Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ...

69
3 Некоммерческое акционерное общество Кафедра математики и математического моделирования МАТЕМАТИКА 2 Методические указания и задания к выполнению расчетно-графических работ для студентов специальностей 5В071700 – Теплоэнергетика, 5В071800 – Электроэнергетика, 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации Алматы 2018 АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Upload: others

Post on 05-Jul-2020

24 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

3

Некоммерческое

акционерное общество

Кафедра математики и

математического

моделирования

МАТЕМАТИКА 2

Методические указания и задания к выполнению

расчетно-графических работ для студентов специальностей

5В071700 – Теплоэнергетика, 5В071800 – Электроэнергетика,

5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Алматы 2018

АЛМАТИНСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Page 2: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

4

СОСТАВИТЕЛИ: Масанова А.Ж. Математика 2. Методические

указания и задания к выполнению расчетно-графических работ №1,2,3 для

студентов специальностей 5В071700 – Теплоэнергетика, 5В071800 –

Электроэнергетика, 5В071900 – Радиотехника, электроника и

телекоммуникации. – Алматы: АУЭС, 2018. - 67 с.

Методические указания содержат задания к 3-м расчетно-графическим

работам (РГР№1,2,3) по разделам «Дифференциальное и интегральное

исчисление функции нескольких переменных», «Дифференциальные

уравнения», «Ряды» дисциплины «Математика 2». По каждой РГР даны

основные методические указания в виде формул к решению задач первого

уровня сложности и решение заданий первого уровня типового варианта.

Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения

специальностей 5В071700 – Теплоэнергетика, 5В071800 – Электроэнергетика,

5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. Представленный

материал соответствует разделам.

Библиогр. – 11 названий, 2 рисунка.

Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина А.М.

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества

«Алматинский университет энергетики и связи» на 2018 г.

Page 3: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

5

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2018 г.

Сводный план 2018., поз. 165

Масанова Аида Жайлауовна

МАТЕМАТИКА 2.

Методические указания и задания к выполнению

расчетно-графических работ для студентов специальностей

5В071700 –Теплоэнергетика, 5В071800 – Электроэнергетика,

5В071900 – Радиотехника,электроника и телекоммуникации

Редактор Л.Т. Сластихина

Специалист по стандартизации Н.К. Молдабекова

Подписано в печать _______ Формат 60х84 1/16

Тираж 135 экз. Бумага типографская №1

Объем 4,2 уч.- изд. лист Заказ_____ Цена 2100 тг

Копировально-множительное бюро

некоммерческое акционерное общество

«Алматинский университет энергетики и связи»

050013, Алматы, Байтурсынова, 126

Page 4: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

6

Введение

Программа по курсу «Математика 2» структурирована в соответствии с

действующими учебными планами АУЭС. Все студенты изучают 3 модуля по

данному курсу, что соответствует общему количеству кредитов, выделенных в

учебных планах. В результате изучения дисциплины студент должен знать

основные формулы и методы дифференцирования и интегрирования функции

нескольких переменных, а также уметь находить оптимальные методы и

использовать теорию приближения функции в решении прикладных задач.

Методические указания содержат задания к 3 расчетно-графическим

работам (РГР) по разделам «Дифференциальное и интегральное исчисление

функции нескольких переменных», «Дифференциальные уравнения», «Ряды»

дисциплины «Математика 2». Необходимые теоретические знания приведены

в конспекте лекций [5]. По каждой части даны основные методические

указания в виде формул к решению задач первого уровня сложности и

решение заданий первого уровня типового варианта. Все вычисления можно

проводить и в программном продукте «МАТНСАD» любого уровня.

Вариант задания расчетно-графической работы для студентов,

обучающихся по очной форме, определяется по списку группы. Вариант

задания расчетно-графической работы (контрольной работы) для студентов,

обучающихся по заочной форме, определяется как остаток от деления номера

зачетной книжки на 30.

Расчетно-графическая работа должна быть решена в отдельной

ученической тетради. Все объяснения должны быть лаконичными и ясными

для понимания.

Расчетно-графическая работа № 1

Дифференциальное и интегральное исчисление функции

нескольких переменных

Теоретические вопросы.

1. Функции нескольких переменных. Частные производные.

Смешанные производные

2. Функции нескольких переменных. Касательная плоскость и

нормаль к поверхности.

3. Полный дифференциал для функции нескольких переменных и

его связь с частными производными.

4. Экстремумы функций нескольких переменных. Необходимое и

достаточное условия.

5. Двойные интегралы, их основные свойства. Вычисление двойных

интегралов в декартовых координатах.

6. Тройные интегралы, их основные свойства. Вычисление тройных

интегралов в декартовых координатах.

Page 5: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

7

7. Якобиан. Замена переменных в кратных интегралах.

Расчетные задания.

Задание 1. Для функции z = f(x,y) найти:

а) y

z

x

z

, ;

б) yx

z

y

z

x

z

2

2

2

2

2

,, ;

в) убедиться, что

2 2z z

y x x y

;

г) ,dz zd 2.

1.1 𝑧 = 𝑒2𝑥2+𝑦2 1.2 𝑧 =

𝑦

𝑥2

1.3 𝑧 = 𝑥3𝑦6 1.4 𝑧 = cos(𝑥2𝑦2 − 5) 1.5 𝑧 = sin(𝑥3𝑦) 1.6 𝑧 = (𝑥2 − 2𝑦)5

1.7 𝑧 = (4𝑥 − 𝑦3)2 1.8 𝑧 = (5𝑥3 + 2𝑦)4

1.9 𝑧 = (2𝑥3 − 𝑦)7 1.10 𝑧 = (4𝑥2 − 5𝑦3)5

1.11 𝑧 = 𝑒𝑥2+𝑦3 1.12 𝑧 = (4𝑥 + 𝑦)9

1.13 𝑧 = cos(𝑥 − 5𝑦) 1.14 𝑧 = sin(𝑥𝑦) 1.15 𝑧 = cos(3𝑥2 − 𝑦3) 1.16 𝑧 = (3𝑥 + 2𝑦)9

1.17 𝑧 = (5𝑥2 − 3𝑦4)2 1.18 𝑧 = (𝑥3 − 4𝑦)7

1.19 𝑧 = 𝑒3𝑥𝑦−4 1.20 𝑧 = cos(𝑥𝑦2) 1.21 𝑧 = 𝑒𝑥

2−𝑦2 1.22 𝑧 = 𝑒𝑥+𝑦3

1.23 𝑧 =𝑥

𝑦

1.24 𝑧 = cos(𝑥𝑦2)

1.25 𝑧 = sin(𝑥2 − 𝑦) 1.26 𝑧 = 𝑥3𝑦2

1.27 𝑧 = (𝑥 − 𝑦2)5 1.28 𝑧 = (2𝑥 + 𝑦)7

1.29 𝑧 = (𝑥 − 3𝑦)8 1.30 𝑧 = (3𝑥2 − 2𝑦2)3

Задание 2. Найдите направление наибольшего изменения функции

zyxuMu ,, в точке 1111 ,, zyxM .

№ Mu 1M № Mu 1M

2.1 xzzyyx 222 (1,-1,2) 2.16 1ln 33 zyx (1,3,0)

2.2 235 zxy (2,1,-1) 2.17 zeyx 2

(-4,-5,0)

2.3 222ln zyx (-1,2,1) 2.18 xyzx 34

(2,2,-4)

2.4 222 zyxez (0,0,0) 2.19 zyx 323

(-2,-3,1)

2.5 xzyzxy ln (-2,3,-1) 2.20 2zxye

(-5,0,2)

Page 6: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

8

2.6 2221 zyx (1,1,1) 2.21 yzx (3,1,4)

2.7 222 xzyx (1,1,1) 2.22 3222 zyx

(1,2,-1)

2.8 2zyexe xy (3,0,-2) 2.23 zyx (1,5,0)

2.9 xyzzxy 223 (1,2,2) 2.24 zzyyx 322 (0,-2,-1)

2.10 2225 yzzxyyzx

(1,1,1) 2.25

1

10222 zyx

(-1,2,-2)

2.11 222 zyx

x

(1,2,2) 2.26 2221ln zyx (1,1,1)

2.12 22 2 zxyzzy (3,1,-1) 2.27

x

z

z

y

y

x

(-1,1,1)

2.13 xyzzyx 2222

(1,-1,2) 2.28 xyzxyx 623 (1,3,-5)

2.14 221ln zyx (1,1,1) 2.29

z

x

z

y

y

x

(2,2,2)

2.15 542 222 zyx (1,2,1) 2.30 yzxe

(1,0,3)

Задание 3. Найдите частные производные y

z

x

z

, от неявно заданной

функции z=f(x,y): F(x,y,z)=0.

№ zyxF ,, № zyxF ,,

3.1 22 53 yzxyxyz 3.16 xzxyzzxy 2

3.2 zxyxyzyzx 222 32 3.17 222 zyxzyx

3.3 223222 yzxxyzzyx 3.18 2xzxyzyzx

3.4 xyzyzzyx 222 3.19 xzzyyx 333

3.5 zxyzyzxy 22 3.20 222 zxyzxy

3.6 22 232 xzxyzxy 3.21 22 2xyyxxyz

3.7 2yzzyxxyzzy 3.22 22 zxyyzx

3.8 2222 43 yxzxyxyz 3.23 222 xyzyzxzxy

3.9 22 32 xzxyzyx 3.24 22 2xyzxyzx

3.10 23 2xyzxyz 3.25 22 xzyzyx

Page 7: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

9

3.11 32 zxyzxyzx 3.26 yxzzyzx

3.12 322 3 zxyzzyx 3.27 xyzzyx 32 2

3.13 xyzxyxzy 22 2 3.28 xyzxzyyzx 222

3.14 23 32 xyxyzxy 3.29 xyzzyxyx 222

3.15 222 2 xyzzxyzxyx 3.30 xzzyyx 333

Задание 4. Напишите уравнение касательной плоскости и нормали к

поверхности S в заданной точке M0(x0,y0,z0).

№ S M0(x0,y0,z0)

4.1 2 2 2 6 4 8 0x y z z x M0(2,1,-1)

4.2 2 2 24 2x y z xy M0(-2,1,2)

4.3 2 2 2 6 4 8x y z y x M0(3,2,1)

4.4 2 2 2 3 7x y z xy z M0(5,2,0)

4.5 2 2 22 4 13x y z z y M0(2,01)

4.6 2 2 2 6 4 4 0x y z y z M0(-2,4,-1)

4.7 2 2 5 3 46x z yz y M0(-5,6,8)

4.8 2 2 8 0x y xz yz M0(-3,2,4)

4.9 2 2 22 2 2x y yz z y z M0(8,-5,4)

4.10 2 2 2 2 2x y z xz x z M0(2,11,-11)

4.11 2 2 2 2z x y xy x y M0(4,0,-1)

4.12 2 2 6 4z x y xz y M0(8,-1,-10)

4.13 2 2 2 2z x y xy x y M0(3,0,8)

4.14 2 2 22 4 13x y z xz y M0(5,2,3)

4.15 2 2 24 8 14 4 12 8 9x y z z x y M0(0,1,4)

4.16 2 2 6 5 8 0y z x y z M0(5,2,1)

4.17 2 2 22 3 2 6 4 8 0x y z yz xz x M0(0,-4,-1)

Page 8: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

10

4.18 2 2 2 6 4 14x y z yz z M0(-2,-1,-1)

4.19 2 2 2 4 8 15x y z xz y x M0(2,5,-5)

4.20 2 2 2 16 4 8 15x y z y xz x M0(4,2,-1)

4.21 2 23 4 10x y xz yx M0(5,1,-5)

4.22 2 2 22 4 8 0x y z xz M0(7,1,-7)

4.23 2 2 23 4 18 0x y z y x M0(8,0,-8)

4.24 2 2 6 14 6 0x y z z x M0(2,0,-2)

4.25 2 2 25 6 8 8 0x y z xz x z M0(1,1,-1)

4.26 2 2 2 6 14 11 0x y z xy xz M0(5,-5,-5)

4.27 2 22 4 8z x y x y M0(6,6,-5)

4.28 2 2 25 6 12y x y z xz M0(7,1,-7)

4.29 2 22 4 8z x y xy y M0(9,5,-9)

4.30 2 22 4 14z x y xy y M0(3,3,-1)

Задание 5. Исследовать на экстремум функции.

5.1 𝑧 = 𝑥𝑦(12 − 𝑥 − 𝑦) 5.2 𝑧 = (𝑥 − 2)2 + 2𝑦2 − 10

5.3 𝑧 = (𝑥 − 5)2 + 𝑦2 + 1 5.4 𝑧 = 1 + 15𝑥 − 2𝑥2 − 𝑥𝑦 − 2𝑦2

5.5 𝑧 = 2𝑥𝑦 − 2𝑥2 − 4𝑦2 5.6 𝑧 = 𝑥√𝑦 − 𝑥2 − 𝑦 + 6𝑥 + 3

5.7 𝑧 = 2𝑥𝑦 − 5𝑥2 − 3𝑦2 + 2 5.8 𝑧 = 𝑥2 + 𝑥𝑦 + 𝑦2 − 6𝑥 − 9𝑦

5.9 𝑧 = 𝑥𝑦 − 𝑥2 − 𝑦2 + 9 5.10 𝑧 = 2𝑥𝑦 − 3𝑥2 − 2𝑦2 + 10

5.11 𝑧 = 𝑥3 + 8𝑦3 − 6𝑥𝑦 + 1 5.12 𝑧 = 𝑦√𝑥 − 𝑦2 − 𝑥 + 6𝑦

5.13 𝑧 = 2𝑥3 + 2𝑦3 − 6𝑥𝑦 + 5 5.14 𝑧 = 3𝑥3 + 3𝑦3 − 9𝑥𝑦 + 10

5.15 𝑧 = 𝑥2 + 𝑦2 − 𝑥𝑦 + 𝑥 + 𝑦 5.16 𝑧 = 𝑥2 + 𝑥𝑦 + 𝑦2 − 2𝑥 − 𝑦

5.17 𝑧 = (𝑥 − 1)2 + 2𝑦2 5.18 𝑧 = 𝑦√𝑥 − 2𝑦2 − 𝑥 + 14𝑦

5.19 𝑧 = 𝑥2 + 3(𝑦 + 2)2 5.20 𝑧 = 2(𝑥 + 𝑦) − 𝑥2 − 𝑦2

5.21 𝑧 = 𝑥𝑦 − 3𝑥2 − 2𝑦2 5.22 𝑧 = 𝑥3 + 8𝑦3 − 6𝑥𝑦 + 5

5.23 𝑧 = 𝑥3 + 𝑦3 − 3𝑥𝑦 5.24 𝑧 = 1 + 6𝑥 − 𝑥2 − 𝑥𝑦 − 𝑦2

5.25 𝑧 = 𝑥𝑦(6 − 𝑥 − 𝑦) 5.26 𝑧 = 𝑥2 + 𝑥𝑦 + 𝑦2 + 𝑥 − 𝑦 + 1

5.27 𝑧 = 6(𝑥 − 𝑦) − 3𝑥2 − 3𝑦2 5.28 𝑧 = 𝑥2 − 𝑥𝑦 + 𝑦2 + 9𝑥 − 6𝑦 + 2

5.29 𝑧 = 4(𝑥 − 𝑦) − 𝑥2 − 𝑦2 5.30 𝑧 = 𝑥3 + 𝑦2 − 6𝑥𝑦 − 39𝑥 + 18

Page 9: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

11

Задание 6. Проверить является ли данная u(x,y,z) функция решением

дифференциального уравнения в частных производных.

№ Уравнение u(x,y,z)

6.1 2 2 22 2

2 22 0

u u ux xy y

x x y y

yu

x

6.2 3 33( )

u ux y x y

x y

3 3lnx

u x yy

6.3 2 2

2 20

u u

x y

2 2ln( ( 1) )u x y

6.4 2

(1 ln )u u

y y xx y x

yu x

6.5 2

u ux y u

x y

xyu

x y

6.6 2 22 2

2 20

u ux y

x y

xyu e

6.7 2 22

2 2

u ua

x y

2sin ( )u x ay

6.8 2 22 2

2 20

u uy x

x y

yu y

x

6.9 2 2 2

2 2 20

u u u

x y z

2 2 2

1u

x y z

6.10 2 22

2 2

u ua

x y

cos( )x ayu e

6.11 0

u u u

x y z

( )( )( )u x y y z z x

6.12 u ux y u

x y

ln

yu x

x

6.13 0

u uy x

x y

2 2ln( )u x y

Page 10: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

12

6.14 2 2 0

u ux xy y

x y

2

arcsin3

yu xy

x

6.15 2 2 22 2

2 22 2 0

u u ux xy y xyu

x x y y

xyu e

6.16 2

0u

x y

1

x yu arctg

xy

6.17 2 2

2 20

u u

x y

2 2ln( 2 1)u x y x

6.18 0

u ux y u

x y

2 3

2 3x yu

x y

6.19 22 2

1u u u

x y z

2 2 2u x y z

6.20 2

u ux y u

x y

2 2( )x

u x y tgy

6.21 2 2

2 29 0

u u

x y

( 3 ) sin( 3 )x yu e x y

6.22 2 2 22 2

2 22 0

u u ux xy y

x x y y

yxu xe

6.23 2 2

2 20

u u

x y

yu arctg

x

6.24 0

u ux y

x y

yu arctg

x

6.25 2 2

20

u u u u

x x y y x

ln( )yu x e

6.26 0

u ux y

x y

arcsin

xu

x y

6.27

2

1 1u u u

x x y y y

Page 11: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

13

6.28 u u x y

x y x y

2 2x yu

x y

6.29 2u u y

x y u

22u xy y

6.30 2 2

2 20

u u

x y

2 2ln( )u x y

Задание 7. Найдите полную производную от сложной функции u=u(x,y),

где x=x(t), y=y(t) в точке t=t0 .

№ u=u(x, y), x=x(t), y=y(t)

7.1 2 3

0, sin , , 0x yu e x t y t t

7.2 2 3

0ln( ), , , 1x yu e e x t y t t

7.3 /2

0, ln( 1), , 2x tu y x t y e t

7.4 2 2 /3

0, sin , , / 2y x tu e x t y e t

7.5 2 2

0, cos , sin ,yu x e x t y t t

7.6 2 3

0ln( ), , , 1x yu e e x t y t t

7.7 0, , ln , 2y tu x x e y t t

7.8 2 2 3

0, , , 0y xu e x arctgt y t t

7.9 2 2 3

0, ( 2), ( 1) , 5yu x e x t y t t

7.10 2 3

0ln( ), , , 1x yu e e x t y t t

7.11 2 1

0, cos , arcsin , / 2y xu e x t y t t

7.12 3

0arcsin( / ), , ,tu x y x e y t t

7.13 3

0

2arccos( ), sin , cos ,

xu x t y t t

y

7.14 22

0, 1 5 , , 01

xu x t y arctgt t

y

7.15 2 2

0/ , , 2 , 0t tu x y x e y e t

7.16 2 3

0ln( ), , , 1x yu e e x t y t t

Page 12: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

14

7.17 2 2 3

03, ln , ,u x y x t y t t e

7.18 2

0arcsin( ), sin , cos ,x

u x t y t ty

7.19 33

0

2, 1 2 , cos , 1

xu x t y arc t t

y

7.20

0, sin , cos ,

4

x yu x t y t t

y x

7.21 2 2

03, ln , ,u y x x t y t t e

7.22 3

0

2arccos( ), sin , cos ,

xu x t y t t

y

7.23 3

0arc ( ), sin 2 , cos3 ,x

u tg x t y t ty

7.24 2 2 2

03 , ln , , 1u x y xy x t y t t

7.25 2 3

0/ , , 1 , 2t tu y x x e y e t

7.26

0

2arccos( ), sin 2 , cos ,

xu x t y t t

y

7.27 2 2 4

0ln( ), , , 1x yu e e x t y t t

7.28

7.29 3 2 3

03 , ln , , 2u x y xy x t y t t

7.30 3

0arc ( ), 1 sin , , / 3xu tg xy x t y e t

Задание 8. Постройте область D и вычислите ее площадь через двойной

интеграл.

8.1 8.2

8.3 8.4

8.5 8.6

8.7 8.8

Page 13: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

15

8.9 8.10

8.11 8.12

8.13 8.14

8.15 8.16

8.17 8.18

8.19 8.20

8.21 8.22

8.23 8.24

8.25 8.26

8.27 8.28

8.29 8.30

Задание 9. По заданной области D вычислите двойной интеграл.

9.1

9.2

9.3

9.4

9.5

9.6

9.7

9.8

9.9

9.10

9.11

9.12

9.13

9.14

9.15

Page 14: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

16

Page 15: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

17

9.16

9.17

9.18

9.19

9.20

9.21

9.22

9.23

9.24

9.25

9.26

9.27

9.28

9.29

9.30

Задание 10. По заданной области V вычислите тройной интеграл.

10.1

10.2

10.3

10.4

10.5

10.6

Page 16: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

18

10.7

10.8

10.9

10.10

10.11

10.12

10.13

10.14

10.15

10.16

10.17

10.18

10.19

10.20

10.21

10.22

Page 17: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

19

10.23

10.24

10.25

10.26

10.27

10.28

10.29

10.30

Задание 11. Измените порядок интегрирования.

11.1 0 0

1

( , )y

dy f x y dx

11.2 1 0

0 2

( , )y

dy f x y dx

11.3 1 0

0

( , )y

dy f x y dx

11.4 222

0 0

( , )

y

dy f x y dx

11.5

1

0 0

( , )

y

dy f x y dx

11.6 20 2

02

( , )

x

dx f x y dy

11.7

2

3 0

2 1

( , )

x

dx f x y dy

11.8 1

1 ln

( , )

e

x

dx f x y dy

11.9

2

2 1

0 1

( , )

x

dx f x y dy

11.10 31

0 0

( , )

y

dy f x y dx

11.11 22

1 0

( , )

y

dx f x y dy

11.12 1 1

2 2

( , )x

dx f x y dy

11.13 1 0

0

( , )y

dy f x y dx

11.14 3 /3

0

( , )arctgy

dy f x y dx

11.15

3

0 0

1

( , )x

dx f x y dy

11.16 11.17 11.18

Page 18: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

20

2

2 0

3 4

( , )

x

dx f x y dy

1 0

2 2

( , )y

dy f x y dx

1

0 0

( , )

y

dy f x y dx

11.19

2

1 1

0

( , )

x

dx f x y dy

11.20 222

0 0

( , )

y

dy f x y dx

11.21

2

1 0

2 2

( , )

y

dy f x y dx

11.22 31

0 0

( , )

x

dx f x y dy

11.23 4 4

0 0

( , )

x

dx f x y dy

11.24

2

1 0

1 1

( , )

x

dx f x y dy

11.25 1 0

0 1

( , )x

dx f x y dy

11.26 0 0

1 1

( , )x

dx f x y dy

11.27

2

3 0

2 4

( , )

x

dx f x y dy

11.28 22

0 2

( , )

y

dy f x y dx

11.29 0 0

1 2

( , )y

dy f x y dx

11.30 /4 sin

0 0

( , )

x

dx f x y dy

Задание 12.Вычислите двойной интеграл с переходом в

полярные координаты.

12.12 2

2 2

,

: 2.

D

x y dxdy

D x y

12.2 2 2

2 2

2 ,

: 9.

D

x y dxdy

D x y

12.3 2 2

2 2

16 ,

: 9.

D

x y dxdy

D x y

12.4 2 2

2 2

,

: 4, 0.

D

x y dxdy

D x y x

12.5 2 2

2 2

,

: 1.

x y

D

e dxdy

D x y

12.6 2 2

2 2

,

: 3, 0.

D

x y dxdy

D x y y

12.7 2 2

2 2

sin( ) ,

: / 2

D

x y dxdy

D x y

12.8

2 2

2 2

1,

: 1 4.

D

dxdyx y

D x y

12.9 2 23 3

2 2

,

: 5.

x y

D

e dxdy

D x y

12.10 2 2

2 2

cos( ) ,

: / 2.

D

x y dxdy

D x y

12.11 2 2

2 2

( ) ,

: 5.

D

x y dxdy

D x y

12.12

22

2 2

1,

1

: 0 1/ 4.

D

dxdy

x y

D x y

12.13 12.14 12.15

Page 19: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

21

2 2

2 2

(4 4 ) ,

: 2,

0, 0

D

x y dxdy

D x y

x y

2 2

2 2

5 ,

: 0 2

D

x y dxdy

D x y

2 2

2 2

16 ,

: 20, 0.

D

x y dxdy

D x y x

12.16

22

2 2

,

: 1 4.

D

xdxdy

x y

D x y

12.17 2 2

2 2

sin( ) ,

: / 2.

D

x y dxdy

D x y

12.18

2 2

2 2

,

: 1 3

D

ydxdy

x y

D x y

12.192 2

2 2

cos( ) ,

: 5

D

y x y dxdy

D x y

12.20 2 2

2 2

,

: 4, 0.

D

x y dxdy

D x y x

12.21

2 2

2 2

,

: 0, 1

D

ydxdy

x y

D x x y

12.22

2 2

2 2

,

: 1 3

D

ydxdy

x y

D x y

12.23

2 2

2 2

1,

1

: 3

D

dxdyx y

D x y

12.24 2 2

2 2

3 ,

: 1, 0

D

x y dxdy

D x y x

12.25 2 2

2 2

4 ,

: 5

D

x y dxdy

D x y

12.26 2 2

2 2

,

: 9

D

y x y dxdy

D x y

12.27

2 2

2 2

,1

: 0, 0,

1

D

ydxdy

x y

D x y

x y

12.28 2 2

2 2

,

: 25, 0

D

x x y dxdy

D x y x

12.29 2 2

2 2

2 3 ,

: 3, 0, 0

D

x y dxdy

D x y x y

12.30 2 2

2 2

,

: 7, 0

D

x y dxdy

D x y x

Методические указания к выполнению заданий РГР№1.

Задание 1. Для функции z = f(x,y) найти:

а)y

z

x

z

, ;

б) yx

z

y

z

x

z

2

2

2

2

2

,, ;

Page 20: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

22

в) убедиться, что

2 2z z

y x x y

;

г) ,dz zd 2.

Решение: функцию нескольких аргументов ),,,( tyxfz можно

дифференцировать по каждому аргументу, считая все остальные аргументы

постоянными. Полученные при этом частные производные ,,y

z

x

z

находятся по известным правилам дифференцирования функции одной

переменной. Частные производные высших порядков

,,,,,2

32

2

2

2

2

tx

z

yx

z

y

z

x

z

находят по тем же правилам: частные

производные второго порядка - это производные от частных производных

первого порядка, третьего – от второго и т.д. Полные дифференциалы

функции ),( yxfz первого и второго порядков определяются по формулам

dyy

zdx

x

zdz

, .2 2

2

222

2

22 dy

y

zdxdy

zdx

x

zzd

а) для функции )1ln( 22 yxz частные производные имеют вид:

1

222

yx

x

x

z,

1

222

yx

y

y

z;

б)

xyx

x

x

z

1

2222

2

= 222

22

222

22

)1(

)1(2

)1(

22)1(2

yx

yx

yx

xxyx,

2

2

y

z

y

yx

у

1

222 222

22

)1(

)1(2

yx

yx,

yyx

x

yx

z

1

222

2

222 )1(

4

yx

xy;

в)

ху

z2

x

yx

у

1

222 = ,

)1(

4222

yx

xy

т.о., действительно,

2 2z z

y x x y

;

г)

dy

yx

yxdx

yx

yxdz

222

22

222

22

)1(

)1(2

)1(

)1(2

dyyxdxyxyx

)1()1()1(

2 2222

222

,

2

222

222

)1(

)1(2dx

yx

yxzd

dxdy

yx

xy222 )1(

8

2

222

22

)1(

)1(2dy

yx

yx

.

Page 21: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

23

Задание 2. Найдите направление наибольшего изменения функции

32 32,,[ zxyxzyxu в точке 1,2,00M .

Решение: направление наибольшего изменения функции

32 32 zxyxMu в точке М0 дает вектор 0Mugrad :

kMujMuiMuMugrad zyx 0000 .

Найдем частные производные:

422022200

Mx yxMu ;

002200

My xMu ;

91990

2

0 Mz zMu .

Таким образом, kiMugrad 940 .

Задание 3. Найдите частные производные y

z

x

z

, от неявно заданной

функции z=f(x,y): F(x,y,z)=xyz+ln(x+2y+3z)=0.

Решение: вычисляем частные производные для функции F(x,y,z):

.32

3;

32

2;

32

1

zyxxyF

zyxxzF

zyxzF zyx

Далее для неявно заданной функции частные производные подставляем

в формулы:

.

32

3

32

2

;

32

3

32

1

zyxxy

zyxxz

F

Fz

zyxxy

zyxyz

F

Fz

z

xy

z

xx

Задание 4. Напишите уравнение касательной плоскости и нормали к

поверхности S: 0),,( 222 zyxzyxF в заданной точке .6,3,21 M

Уравнение касательной и нормали плоскости в заданной точке

M1(x1,y1,z1) к поверхности F(x,y,z)=0 имеет вид:

0)()()( 1

1

1

1

1

1

zz

z

Fyy

y

Fxx

x

F

MMM

;

.)()()(

1

1

1

1

1

1

MMM z

F

zz

y

F

yy

x

F

xx

Page 22: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

24

Вычислим частные производные в точке:

;7

2

3694

2

1

2221

M

xzyx

xMF

;7

3

3694

3

1

2221

M

y

zyx

yMF

,7

6

3694

6

1

2221

M

z

zyx

zMF

подставим их в уравнения:

2 3 6( 2) ( 3) ( 6) 0;

7 7 7x y z

.

7

6

)6(

7

3

)3(

7

2

)2(

zyx

Задание 5. Исследовать на экстремум функцию 568 33 xyyxz .

Решение: функция ),( yxfz имеет максимум (минимум) в точке

),( 000 yxМ , если её значение в этой точке больше (меньше) её значений во

всех достаточно близких точках. Максимумы или минимумы (экстремумы)

могут быть только в точках, лежащих внутри области определения функции, в

которых все её частные производные первого порядка равны нулю или не

существуют. Такие точки называются критическими. Не всякая критическая

точка является точкой экстремума. Для проверки критической точки на

экстремум применяют достаточные условия. Пусть задана ),( yxfz и

),( 000 yxМ – критическая точка, обозначим:

11

02

2

aMx

z

, 12

0

2

aMyx

z

, 22

02

2

aMy

z

;

.2

122211

2212

1211aaa

aa

aa

Если 0,0 11 a , то ),( 000 yxМ – точка минимума; если

,0,0 11 a то ),( 000 yxМ – точка максимума; если 0 , то в точке

),( 000 yxМ нет экстремума; если 0 , то нужны дополнительные

исследования.

Page 23: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

25

Находим частные производные функции 568 33 xyyxz и

критические точки, в которых они равны нулю или не существуют и которые

лежат внутри области определения функции:

yxzx 63 2 ; xyzx 624 2 .

Решаем систему

0624

0632

2

xy

yx, откуда находятся две точки )0,0(1M и

)2

1,1(2M . Обе точки являются критическими, так как функция определена на

всей плоскости Оху.

Проверим эти точки на экстремум по достаточному признаку:

xx

z6

2

2

; 6

2

yx

z; y

y

z48

2

2

.

Для точки )0,0(1M получим:

011

12

2

a

Mx

z; 612

1

2

a

Myx

z; 022

12

2

a

My

z;

03606

60

, поэтому в точке )0,0(1M нет экстремума.

Для точки )2

1,1(2M имеем 611 a , 612 a , 2422 a ,

0108246

66

, поэтому точка )

2

1,1(2M есть точка минимума.

4)( 2min Mzz .

Задание 6. Проверить является ли данная функция )cos(),( ayxyxu

решением дифференциального уравнения в частных производных:

.2

2

2

22 и

y

u

x

ua

Решение: вычислим частные производные:

).cos())sin(();cos())sin((

);sin())(cos();sin())(cos(

2

2

2

2

2

ayxaayxay

u

y

uayxayx

x

u

x

u

ayxaayxy

u

y

uayxayx

x

u

x

u

Page 24: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

26

Подставим их в левую часть дифференциального уравнения:

),,()cos())cos((

);,(

22

2

2

2

22

yxиayxaayxa

yxuy

u

x

ua

где получаем нарушение тождества:

),cos()cos(2 2 ayxayxa

откуда следует, что данная функция )cos(),( ayxyxu не является решением

02

22

2

2

y

ua

x

u.

Задание 7. Найдите полную производную от сложной функции

2

2 1)(,3)(),(),(

ttyttxxyctgyxu в точке t0=2.

Решение: вычислим х0, у0 и частные производные u(x,y) в них:

.2

)4

(sin)25.0;()(sin

))((

;5.0

)4

(sin

25.0

)25.0;()(sin

))((

;4

1

2

1)2(;)32()2(

22

22

202

0

xy

xxyctg

yy

u

xy

yxyctg

xx

u

yyxx

Подставим их в формулу полной производной сложной функции:

;dt

dy

y

u

dt

dx

x

u

dt

du

.8

2)2(225.0

)25.0;(

2

)(sin2

)(sin

)1

()(sin

)3()(sin

30

202

22

2

2

txy

yt

xy

y

tdt

d

xy

yt

dt

d

xy

y

dt

du

Page 25: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

27

Задание 8. Постройте область D: y=x2, x=y

2; вычислите ее площадь

через двойной интеграл.

Решение: область D ограничена линиями парабол (y=x2, x=y

2),

показанных на рисунке 1.

Рисунок 1

Точки пересечения парабол является М0(0,0) и М1(1,1). Эта область

является «правильной» по направлению оси Ох, опишем ее:

x

xD

dyyxfdxyxf

xyx

xDxyxyD

2

.),(),(

10:,:

1

0

22

Площадь области D вычисляется через двойной интеграл:

.6

7

3

1

2

3

0

1

3

1

2

31 3

1

0

21

0 2

xxxdxxxdydxdxdxyS

x

xD

D

Эта область также «правильная» и по направлению оси Оу:

yxy

yDyxyxD 2

210

:,: .

И тогда вычисляется аналогично:

Page 26: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

28

.6

7

3

1

2

3

0

1

3

1

2

31 3

1

0

21

0 2

yyydyyydxdydxdxyS

y

yD

D

Задание 9. По заданной области V, ограниченной плоскостями (x=1,

x=3, y=0, y=1, z=0, z=2), вычислите тройной интеграл.

V

zdxdydzyx 23 .

Решение: так как область V «правильная», представляющая собой

параллелепипед:

,

20

10

31

:

y

y

x

V

то пределы расставляются трехкратном интеграле по порядку

.)23(23

3

1

1

0

2

0

V

dzzyxdydxzdxdydzyx

Внутренний интеграл вычисляем, считая х и у постоянными. Далее

интегрируем по у, считая х постоянным. И в конце полученную функцию от х

интегрируем по х: 3 1 2 3 1

2

1 0 0 1 0

3 1 3

2

1 0 1

3

2

1

2( 3 2 ) ( 3 )

0

132( 3 ) 4 2 4

02

13 3 5 32 4 ( 4) 1 .

02 2 2 2

dx dy x y z dz dx x y z z dy

dx x y dy xy y y dx

x dx x x

Задание 10. Поменяйте местами пределы интегрирования в двукратном

интеграле 2

1

0

( , ) .

x

x

dx f x y dy

Page 27: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

29

Решение: из двукратного интеграла видно, что область интегрирования

описывается по направлению оси: Ох

2

1

2

0 2

00 1

( , ) : : 1 : .

0 0

1 1

x

x

x x yх

dx f x y dy D D x D x yx у x

y при хy x

y при хy x

Или же область D ограничена графиками тех же линий в другом виде

(x=0, x=1, ух , х=у), как показано на рисунке 2. Отсюда меняется

порядок интегрирования в двукратном интеграле по одной и той же области

интегрирования:

1

0

1

0

),(),(),(2

y

y

х

хD

dxyxfdydуyxfdхyxf .

Рисунок 2

Задание 11. Вычислите двойной интеграл с переходом в полярные

координаты. .41:,2 2222 yxDгдеdxdyyx

D

Решение: опишем область D в полярных координатах:

222222 )sin(cossin

cosrryx

ry

.20

21:41:41: 222

rDrDyxD

Так как область D –симметричная, то опишем ее четвертую часть:

Page 28: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

30

40

21:4 1

rDD .

Далее сделаем замену переменных в двойном интеграле:

.cos

coscos

sin,cos:

22

22

D D

drdr

r

r

yx

x

rdrddxdy

ryrхЗамена

dxdy

yx

x

Для вычисления двойного интеграла по области перейдем к

двукратному интегралу в полярных координатах:

.62

sin)14(202sin

1

2

24

cos4

20

21:cos4cos

2

2

1

2

0

1

1

r

drdrr

Ddrdrdrdr

DD

Расчетно-графическая работа № 2

Дифференциальные уравнения

Теоретические вопросы.

1. Уравнения с разделяющимися переменными. Метод их решения.

2. Линейные неоднородные уравнения. Метод вариации

произвольных постоянных.

3. Уравнения в полных дифференциалах. Метод решения.

4. Линейные однородные дифференциальные уравнения с

постоянными коэффициентами. Характеристическое уравнение. Структура

общего решения.

5. Вронскиан. Линейная зависимость и независимость функций.

6. Нормальная система дифференциальных уравнений.

Характеристическое уравнение для системы ДУ.

7. Числовые ряды. Сходимость и сумма ряда. Необходимое условие

сходимости.

8. Ряды с положительными членами. Признаки сравнения, признак

Даламбера.

9. Ряды с положительными членами. Радикальный и интегральный

признаки Коши

Page 29: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

31

10. Степенные ряды. Теорема Абеля. Радиус сходимости. Интервал

сходимости.

11. Ряд Тейлора. Разложение функции в ряд Тейлора.

12. Ряд Маклорена для функций xxex sin,cos, .

13. Ряды Фурье. Разложение функций в ряд Фурье. Теорема Дирихле.

14. Ряды Фурье для функций на произвольном промежутке.

Коэффициенты ряда Фурье.

Расчетные задания.

Задание 1. Проверить, является ли указанная функция решением

данного дифференциального уравнения (в этом задании С – произвольная

постоянная).

№ Функция y = f(x) Уравнение

1.1

xcexy

1

2 1

22 21 xyxyx

1.2 cxxey yxyxy lnln1

1.3 1

1

x

cxy yxyxy 21

1.4 21xecey

yeyey xx 22

1.5 xecxy 0 xeyyx

1.6

x

cxy

21

2

yxyyx 212

1.7 2

xtg

cey

yyxy lnsin

1.8 12 xcy 012 xyyx

1.9 xecxy

3

2

yxyyx 322

1.10 122 xcey x xyy 42

1.11 2

1

2 xecxy x 1

212

yx

xy

1.12

2

22 xcey x

2

2 xxexyy

1.13 21 xcxy 222 121 xxyyx

1.14

xcxy

12 0232 dxxydyx

Page 30: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

32

1.15 xcey 2 02 yy

1.16 xecxy xeyy

1.17 12 xcy 012 xyyx

1.18 xcexy /12 1 22 21 xyxyx

1.19

ccxy

1 0

1

yyyx

1.20 2sin xcy xxyyx cos2cossin

1.21 cxy 2

xyy

1.22

x

cxy

21

2

yxxyx 212

1.23 cye x

y

yxyyxy 22

1.24 12 xcy 012 xyyx

1.25 21

2

cx

xy

x

y

x

yy

2

2

1.26 xexcy )( 02 yyy

1.27 xCxy sincos 0 yy

1.28 3)(12

1Cxy yy 2)(

1.29 23

3

1Cxxy x

x

yy

1.30 xxCy sincos 0 yy

Задание 2. Найти общее решение (общий интеграл) дифференциального

уравнения.

№ Задание № Задание

2.1 0 ydxxdy 2.2 0)1( ydxdyx

2.3 0 dxydyx 2.4 0)1( 2 dxdyx

2.5 03 ydxxdyx 2.6 01 ydxdyx

2.7 02 ydxdyx 2.8 032 ydxxdyxy

2.9 0 dxxydy 2.10 0 ydxxdy

2.11 0 dxdyyx 2.12 0 ydxxdy

2.13 0 ydxxydy 2.14 0)1( 2 dxyxdy

Page 31: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

33

2.15 02 dxydyx 2.16 012 dxyxdy

2.17 0 ydxxdy 2.18 0)2( 2 ydxdyx

2.19 02 ydxxxdy 2.20 0)1( 2 dxdyx

2.21 0 dxyydy 2.22 01 2 ydxdyx

2.23 0 dxyxdy 2.24 0)1( 2 dxyxdy

2.25 02 xydxdyy 2.26 012 ydxdyx

2.27 03 dxydyx 2.28 01 2 dxyydy

2.29 03 dxyxdyy 2.30 01 2 dxydy

Задание 3. Найти решение задачи Коши и построить соответствующую

интегральную кривую.

№ Задание № Задание № Задание

3.1 30,2 yyy 3.2 20, yyy 3.3 20, yyy

3.4 30, yyy

3.5 70,2 yyy

3.6 10,3 yyy

3.7 50,2 yyy 3.8 10,3 yyy 3.9 10,

2

1 yyy

3.10 40,

2

1 yyy

3.11 40,

3

1 yyy

3.12 21,3 yyy

3.13 21, yyy 3.14 21, yyy

3.15 21, yyy

3.16 21,3 yyy 3.17 21, yyy

3.18 21, yyy

3.19 23, yyy 3.20 43ln, yyy 3.21 21, yyy

3.22 00, yyyky 3.23

00

,

yxy

yky

3.24

23

,

y

yy

3.25 12ln, yyy

3.26 40,

4

1 yyy

3.27

421

,4

ey

yy

3.28

221

,2

ey

yy

3.29 12ln,2 yyy

3.30

521

,5

ey

yy

Задание 4. Найти решение задачи Коши.

№ Задание № Задание

4.1 10,2 yxyy 4.2 10,)3( 2 yyxy

Page 32: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

34

4.3 00,)1( 2 yyxy 4.4 21,)32( 2 yyxy

4.5 21,)2( 2 yyyx 4.6 31,)2( 2 yyyx

4.7 41,)1( 2 yyxy 4.8 10,)12( 2 yyyx

4.9 20,)5( 2 yyyx 4.10 52,4 2 yxyy

4.11 32,3 2 yxyy 4.12 41,)5( 2 yyyx

4.13 30),1(2 2 yyxy 4.14 10,3)1( 2 yyхy

4.15 20,3 yхyy 4.16 40,3 yyy

4.17 11,2

yy

хy 4.18 10,

32

yy

xy

4.19 10,1 2 yyy 4.20 2

1,4 2 yyy

4.21 10,12 yyy 4.22 21,122 yyyx

4.23 22,12 yyyx 4.24 10,1 2 yyy

4.25 20,1 2 yyy 4.26 1)0(,1

22

yy

xyy

4.27 10,)3( 2 yyxy 4.28 2)0(, y

y

xy

4.29 1)0(,4

32

yy

xyy 4.30 1)0(,

4

3)1(

y

y

yxy

Задание 5. Найти решение задачи Коши.

№ Задания № Задания

5.1 01,3 yxx

yy 5.2 24, yx

x

yy

5.3 11,1

3 y

xx

yy 5.4 11, yx

x

yy

5.5 14, yxx

yy 5.6 01, ye

x

yy x

5.7 01,1

22

yxx

yy 5.8 10,,2

2

yxexyy x

5.9 21,22

yexyy x 5.10 21,22

yexyy x

5.11 10,2 yxxyy 5.12 20,22 yxxyy

5.13 0,cos yxx

yy 5.14 1,ln eyx

x

yy

Page 33: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

35

5.15 11,2

yxx

yy 5.16 22,1

2 y

x

yy

5.17 18,2 3 yxx

yy 5.18 04,

2 yx

x

yy

5.19 02

,2cos22

y

x

x

x

yy 5.20 10,2 yxxyy

5.21 18,3 yxx

yy 5.22 11,2 yex

x

yy x

5.23 10,2 yxxyy 5.24 21,222 yexxyy x

5.25 20,22

yxexyy x 5.26 11,22

yxx

yy

5.27 10,2sincos yxxyy

5.28 2

10,44 3 yxxyy

5.29 11,3 yxx

yy 5.30

1,sin yx

x

yy

Задание 6. Найти общее решение уравнения Бернулли.

№ Задание № Задание № Задание

6.1 2xyyy 6.2 32 xyyy

6.3 2xyyy

6.4 yxyy 6.5 yxyy 6.6 32 xyyy

6.7 22 yxyy 6.8 222 yxyy 6.9 22 yxyy

6.10 22xyyy 6.11 32xyyy 6.12 222 yxyy

6.13 2

3

1xyyy

6.14 222 xyyy 6.15 2

2

12 xyyy

6.16 21yy

xy

6.17 22yy

xy

6.18 21yy

xy

6.19 22yy

xy

6.20 23 xyyy 6.21 33 xyyy

6.22 xeyyy 22 6.23 xeyyy 222

6.24

y

xyy 3

6.25 xeyyy 522 6.26

y

xyy 24

6.27 xeyyy 22

6.28 222

yyx

y 6.29 2

4

1xyyy

6.30 22 xyyy

Page 34: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

36

Задание 7. Найти общий интеграл дифференциального уравнения в

полных дифференциалах.

№ Задание

7.1 013 32 dyexdxex yy

7.2 02

cos22

cos2

32

2

dy

y

x

y

xdx

y

x

yx

7.3 0843 22 dyexydxyx y

7.4 01

2122

dy

xydx

x

yx

7.5 02sec22 dytgxxydxxyy

7.6 032323 232 dyyxxdxyyx

7.7 0111

22222

dy

y

x

yyx

ydx

yxyx

x

7.8 0cos2cos22sin dyyxdxyxx

7.9 02// 32222 dyyxyxdxyxxy

7.10 0231

34

2

2

dy

x

ydx

x

y

x

7.11 02cos1

cos2

dyy

x

y

xdx

x

y

x

y

7.12 01

2

dy

x

xydx

x

y

7.13 011

22

dy

xy

xydx

x

xy

7.14 02

2

dyy

yx

y

dx

7.15 02222

dy

yx

yxdxy

yx

x

7.16 01

2

dy

xdx

x

yxe x

7.17 0sinsin

cos5

sin

110 32

2

2

dyyy

y

yxxdx

yxy

Page 35: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

37

7.18 0sinsin

cos5 32

2

2

22

dyyy

y

yxxdxe

yx

y x

7.19 0cos dyxeydxe yy

7.20 03cos 23 dyexydxxy y

7.21 022 22

dyytgeyxdxxe yy

7.22 055 232 dyyyxdxxxy

7.23 0cos2sincos 22 dyyxydxxyx

7.24 02424 2222 dyxxyydxyxyx

7.25 01

coscos1

sinsin

dy

yxyxdx

xxyy

7.26 011

1 /

2

/

dye

y

xdxe

y

yxyx

7.27 011

12

dye

y

xdxe

y

yx

7.28 023232 2232 dyyyxdxxxy

7.29 032363 23223 dyyxxdxxyyxx

7.30 0222 dyyxydxxy

Задание 8. Найти общее решение дифференциального уравнения.

№ Задание № Задание № Задание

8.1 xy 2sin 8.2 xey 2 8.3 xxey

8.4

3

1

xy

8.5 21

1

xy

8.6 xy 7cos

8.7 xxey 8.8

x

xy

3 2 1

8.9 xy 2cos

8.10 xy 2sin2 8.11

xy

1

1

8.12

31

x

xy

8.13 2xx eey 8.14

21

x

ey

8.15

21

x

ey

8.16

2cos

2sin

xxy

8.17

xy

2cos

1

8.18 21 xxy

Page 36: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

38

8.19 xxy cossin 8.20

xy

2sin

1

8.21

21

1

xy

8.22

xy

2cos

12

8.23 xy 2cos

8.24

12

1

xy

8.25 3

1

xxy

8.26 xy 2 8.27 xy 4sin

8.28 32 xy 8.29 xxy 2cossin

8.30 xey 23

Задание 9. Найти общее решение дифференциального уравнения.

№ Уравнение № Уравнение № Уравнение

9.1 yxxy ln 9.2 1 yyx 9.3 yyx 2

9.4 1 xyyx 9.5

xy

ctgx

y

sin

1

9.6

xyyx

1

9.7 022 yxctgy 9.8 123 yxyx 9.9 yytgx 2

9.10 yxcthy 22 9.11 134 yxyx 9.12 02 yyx

9.13 32 21 xyxyx 9.14 145 yxyx 9.15 12 yxyx

9.16 0 xyyx 9.17 ythxy 9.18 xyyx

9.19 1 ytgxy 9.20 yxtgy 55 9.21 yxthy 77

9.22 xyxyx 23 9.23 11 xyyx 9.24 yxyx cossin1

9.25

xyyx

1

9.26 2

22

xyyx

9.27 xy

x

xy 2

1

22

9.28 434 yxyx 9.29 1221 2 yxyx

9.30 chxyycthx

Задание 10. Найдите решение задачи Коши однородного линейного

дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами.

№ Задание № Задание

10.1 10,00

,032

yy

yyy 10.2

00,10

,032

yy

yyy

10.3 10,10

,0136

yy

yyy 10.4

00,10

,0136

yy

yyy

10.5 10,00

,0106

yy

yyy 10.6

10,10

,0106

yy

yyy

Page 37: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

39

10.7 20,10

,09

yy

yy 10.8

10,10

,02

yy

yyy

10.9 10,00

,0

yy

yy 10.10

10,20

,086

yy

yyy

10.11 20,10

,086

yy

yyy 10.12

10,10

,044

yy

yyy

10.13 00,20

,044

yy

yyy 10.14

10,00

,054

yy

yyy

10.15 10,00

,084

yy

yyy 10.16

00,10

,054

yy

yyy

10.17 10,00

,084

yy

yyy 10.18

10,10

,096

yy

yyy

10.19

20,00

,00,0

yy

yyy 10.20

10,00

,0102

yy

yyy

10.21 10,10

,0102

yy

yyy 10.22

20,10

,082

yy

yyy

10.23 10,20

,096

yy

yyy 10.24 10,00

,02610

yy

yyy

10.25 00,10

,02610

yy

yyy 10.26

20,10

,03218

yy

yy

10.27 10,10

,0134

yy

yyy 10.28

10,20

,02610

yy

yyy

10.29 20,10

,054

yy

yyy 10.30

10,20

,0256

yy

yyy

Задание 11. Найти общее решение дифференциального уравнения.

№ Задание № Задание

11.1 182 2 xyyy 11.2 23 xyy

11.3 xeyyy 52 11.4 xxeyyy 482

11.5 xeyyy 4782 11.6 xeyyy 282

11.7 22 2 xyy 11.8 xeyyy 2

11.9 5256 2 xyyy 11.10 356 2 xyyy

11.11 xxeyyy 286 11.12 xeyyy 4586

11.13 xxeyyy 286 11.14 xyy cos5

11.15 xyy sin 11.16 xxyy sincos

Page 38: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

40

11.17 32 xxxyy 11.18 xxeyy

11.19 xexyy 21 11.20 xexyy 5

11.21 xeyyy 2244 11.22 xxeyyy 44

11.23 xexyyy 2184 11.24 2584 xyyy

11.25 xexyyy 2 11.26 52665 2 xxyyy

11.27 11213 xyy 11.28 15 2 xyy

11.29 xexyyy 214206 11.30 xxyyy 122

Задание 12. Решить систему дифференциальных уравнений методом

исключения.

№ Задание № Задание № Задание

12.1

212

211

32

,32

yyy

yyy

12.2

212

211

2

,2

yyy

yyy

12.3

212

211

23

,23

yyy

yyy

12.4

212

211

43

,43

yyy

yyy

12.5

212

211

34

,34

yyy

yyy 12.6

212

211

2

,2

yyy

yyy

12.7

212

211

5

,5

yyy

yyy

12.8

212

211

42

,42

yyy

yyy 12.9

212

211

4

,4

yyy

yyy

12.10

212

211

52

,52

yyy

yyy

12.11

212

211

53

,53

yyy

yyy

12.12

212

211

5

,5

yyy

yyy

12.13

212

211

25

,25

yyy

yyy

12.14

212

211

45

,45

yyy

yyy

12.15

212

211

35

,35

yyy

yyy

12.16

212

211

72

1

,72

1

yyy

yyy

12.17

212

211

54

,54

yyy

yyy

12.18

212

211

72

,72

yyy

yyy

12.19

212

211

4

,4

yyy

yyy

12.20

212

211

7

,7

yyy

yyy

12.21

212

211

2

3

,2

3

yyy

yyy

Page 39: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

41

12.22

212

211

2

5

,2

5

yyy

yyy

12.23

212

211

2

15

,2

15

yyy

yyy

12.24

212

211

7

,7

yyy

yyy

12.25

212

211

24,0

,24,0

yyy

yyy

12.26

212

211

2,0

,2,0

yyy

yyy

12.27

212

211

1,2

,1,2

yyy

yyy

12.28

212

211

5,05,4

,5,05,4

yyy

yyy

12.29

212

211

2,08,0

,2,08,0

yyy

yyy

12.30

212

211

2,3

,2,3

yyy

yyy

Задание 13. Решить неоднородное дифференциальное уравнение

методом вариации произвольных постоянных.

№ Задание

13.1 00,30,cos/22 yyxyy

13.2 2ln130,4ln0,1/93 33 yyeeyy xx

13.3 44

,54

,284

yyxctgyy

13.4 2ln60,2ln210,1/486 2 yyeyyy x

13.5 00,00,1/9189 33 yyeeyyy xx

13.6 2/2/1,12/1,sin/ 222 yyxyy

13.7

00,20,/cos

1122

yyx

yy

13.8 14ln330,4ln40,3

93

3

3

yye

eyy

x

x

13.9 42/,42/,4 yyctgxyy

13.10 3ln100,3ln310,2/486 2 yyeyyy x

13.11 00,00,2/486 22 yyeeyyy xx

13.12 2/36/,46/,3sin/99 yyxyy

13.13 00,10,3cos/99 yyxyy

13.14 19ln0,27ln0,2/ yyeeyy xx

13.15 24/,34/,244 yyxctgyy

Page 40: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

42

13.16 2ln140,2ln810,3

123

yy

eyyy

x

13.17 00,00,1/486 22 yyeeyyy xx

13.18 28/,38/,4sin/1616 yyxyy

13.19 00,30,4cos/1616 yyxyy

13.20 24ln0,4ln0,1/42 22 yyeeyy xx

13.21 2/1,2,2/4

1

4 yyxctg

yy

13.22 3ln50,3ln310,2/123 yyeyyy x

13.23 00,00,2/23 yyeeyyy xx

13.24 4/,24/,2sin/44 yyxyy

13.25 00,20,2cos/44 yyxyy

13.26 9ln10,27ln0,2/ yyeeyy xx

13.27 22/,12/,2 yyctgxyy

13.28 2ln30,2ln210,1/123 yyeyyy x

13.29 00,00,1/23 yyeeyyy xx

13.30 2/2/,12

,sin/1

yyxyy

Задание 14. Найти общее решение дифференциального уравнения.

№ Задание № Задание

14.1 2123 xyyy 14.2 xxyy 36 2

14.3 xxyy 2 14.4 xyyyy IV 233

14.5 225 xyy IV 14.6 xxyyy IV 122

14.7 12 2 xxyyy IV 14.8 32 xyy IVV

14.9 163 xyy IV 14.10 242 xyyy IV

14.11 15 2 xyy 14.12 244 xxyyy IV

14.13 xyy 127 14.14 xxyyy 2323 2

14.15 123 2 xxyy 14.16 234 2 xxyy

14.17 333 xyyyy IV 14.18 xxyyy IV 6122 2

14.19 2384324 xyy 14.20 2322 xyyy IV

14.21 22449 xyy 14.22 432 2 xxyy

Page 41: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

43

14.23 11213 xyyy 14.24 xyy IV

14.25 56 xyy 14.26 5223 2 xxyyy

14.27 2165 xyyy 14.28 1396 xyyy IV

14.29 39181213 2 xyyy 14.30 612 xyy IV

Методические указания к выполнению заданий РГР№2.

Таблица 1 - Основные виды дифференциальных уравнений 1-го порядка № Тип

уравнения

Вид уравнения Метод решения Примечания

1 С

разделя-

ющимися

перемен-

ными

а) dxyNxM )()( 11

,0)()( 22 dyyNxM

б) )()( ygxfy

а) умножить на )()(

1

12 yNxM

б) dxxfyg

dy)(

)(

2 Линейные ),()( xgyxpy (*) Метод Бернулли.

Подстановка ,vuy где

1) ),(xuu ),(xvv

2) .vuvuy

Решение

Cdxxu

xgxv

exudxxp

)(

)()(

;)()(

а) При

решении

уравнения ,0)( vxpv

постоянную

С считать

равной 0.

3 Уравне-

ние

Бернулли

,)()( nyxgyxpy

)1;0( nn

а) Метод Бернулли.

Подстановка ,vuy как

для линейных уравнений (*)

б) Подстановка nyz 1

сводит к линейному

уравнению (2) относительно

новой функции z .

При 0n

имеем

линейное

уравнение (2)

При 1n

приводится к

уравнению с

разд. пер.(1)

4 Уравне-

ние в

полных

диф-

ференци-

алах

0).(),( dyyxQdxyxP ,

При x

Q

y

P

Решение ,),( Cyxu где

x

x

dxyxPyxu

0

),(),( 0

y

y

dyyxQ

0

),(

Проверка

dx

x

udu

dy

y

u

dxyxP ),(

dyyxQ ),(

Задание 1. Проверить, является ли функция x

xcy

2

22 решением

уравнения .0 yxyx

Page 42: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

44

Решение: для выполнения задания нам потребуется производная данной

функции:

2

1

22

1

22 2

2222

x

cx

x

c

x

xcy . Подставим 𝑦 и y в данное

уравнение:

0002222

;02

1

22

22

2

222

x

x

cx

x

cx

x

cx

x

xcx .

Ответ: указанная функция является решением данного уравнения.

Задание 2. Найти общее решение дифференциального уравнения

.33 yxdx

dy

Решение: разделим переменные в уравнении с разделяющимися

переменными и проинтегрируем:

dxyxdyyxdx

dy 3333 ,

333 :/ ydxyxdy dxxy

dy 3

3

;3

3dxx

y

dy ;

42

42

cxy

.42

1 4

2c

x

y

Таким образом, cx

y

42

1 4

2 – общий интеграл уравнения.

Задание 3. Найти решение задачи Коши 50;6 yyy и построить

соответствующую интегральную кривую.

Решение: разделим переменные в уравнении и проинтегрируем:

dxydyydx

dyyy 666

;6;6 dxy

dydx

y

dy cxeycxy 6;6ln .

Используем начальные условия: ;5;5 06 cc ee ;3lnC

xx eyeey 63ln6 3; частное решение, удовлетворяющее начальным

условиям.

Решение задачи Коши: .3 6xey

Задание 4. Найти решение задачи Коши: .5

10,5 2 yyy

Решение:

Page 43: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

45

dxydyydx

dyyy 222 5;5;5 с разделяющимися

переменными. Делим на 2y :

cx

ydxy

dyx

y

dy

5

1;5;5

22 общее

решение. Найдём частное решение, удовлетворяющее начальным условиям.

.5;05

1

5

1;

5

10

c

cy

Примечание. При делении уравнения на 2y могло быть потеряно

решение 2y = 0, или 0y . Непосредственной подстановкой в исходное

уравнение убеждаемся, что 0y удовлетворяет этому уравнению. Кроме

того, 0y является особым решением, т.к. оно не находится в общем

решении.

Задание 5. Найти решение задачи Коши: 2

4 xxexyy , 1)0( y :

а) методом Бернулли (подстановка vuy );

б) методом вариации произвольных постоянных; (способ решения

студент выбирает самостоятельно).

Решение: данное уравнение является линейным неоднородным

уравнением.

а) в методе Бернулли делается замена vuy (где u = u(x), v = v(x) –

новые неизвестные функции) vuvuy . Подставим в исходное

уравнение: 2

4 xxexuvvuvu 2

4 xxexvvuvu .

Выберем функцию v такую, чтобы 04 xvv . Это уравнение с

разделяющимися переменными.

04 xvdx

dv xv

dx

dv4 xdx

v

dv4

22ln xv 22xev .

С учетом выбранной функции v, из исходного уравнения получим: 2xxevu

222 xx xeeu 2xxe

dx

du

Cexdedxxeu xxx

222

2

1

2

1 2.

Функции u = u(x) и v = v(x) найдены.

Следовательно, 2222 22

2

1

2

1 xxxx CeeeCey

– общее решение.

Page 44: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

46

Используя начальное условие 1)0( y , получим: 12

1 00 Cee

2

3C .

Решение задачи Коши: 22 2

2

3

2

1 xx eey .

б) в методе вариации произвольных постоянных для2

4 xxexyy –

линейное неоднородное уравнение первого порядка. Соответствующее

однородное уравнение: 04 xyy . Оно является уравнением с

разделяющимися переменными.

04 xydx

dy xy

dx

dy4 xdx

y

dy4 xdx

y

dy4

Cxy ln2ln 2 22xCey – общее решение линейного однородного

уравнения.

Ищем решение неоднородного уравнения в виде: 22)( xexCy , где

)(xC – неизвестная функция. Подставим 22)( xexCy и

22 22 4)()( xx xexCexCy в исходное уравнение: 2222 222 )(44)()( xxxx xeexCxxexCexC

222)( xx xeexC

2

)( xxexC CexdedxxexC xxx

222

2

1

2

1)( 2

.

Итак, 22222 222

2

1

2

1)( xxxxx CeeeCeexCy

– общее решение

исходного уравнения. Используя начальное условие 1)0( y , получим:

12

1 00 Cee 2

3C или

22 2

2

3

2

1 xx eey .

Задание 6. Найти общее решение дифференциального уравнения

Бернулли .2

1

xyyy

Решение: 2

1

xyyy – уравнение Бернулли, где n=1/2. Выполним

замену 2

1

2

11

1 yyyz n

. zzyzy 2;2 (см таблицу 2). Подставим в

исходное уравнение:

xzzzxzzz2

1

2

1;2 2

линейное уравнение. Замена:

;; vuvuzuvz

;2

1

2

1xuvvuvu 0

2

1 vv ; 0

2

dx

v

dv; ;0

2ln

xv 2

x

ev

;

Page 45: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

47

;2

2x

eu

x

;2

2x

edx

dux

.2.

2;

22222 cexe

частямпо

интегрdxe

xudxe

xdu

xxxx

Итак, 22 2222

xxxx

cexcexeevuz .

Решение задачи Коши: 2zy , т.е.

2

2 2

x

cexy .

Задание 7. Найти общий интеграл дифференциального уравнения:

.01 dyxedxyx y

Решение:

𝑃(𝑥, 𝑦) = 𝑥 + 𝑦 + 1, 𝑄(𝑥, 𝑦) = 𝑒𝑦 + 𝑥, 𝜕𝑄

𝜕𝑥 = 1,

𝜕𝑃

𝜕𝑦= 1

𝜕𝑄

𝜕𝑥=

𝜕𝑃

𝜕𝑦 ,

следовательно, выполнено условия полного дифференциала u :

dyedxyxdu y 11 .

Неизвестную функцию u найдём с помощью формулы:

dyyxQdxyxPu

y

y

x

x

;; 0

00

.

Возьмём 0,0 00 yx :

122

12

00

2

00

y

y

yxy

yx

exxyx

exxyx

dyedxyxu

.

Т.к. ,0du то Cu общий интеграл дифференциального уравнения.

Общее решение: .12

2

Cexxyx y

Таблица 2 - Дифференциальные уравнения высших порядков,

допускающие понижения порядка

№ Формульная

запись

уравнения

Пояснения Предполагаемая замена

(инструкция)

1 𝑦(𝑛) = 𝑓(𝑥) Производная неизвестной

функции явно выражена

через функцию от 𝑥.

𝑛 раз проинтегрировать

2 𝐹(𝑦, 𝑦, 𝑦) =0 В уравнении отсутствует 𝑦(𝑥) = 𝑢(𝑦),

Page 46: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

48

независимая переменная 𝑥. 𝑦(𝑥) = 𝑢 (𝑦)𝑢 (𝑦)

3 𝐹(𝑥, 𝑦, 𝑦) =0 В уравнении отсутствует

неизвестная функция 𝑦(𝑥) 𝑦(𝑥)=𝑢(𝑥), 𝑦(𝑥)=𝑢(𝑥)

4 𝐹(𝑥, 𝑦(𝑘), 𝑦(𝑘+1),

… , 𝑦(𝑛+𝑘)) = 0

В уравнении отсутствуют

неизвестные функции до

производной порядка 𝑘 − 1.

𝑦(𝑘)(𝑥) = 𝑢(𝑥), 𝑦(𝑘+1)

(𝑥) = 𝑢(𝑥), … ,

𝑦(𝑛+𝑘)(𝑥) = 𝑢(𝑛)(𝑥)

Задание 8. Найти общее решение дифференциального уравнения

.2cos2sin xxy

Решение:

xxy 2cos2sin – уравнение второго порядка вида xfy .

Понижаем порядок двукратным интегрированием:

xdxxdxxy 4sin2

12cos2sin ;4cos

8

11Cx

.4sin32

14cos

8

14cos

8

12111 CxCxdxCxdxdxCxy

Ответ: 214sin32

1CxCxy общее решение.

Задание 9. Найти общее решение дифференциального уравнения

.021 2 yxyx

Решение:

021 2 yxyx – уравнение второго порядка с отсутствующей явно

функцией y (таблица 2). Для этого случая применяется замена py . Тогда

pdx

dpy .

Уравнение имеет вид 021,021 22 xpdxdрxxpрx

уравнение с разделяющимися переменными. Поделим обе части на ,1 2xp

получим:

,1

22x

xdx

p

dp

,

1

12

2

x

xd

p

dp

2

11

2 1,ln1lnln xCpCxp .

Так как ,dx

dyp то 2

1 1 xСdx

dyуравнение с разделяющимися

переменными.

2

3

12

12

13

,1,1 Cx

xCydxxCydxxCdy

общее решение.

Page 47: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

49

Примечание – в процессе деления на 21 xp мы могли потерять

решения 0p и 01 2 x . Первое даёт ,0 Cyy но это решение

находится в общем решении при 01 C . Второе равенство 01 2 x

невозможно при действительных 𝑥.

Задание 10. Найти общее решение однородного линейного

дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами.

а) ;01011 yyy

б) решить задачу Коши 9 6 0, (0) 1, (0) 2;y y y y y

в) 2 10 0y y y .

Линейные однородные дифференциальные уравнения второго порядка с

постоянными коэффициентами: .0 qyypy Его характеристическое уравнение: 𝑘2 + 𝑝𝑘 + 𝑞 = 0, где 𝐷 = 𝑝2 − 4𝑞

его дискриминант. Тогда структура общего решения линейного однородного

дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами зависит от

вида корней соответствующего характеристического уравнения (таблица 3).

Таблица 3 - Структура общего решения линейного однородного

дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами

D Корни

характеристичес-

кого уравнения

𝑘2 + 𝑝𝑘 + 𝑞 = 0

Фундаментальная

система решений

Общее решение линейного

однородного ДУ высокого

порядка

с постоянными

коэффициентами

𝑦00 = 𝐶1𝑦1 + 𝐶2𝑦2

D>0 𝑘1 =

−𝑝 − √𝐷

2,

𝑘2 =−𝑝 + √𝐷

2

𝑦1 = 𝑒𝑘1𝑥,

𝑦2 = 𝑒𝑘2𝑥

𝑦00 = 𝐶1𝑒𝑘1𝑥 + 𝐶2𝑒

𝑘2𝑥

D=0 𝑘1 = 𝑘2 = 𝜇

𝜇 =−𝑝

2

𝑦1 = 𝑒𝜇𝑥,

𝑦2 = 𝑥𝑒𝜇𝑥

𝑦00 = 𝐶1𝑒𝜇𝑥 + 𝐶2𝑥𝑒

𝜇𝑥

D<0 𝑘1,2 = ± 𝑖

𝛼 =−𝑝

2,𝛽 =

√|𝐷|

2

𝑦1 = 𝑒𝛼𝑥𝑐𝑜𝑠𝛽𝑥,

𝑦2 = 𝑒𝛼𝑥𝑠𝑖𝑛𝛽𝑥

𝑦00 = 𝐶1𝑒𝛼𝑥𝑐𝑜𝑠𝛽𝑥+𝐶2𝑒

𝛼𝑥𝑠𝑖𝑛𝛽𝑥

Решение:

а) 01011 yyy 010112 kk его характеристическое

уравнение,

10

1

2

1

k

k разные действительные корни характеристического

уравнения.

Следовательно, общее решение имеет вид: 1 10

00 1 2 .x xy C e C e

Page 48: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

50

б) 2)0(,1)0(,069 yyyyy

0169 2 kk , 3

121 kk характеристическое уравнение имеет

равные корни характеристического уравнения и общее решение:

.32

3100

XX

xeCeCy

Для использования второго начального условия продифференцируем

обшее решение:

.3

1

3

13

23

23

1

XXX

хeCeCeCy

Далее подставим начальные условия:

.3

7;1

03

1

3

12

,01

2101

02

01

01

01

CCeCeCeC

eCeC

Частное решение задачи Коши имеет вид:

.3

733

00

XX

xeey

с) для 2 10 0y y y получены комплексные корни его

характеристического уравнения 01022 kk в виде

3,1312,1 ik , cледовательно xCxCey x 3sin3cos 2100

общее решение.

Задание 11. Найти общее решение уравнения .622 2xeyyy

Решение: это линейное неоднородное дифференциальное уравнение

второго порядка с постоянными коэффициентами: ,xfqyypy где

праваячастьимеетвид: xf = 𝑒𝑎𝑥[𝑃𝑚(𝑥)𝑐𝑜𝑠𝑏𝑥 + 𝑄𝑛(𝑥)𝑠𝑖𝑛𝑏𝑥].

Структура общего решения данного уравнения: 𝑦 = 𝑦о.о + 𝑦ч.н, состоит

из 𝑦о.о– общего решения соответствующего однородного уравнения и ,

частного решения 𝑦ч.н

= 𝑥𝑟𝑒𝑎𝑥(�̃�𝑘(𝑥)𝑐𝑜𝑠𝑏𝑥 + �̃�𝑘(𝑥)𝑠𝑖𝑛𝑏𝑥), где 𝑟 – количество

чисел a+bi среди корней характеристического уравнения, 𝑘 = 𝑚𝑎𝑥{𝑚, 𝑛}. Алгоритм нахождения общего решения.

Вначале найдём 𝑦о.о: 0222 kk характеристическое уравнение

соответствующего однородного уравнения,

ik 12,1 корни этого

уравнения, следовательно, 𝑦о.о = xCxCex sincos21

.

Далее найдём 𝑦ч.н методом неопределенных коэффициентов по виду

правой части xf неоднородного уравнения.

Так как 2,66 2 maeaexf xmx и m =2 не является корнем

характеристического уравнения, то, в соответствии с теорией, частное

решение будем искать в виде 𝑦ч.н =xAe2. Для нахождения неизвестного

коэффициента A подставим 𝑦ч.н =xAe2 ,𝑦

ч.н= 2 xAe2 , 𝑦ч.н = 4 xAe2

в исходное уравнение:

Page 49: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

51

xxxxxx eAeeAeAeAe 222222 62,62224 , 3,62 AA .

Следовательно, 𝑦ч.н =xe23 , xx exCxCеy 2

213sincos общее

решение.

Ответ: xx exCxCey 211 3sincos .

Задание 12. Решить систему дифференциальных уравнений методом

исключения: 1 1 2

2 1 2

9 4

9 4

y y y

y y y

.

Решение: продифференцируем по 𝑥 первое уравнение из системы из

системы: 211

49 yyy . Для исключения 2

y в исходной системе

просуммируем строки: 1221

0 yyyy .

Следовательно, 111 49 yyy ; 013 11 yy линейное однородное

дифференциальное уравнение с постоянными коэффициентами.

.13;001321

2 kkkk Тогда .13

21

13

2

0

11

xxx eСCeСeCy

Т.к. xeCy 13

2113 , то найдём из первого уравнения :

2y

112

94 yyy .4

9913

4

1 13

21

13

21

13

22

xxx eCCeCCeCy

Ответ:

13

1 1 2

13

2 1 2

9

4

x

x

y C C e

y C C e

.

Расчетно-графическая работа № 3

Ряды

Теоретические вопросы.

1. Числовые ряды. Сходимость и сумма ряда. Необходимое условие

сходимости ряда.

2. Признаки сравнения.

3. Признаки Даламбера и Коши. Интегральный признак Коши.

4. Знакочередующиеся ряды. Теорема Лейбница. Оценка остатка

ряда.

5. Знакопеременные ряды. Абсолютно и условно сходящиеся ряды.

6. Функциональные ряды. Область сходимости.

7. Степенные ряды. Теорема Абеля. Интервал и радиус сходимости

степенных рядов.

8. Ряды Тейлора. Разложение по степеням х функций ех , sin x, cos

x, ln(1+ x), (1+ x)m.

9. Ряды Фурье. Коэффициенты Фурье.

Расчетные задания.

Page 50: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

52

Задание 1. Для ряда

1n

nu :

а) составить формулу общего члена ряда nu и написать первые пять

членов;

б) записать n-ую частичную сумму ряда nS ;

в) записать остаток ряда nr ;

г) проверить необходимое условие сходимости ряда.

1.1

1 3)1(

1

nnn

1.2

1 )2ln(

1

n n

11.3

1 5)12(

1

nnn

1.4

1 7

12

nn

n

1.5

1 )!1(

1

n n

1.6

13)12(

1

n n

1.7

1 )1ln(

3

n n

1.8

1 5

2

nn

n

1.9

1 10

42

nn

nn

1.10

12)13(

1

n n

1.11

13 13

1

n n

1.12

1 5n n

n

1.13

1 )2)(1(

1

n nn

1.14

1 )33()12(

1

n nn

1.15

1 1n n

n

1.16

1 5

2

n n

n

1.17

1 )13(n n

n

1.18

1 3

5

nn

n

1.19

1 )15(

6

n n

1.20

1 3

1

nn

1.21

1 )13(

1

n n

1.22

13 )2(

1

n n

1.23

15)15(

1

n n

1.24

1 6)32(

1

nnn

1.25

12 3)12(

1

nnn

1.26

1 )12ln(

1

n n

1.27

12 )1(ln

1

n n

1.28

12 )12(

1

n nn

1.29

13)12(

1

n n

1.30

12)12(

3

n n

Задание 2. Сравнить с рядом Дирихле

1

1

npn

, т.е. найти параметр p, и

исследовать на сходимость ряд.

2.1

12 )12(

1

n nn

12.2

13)12(

1

n n

12.3

12)12(

3

n n

2.4

1 )15(

6

n n

2.5

133

1

n n

12.6

13 )13(

1

n n

Page 51: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

53

2.7

13 )2(

1

n n

2.8

15)15(

1

n n

12.9

1 )26()32(

1

n nn

2.10

12)13(

1

n n

2.11

13 13

1

n n

12.12

1 )33)(12(

1

n nn

2.13

2 )2)(1(

1

n nn

2.14

1 5n n

n

12.15

1

2

2 12n n

n

2.16

12

3

)13(n n

n

2.17

1

53 13

1

n n

2.18

14 5n n

n

2.19

223 )2(1

1

n nn

2.20

1 )33(

12

n n

n

2.21

1

5

1n n

n

2.22

12)13(n n

n

2.23

1

43 13n n

n

2.24

12

12n n

n

2.25

12 )24)(13(n nn

n

2.26

1

2

)36(

12

n n

n

2.27

13

5

1n n

n

2.28

1 1n n

n

2.29

1

4

3 13n n

n

2.30

13

12n n

n

Задание 3. Исследовать на сходимость с помощью признака Даламбера.

3.1

1 3)1(

1

nnn

3.2

2 )!1(

2

n

n

n

3.3

1 5)12(

1

nnn

3.4

1 7

12

nn

n

3.5

1 )!1(

1

n n

3.6

13)12(

!

n n

n

3.7

1 )!7(

3

n n

n

3.8

1 5

!

nn

n

3.9

1

2

10

)1(

nn

n

3.10

1 3)1(nnn

n

3.11

1 )!2(

12

n n

n

3.12

1

3

5

)10(

nn

n

3.13

1 !

12

n n

n

3.14

2

1

)!1(

4

n

n

n

3.15

1 )12(

!2

n n

n

3.16

1 2

3

nn

n

3.17

213

)!3(

nn

n

3.18

1

2

8

)12(

nn

n

3.19

1 )1(

3

n

n

n

3.20

2

1

)!1(

5

n

n

n

3.21

1 7)16(

1

nnn

3.22

1 2

77

nn

n

3.23

1 )!1(

6

n

n

n

3.24

1 )1)(12(

!

n nn

n

Page 52: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

54

3.25

3 )!2(

1

n n

n

3.26

12/

2

5

5

nn

n

3.27

1

2

10

)12(

nn

n

3.28

12 )7(

3

n

n

n

n

3.29

2 )1(5

!

nn n

n

3.30

1

3

10

)1(

nn

n

Задание 4. Исследовать на сходимость с помощью радикального

признака Коши.

4.1

1 3

1

nn

4.2

1

2

)12(n

n

ntg

4.3

1 7

12

nn

nn

4.4

1

3

3ln

1

n

n

n

4.5

1 )1(

1

n

n

narctg

4.6

1 3ln

1

n

n

n

4.7

1 )2ln(

3

nn

n

4.8

12

2

437

13

n

n

nn

nn

4.9

1

2

3sin

n

n

n

4.10

1

3

4

1

n

n

n

n

4.11

1 5

1

12

2

nn

n

n

n

4.12

1

2

12

23

n

n

n

n

4.13

1 148

7

nn

n

n

4.14

1 3

1arcsin

n

n

n

4.15

1

3

5n

n

ntg

4.16

13

2

3

nn

n

n

4.17

1 14

1arcsin

n

n

n

n

4.18

1

2

sinn

n

n

4.19

12

5ln

10

n

n

n

4.20

12

2

437

15

n

n

nn

nn

4.21

1

2

12

2

n

n

n

n

4.22

1 14

7)2(

nn

nn

n

n

4.23

1

3

42n

n

narctg

4.24

1 4

1arcsin

n

n

n

4.25

13

5

5

nn

n

n

4.26

1 14

15arcsin

n

n

n

n

4.27

1 15sin

n

n

n

4.28

1

2

1

23

n

n

n

n

4.29

1

3

32ln

4

n

n

n

4.30

12

2

53

13

n

n

nn

nn

Задание 5. Исследовать на сходимость с помощью интегрального

признака Коши.

5.1

1 13ln13

1

n nn

5.2

12 )2(ln)2(

1

n nn

Page 53: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

55

5.3

1 )15ln()15(

1

n nn

5.4

12 15ln15

1

n nn

5.5

14 )2(ln)2(

1

n nn

5.6

13 )14ln()14(

1

n nn

5.7

1 13ln13

1

n nn

5.8

15 )12(ln)12(

1

n nn

5.9

13 )15(ln)15(

1

n nn

5.10

13 53ln53

1

n nn

5.11

13 2 )12(ln)12(

1

n nn

5.12

12 )55(ln)55(

1

n nn

5.13

13 2 15ln15

1

n nn

5.14

14 )3(ln)3(

1

n nn

5.15

13 4 )4(ln

1

n nn

5.16

15 23ln23

1

n nn

5.17

13 )122(ln)122(

1

n nn

5.18

13 )5(ln

1

n nn

5.19

14 12ln12

1

n nn

5.20

14 )2ln()2(

1

n nn

5.21

17 )17(ln)17(

1

n nn

5.22

212ln

1

n nn

5.23

18 )6(ln)6(

1

n nn

5.24

13 4 )4(ln)4(

1

n nn

5.25

3 32ln32

1

n nn

5.26

13 5 )11(ln)11(

1

n nn

5.27

13 )15(ln)15(

1

n nn

5.28

16 5ln5

1

n nn

5.29

13 6 )12(ln)12(

1

n nn

5.30

15 )35(ln)35(

1

n nn

Задание 6. Исследовать на условную или абсолютную сходимость

знакочередующиеся ряды.

6.1

12)13(

)1(

n

n

n

6.2

13

1

13

)1(

n

n

n

6.3

1 5

)1(

n

n

n

Page 54: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

56

6.4

2 )2)(1(

)1(

n

n

nn

6.5

1 )33()12(

1

n

n

nn

n

6.6

1 12

)1(

n

n

n

n

6.7

12 5

2)1(

n

n

n

n

6.8

1 )13(

1

n

n

n

n

6.9

1 3

51

nn

nn

6.10

1 15

1

n

n

n

6.11

1 3

1

nn

n

6.12

1 )13(

1

n

n

n

6.13

13

1

)2(

1

n

n

n

6.14

15)15(

1

n

n

n

6.15

1 6

21

nn

nn

6.16

1 )1(

1

n

n

n

6.17

2 ln

1

n

n

n

6.18

1 5

21

nn

nn

6.19

1 57

1

n

n

nn

6.20

1 )!1(

21

n

nn

n

6.21

13)12(

1

n

n

n

6.22

12 )12(

1

n

n

n

6.23

1 )12ln(

1

n

n

n

6.24

15

1

n

n

n

6.25

1 )1ln(

1

n

n

n

6.26

1 5

2

nn

n

6.27

1 10

2

nn

n

6.28

12 )12(

1

n

n

nn

6.29

1 )!1(

61

n

nn

n

6.30

13 2)12(

1

n

n

n

Задание 7. Дан степенной ряд

1

0

n

n

n xxa . Найти радиус и интервал

сходимости ряда.

7.1

1 )2ln(

1

nn

n

n

x

7.2 n

n

n

xn

n3

4

1

1

3

7.3 n

n

n

xn

1sin1

2

3

7.4

12

2

)2(437

3

n

n

n

xnn

n

7.5

n

n

n

xn

n12

31

3

7.6 n

n

n

xn

n)12(

12

23

1

2

7.7

1 148

)3(7

n

nn

n

x

7.8 n

nn

x

1 3

1arcsin

7.9 n

n

n

nxtg )1(

51

3

7.10 n

nn

xn

n)1(

3)1(1

Page 55: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

57

7.11 n

n

xn

n)15(

!

12

1

7.12

nn

nx

n13

5

)10(

1

3

7.13 n

n

xn

n

1 !

12

7.14

23

1

1

)1(4

n

nn

n

x

7.15 n

n

n

xn

)2()12(

5

1

7.16

n

nnx

n 2

1 2

3

7.17

213

)!3(

nn

nxn

7.18 n

n

xn

)14(13

1

1

53

7.19

1

2

)1(

3

n

nn

n

x

7.20 n

n

xn

n)5(

)33(

12

1

7.21

1 7)16(

)5(

nn

n

n

x

7.22 n

nn

xn

)12(2

77

1

7.23 n

n

n

xn

)3()13(

5

12

7.24

n

n

xn

)32(13

1

1

53

7.25

12

2

)2(2

)1(

nn

n

n

xn

7.26 n

n

xn

n

1 )33(

12

7.27

1 3n

n

nx

n

7.28

13

)25(13n

n

n

xn

n

7.29 n

nn

xtg )1(61

7.30

1 149

)32(3

nn

nn

n

x

Задание 8. Вычислить сумму ряда с точностью α=0,001.

8.1

8.2

8.3

,

8.4

8.5

8.6

8.7

,

8.8

8.9

8.10

,

8.11

8.12

Page 56: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

58

8.13

8.14

,

8.15

8.16

8.17

8.17

,

8.19

8.20

8.21

,

8.22

8.23

8.24

8.25

8.26

8.27

8.28

,

8.29

8.30

Задание 9. Разложить в ряд Фурье периодическую функцию f(x) с

периодом w=2l, заданную в указанном интервале.

9.1

9.2

9.3

9.4

9.5

9.6

j

9.7

9.8

9.9

9.10

9.11

9.12

9.13 9.14 9.15

Page 57: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

59

9.16

9.17

9.18

9.19

9.20

9.21

9.22

9.23

9.24

9.25

9.26

9.27

9.28

9.29

9.30

Задание 10. Используя разложение подынтегральной функции в

степенной ряд, вычислить определенный интеграл с точностью до 0,001.

10.1

10.2

10.3

10.4

10.5

10.6

10.7

10.8

10.9

10.10

10.11

10.12

10.13

10.14

10.15

10.16

10.17

10.18

10.19

10.20

10.21 10.22 10.23 10.24 10.25

Page 58: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

60

10.26

10.27

10.28

10.29

10.30

Задание 11. Найти область сходимости ряда.

11.1 11.2 11.3 11.4

11.5 11.6 11.7 11.8

11.9 11.10

11.11

11.12

11.13 11.14 11.15 11.16

11.17 11.18 11.19 11.20

11.21 11.22 11.23

11.24

11.25 11.26 11.27 11.28

11.29 11.30 11.31 11.32

Методические указания к решению заданий РГР№3.

Задание 1. Для ряда

1 3)12(

1

nnn

:

а) составить формулу общего члена ряда nu и написать первые пять

членов;

б) записать n-ую частичную сумму ряда nS ;

в) записать остаток ряда nr ;

г) проверить необходимое условие сходимости ряда.

Page 59: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

61

Для числового ряда

1

,n

nu где ип R ( n = 1, 2, …),

n

k

kn uS1

– частичная сумма ряда,

1nk

kn ur – остаток ряда.

Ряд сходится, если существует конечный предел.

n

k

kn

nn

uSS1

,limlim в противном случае – ряд расходится и число S

называется суммой ряда.

Если ряд сходится, то выполняется необходимый признак сходимости

ряда: 0lim

пn

и ; если ,0lim

пn

и то ряд расходится.

Решение: а) nnn

u3)12(

1

;

...39

1

37

1

35

1

33

1

31

1

3)12(

15432

1

nnn

;

б) по определению: nS – n-ая частичная сумма ряда – равна сумме

первых n слагаемых ряда, т.е.

n

k

kn uS1

, поэтому

nn

nS

3)12(

1...

39

1

37

1

35

1

33

1

31

15432

n

kkk1 3)12(

1;

в) по определению: nr – остаток ряда – является рядом, полученным из

исходного, без первых n слагаемых, т.е.

1nk

kn ur , поэтому

1 3)12(

1

nkkn

kr ;

г) 03)12(

1limlim

nnn

n nu , необходимое условие сходимости ряда

выполнено, но вывод о сходимости данного ряда сделать нельзя.

Задание 2. Сравнить с рядом Дирихле

1

1

npn

, т.е. найти параметр p, и

исследовать на сходимость ряд

12

2

)1()12(

1

n nn

n.

Page 60: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

62

Второй признак сравнения: рассмотрим ряды

1

,n

nu

1n

nv . Если

существует Av

и

п

n

n

lim (где А ≠ 0, А ≠ ∞), тогда ряды

1

,n

nu и

1

,n

nv

одновременно сходятся или одновременно расходятся.

Для сравнения берется ряд Дирихле

11

1

np

n

nn

v , сходимость

которого зависит от параметра p (при 1p ряд сходится, при 1p -

расходится). Для применения признака сравнения необходимо найти

параметр p и сделать соответствующий вывод.

Решение: )1()12(

12

2

nn

nun , то максимальная степень числителя nu

равна 2, а степень знаменателя nu равна 3, тогда 1

1123

nvp n .

Следовательно, ряд

11

1

nn

nn

v - расходящийся. Так как

constnn

nn

n

nn

n

v

u

nnn

n

n

2

1

)1()12(

)1(lim

1

)1()12(

1

limlim2

22

2

, то ряд

- тоже также расходящийся.

Задание 3. Исследовать на сходимость ряд

1 )!12(

3

n

n

n с помощью

признака Даламбера.

Признак Даламбера можно применять, если общий член ряда ип

содержит показательную функцию или факториалы.

Достаточный признак сходимости Даламбера: если существует предел

,lim 1 lи

и

п

n

n

то при l 1 ряд сходится; при l 1 ряд расходится; при l = 1

признак не применим.

Решение: для данного ряда )!12(

3

nu

n

n , )!32(

3 1

1

n

un

n . По признаку

Даламбера имеем:

12

2

)1()12(

1

n nn

n

Page 61: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

63

,10)32()22(

3lim

3)!32(

)!12(3lim

)!12(

3

)!32(

3

limlim1

1

1

nnn

n

n

n

u

u

nn

n

nn

n

nn

n

n

следовательно, ряд сходится.

Задание 4. Исследовать на сходимость ряд

1 )13(

5

nn

n

n с помощью

радикального признака Коши.

Радикальный признак Коши: если предел существует ,lim lипп

n

то

при l 1 ряд сходится; при l 1 ряд расходится; при l = 1 признак не

применим.

Решение: для данного ряда .)13(

5n

n

nn

u

имеем:

,10)13(

5lim

)13(

5limlim

nnи

n

nn

n

n

пп

n

следовательно, ряд расходится.

Задание 5. Исследовать на сходимость ряд

1 12ln12

1

n nn с

помощью интегрального признака Коши.

Интегральный признак Коши: пусть члены ряда

1

,n

nu положительны и

не возрастают, т.е. u1 u2 u3 … , и f (x) – такая непрерывная не

возрастающая функция, что

f (1) = u1, f (2) = u2 , …, f (п) = uп .

Тогда ряд

1

,n

nu и несобственный интеграл

1

)( dxxf одновременно

сходятся или расходятся.

Решение: для

)12ln()12(

1

nnun

)12ln()12(

1)(

xxxf

3ln112

1

;3ln1

)12(

2)12ln(

)12ln()12(

1)(

t

dt

txtx

dxx

dtxtdx

xxdxxf

,3lnlnln2

1ln

2

1

3ln

t

Page 62: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

64

т.е. несобственный интеграл

1

)12ln()12(

1dx

xx расходится.

Следовательно, и исходный ряд

1 12ln12

1

n nn тоже расходится.

Задание 6. Исследовать на условную или абсолютную сходимость

знакочередующиеся ряды: а)

.

)2(

1

1 3

5

n

n

n

; б)

15 2

1

)1(

1

n

n

n; с)

1 )14(

1

n

n

n

n.

Ряд

1

11

4321 ,)1(...)1(...n

n

n

n

n uuuuuu где uп 0

(п = 1, 2, …) – называется знакочередующимся.

Признак сходимости знакочередующихся ряда

1

1 ,)1(n

nn u по

Лейбница:

1) u1 u2 u3 … - если члены ряда монотонно убывают;

2) ,0lim

пn

и то ряд

1

1 ,)1(n

nn u сходится, и его сумма

положительна и меньше u1.

Если сходится ряд

1n

nu , то ряд

1

1 ,)1(n

nn u называется абсолютно

сходящимся; если же ряд

1

1 ,)1(n

nn u сходится, а ряд

1n

nu расходится, то

ряд

1

1 ,)1(n

nn u называется условно сходящимся. Поэтому при

исследовании на условную или абсолютную сходимость возможны три

варианта: ряд сходится абсолютно; или ряд сходится условно; или ряд

расходится.

Решение:

Page 63: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

65

а) исследуем ряд

.

)2(

1

1 3

5

n

n

n

на абсолютную сходимость, где ряд по

модулю

.

)2(

1

)2(

1

1 1 3

5

3

51

n n

n

n

n

nn

u – сходится; так как 13

5p , то

исходный ряд

1 3

51

)2(

1

n

n

n

n

n

u – сходится абсолютно;

б) рассмотрим ряд по модулю

15 2

1

)1(

1

n

n

n:

.

)1(

1

)1(

1

1 1 5

25 2

1

1

n n

n

n

n

nn

u , который при сравнении с

1

1

npn

-

рядом Дирихле ( 15

2p ) – расходится. Следовательно, исходный ряд не

может сходиться абсолютно.

Проверим выполнение условий Лейбница:

1) ...4

1

3

1

2

1

5 25 25 2 . 2) .0

)1(

1lim

5 2

nn

Они выполняются, следовательно, исходный ряд сходится условно;

в) для

1 )14(

1

n

n

n

n проверим выполнение условий Лейбница:

1) ...11

3

7

2

3

1 . 2) ,0

4

1

14lim

n

n

n

где для исходного ряда не выполняется второе условие Лейбница.

Следовательно, исходный ряд расходится.

Задание 7. Найти радиус и интервал сходимости для ряда:

а) nn

n

xn

n53

2

4

1

; б) n

nn

xn

)15(5

1

1

2

.

Радиус сходимости степенного ряда

1

0

n

n

n xxa находится по одной

из двух формул:

1

lim

п

n

n a

aR или ,

1lim

nn

n aR

Page 64: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

66

Интервал сходимости ряда

1

0

n

n

n xxa определяется из неравенства

Rхx 0 .

Решение:

а) приведем данный ряд к стандартному виду: n

n

n

nn

n

n

xn

nx

n

n

3

53

2

4)53(

2

4

11

.

Для полученного ряда

n

n

n

nn

n

n

na

2

)4(33

2

4, .

3

50 x

Поэтому радиус сходимости ряда находим по формуле:

1 1 2 2lim lim lim .

3 ( 4) 33 ( 4)

2

nn n nnn

n

nR

na n

n

Интервал сходимости ряда:

3

2

3

5x

3

2

3

5

3

2 x

3

5

3

2

3

5

3

2 x

3

71 x ;

б) приведем данный ряд n

nn

xn

)15(5

1

1

2

к стандартному виду:

.5

1)1(

5

1

5

5)1()15(

5

1

1 1

22

1

2

n n

nn

n

nn

nn

xnxn

xn

Для полученного ряда: )1( 2 nan , .5

10 x

Поэтому радиус сходимости и интервал сходимости ряда находим: 2 2 2

2 2 2

1

1 1lim lim lim 1;

( 1) 1 2 2

n

n n nn

a n n nR

a n n n n

15

1x 1

5

11 x ;

5

11

5

11 x

5

4

5

6 x .

Page 65: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

67

Задание 8. Вычислить сумму ряда

1

2 2

1)1(

nn

n

n с точностью .

Решение: так как ряд знакочередующийся и сходящийся, то n-ая

частичная сумма ряда Sn является приближением к его сумме S с

абсолютной погрешностью α:

k

nknn SaSrSS .

Вычислим несколько последовательных первых членов этого ряда:

naaa ,...0625.0,5.0 21 , т.е. до тех пор, пока не получим член

an абсолютной величине меньший указанной точности. В нашем случае это

.000434.026

16261 aan

.049.0800

1

256

1

75

10625.05.05 SS

Задание 9. Разложить в ряд Фурье периодическую функцию:

.42,2

20,1)(

x

xxf

Решение: для определения коэффициентов Фурье воспользуемся

формулами:

la

a

n

la

a

n

la

a

dxl

xnxf

lb

dxl

xnxf

la

dxxfl

a

2

2

2

0

,)sin()(1

;)cos()(1

;)(1

где a=0, a+2l=4, тогда половина периода - l=(4-0)/2=2.

Получим:

Page 66: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

68

;02

4)

2sin(

1

0

2)

2sin(

2

1

)2

cos()2(2

1)

2cos()1(

2

1

;1)24(2

1)02(

2

1)2(

2

1)1(

2

1)(

2

1

2

0

4

2

4

0

2

0

4

2

0

nx

n

nx

n

dxxn

dxxn

a

dxdxdxxfa

n

).1)1((2

3)cos2(cos

1))0cos)(cos(

2

1

2

4)cos(

2

4

0

2)cos(

2

2

)2

sin()2(2

1)

2sin()1(

2

14

2

2

0

n

n

nnn

nn

n

nxn

nxn

dxxn

dxxn

b

Подставляя найденные коэффициенты в формулу

),sin()cos(2

)(1

0

l

xnb

l

xna

axf n

n

n

где l=2, получим искомое

разложение:

1

).2

)(sin(1)1((2

3

2

1)(

n

n nx

nxf

Задание 10. Вычислить

21

041

1

x с точностью до 0,00001

Решение: разложим подынтегральную функцию в биномиальный ряд:

nm tn

nmmmt

mmmt

mmmtt

!

)1()1(

!3

)2)(1(

!2

)1(1)1( 32

полагая в нем замену .2

1,4 mxt

,222

531

!3

1

22

31

!2

1

2

111

1

1 12842

14

4

xxxx

x

Page 67: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

69

этот ряд сходится при 1x . Почленно проинтегрируем этот ряд в пределах

от 0 до 0,5:

.213

1

222

531

!3

1

92

1

22

31

!2

1

252

1

2

1

0

5.0

13222

531

!3

1

922

31

!2

1

52

1

222

531

!3

1

22

31

!2

1

2

11

1

1

1395

1395

5.0

0

12845.0

04

xxxx

dxxxxdxx

Получили знакочередующийся ряд, сумму которого нужно найти с

точностью до 0,0001. Вычислим несколько последовательных первых членов

этого ряда: .00008.0;00313.0;5.0 321 aaa Так

как 00001.03 a то, согласно свойству знакочередующихся сходящихся

рядов, имеем:

.4969,000313,05,0252

1

2

1

252

1

2

1

1

155

5.0

04

dxx

Задание 11. Найти область сходимости функционального ряда

.)15(5

1

1

n

nn

xn

Решение: вначале, вычисляется радиус и интервал сходимости:

;5

4

5

615515515

,5lim51

lim551

limlim

;51

1;

5

1

1

11

xxx

n

n

n

n

n

n

a

aR

na

na

nnnn

n

n

nnnn

а) при 5

4x получается числовой ряд

1

1

n n, который исследуется на

сходимость по признаку сравнения (2

1p ) с рядом Дирихле

1 21

1

n n -

расходится. Поэтому, значение 5

6x не входит в область сходимости ряда;

Page 68: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

70

б) при 5

6x получим ряд

1

)1(

n

n

n. Он сходится условно, так как

выполняются условия признака Лейбница: .01

)2;3

1

2

1

1

1)1

n

Limn

Следовательно, 5

6x входит в область сходимости ряда.

Таким образом, )5

4;

5

6[x - область сходимости ряда

n

nn

xn

)15(5

1

1

.

Список литературы

1 Хасеинов К.А. Каноны математики. 2003.

2 Кузнецов Л.А. Сборник заданий по высшей математике (типовые

расчеты). – М.: Высшая школа, 2008. –176 с.

3 Данко П.Е., и др. Высшая математика в упражнениях и задачах.

ч.1,2. 2003.

4 Сборник задач по математике для втузов. Ч. 2. Специальные

разделы математического анализа /Под ред. А.В. Ефимова и Б.П.

Демидовича. – М.: Наука, 2002– 368 с.

5 Нурпеисов С.А., Ултаракова Г.А. Математика 2. Конспект

лекций. Для студентов всех специальностей. - Алматы: АУЭС,-2013. 50 с.

6 Индивидуальные задания по высшей математике: Комплексные

числа. Неопределенные и определенные интегралы. Функции нескольких

переменных. Обыкновенные дифференциальные уравнения ч. 2: Учеб.

пособие /под ред. А.П. Рябушко – Мн.: Выш.шк., 2007. - 396 с. 7 Индивидуальные задания по высшей математике: Ряды. Кратные и

криволинейные интегралы. Элементы теории поля Ч. 3: Учебн. пособие /под

ред. А.П. Рябушко – Мн.: Выш.шк., 2007.- 351 с.

8 Сборник индивидуальных заданий по высшей математике: В 3 ч.

/А.П. Рябушко, В.В. Бархатов и др./Под редакцией А.П. Рябушко.–Минск:

Вышэйшая школа, 2007.–Ч.3.–351 с.

9 Письменный Д.Т. Конспект лекций по высшей математике. 1

часть. – М.: Рольф, 2007. – 288 с.

10 Базарбаева С.Е., Толеуова Б.Ж. Математика 2. Методические

указания и задания к РГР для специальностей 5В071700, 5В071800,

5В071900. Часть 2. – Алматы: АУЭС, 2014 – 26 с.

11 Мустахишев К.М., Ералиев С.Е., Атабай Б.Ж. Математика.

Полный курс. Алматы, 2009. – 450 с.

Page 69: Некоммерческое УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ …libr.aues.kz/facultet/104_FIT/137_Matematika_i...Рецензент: к.ф.-м.н. Саламатина

71

Содержание

Введение…………………………………………………………………… 3

Расчетно-графическая работа № 1. Дифференциальное и

интегральное исчисление функции нескольких переменных……..…...

3

Теоретические вопросы…………………………………………………... 3

Расчетные задания………………………………………………………... 3

Методические указания к решению заданий РГР№1…………………... 17

Расчетно-графическая работа № 2. Дифференциальные

уравнения……………………………………………………….………….

26

Теоретические вопросы…………………………………………………… 26

Расчетные задания………………………………………………………... 27

Методические указания к решению заданий РГР№2………………....... 47

Расчетно-графическая работа № 3. Ряды………………………………… 47

Теоретические вопросы………………………………………………...… 47

Расчетные задания………………………………………………………... 47

Методические указания к решению заданий РГР№3…………………... 56

Список литературы……………………………………………………….. 66