- •I. Элементы линейной и векторной алгебры, аналитической геометрии.
- •1. Определители второго и третьего порядков. Основные свойства. Минор и алгебраическое дополнение. Понятие определителя n-ого порядка и его вычисление.
- •Свойства определителей.
- •2. Матрицы, действия над матрицами. Обратная матрица. Ранг матрицы.
- •Основные действия над матрицами.
- •Обратная матрица.
- •Свойства обратных матриц.
- •3. Системы линейных уравнений. Теорема Кронекера-Капелли (формулировка). Правило Крамера.
- •Элементарные преобразования систем.
- •Теорема Кронекера – Капелли. (условие совместности системы)
- •Метод Крамера.
- •4. Решение систем линейных уравнений матричным методом.
- •5. Метод Гаусса. Однородные системы линейных уравнений и их решение. Метод Гаусса.
- •Однородные системы линейных уравнений
- •6. Векторы. Линейные операции над векторами и их свойства.
- •Свойства векторов.
- •7. Проекция вектора на ось. Свойства проекций.
- •Некоторые свойства проекций
- •8. Линейная зависимость векторов. Разложение вектора по базису. Линейная зависимость векторов.
- •9. Декартова система координат. Координаты вектора. Система координат.
- •Декартова система координат.
- •Линейные операции над векторами в координатах.
- •10. Направляющие косинусы, длина вектора.
- •11. Деление отрезка в данном отношении.
- •12. Скалярное произведение векторов, его свойства, вычисление и применение.
- •13. Векторное произведение векторов, его свойства, вычисление и применение.
- •Свойства векторного произведения векторов:
- •14. Смешенное произведение векторов, его свойства, вычисление и применение.
- •Свойства смешанного произведения:
- •15. Прямая линия на плоскости. Различные способы задания. Взаимное расположение прямых на плоскости. Расстояние от точки до прямой на плоскости. Уравнение линии на плоскости.
- •Уравнение прямой на плоскости.
- •Уравнение прямой по точке и вектору нормали.
- •Уравнение прямой по точке и направляющему вектору.
- •Параметрическое уравнение прямой
- •Уравнение прямой, проходящей через две точки.
- •2. Условие перпендикулярности.
- •16. Плоскость в пространстве. Различные способы задания. Взаимное расположение плоскостей. Расстояние от точки до плоскости. Общее уравнение плоскости.
- •Уравнение плоскости по точке и вектору нормали.
- •Уравнение плоскости в отрезках.
- •Уравнение плоскости, проходящей через три точки.
- •17. Прямая в пространстве. Различные способы задания. Взаимное расположение прямых в пространстве. Уравнение прямой в пространстве по точке и направляющему вектору.
- •Уравнение прямой в пространстве, проходящей через две точки.
- •Общие уравнения прямой в пространстве.
- •Условия параллельности и перпендикулярности прямых в пространстве.
- •Угол между прямыми в пространстве.
- •18. Взаимное расположение прямой и плоскости в пространстве. Угол между прямой и плоскостью.
- •Условия параллельности и перпендикулярности прямой и плоскости в пространстве.
- •Эллипс.
- •Гипербола.
- •Парабола.
- •20. Поверхности второго порядка. Цилиндрические поверхности. Исследование поверхностей методом сечений. Поверхности второго порядка.
- •С фера:
- •К онус второго порядка:
- •Двуполостный гиперболоид:
- •Эллиптический параболоид:
- •Г иперболический параболоид:
- •II. Введение в математический анализ
- •21. Множество действительных чисел.
- •Операции над множествами.
- •22. Функция, область ее определения и способы задания. Сложные и обратные функции.
- •Способы задания функций
- •Сложная функция.
- •Обратная функция.
- •23. Свойства (четность, периодичность, монотонность, ограниченность) и графики функций.
- •24. Гиперболические функции, их свойства и графики.
- •25. Числовые последовательности. Предел числовой последовательности.
- •Ограниченные и неограниченные последовательности.
- •26. Число е. Натуральные логарифмы.
- •Связь натурального и десятичного логарифмов.
- •2 7. Предел функции в точке, односторонние пределы. Геометрическая иллюстрация определений.
- •28. Предел функции в бесконечности. Геометрическая иллюстрация.
- •29. Бесконечно малые функции и их свойства. Бесконечно большие функции. Связь между бесконечно малыми и бесконечно большими функциями.
- •Бесконечно большие функции и их связь с бесконечно малыми.
- •30. Основные теоремы о пределах.
- •Теорема доказана.
- •31. Первый и второй замечательные пределы.
- •32. Сравнение бесконечно малых функций.
- •33. Непрерывность функций в точке и на отрезке. Точки разрыва функции и их классификация.
- •Точки разрыва и их классификация.
- •Непрерывность функции на интервале и на отрезке.
- •34. Свойства функций непрерывных в точке.
- •Непрерывность некоторых элементарных функций.
- •35. Свойства функций непрерывных на отрезке (теоремы Вейерштрасса, Коши, о промежуточных значениях) и их геометрических смысл.
- •III. Дифференциальное исчисление функции одной переменной.
- •36. Задачи, приводящие к определению производной.
- •37. Производная функции, ее геометрический и механический смыслы.
- •38. Односторонние производные. Производная сложной и обратной функции. Односторонние производные функции в точке.
- •Производная сложной функции.
- •Производная обратных функций.
- •Основные правила дифференцирования.
- •Производные основных элементарных функций.
- •Дифференциал функции.
- •42. Свойства дифференциала и инвариантность его формулы. Применение дифференциала к приближенным вычислениям.
- •Применение дифференциала к приближенным вычислениям.
- •43. Производные и дифференциалы высших порядков. Производные и дифференциалы высших порядков.
- •Общие правила нахождения высших производных.
- •44. Основные теоремы дифференциального исчисления: Ролля (с доказательством), Коши (без доказательства), Лагранжа (с доказательством). Теорема Ролля
- •Теорема Коши.
- •Теорема Лагранжа.
- •45. Правило Лопиталя (доказательство для случая неопределенности ). Правило Лопиталя.
- •Точки экстремума.
- •Асимптоты.
- •Вертикальные асимптоты.
- •Наклонные асимптоты.
Асимптоты.
При исследовании функций часто бывает, что при удалении координаты х точки кривой в бесконечность кривая неограниченно приближается к некоторой прямой.
Определение. Прямая называется асимптотой кривой, если расстояние от переменной точки кривой до этой прямой при удалении точки в бесконечность стремится к нулю.
Следует отметить, что не любая кривая имеет асимптоту. Асимптоты могут быть прямые и наклонные. Исследование функций на наличие асимптот имеет большое значение и позволяет более точно определить характер функции и поведение графика кривой.
Вообще говоря, кривая, неограниченно приближаясь к своей асимптоте, может и пересекать ее, причем не в одной точке, как показано на приведенном ниже графике функции . Ее наклонная асимптота у = х.
Рассмотрим подробнее методы нахождения асимптот кривых.
Вертикальные асимптоты.
Из определения асимптоты следует, что если или или , то прямая х = а – асимптота кривой y = f(x).
Например, для функции прямая х = 5 является вертикальной асимптотой.
Наклонные асимптоты.
Предположим, что кривая y = f(x) имеет наклонную асимптоту y = kx + b.
M
N
P
Q
Обозначим точку пересечения кривой и перпендикуляра к асимптоте – М, Р – точка пересечения этого перпендикуляра с асимптотой. Угол между асимптотой и осью Ох обозначим . Перпендикуляр МQ к оси Ох пересекает асимптоту в точке N.
Тогда MQ = y – ордината точки кривой, NQ = - ордината точки N на асимптоте.
По условию: , NMP = , .
Угол - постоянный и не равный 900, тогда
Тогда .
Итак, прямая y = kx + b – асимптота кривой. Для точного определения этой прямой необходимо найти способ вычисления коэффициентов k и b.
В полученном выражении выносим за скобки х:
Т.к. х, то , т.к. b = const, то .
Тогда , следовательно,
.
Т.к. , то , следовательно,
Отметим, что горизонтальные асимптоты являются частным случаем наклонных асимптот при k =0.
Пример. Найти асимптоты и построить график функции .
1) Вертикальные асимптоты: y+ x0-0: y- x0+0, следовательно, х = 0- вертикальная асимптота.
2) Наклонные асимптоты:
Таким образом, прямая у = х + 2 является наклонной асимптотой.
Схема исследования функций
Процесс исследования функции состоит из нескольких этапов. Для наиболее полного представления о поведении функции и характере ее графика необходимо отыскать:
Область существования функции.
Это понятие включает в себя и область значений и область определения функции.
Точки разрыва. (Если они имеются).
Интервалы возрастания и убывания.
Точки максимума и минимума.
Максимальное и минимальное значение функции на ее области определения.
Области выпуклости и вогнутости.
Точки перегиба.(Если они имеются).
Асимптоты.(Если они имеются).
Построение графика.
Применение этой схемы рассмотрим на примере.
Пример. Исследовать функцию и построить ее график.
Находим область существования функции. Очевидно, что областью определения функции является область (-; -1) (-1; 1) (1; ).
В свою очередь, видно, что прямые х = 1, х = -1 являются вертикальными асимптотами кривой.
Областью значений данной функции является интервал (-; ).
Точками разрыва функции являются точки х = 1, х = -1.
Находим критические точки.
Найдем производную функции
Критические точки: x = 0; x = - ; x = ; x = -1; x = 1.
Найдем вторую производную функции
.
Определим выпуклость и вогнутость кривой на промежутках.
- < x < - , y < 0, кривая выпуклая
- < x < -1, y < 0, кривая выпуклая
-1 < x < 0, y > 0, кривая вогнутая
0 < x < 1, y < 0, кривая выпуклая
1 < x < , y > 0, кривая вогнутая
< x < , y > 0, кривая вогнутая
Находим промежутки возрастания и убывания функции. Для этого определяем знаки производной функции на промежутках.
- < x < - , y > 0, функция возрастает
- < x < -1, y < 0, функция убывает
-1 < x < 0, y < 0, функция убывает
0 < x < 1, y < 0, функция убывает
1 < x < , y < 0, функция убывает
< x < , y > 0, функция возрастает
Видно, что точка х = - является точкой максимума, а точка х = является точкой минимума. Значения функции в этих точках равны соответственно -3 /2 и 3 /2.
Про вертикальные асимптоты было уже сказано выше. Теперь найдем наклонные асимптоты.
Итого, уравнение наклонной асимптоты – y = x.
Построим график функции: