
- •Раздел 3. Комплексные числа. Интегральное исчисление 267
- •Раздел 3. Комплексные числа. Интегральное исчисление лекция 3.1. Комплексные числа и действия над ними. Алгебраическая, показательная и тригонометрическая формы записи комплексного числа
- •3.1.1. Алгебраическая форма комплексного числа, основные определения
- •3.1.2. Тригонометрическая форма комплексного числа
- •3.1.3. Показательная форма записи комплексного числа
- •3.1.4. Действия над комплексными числами (сложение и вычитание)
- •3.1.5. Умножение комплексных чисел
- •3.1.6. Деление комплексных чисел
- •3.1.7. Возведение в степень
- •3.1.8. Извлечение корня
- •Лекция 3.2. Первобразная и неопределенный интеграл. Геометрический смысл, свойства. Таблица простейших интегралов. Интегрирование подведением под знак дифференциала
- •3.2.1.Определение, геометрическая иллюстрация
- •3.2.2. Простейшие правила интегрирования
- •3.2.3. Таблица интегралов
- •3.2.4. Интегрирование подведение под знак дифференциала
- •Лекция 3.3. Итегрирование заменой переменных. Интегрирование по частям. Многочлены и их свойства. Разложение на линейные квадратные множители
- •3.3.1. Замена переменной (метод подстановки)
- •3.3.2. Интегрирование по частям
- •3.3.3. Интегрирование выражений, содержащих квадратный трехчлен
- •Лекция 3.4. Рациональные функции, их разложение на простейшие дроби. Интегрирование рациональных функций и простейших дробей. Интегрирование некоторых иррациональностей
- •3.4.1. Интегрирование рациональных функций
- •3.4.2. Интегрирование простейших иррациональных функций
- •Лекция 3.5. Интегрирование тригонометрических функций
- •3.5.1. Универсальная подстановка
- •3.5.2. Тригонометрические подстановки
- •3.5.3. Теорема Коши. Заключительные замечания
- •3.5.4. О технике интегрирования
- •Лекция 3.6. Задачи, приводящие к определенному интегралу. Общие идеи интегрального исчисления. Различные типы Определенных интегралов. Теорема существования, свойства
- •3.6.1. Задачи, приводящие к понятию общего интеграла
- •3.6.2. Интергальная сумма, определенный интеграл
- •3.6.3. Теорема о существовании определенного интеграла
- •3.6.4. Геометрический смысл определенных интегралов
- •3.6.5. Свойства определенных интегралов
- •Лекция 3.7. Линейный интеграл, способы вычисления. Формула ньютона–лейбница. Интегрирование по частям и замена переменных. Несобственные интегралы первого и второго рода. Признаки сходимости
- •3.7.1. Производная от линейного интеграла по переменному верхнему пределу
- •3.7.2. Формула Ньютона-Лейбница
- •3.7.3. Интегрирование по частям в линейном интеграле
- •3.7.4. Замена переменной интегрирования в линейном интеграле
- •3.7.5. Несобственные линейные интегралы
- •3.7.5.1. Линейные интегралы с бесконечными пределами (несобственные интегралы первого рода)
- •3.7.5.2 Линейные интегралы от разрывных функций (несобственные интегралы второго рода)
- •3.7.5.3. Признаки сходимости несобственных интегралов
- •Лекция 3.8. Приближенное вычисление определенных интегралов. Формулы прямоугольников, трапеций, симпсона. Формулы численного интегрирования. Оценка погрешности
- •3.8.1. Формула прямоугольников
- •3.8.2. Формула трапеций
- •3.8.3. Формула парабол (формула Симпсона)
- •Лекция 3.9. Вычисление криволинейного, двойного и тройного интегралов путем сведения к линейному
- •3.9.1 Уравнения линий в полярной системе координат
- •3.9.2 Вычисление криволинейного интеграла
- •3.9.3. Объем тел с известным поперечным сечением
- •3.9.4. Вычисление двойного интеграла путем сведения к линейному
- •3.9.5. Сведение тройного интеграла к трехкратному интегрированию
- •Лекция 3.10. Замена переменных в кратных интегралах. Двойной интеграл в полярных координатах. Тройной интеграл в цилиндрических и сферических координатах
- •3.10.1. Общий случай замены переменных в двойном интеграле
- •3.10.2. Двойной интеграл в полярных координатах
- •3.10.3. Общий случай замены переменных в тройном интеграле
- •3.10.4. Тройной интеграл в цилиндрических координатах
- •3.10.5. Тройной интеграл в сферической системе координат
- •Лекция 3.11. Приложения определенных интегралов в геометрии: вычисление длин дуг, площадей, объемов. Применение определенных интегралов
- •3.11.1. Вычисление площадей плоских фигур
- •3.11.2. Вычисление длин линий
- •3.11.3.Вычисление объемов тел
- •3.11.4 Статические моменты и центры тяжести
- •3.11.5. Момент инерции
- •3.11.6. Общая схема применение линейного интеграла к физическим задачам.
- •3.11.7. Давление жидкости на стенку сосуда
- •3.11.8. Работа необходимая для выкачивания воды из сосуда
- •3.11.9. Сила взаимодействия двух точечных масс
- •3.11.10. Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси
- •3.11.11. Газовые законы
- •3.11.12. Электростатика
- •3.11.13. Закон Архимеда
3.11.11. Газовые законы
Если
температура газа остается постоянной
(изотермический процесс), то зависимость
между давлением Р
и объемом V
по закону Бойля-Мариотта выражают
формулой
Если процесс адиабатический (температура понижается при уменьшении объема и повышается при его увеличении), то объем и давление связаны законом Пуассона:
где γ – постоянная для данного газа величина, обычно больше единицы (так для воздуха γ = 1,4).
а
)
Задача. В цилиндрическом сосуде с
радиусом основания R
и высотой Н
заключен атмосферный воздух. Какую
работу необходимо затратить, чтобы
вдвинуть поршень на h
– единиц длины? Процесс протекает
изотермически.
Решение. На рисунке AD = H. Зафиксировано произвольное х; АВ = х ВD = H – x.
Дано приращение Δх. Давление на единицу поршня
А давление на весь поршень равно
Работа, необходимая для сжатия воздуха на величину dx равна
тогда
Константу
С
можно определить из условия
Р0 = 1, 033 кг/см2. Отсюда С = 1,033πR2H и работа равна:
т.е. чем глубже вдвигается поршень в цилиндр, тем большую требуется совершить работу.
б
)
Задача. В цилиндрическом сосуде, с
поперечным сечением S
заключен воздух при атмосферном давлении
Р0 = 1,033 кг/см2 или Ро = 10330 кг/м2.
Какую работу необходимо затратить воздухом в цилиндре чтобы передвинуть поршень из начального положения (точка А) до высоты цилиндра b, если поместить его в пустоту?
Решение. Если поместить цилиндр в пустоту, объем начнет увеличиваться. Пусть при атмосферном давлении начальное положение поршня находится на расстоянии ОА = α = х (Рис. 3.11б.11).
Вычислим работу, которую необходимо затратить на перемещение поршня из точки A в точку В на расстояние dx. По закону Бойля-Мариотта
Давление
на единицу площади
Давление
на весь поршень
тогда
тогда
С
= 1,033·Sα.
Следовательно
Подсчитаем величину работы при частных данных:
S = 100 см2; α = 0,1 м; b = 0,2м.
3.11.12. Электростатика
Решение задач, связанных с электростатикой опирается на закон Кулона о силе взаимодействия двух электрических зарядов. Пусть ℓ1 и ℓ2 – величина зарядов в электростатических единицах, r – расстояние в сантиметрах между ними, ε – диэлектрическая постоянная.
Тогда
З
адача.
Два электрических заряда ℓ1
и ℓ2
находятся на расстоянии r0
друг от друга. Разделяющей их средой
служит воздух (ε = 1). Сначала оба заряда
закреплены неподвижно, затем заряд ℓ2
освобождается.
Под действием силы отталкивания заряд
ℓ2
начинает
перемещаться, удаляясь от заряда ℓ1.
Какую работу совершит сила отталкивания,
когда заряд удалится на расстояние r
и бесконечность?
Решение.
Поместим заряд ℓ1
в начало
координат, а заряд ℓ2
на расстояние
r0
от него (Рис. 3.11б.12). ОВ
= r0
фиксируем произвольное х
= ОС. Дадим
приращение dx,
т.е. заряд ℓ2
переместился на путь dx.
По закону Кулона
(в воздухе). Главное приращение величины
работы равно
отсюда
Если
r
→ ∞, то
З
адача.
Два электрических заряда ℓ1
и ℓ2
электростатических
единиц находятся на расстоянии r0
друг от
друга. Каково будет расстояние между
зарядами, если приблизив второй заряд
к первому затратим работу А1
Дж?
Решение. Пусть заряд ℓ1 находится в начале координат (Рис. 3.11б.13).
ОВ = r0; ОС = х.
Пусть
заряд переместился на величину dx.
Тогда
По закону Кулона получим
По условию задачи совершенная работа равна A1 – получим уравнение
отсюда
решая относительно х,
получим