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

XVI. Операционное исчисление

Вариант 9

1. Найти изображение аналитически заданных оригиналов:

а) cos2 (ω 0 t) ;

б)

t

cos u

d u .

∫

 

 

 

u

 

 

0

 

 

2.Найти изображение графически заданного оригинала:

3.Найти изображение выражения, если y(t) Y(p) :

5 y ''' + 4 y ' − 2 y , y '' (0) = −1, y' (0) = −2 , y (0) = 2 .

 

4. Найти оригинал с помощью теоремы Бореля:

1

.

p ( p 2 + 4 p + 21)

 

 

5.Решить дифференциальное уравнение y'' − y' = th t при нулевых на-

чальных условиях ( y' (0) =0, y (0) = 0 ) с помощью интегралов Дюамеля.

6.Найти частные решения дифференциального уравнения

y''' −16 y' = t 2 +1, y'' (0) = −1, y' (0) = 0 , y (0) = 0 .

7. Решить систему дифференциальных уравнений

x ' ' = 2 y ' ,

y ' ' = 4 x '

x (0)

y (0)

=1, =0,

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

8. Решить операционным методом:

 

 

∂ 2 T

а) уравнение теплопроводности ∂ T ( x ; t )

= 484

 

 

∂ t

 

∂

T ( x; 0) =0, T (0; t ) =e−5 t ;

 

 

 

 

 

∂U

=−7

∂I

−I

 

 

 

 

 

 

б) телеграфное уравнение ∂x

 

∂t

, U(x; 0) =0,

∂I

=− ∂U −2U

 

 

 

∂t

 

 

 

∂x

 

 

 

( x ; t ) , x 2

U (0; t ) =6t ;

в) уравнение продольных колебаний стержня

∂ 2 f (x ; t)

= 289

∂ 2 f (x ; t) ,

f ( x; 0) =

∂ f ( x; 0)

=0,

f (0; t ) =0,

∂ f (l ; t )

=3sin(ω t ).

∂t

 

∂x

∂t 2

 

∂ x 2

 

 

 

 

430

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

Задания для самостоятельного решения

XVI. Операционное исчисление

Вариант 10

1. Найти изображение аналитически заданных оригиналов:

а) sin2 (3ω0 t) ;

t

б) ∫e−2 u sin(3u) du .

 

0

2.Найти изображение графически заданного оригинала:

3.Найти изображение выражения, если y(t) Y ( p) :

y '' + 4 y ' + 5 y , y' (0) = −4 ,

y (0) = −6 .

 

 

 

 

4. Найти оригинал с помощью теоремы Бореля:

 

 

1

 

.

 

 

( p − 1) 2 ( p + 3)

 

5. Решить дифференциальное уравнение

y'' − y' =

 

e2 t

 

при нулевых

 

+ e2 t

 

1

 

 

начальных условиях ( y' (0) = 0 , y (0) = 0 ) с помощью интегралов Дюа-

меля.

6. Найти частные решения дифференциального уравнения

y''' −3 y' + 2 y = 8t e−t ,

y'' (0) =1,

y' (0) = 0 ,

y (0) = 0 .

7. Решить систему дифференциальных уравнений

 

''

'

= y

 

 

x (0 ) =0,

'

(0 ) =1

 

x

 

 

− x

,

x

 

 

 

' '

 

'

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

= x

 

 

y (0 ) =0,

y '(0 ) =1

 

y

 

+ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Решить операционным методом:

 

 

∂ 2 T ( x ; t ) ,

а) уравнение теплопроводности ∂ T ( x ; t )

= 324

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ t

 

 

∂ x 2

T ( x; 0) =0, T (0; t ) =e−7t ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂U

=−

∂I

−I

 

 

 

 

б) телеграфное уравнение

 

∂x

 

∂t

 

 

 

U (0; t ) =5t ;.

 

 

 

 

, U(x; 0) =0,

 

 

 

 

∂I

 

=− ∂U

−U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в) уравнение продольных колебаний стержня

∂ 2 f (x ; t)

= 361

∂ 2 f (x ; t) ,

f ( x; 0) =

∂ f ( x; 0)

=0,

f (0; t ) =0,

∂ f (l ; t )

=5sin(ω t ).

∂t 2

 

∂ x 2

 

∂t

 

 

∂x

 

431

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

Задания для самостоятельного решения

XVI. Операционное исчисление

Вариант 11

1. Найти изображение аналитически заданных оригиналов:

а)sin(4 t − 2) ; б) t sin(2 t) .

2.Найти изображение графически заданного оригинала:

3.Найти изображение выражения, если y(t) Y ( p) :

y(5) −y(4) −y''' +2 y'' −4 y' +6y, y(4) = y''' (0) = 0 , y'' (0) = y' (0) = −1, y (0) =1 .

4. Найти оригинал с помощью теоремы Бореля:

 

1

 

.

 

( p 2 + 6 p +13)( p 2 − 6 p +10)

5. Решить дифференциальное уравнение

y'' +16y =cos2(4t) при нулевых

начальных условиях ( y' (0) = 0 , y(0) =0) с помощью интегралов Дюаме-

ля.

6. Найти частные решения дифференциального уравнения

y''' − y'' + 4 y' − 4 y = 5 e−t

sin t , y'' (0) =1, y' (0) =1, y (0) = 0 .

7. Решить систему дифференциальных уравнений

 

' '

− 2 x

'

= y

 

x (0 ) =0 ,

'

(0 ) =0

 

x

 

 

 

x

.

 

' '

 

 

'

 

 

,

y ' (0 ) =0

 

− 2 y

= x

y (0 ) =0,

 

y

 

 

 

 

 

 

8. Решить операционным методом:

а) уравнение теплопроводности ∂ T ( x ; t )

∂ t

T ( x; 0) =0, T (0; t ) =e−2t ;

∂U

=−2

∂I

−4 I

 

∂x

∂t

б) телеграфное уравнение

 

 

∂I

=−9 ∂U −3U

 

∂x

 

∂t

 

 

 

 

=900 ∂ 2 T ( x ; t ) ,

∂x 2

,U(x; 0) =0, U (0; t ) =−7t ;

в) уравнение продольных колебаний стержня

∂ 2 f (x ; t)

= 64

∂ 2 f (x ; t) ,

f ( x; 0) =

∂ f ( x; 0)

=0,

f (0; t ) =0,

∂ f (l ; t )

=5cos(ω t ).

∂t 2

 

∂ x 2

 

∂t

 

 

∂x

 

432

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

Задания для самостоятельного решения

XVI. Операционное исчисление

Вариант 12

1. Найти изображение аналитически заданных оригиналов:

а) cos(3t + 5) ; б) t 2 cost .

2.Найти изображение графически заданного оригинала:

3.Найти изображение выражения, если y(t) Y ( p) :

− 2 y (4) + 5 y ''' 3 y '' − y ' + y , y''' (0) = y'' (0) = y' (0) = y (0) = 0 .

4. Найти оригинал с помощью теоремы Бореля: 1 .

( p − 5) 2 ( p − 3) 2

5. Решить дифференциальное уравнение y'' −y' = e2t при нулевых на-

1+et

чальных условиях ( y' (0) = 0 , y (0) =0 ) с помощью интегралов Дюамеля.

6.

Найти частные решения дифференциального уравнения

 

y''' − y'' − y' + y = 4 e t ( 6t −1) +3t ,

y'' (0) = 0 ,

y' (0) = −1, y (0) =1 .

7.

Решить систему дифференциальных уравнений

 

 

 

' '

+ 2 x

'

− 3 y = e

t

 

 

'

(0 ) =0

 

 

x

 

 

 

 

,

x (0 ) =1,

x

.

 

 

' '

 

 

'

 

 

−t

 

 

 

 

 

+ 4 y

− 5 x = e

 

y (0 ) =0,

y ' (0 ) =1

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Решить операционным методом:

 

 

∂ 2 T

а) уравнение теплопроводности ∂ T ( x ; t ) = 484

 

 

∂ t

 

∂

T ( x; 0) =0, T (0; t ) =e−5 t ;

 

 

 

 

 

∂U

=−7

∂I

−I

 

 

 

 

, U(x; 0) =0,

б) телеграфное уравнение ∂x

 

∂t

 

∂I

=− ∂U −2U

 

 

 

∂t

 

 

 

∂x

 

 

 

( x ; t ) , x 2

U (0; t ) =6t ;

в) уравнение продольных колебаний стержня

∂ 2 f (x ; t)

= 289

∂ 2 f (x ; t) ,

f ( x; 0) =

∂ f ( x; 0)

=0,

f (0; t ) =0,

∂ f (l ; t )

=3sin(ω t ).

∂t

 

∂x

∂t 2

 

∂ x 2

 

 

 

 

433

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

Задания для самостоятельного решения

XVI. Операционное исчисление

Вариант 13

1. Найти изображение аналитически заданных оригиналов:

а) e t +7 ; б) t 3e −2 t .

2.Найти изображение графически заданного оригинала:

3.Найти изображение выражения, если y(t) Y ( p) :

6 y '' − 7 y ' + 5 y , y ' (0) = 4 ,

y (0) = −2 .

 

 

 

 

4. Найти оригинал с помощью теоремы Бореля:

 

 

p 2

.

 

 

 

( p 2 + 1)

2

 

 

5. Решить дифференциальное уравнение

y'' +16y =

 

1

 

 

при нуле-

 

2

 

 

 

8

+sin

(4t)

вых начальных условиях ( y' (0) = 0 , y (0) = 0 ) с помощью интегралов Дюамеля.

6.

Найти частные решения дифференциального уравнения

 

y''' − y' = 3(2 −t 2 ) , y'' (0) =1, y' (0) =1, y (0) =1 .

7.

Решить систему дифференциальных уравнений

x ' ' = 2 y ' ,

y ' ' = 4 x '

x (0)

y (0)

=1, =0,

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

8. Решить операционным методом:

 

∂ 2 T ( x ; t ) ,

а) уравнение теплопроводности

∂ T ( x ;

t ) = 324

 

 

 

 

∂ t

 

∂ x 2

T ( x; 0) =0, T (0; t ) =e−7t ;

 

 

 

 

 

 

 

∂U

=−

∂I

−I

 

 

 

∂x

∂t

, U(x; 0) =0, U (0; t ) =5t ;.

б) телеграфное уравнение

 

 

∂I =− ∂U −U

 

 

 

∂x

 

∂t

 

 

 

 

 

 

 

 

в) уравнение продольных колебаний стержня

∂ 2 f (x ; t)

= 361

∂ 2 f (x ; t) ,

f ( x; 0) =

∂ f ( x; 0)

=0,

f (0; t ) =0,

∂ f (l ; t )

=5sin(ω t ).

∂t 2

 

∂ x 2

 

∂t

 

 

∂x

 

434

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

Задания для самостоятельного решения

XVI. Операционное исчисление

Вариант 14

1. Найти изображение аналитически заданных оригиналов:

а) sh (6 −t) ; б) t 2ch (3t) .

2.Найти изображение графически заданного оригинала:

3.Найти изображение выражения, если y(t) Y ( p) :

4 y (4) + 3 y ''' + 2 y '' + y ' − 7 y , y''' (0) =1 , y'' (0) = −1, y' (0) =1,

y (0) = −1 .

4. Найти оригинал с помощью теоремы Бореля:

 

 

1

.

 

 

 

p ( p − 8) 2

 

 

5. Решить дифференциальное уравнение y'' +4 y =

 

1

 

 

при нуле-

 

+ cos2

 

 

3

(2t)

вых начальных условиях ( y' (0) = 0 , y (0) = 0 ) с помощью интегралов Дюамеля.

6. Найти частные решения дифференциального уравнения

y''' −16 y' = t 2 +1,

y'' (0) = −1,

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

7. Решить систему дифференциальных уравнений

 

''

'

= y

x

(0 ) =0,

'

(0 )

=1

x

 

 

− x

x

 

 

' '

'

 

,

(0 ) =0,

 

 

.

 

 

= x

y

y '(0 ) =1

y

 

+ y

 

 

 

 

 

8. Решить операционным методом:

а) уравнение теплопроводности ∂ T ( x ; t )

∂ t

T ( x; 0) =0, T (0; t ) =e−2t ;

∂U

=−0,5

∂I

−2 I

 

∂x

∂t

б) телеграфное уравнение

 

 

∂I

=−3 ∂U +10U

 

∂x

∂t

 

 

 

=625 ( x t ) ,

∂x 2

,U(x; 0) =0, U (0; t ) =3t ;;∂ 2 T

в) уравнение продольных колебаний стержня

∂ 2 f (x ; t)

= 4

∂ 2 f (x ; t) ,

f ( x; 0) =

∂ f ( x; 0)

=0,

f (0; t ) =0,

∂ f (l ; t )

=2sin(ω t ).

∂t 2

 

∂ x 2

 

∂t

 

 

∂x

 

435

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

Задания для самостоятельного решения

XVI. Операционное исчисление

Вариант 15

1. Найти изображение аналитически заданных оригиналов:

а) ch (9 −5t) ; б) −t sh t .

2.Найти изображение графически заданного оригинала:

3.Найти изображение выражения, если y(t) Y ( p) :

−3y''' +9 y' −6 y , y'' (0) = −3 , y' (0) = −2 , y (0) = 0 .

 

4. Найти оригинал с помощью теоремы Бореля:

1

.

( p 2 + 2 p + 2)( p 2 − 2 p + 7)

 

 

5.Решить дифференциальное уравнение y'' − y' = th t при нулевых на-

чальных условиях ( y' (0) =0, y (0) = 0 ) с помощью интегралов Дюамеля.

6.Найти частные решения дифференциального уравнения

y''' −3 y' + 2 y = 8t e−t , y'' (0) =1, y' (0) = 0 , y (0) = 0 .

7. Решить систему дифференциальных уравнений

 

'

 

+ 2 y = 3t

 

x (0) =2

x

 

 

,

 

 

'

 

 

.

 

 

− 2 x = 4

 

y (0) =3

y

 

 

 

 

8. Решить операционным методом:

а) уравнение теплопроводности ∂ T ( x ; t )

∂ t

T ( x; 0) =0, T (0; t ) =e−2t ;

∂U

=−2

∂I

−4 I

 

∂x

∂t

б) телеграфное уравнение

 

 

∂I

=−9 ∂U −3U

 

∂x

 

∂t

 

 

 

 

=900 ∂ 2 T ( x ; t ) ,

∂x 2

,U(x; 0) =0, U (0; t ) =−7t ;

в) уравнение продольных колебаний стержня

∂ 2 f (x ; t)

= 64

∂ 2 f (x ; t) ,

f ( x; 0) =

∂ f ( x; 0)

=0,

f (0; t ) =0,

∂ f (l ; t )

=5cos(ω t ).

∂t 2

 

∂ x 2

 

∂t

 

 

∂x

 

436

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

Задания для самостоятельного решения

XVI. Операционное исчисление

Вариант 16

1. Найти изображение аналитически заданных оригиналов:

 

t

а) t e−2 t ;

б) ∫

e4 u

du .

u

 

0

 

 

2.Найти изображение графически заданного оригинала:

3.Найти изображение выражения, если y(t) Y(p) :

2y(5) −3y''' +2y'' −3y, y(4)(0) =0, y''' (0) = 2 , y'' (0) =1, y' (0) = −1,

y (0) = −2 .

4. Найти оригинал с помощью теоремы Бореля:

 

1

 

.

 

 

p ( p 2 + 4 p + 21)

5. Решить дифференциальное уравнение y'' −y' =

e2t

при нулевых на-

2t

1+e

 

 

 

чальных условиях ( y' (0) = 0, y(0) =0) с помощью интегралов Дюамеля.

6.

Найти частные решения дифференциального уравнения

 

y'' −2 y' =et (t 2 +t −3) , y' (0) = 2 , y (0) = 2 .

7.

Решить систему дифференциальных уравнений

x' + y' − y = et

2 x' + y ' + 2 y =

, x (0) =0.

cos t y (0) =0

8. Решить операционным методом:

а) уравнение теплопроводности ∂ T ( x ; t )

 

 

 

∂ t

T ( x; 0) =0, T (0; t ) =e−3 t ;

 

 

 

 

∂U

=−4

∂I

−3I

 

∂x

∂t

б) телеграфное уравнение

 

 

∂I

=−7 ∂U −4U

 

∂x

 

∂t

 

 

 

 

=144 ∂ 2 T ( x ; t ) ,

∂x 2

,U(x; 0) =0, U (0; t ) =5t ;

в) уравнение продольных колебаний стержня

∂ 2 f (x ; t)

=16

∂ 2 f (x ; t) ,

f ( x; 0) =

∂ f ( x; 0)

=0,

f (0; t ) =0,

∂ f (l ; t )

=9sin(ω t ) .

∂t 2

 

∂ x 2

 

∂t

 

 

∂x

 

437

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

Задания для самостоятельного решения

XVI. Операционное исчисление

Вариант 17

1. Найти изображение аналитически заданных оригиналов:

а) −t sin(2 t) ;

t

б) ∫u3 e u du .

 

0

2.Найти изображение графически заданного оригинала:

3.Найти изображение выражения, если y(t) Y(p) :

 

5 y ''' + 4 y ' − 2 y , y '' (0) = −1, y' (0) = −2 , y (0) = 2 .

 

 

4.

Найти оригинал с помощью теоремы Бореля:

 

 

1

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

( p − 1) 2 ( p + 3)

 

5.

Решить дифференциальное уравнение y ''

− y ' =

 

1

 

при нулевых

 

+ e t

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

начальных условиях ( y' (0) = 0 ,

y (0) = 0 ) с помощью интегралов Дюа-

меля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

Найти частные решения дифференциального уравнения

 

y'' +4 y' +3 y = sht sint ,

y' (0) =1, y (0) = 0 .

 

 

 

 

7.

Решить систему дифференциальных уравнений

 

 

 

 

 

'

− x + 2 y = t

 

x (0) =2

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− y = t

y (0) =4

 

 

 

 

 

 

 

 

− 2 x + y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Решить операционным методом:

а) уравнение теплопроводности ∂ T ( x ; t )

 

 

 

∂ t

T ( x; 0) =0, T (0; t ) =e−4 t ;

 

 

 

 

∂U

=−3

∂I

−2 I

 

∂x

∂t

б) телеграфное уравнение

 

 

∂I

=−7 ∂U −4U

 

∂x

 

∂t

 

 

 

 

=225 t ) ,

∂x 2

,U(x; 0) =0, U (0; t ) =−7t ;∂ 2 T ( x ;

в) уравнение продольных колебаний стержня

∂ 2 f (x ; t)

= 25

∂ 2 f (x ; t) ,

f ( x; 0) =

∂ f ( x; 0)

=0,

f (0; t ) =0,

∂ f (l ; t )

=7cos(ω t ).

∂t 2

 

∂ x 2

 

∂t

 

 

∂x

 

438

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

Задания для самостоятельного решения

XVI. Операционное исчисление

Вариант 18

1. Найти изображение аналитически заданных оригиналов:

а) t cos(8t) ;

t

б) ∫eu sin2 u d u .

 

0

2.Найти изображение графически заданного оригинала:

3.Найти изображение выражения, если y(t) Y ( p) :

y '' + 4 y ' + 5 y , y' (0) = −4 , y (0) = −6 .

4. Найти оригинал с помощью теоремы Бореля:

1

 

.

 

( p +1)( p + 2) 2

5. Решить дифференциальное уравнение y '' + y =

1

при нулевых

2 + cos t

 

 

 

начальных условиях ( y' (0) = 0 , y (0) = 0 ) с помощью интегралов Дюа-

меля.

6. Найти частные решения дифференциального уравнения

y'' + 2 y' + 2 y = 2 e−t sin t , y' (0) =1, y (0) =1 .

7. Решить систему дифференциальных уравнений

 

' '

 

 

 

 

 

'

 

x

 

+ x + y = 5

 

 

=0,

x (0)=0

 

 

 

,

x(0)

.

 

' '

 

 

 

=0,

 

 

− 4 x −3 y

= −3

 

y(0)

y '(0)=0

y

 

 

 

 

 

 

8. Решить операционным методом:

а) уравнение теплопроводности ∂ T ( x ; t )

∂ t

T ( x; 0) =0, T (0; t ) =e−9 t ;

∂U

=−3

∂I

−4 I

 

∂x

∂t

б) телеграфное уравнение

 

 

∂I

=−6 ∂U −5U

 

∂x

 

∂t

 

 

 

 

=196 ∂ 2 T ( x ; t ) ,

∂x 2

,U(x; 0) =0, U (0; t ) =t ;

в) уравнение продольных колебаний стержня

∂ 2 f (x ; t)

=121

∂ 2 f (x ; t) ,

f ( x; 0) =

∂ f ( x; 0)

=0,

f (0; t ) =0,

∂ f (l ; t )

=6sin(ω t ) .

∂t

 

∂x

∂t 2

 

∂ x 2

 

 

 

 

439

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]