1; y ' (0) =1.

10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).

а) f (x) = 3x 1; x (π; π ];

б)

f (x) = x2 +1;

x (0; π ) (по косинусам).

11. а) f (x) = 5x ; x (3; 3 ];

б)

x,

0

< x 1

(по синусам).

f (x) =

1

< x 2

 

 

1,

 

226

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

Задания для самостоятельного решения

X. Ряды

Вариант 10

1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-

1

 

2n +3

 

ходимого признака сходимости ряда: а)

;

б)

.

n=1

n2 2n

 

n=1

n

2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости:

 

 

 

6

 

а) 2

12 n ;

б)

 

 

.

n

2

+5n 6

n=1

 

n=1

 

 

3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения:

1

 

 

 

 

1

 

а)

 

;

б)

 

 

.

n

+1

n

2

+ ln n

n=1

n 2

 

 

n=1

 

 

4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера:

3 n

 

5

 

 

а)

;

б)

 

.

n2 + 2

(2n +1)!

n=1

 

n=1

 

5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:

n2

 

1

 

а)

;

б)

.

n3 +3

3 (n + 2)4

n=1

 

n=1

 

6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):

 

1

 

 

2

 

 

 

3

 

4

 

 

(1 )n (2n

1)

 

 

 

а)

 

 

+

+...;

б)

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

22

 

 

23

24

 

n=1

 

3n

 

 

 

 

7. Найти область сходимости функциональных рядов:

 

 

 

x

 

 

2x2

 

 

3x3

 

 

 

sin(2 n x)

 

 

(1) n (x 4)2 n

 

а)

+

 

+

+...;

б)

;

 

в)

.

 

2

 

 

3

 

 

 

 

4

 

 

 

n=1

 

(2n)2

 

n=1

2n

8. а) Разложить функцию

f (x) в ряд Тейлора (при x0 0 ) или ряд Маклорена

(при

x0

= 0 ); б) разложить данную функцию f (x)

в ряд Маклорена, используя

стандартные разложения: а) f (x) =3 x ; x0 = 4 ;

 

б) f (x) =1 e 3x .

9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда:

y' = 2x +cosy ; y(0) = 0 .

10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).

1,

π < x 0

 

;

б)

f (x) = 5x +1; x (0; π ] (по косинусам).

а) f (x) =

x,

0 < x π

 

 

 

 

2 x,

2 < x 0

;

 

б)

f (x) = x2 ; x (0; 2 ) (по синусам).

11. а) f (x) =

0,

0 < x 2

 

 

 

 

 

 

227

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

Задания для самостоятельного решения

X. Ряды

Вариант 11

1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-

2 n +1

 

3n 1

 

ходимого признака сходимости ряда: а)

;

б)

.

n2

 

n=1

 

n=1

5 n

2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости:

(

n

 

6

 

а)

1 )

;

б)

 

.

3

2 n 1

4 n

2

n=1

 

 

n=1

9

3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения:

 

π

 

 

1

 

 

;

б)

.

 

 

 

 

 

 

а) tg

3(n +1)

 

2n +5

n=1

 

 

 

n=1

 

4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера:

n!

 

1 4 7 ... (3n 2)

 

а)

;

б)

.

n=1

2 n

 

n=1

7 9 11 ... (2n +5)

5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:

 

n

 

 

1

 

а)

 

;

б)

 

.

n

2

+ 7

(n +5)

4

n=1

 

 

n=1

 

n +5

6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):

 

11

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

(1 )n n3

 

 

 

 

 

 

 

а)

+

 

+... ;

 

 

б)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

27

64

 

 

 

 

 

 

n=1

(n +1)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Найти область сходимости функциональных рядов:

 

 

 

 

 

x +1 (x +1)2

 

(x +1)3

 

 

 

x

 

 

(1) n (x 5)2 n +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

 

 

+

 

 

 

 

 

+

 

 

+... ;

б)

 

2 n tg

 

 

;

в)

 

 

.

 

 

1 2

 

 

 

 

 

2 3

 

3 4

 

 

 

n=1

3n

 

 

0 )

n=1

3n +8

 

8. а) Разложить функцию

f (x) в ряд Тейлора (при

x0

или ряд Маклорена

(при x0 = 0 ); б) разложить данную функцию f (x)

в ряд Маклорена, используя

стандартные разложения: а) f (x) = −1/ x ;

x0 = −2 ;

 

 

 

б) f (x) = (13x)3 .

 

9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда:

y'' = x2 y ; y(0) =1; y ' (0) =1.

10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).

а)

11. а)

f (x)

f (x)

=

=

2, π < x 0 ; x, 0 < x π

x +1, 1 < x 0 ;

0, 0 < x 1

б) f (x) = ex ; x (0; π ] (по синусам).

б) f (x) = x + 2 ; x (0; 2 ) (по косинусам).

228

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

Задания для самостоятельного решения

X. Ряды

Вариант 12

1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

n +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ходимого признака сходимости ряда: а) sin

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

6 n

n=1

n +3

 

2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости:

 

 

2 n +3 n

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

;

 

б)

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

5 n

 

n=1

 

 

n (n +1)

 

 

 

 

 

 

 

3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения:

 

 

1

 

 

 

 

 

ln (n +1)

 

 

 

 

 

 

а)

 

 

;

б)

.

 

 

 

 

 

n2 n +1

 

 

 

 

n=1

 

 

n=1

 

 

n +5

 

 

 

 

 

 

 

4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера:

 

 

 

n!(2n 1)

 

 

 

 

6 9 ... (3n +3)

 

 

 

 

а)

 

;

б)

 

 

.

 

 

 

n=1

 

3 n

 

n=1

 

 

3 5 ... (2n +1)

 

 

 

5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:

1

 

1

 

а)

;

б)

.

n=1

(4n 3 )2

 

n=1

n ln3 n

6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):

 

1

1

+ 1

 

 

1

 

 

 

 

 

(1 )n

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

+...;

 

б)

 

.

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

8

11

 

 

 

n=1

 

n!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Найти область сходимости функциональных рядов:

 

 

 

 

x2

 

 

x3

 

 

x4

 

x5

 

 

(x 3) n

 

 

 

(1) n

 

а)

+

+

+

+... ;

б)

 

;

в)

.

 

1

 

 

4

 

9

 

16

 

n=1

(n +1)5 n

 

n=1 n 9n (x 1) 2 n

 

8. а) Разложить функцию f (x)

в ряд Тейлора (при

x0 0 ) или ряд Маклорена

(при

x0

= 0 ); б) разложить данную функцию f (x)

в ряд Маклорена, используя

стандартные разложения: а)

f (x) = arcsin x ; x0 = 0 ;

б) f (x) =

1 cos(3x )

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5x

 

9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда:

y'' = x y ; y(0) =1; y ' (0) = 0 .

10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).

а)

f (x) = x +3; x (π; π ];

б)

0,

0 < x π / 2

(по косинусам).

f (x) =

π

/ 2 < x π

 

 

 

 

 

 

 

x,

 

11. а)

f (x) =

 

x

 

; x (1; 1 ];

б)

f (x) = 2x +1;

x (0; 2 ] (по синусам).

 

 

229

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]