MI_T2TerekhovSV
.pdf
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) ∑5−2 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) = 1−cos(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) =1− x ; |
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) ∑8−n ; |
|
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: |
||||||
|
∞ |
|
|
∞ |
|
(3−n ). |
|
|
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 3−n ; |
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) ∑4−n ; |
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 |
1−2 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)):
|
1− 1 |
|
|
|
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) = (1−3x)−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
