Гургула, Мойсишин "Розрахи з матана",
.pdf
|
|
|
|
171 |
||
9.23. |
Ф обмежена |
дугою параболи |
y = b |
|
x |
, |
|
|
|||||
(a > 0, b > 0), віссю Oy і прямою y = b . |
|
|
a |
|||
|
|
|
|
|||
9.24. Ф |
обмежена осями |
координат і дугою |
астроїди |
|||
x = a cos3 t , |
x = asin3 t , яка розташована в першому квадранті. |
9.25.Ф – сектор круга радіуса R з центральним кутом, який дорівнює 2α .
9.26.Ф обмежена кардіоїдою r = a(1+cosϕ).
9.27.Ф обмежена першою петлею лемніскати Бернуллі r 2 = a2 cos 2ϕ .
9.28. |
Ф обмежена осями координат і кривою |
x + y = |
a . |
9.29.Ф обмежена півкубічною параболою ay2 = x3 і прямою x = a (a > 0).
9.30.Ф обмежена параболою y = 2x − x2 і прямою y = 0 .
172
7 Диференціальне числення функцій декількох змінних
Теоретичні питання
1.Поняття функції декількох змінних. Область визначення, границя і неперервність функції декількох змінних.
2.Частинні похідні функції декількох змінних.
3.Диференційованість і повний диференціал функції декількох змінних.
4.Геометричний зміст повного диференціала. Дотична площина та нормаль до поверхні.
5.Похідні і повний диференціал складеної функції. Повна похідна.
6.Неявно задані функції і їх похідні.
7.Похідна за напрямом. Градієнт.
8.Частинні похідні та повні диференціали вищих порядків. Незалежність результату від порядку диференціювання.
9.Формула Тейлора для функції декількох змінних.
10.Екстремум функції декількох змінних. Необхідні та достатні умови екстремуму.
11.Найменше і найбільше значення функції в обмеженій замкненій області.
12.Умовний екстремум.
13.Метод найменших квадратів.
Розрахункові завдання
Задача 1. Знайти та побудувати область визначення функ-
ції z = f (x, y).
1.1. |
z = |
x2 |
− y + 4 − x2 − y2 . |
|
1.2. |
z = |
4 − x2 − y2 + |
x2 + y2 −1 . |
|
1.3. |
z = |
x2 |
+ y2 −1 . |
1.4. z = x + y − x2 − y . |
174 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.3. |
z = 3 x sin y . |
|
|
2.4. |
z = cos (x3 −2xy). |
|||||||||||
2.5. |
z = arccos |
|
|
xy . |
|
|
2.6. |
z = arcsin (x + y2 ). |
||||||||
2.7. |
z = arc tg (x2 + y2 ). |
|
2.8. |
z = arctg (x2 + 3 y ). |
||||||||||||
2.9. |
z = 3 xy2 tgx . |
|
|
2.10. |
z = x2 + y2 +5x2 y2 . |
|||||||||||
2.11. |
z = xy ln (xy). |
|
2.12. |
z = arctg |
y |
. |
|
|||||||||
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
||
2.13. |
z = arc sin |
|
|
. |
2.14. |
z = e y tg(x + y). |
||||||||||
|
x2 |
+ y2 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z = arccos (x − y2 ). |
|||||||
2.15. |
z = arcsin(2x3 y). |
|
2.16. |
|||||||||||||
2.17. |
z = cos (x2 + 2xy). |
|
2.18. |
z = tg (x3 y2 ). |
|
|||||||||||
2.19. |
z = arctg |
|
x3 |
. |
|
|
2.20. |
z = arc sin xy −2x2 y . |
||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
z = ln ( |
|
|
y2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2.21. |
3x2 + y2 ). |
|
2.22. |
z = sin x − y2 . |
|
|||||||||||
2.23. |
z = ln ( |
xy −1). |
|
2.24. |
z = arccos (x + y2 ). |
|||||||||||
2.25. |
z = e |
− x2 |
+y2 |
|
|
2.26. |
z = arc tg |
2 y − x |
2 |
|||||||
|
|
. |
|
|
|
y |
. |
|||||||||
|
z = sin (x2 + y2 )+ y3 . |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
2.27. |
2.28. |
z = arc tg (x2 + y2 ). |
||||||||||||||
2.29. |
z = 3x2 + y2 − x . |
|
2.30. |
z = ln (2 |
y + 4x). |
Задача 3. Задана функція z = f (x, y). Перевірити, чи задовольняє ця функція заданому рівнянню; переконатись та-
кож, що ∂2 z = ∂2 z .
∂x∂y ∂y∂x
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
177 |
3.27. |
z = ln |
x |
+ x |
3 |
− y |
3 |
, |
|
x |
∂z |
+ y |
∂z |
= 3(x |
3 |
− y |
3 |
). |
||||||||
y |
|
|
|
∂ |
∂ |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
||
3.28. |
z = (x2 + y2 ) tg |
|
x |
, |
|
x |
∂z |
+ y |
|
∂z −2z = 0 . |
|
||||||||||||||
|
y |
|
∂x |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂y |
|
|
|
|
|
|
||
|
z = |
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
∂z |
|
1 |
|
|
∂z |
|
z |
|
|
|
|
3.29. |
|
, |
|
|
|
|
|
x |
∂x |
+ |
|
|
∂y = |
|
. |
|
|
||||||||
(x2 − y2 )5 |
|
|
|
|
|
y |
|
y2 |
|
|
3.30. |
z = e |
xy |
, |
|
|
x |
2 |
|
∂2 z |
− y |
2 |
|
∂2 z |
= 0 . |
||
|
|
|
|
∂x2 |
|
∂y2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Задача 4. |
Задані функція |
z = f (x, y), точка A(x0 , y0 ) і |
||||||||||||||
вектор a . Знайти: а) grad z в точці |
A; |
б) похідну функції в |
||||||||||||||
точці A за напрямом вектора a . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
4.1. |
z = ln (3x2 + 4 y2 ), |
|
|
A(1;3), |
|
ar = 2i − rj . |
||||||||||
4.2. |
z = 5x2 +6xy , |
A(2;1), |
ar = i + 2 rj . |
|||||||||||||
4.3. |
z = 3x2 y2 +5 y2 x , |
|
A(1;1), |
ar = 2i + rj . |
||||||||||||
4.4. |
z = x2 + xy + y2 , |
A(1;1), |
ar = 2i − rj . |
|||||||||||||
4.5. |
z = ln (5x2 +3y2 ), |
|
|
A(1;1), |
|
|
ar = 3i + 2 rj . |
|||||||||
4.6. |
z = 2x2 +3xy + y2 , |
|
|
|
A(2;1), |
|
|
ar = 3i −4 rj . |
||||||||
4.7. |
z = arctg (xy2 ), A(2;3), |
ar = 4i −3 rj . |
||||||||||||||
4.8. |
z = ln (5x2 + 4 y2 ), |
|
|
A(1;1), |
|
|
ar = 2i − rj . |
|||||||||
|
|
|
x2 |
|
|
A(1; 2), |
|
|
r |
|
r |
|||||
4.9. |
z = arcsin |
|
|
, |
|
|
a |
= 5i −12 j . |
||||||||
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
y |
|
A(−1; 2), |
|
ar = 4i −3 rj . |
|||||||||
4.10. |
z = 3x4 + 2x2 y3 , |
|
178 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z = 3x2 −6xy + y2 , |
|
|
1 |
|
1 |
|
r |
|
|
2 r |
2 |
|
r |
|||||||
4.11. |
|
A − |
3 |
; − |
2 |
|
, a |
= |
|
|
|
i + |
|
|
j . |
||||||
|
2 |
|
2 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4.12. |
z = x2 − xy + y2 , |
|
A(1;1), |
ar = 6i +8 rj . |
|
|
|
|
|||||||||||||
4.13. |
z = x3 −3x2 y +3xy2 +1, |
|
A(3;1), |
ar = 3i + 4 rj . |
|
||||||||||||||||
4.14. |
z = x2 + y2 , |
|
|
A(3; 2), |
ar = 2i +3 rj . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
4.15. |
z = ln (3x2 + 2 y2 ), |
A(2; 2), |
|
ar = 3i −2 rj . |
|
|
|
||||||||||||||
4.16. |
z = x2 + xy − y2 , |
|
A(2; 2), |
|
ar = 5i +3 rj . |
|
|
|
|||||||||||||
4.17. |
z = 5x2 y2 −3y2 x , |
|
A(1;1), |
|
ar = i + 2 rj . |
|
|
|
|||||||||||||
4.18. |
z = ln (2x2 + y2 ), |
|
A(1;3), |
|
ar = 2i + rj . |
|
|
|
|||||||||||||
|
x2 |
|
|
|
A(1; 2), |
|
r |
|
|
r |
|
|
|
||||||||
4.19. |
z = arccos |
|
|
|
, |
|
|
a = 5i − |
2 j . |
|
|
|
|||||||||
|
y |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
A(−2;1), |
|
ar = 3i + 4 rj . |
|
|
|
|||||||||||
4.20. |
z = 5x3 + 2xy3 , |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
4.21. |
z = 3x2 +5xy2 , |
A(2; 2), |
ar = 2i + rj . |
|
|
|
|
||||||||||||||
4.22. |
z = arcctg (xy2 ), |
|
A(3; 2), |
|
ar = 4i +3 rj . |
|
|
|
|||||||||||||
4.23. |
z = x2 − y2 , |
|
|
A(2;3), |
|
ar = 2i −3 rj . |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|||
4.24. |
z = arc tg |
x |
|
, |
A(2;5), |
ar |
= 2i +3 j . |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
y |
|
|
|
|
A(1;3), |
|
ar = 3i +3 rj . |
|
|
|
||||||||||
4.25. |
z = 3x4 −2x3 y2 , |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
4.26. |
z = 3x2 − 2 y3 , |
|
|
A(3; 2), |
|
ar = 2i −3 rj . |
|
|
|
||||||||||||
4.27. |
z = 5x3 −2 y2 , |
|
A(−3; 2), |
ar = 3i + 2 rj . |
|
|
|
|
|||||||||||||
4.28. |
z = x2 y2 +3xy2 , |
|
A(3; −3), |
|
|
ar = 2i −3 rj . |
|
|
|
||||||||||||
4.29. |
z = ln (2x2 +3y2 ), |
A(3; 2), |
|
ar = 3i + 2 rj . |
|
|
|
179
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
A(3;3), |
|
r |
|
r |
|
|
|||||||||||
4.30. |
z = arcsin |
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
a |
= |
2i −3 j . |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
y2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Задача 5. В пункті а) знайти |
|
dz |
; в пункті б) знайти |
dz |
; |
||||||||||||||||||||||
|
dt |
dx |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
∂z |
|
|
|
|
|
|
∂z . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
в пункті в) знайти |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
∂u |
|
|
|
∂v |
|
|
|
|
x = e−3t , |
|
|
|
|||||||||||
5.1. |
а) |
z = x2 − xy + y2 , |
де |
y = cos 2t ; |
|
||||||||||||||||||||||
|
б) z = ln (x2 − y2 +1), |
|
|
де y = e−x2 ; |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
в) z = x3 ln y , |
|
де |
|
x = |
v |
, |
|
y = u2v . |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
z = e2 x−y , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
5.2. |
а) |
|
|
|
|
де |
x = |
|
t , |
y = sin 2t ; |
|
|
|||||||||||||||
|
б) |
z = (sin x)y , |
де |
|
y = ln x ; |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
в) z = tg (2x +3y) |
, |
|
де x = |
|
u |
|
, |
y = 2u −v . |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
v2 |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
z = arcsin (x − y), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
5.3. |
а) |
|
де |
x = t3 −1, y = t2 ; |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
б) |
z = |
x2 + y2 , |
|
де y = sin2 x ; |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
в) z = x2 y2 , |
|
|
|
|
де x = u ev , |
|
y = v eu . |
|
|
|||||||||||||||||
5.4. |
а) |
z = arctg |
|
x |
|
, |
|
де |
|
x = t2 , |
|
y = t +1; |
|
|
|||||||||||||
|
y |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
б) |
z = arctg (xy), |
|
де |
y = ex ; |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
в) z = x2 + y2 , |
|
де x = u v , y = eu+v . |
|
|
||||||||||||||||||||||
5.5. |
а) |
z = x2 + y2 , |
|
|
де |
x = sin t , |
y = ln t ; |
|
|
||||||||||||||||||
|
б) |
z = arcsin |
|
x |
, |
де |
|
y = |
|
|
x2 +1 ; |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|