шапкин задачи с решениями
.pdf
Интеграл J вычисляем дальше:
|
|
æ |
|
æ 1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
ö |
|
+ 2 |
æ 1 |
tsin4t + |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
ö |
- |
9 2 |
ö |
|
2π |
= |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
ç |
- 4 |
ç |
- |
|
t cos4t + |
|
|
sin4t |
÷ |
|
ç |
|
|
|
|
|
cos4t |
÷ |
|
|
|
t |
|
÷ |
|
0 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
J = 48 ç |
è |
4 |
16 |
ø |
|
è 4 |
16 |
|
ø |
2 |
|
ø |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
è |
|
æ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
9 |
|
2 |
|
2π |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
= 48 çt cos4t - |
|
sin4t + |
|
|
|
t sin4t + |
|
|
cos4t - |
|
|
|
t |
|
÷ |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
4 |
2 |
|
8 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
æ |
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
öö |
|
|||||||||
|
æ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ö |
|
æ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
= 48 |
ç |
ç2π cos8π - |
|
|
sin8π |
+ |
|
|
|
×2π ×sin8π |
+ |
|
|
|
cos8π - |
|
|
|
4π |
|
÷ |
- |
ç |
|
|
|
cos0÷÷ |
= |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ç |
è |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
÷ |
|
è 8 |
|
|
|
|
|
|
÷ |
|
|||||||||
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
øø |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
1 |
ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
48 ç2π + |
|
|
|
-18π |
|
- |
|
|
|
÷ |
|
= |
96π (1 |
- 9π ). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
7.ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОЛЯ
7.1.Дифференциальные операции
7.1.2.Найти в точке А (–1, –3, 0) градиент скалярного поля
U = z + 4 . 3x + y
Градиентом скалярного поля U (A), обозначаемым символом grad u, называется вектор, проекциями которого являются частные производные функции U (A) по соответствующим координатам, т.е.
grad u = ¶¶xu ι + ¶¶uy j + ¶¶uz k.
Найдем частные производные
¶u |
= |
-3(z + 4) |
; |
¶u |
= |
-(z + 4) |
; |
¶u |
= |
1 |
|
¶x |
(3x + y)2 |
¶y |
(3x + y)2 |
¶z |
3x + y |
||||||
|
|
|
|
|
и их значения в точке А
¶u |
|
A = - |
1 |
; |
¶u |
|
A = - |
1 |
; |
¶u |
= - |
1 |
|
|
|
||||||||||||
¶x |
3 |
¶y |
9 |
¶z |
6 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
271
и эти значения подставим в формулу grad u:
grad u = - 13ι - 19 j - 16 k.
7.1.3. Найти в точке В (3, 1, 4) дивергенцию векторного поля
F (x, y, z) = z2 - x2 ι + z2 - 3y2 j +10zk.
y x
Дивергенция поля F выражается следующим образом div F = ¶¶Fxx + ¶¶Fyy + ¶¶Fzz .
Найдем частные производные
¶F |
|
æ z2 |
- x2 |
ö¢ |
|
2x |
|
¶Fy |
æ z2 |
- 3y2 ö¢ |
|
6y |
|
¶F |
|
|
||||||||||||
|
x |
= ç |
|
|
|
|
÷ |
= - |
|
; |
|
= ç |
|
|
|
|
|
÷ |
|
= - |
|
; |
|
|
z |
= (10z)¢ |
=10 |
|
¶x |
|
y |
|
y |
¶y |
|
|
|
x |
|
x |
|
|
¶z |
||||||||||||||
ç |
|
÷ |
õ |
|
|
ç |
|
|
|
|
÷ y |
|
|
|
|
z |
|
|||||||||||
|
|
è |
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
и найдем их значения в точке B (3, 1, 4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
¶Fx |
|
|
|
= - |
2 ×3 |
= -6; |
¶Fy |
|
|
= - |
6×1 |
= -2; ¶Fz |
|
=10 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
¶x |
|
B |
|
|
1 |
|
|
¶y |
|
B |
|
3 |
|
|
|
¶z |
|
|
B |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
и подставим в формулу для div F
div FB = −6 − 2 +10 = 2.
7.1.4. Найти в точке С (2, 3, 1) ротор векторного поля
|
|
(x, y,z) = |
3x - 2y |
ι |
+ |
2x - 3y |
|
|
|
|
F |
j - (2x + 3y)zk |
. |
||||||
|
z |
z |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В трехмерном пространстве rot F через декартовы прямоу-
гольные координаты вектора |
F |
= Fx ι |
+ Fy |
j + Fz |
k |
выражается сле- |
||||||||||||||||||||||
дующим образом: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
æ ¶F |
|
¶Fy ö |
|
|
|
|
¶F |
|
|
¶F |
|
æ ¶Fy |
|
|
¶F |
|
ö |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
æ |
x |
|
|
|
|
x |
|||||||||||||||||||
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
z ö |
|
|
|
|
|
|
÷ k . |
|||||||||
rot F = ç |
|
- |
|
÷ |
ι + ç |
|
|
|
- |
|
|
|
÷ j + ç |
|
- |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
ç |
¶y |
|
¶z |
÷ |
è |
¶z |
|
|
¶x ø |
ç |
|
|
|
|
¶y |
÷ |
|
|
||||||||||
è |
|
ø |
|
|
è ¶x |
|
|
ø |
|
|
||||||||||||||||||
272
Найдем частные производные
¶Fx |
|
æ 3x - 2y ö¢ |
- |
2 |
|
|
|
¶Fx |
|
|
æ |
|
3x - 2y ö¢ |
|
|
3x - |
2y |
|
||||||||||||||
¶y |
= ç |
|
|
|
÷ |
= |
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
¶z |
= ç |
|
|
|
|
÷ |
= - |
|
|
|
; |
|||||
|
z |
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
z |
|
|
z2 |
|
|
||||||||||||||||
|
è |
|
|
øy |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
ø z |
|
|
|
|
||||||||||
|
¶Fy |
|
æ |
2x - |
3y ö¢ |
= |
2 |
|
|
|
¶Fy |
|
= |
æ |
|
2x - 3y ö¢ |
- |
2x - 3y |
|
|
||||||||||||
|
|
|
= ç |
|
|
|
÷ |
|
|
; |
|
|
|
|
|
ç |
|
|
|
÷ |
|
|
|
; |
|
|||||||
|
¶x |
z |
|
|
z |
|
|
|
¶z |
|
|
z |
|
|
z2 |
|
|
|||||||||||||||
|
|
è |
|
|
ø x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
ø y |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
¶Fz |
|
|
|
|
|
¢ |
|
= |
2z; |
¶Fz |
|
|
|
|
|
|
|
¢ |
= 3z |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
= ((2x + 3y)z) |
|
|
|
|
= ((2x + 3y)z) |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
¶x |
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
¶y |
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
и их значения в точке С (2, 3, 1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
¶Fx |
= -2; |
¶Fx |
= 0; |
|
|
¶Fy |
|
= 2; |
¶Fy |
|
= 5; |
¶Fz |
= 2; |
¶Fz |
|
= 3 |
||||||||||||||||
¶y |
¶z |
|
|
|
|
¶x |
|
|
¶z |
|
¶x |
¶y |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
и эти значения подставляем в формулу для rot F :
rot F = -2ι -2 j + 4k.
7.2. Интегралы и интегральные теоремы
7.2.1. Убедиться, что поле F (x,y,z) = 3zι + 5zj + (3x + 5y)k потенциально и найти его потенциал.
Решение. Необходимым и достаточным условием потенциальности поля F (x,y,z) является равенство нулю ротора (вихря) этого поля: rotF = 0 Находим вектор ротора поля
F = Pι +Qj + Rk = 3zι + 5zj + (3x + 5y)k :
|
|
|
ι |
|
|
j |
|
|
k |
|
|
ι |
|
j |
|
|
k |
|
|
|
|
rot |
|
= |
¶ |
|
¶ |
|
¶ |
|
= |
¶ |
|
¶ |
|
¶ |
|
|
= |
||||
F |
|||||||||||||||||||||
¶x ¶y ¶z |
¶x ¶y |
|
¶z |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
P Q R |
|
3z 5z 3x + 5y |
|
|||||||||||||||
=((3x + 5y)¢y - (5z)¢z )ι - ((3x + 5y)¢x - (3z)¢z ) j + ((5z)¢x - (3z)¢y )k =
=(5 - 5)ι - (3 - 3) j + (0 - 0)k = 0×ι + 0 × j + 0× k = 0,
т.е. данное поле потенциально.
273
|
7.2.2. Äàíû ïîëå F = (3y2 -5z2 )×i + (5x2 -3×z2 )× j +8xy×k |
è ïè- |
||||||||
рамида с вершинами О (0; 0; 0), А (3; 0; 0), В (0; 5; 0) и С (0; 0; 8). |
||||||||||
Найти: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
а) поток поля F |
через грань АВС пирамиды в направлении |
||||||||
нормали, составляющей острый угол с осью Оz; |
|
|
|
|||||||
|
б) поток поля F через внешнюю поверхность пирамиды с по- |
|||||||||
мощью теоремы Остроградского – Гаусса; |
|
|
|
|
||||||
|
в) циркуляцию поля F вдоль замкнутого контура АВС: |
|
||||||||
|
|
â1) непосредственно; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
â2) с помощью теоремы Стокса (обход контура происходит |
||||||||
в положительном направлении относительно внешней норма ли к |
||||||||||
поверхности пирамиды). |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Решение. Строим чертеж пирамиды ОАBC (рис. 66). Найдем |
|||||||||
уравнение плоскости АВС как уравнение плоскости в отрезках: |
||||||||||
x |
+ y |
+ z = 1 èëè 40x + 24y + 15z – 120 = 0. |
|
|
|
|
||||
3 |
5 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Единичный вектор нормали к этой плоскости, обеспечиваю- |
|||||||||
щий требуемое направление ориентации поверхности, имеет вид: |
||||||||||
|
|
|
n = |
N |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
N | |
|
|
|
|
|
|
ãäå N = (40;24;15). |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
z |
z |
|
|
z |
|
y |
|
|
|
C ∙ 8 |
∙ 8 |
|
8 y |
∙ |
8 |
8 x |
|
||
|
|
|
z = 8 − |
|
z = 8 − |
|
||||
|
|
|
K |
|
5 |
|
K |
3 |
5 |
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
∙ y = 5 − 5 x |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
∙ |
|
|
∙ |
|
0 |
∙ |
|
|
∙ |
|
|
|
||
3 |
∙ |
5 |
y 0 |
|
5 y |
0 |
3 |
|
x 0 |
3 x |
|
Syz |
|
|
|
Sxz |
|
Sxy |
|
||
x A |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Ðèñ. 66 |
|
|
|
|
|
||
274
Здесь
| N |=
402 + 242 +152 =
2401 = 49.
Тогда
|
|
|
40 |
|
24 |
|
15 |
|
|
æ |
40 |
|
24 |
|
15 |
ö |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
n |
= |
|
×i + |
|
× j + |
|
|
× k = ç |
|
; |
|
; |
|
|
÷. |
||
|
49 |
49 |
49 |
49 |
49 |
49 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
è |
|
|
ø |
||||||||||
Следовательно, направляющие косинусы вектора n равны:
cosα = 4049 , cos β = 2449 , cosγ = 1549.
Тогда
cos a · dS = dy · dz, cos β · dS = dx · dz, cos γ · dS = dx · dy.
Для данного векторного поля F = (P; Q; R) будет
P = 3y2 – 5z2, Q = 5x2 – 3z2, R = 8xy.
Тогда по определению потока векторного поля F = (P; Q; R) через поверхность S = ABC получаем:
P = òò (P cosα +Q ×cos β + R×cosγ )× dS =
S
= òò (3y2 - 5z2 )×cosα × dS + (5x2 - 3z2 )×cos β × dS + 8xy ×cosγ × dS =
S
= òò (3y2 - 5z2 )× dy dz + (5x2 - 3z2 )× dz dx + 8xy × dx dy =
S
= òò (3y2 - 5z2 )× dy dz + òò (5x2 - 3z2 )dz× dx + |
òò 8xy dx dy, |
|
Syz |
Sxz |
Sxy |
ãäå Syz, Sxz, è Sxy – проекции поверхности S на соответствующие координатные плоскости.
275
Следовательно,
|
|
|
5 |
|
|
|
8− |
8 y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
8− 8 x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
5 |
− 5 x |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
P = òdy |
|
|
ò |
(3y2 - 5z2 ) dz + òdx ò |
|
(5x2 - 3z2 )× dz + òdx |
|
|
ò 8xy dy = |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
æ |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
æ 8 |
ö3 ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
ò |
dy × |
ç3y |
|
|
|
× |
|
|
|
×(5 |
|
- y) - |
|
|
|
×(5 - y) |
|
|
|
×ç |
|
|
|
÷ |
÷ + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
5 |
ø |
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
æ |
|
|
|
|
2 |
æ |
|
|
|
|
8 |
|
|
ö æ |
|
|
|
|
8 |
|
|
ö |
|
3 ö |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
8x |
æ |
|
|
5 |
|
ö |
2 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
+ |
ò |
|
dx ×ç5x |
|
|
×ç8 - |
|
|
|
x÷ - ç |
8 - |
|
|
|
|
x÷ |
÷ |
+ |
ò |
dx |
|
|
|
|
|
|
|
×ç |
5 - |
|
|
x÷ |
|
|
= |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç |
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
3 |
|
|
ø è |
|
|
|
|
3 |
|
|
ø |
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
è |
|
|
3 |
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
æ |
24 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
83 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= ò |
ç |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç |
5 |
(5y |
|
|
- y |
|
|
) |
- 25× |
|
9 (5 - y |
|
|
) |
÷ × dy |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
3 |
æ |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
40 |
|
|
|
3 |
|
æ 8 ö |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
ç |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
+ |
ò ç |
40x |
|
- |
|
|
|
|
x |
|
- ç |
|
|
÷ |
|
|
|
×(3 - x) |
|
÷ |
dx |
+ 4 × |
|
|
|
× |
|
ò |
(9x - 6x |
|
|
+ x |
|
)× dx = |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
è 3 ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
0 |
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
24 |
|
|
æ 625 |
|
|
|
|
625 ö |
|
|
|
|
|
128 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
æ 8 |
ö3 |
34 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
×ç |
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
÷ |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
×(-5) |
|
|
+ |
|
|
|
|
×27 - |
|
|
|
|
|
|
|
×81- ç |
|
|
÷ |
× |
|
|
|
+ |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9×25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
è |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
4 |
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
è 3 |
ø |
|
|
4 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
100 |
|
|
æ |
81 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
81 |
ö |
= 250 - |
128× |
25 |
|
+ 40×9 - 270 +128× |
|
|
+100× |
3 |
= |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
+ |
|
|
|
|
|
×ç |
|
|
|
|
|
- 2 ×27 |
+ |
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
9 |
|
|
2 |
|
|
4 |
|
|
|
9 |
|
|
|
|
4 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= -105 |
|
5 |
|
- |
294 + 75 = -324 |
|
|
5 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
б) Поток векторного поля F через внешнюю поверхность S всех граней пирамиды ОABC равен интегралу от дивергенции этого векторного поля, т.е. по формуле Остроградского – Гаусса имеем :
òò F × n × ds =òòòdivF × dv.
SV
Здесь
div |
|
= |
¶P + |
¶Q + |
¶R = (3y2 -5z2 )¢x + (5x2 -3z2 )¢y + (8xy)¢z = 0 + 0 + 0 = 0. |
|
F |
||||||
|
|
|
¶x |
¶y |
¶z |
|
Следовательно |
|
|||||
|
|
|
|
òò F × n × ds =òòòdiv F × dv = òòò0× dv = 0. |
||
|
|
|
|
S |
V |
V |
276
в) Найдем циркуляцию векторного поля F вдоль замкнутого контура АВСА, где
F = (3y2 -5z2 )×i + (5x2 - 3z2 )× j + 8xy× k.
Применяем сначала теорему Стокса.
Ö = ò F × dr = òò n × rot F × ds.
ÑS
Здесь контур С — в виде сторон треугольника АВС, лежащего
âплоскости 40x + 24y + 15z – 120 = 0, проходящей через точки А,
Âè Ñ.
Найдем ротор данного векторного поля.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
j |
|
k |
|
|
|
|||
|
|
|
|
¶ |
|
¶ |
|
¶ |
|
|
= |
|
||
rot F = |
|
|||||||||||||
|
¶x |
|
¶y |
|
¶z |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
3y2 - 5z2 5x2 - 3z2 8xy |
|
|
|
||||||||
= (8x + 6z)×i - (8y +10z)× j + (10x - 6y)× |
|
. |
||||||||||||
k |
||||||||||||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ö = òò (8x + 6z) dy dz +òò (-8y -10z) dx dz + òò (10x - 6y)× dx dy.
Syz Sxz Sxy
Используем здесь, что уравнение плоскости есть 40x + 24y + 15z –
– 120 = 0 и для каждой координатной плоскости будем через это уравнение выражать нужные координаты. Тогда получаем интегра лы:
|
|
|
|
5 |
|
|
8− |
8 |
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
8− 8 x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
æ |
|
|
|
|
|
24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ö |
|
|
|
|
3 |
æ |
|
40 |
|
|
|
ö |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
ò |
|
|
|
ò |
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
ò |
|
ò |
è |
|
|
3 |
|
|
|
|
ø |
× dz + |
|
||||||
Ö = |
0 |
dy |
|
0 |
|
ç24 - |
|
|
|
|
|
|
|
y |
+ 3z÷ dz - |
0 |
dx |
|
0 |
ç40 |
- |
|
|
|
|
x + 5z÷ |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
5 |
− |
5 x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ ò dx |
ò(10x - 6y) × dy = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
= |
288 |
× ò5 |
(5 - y)2 × dy - |
480 |
|
× ò3 |
(3 - x)2dx + ò3 |
(-75 +100x - 25x2 )× dx = |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
25 |
9 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
288 |
|
(x |
- 5)3 |
|
|
5 |
|
|
|
480 |
|
|
|
(x - 3)3 |
3 |
æ |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
25 |
|
3 ö |
|
= |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|||||||||||||||||||||||||||||||
= - |
|
|
|
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
× |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
+ ç |
- 75x + 50x |
|
|
- |
|
x |
÷ |
0 |
|||||||||||
25 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
3 |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
ö |
|
ø |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
288 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
480 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
×5 |
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
×3 |
|
+ |
ç - 75 |
×3 + 50×9 - |
|
|
×27÷ |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
25 |
×3 |
|
|
|
27 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
||||||||||
= 480 - 480 + (-225 + 450 - 225) = 0 + 0 = 0.
277
Вычислим циркуляцию поля F непосредственно по формуле
Ö = ò F × dr = òP × dx + Q × dy + R× dz =
ÑÑ
=ò (3y2 - 5z2 ) dx + (5x2 - 3z2 )× dy + 8xy × dz.
Ñ
Разобьем общий интеграл по контуру С на три части:
Ö = ÖÀÂ + ÖÂÑ + ÖÑÀ.
Участок АВ: z = 0, dz = 0, y = 53 ×(3 - x), dy = - 53 Чdx. Тогда
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
0 |
æ |
|
|
|
æ |
5 ö |
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
25 |
|
2 ö |
|||||||||||||||
ÖAB |
= |
ò |
|
(3y |
|
dx + 5x |
|
|
dy) = |
ò |
ç3× |
|
ç |
|
|
|
|
÷ |
|
|
×(3 - x) |
|
- |
|
|
x |
÷ dx = |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
3 |
|
|
|
|
3 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç |
|
|
|
è |
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
÷ |
|||||||||||||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= ò0 |
|
|
25 |
((3 - x)2 - x2 ) dx = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
æ |
|
(3 - x)3 |
|
|
|
x3 |
ö |
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
æ |
|
27 |
|
|
27 |
ö |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
ç- |
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
÷ |
|
3 |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
× |
ç |
- |
|
|
+ |
|
|
|
|
÷ |
= 0. |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
ç |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
3 |
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
è |
|
3 |
|
|
|
3 ø |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Участок ВС: x = 0, dx = 0, z = |
8 |
|
(5 - y), dz = - |
|
|
8 |
dy. |
Тогда |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5 |
|
|
5 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
æ |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ö |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
ÖÂÑ = |
ò |
(-3z2dy) = |
ò |
ç - 3× |
|
×(5 - y)2 ÷ dy = |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
3×64 |
|
× |
|
(5 - y)3 |
|
|
= |
|
64 |
×125 = |
320. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
5 |
25 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|||||||||||||
Участок СА: y = 0, dy = 0, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
z |
= 3 |
|
(3 - x), dz = - |
|
|
3 dx. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
æ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
3 |
|
|
æ 8 |
|
|
|
|
|
|
ö |
|
|
|
|
|
|
5 ×64 |
|
|
|
|
(3 - x) |
3 |
|
|
|
|
|
320 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
ç |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
ÖÑÀ = |
ò ç |
- |
5 |
×ç |
|
|
×(3 |
- x)÷ |
|
|
|
÷ |
× dx = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
= |
|
|
|
|
|
(-27) = -320. |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
è 3 |
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
0 |
è |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В результате Ц = ЦÀÂ + ÖÂÑ + ÖÑÀ = 0 + 320 – 320 = 0. Совпадение величин циркуляции Ц, найденных разными способами,
говорит о правильности результата.
278
9.3.Ряды Фурье
9.3.1.Разложить функцию f (x) в ряд Фурье в указанном ин-
тервале:
f (x) = (x – 4)2 в интервале (0; 4).
Решение. Доопределим (продолжим) данную функцию на сегмент [–4; 0] четным образом и разложим ее в ряд Фурье, считая ее заданной на сегменте [–4; 4], где она будет четной (рис. 67). Тогда ее коэффициенты в ряде Фурье будут:
|
|
|
a0 |
∞ |
æ |
|
|
|
|
|
mπx |
||||
|
|
|
|
+ åçam |
×cos |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
2 |
4 |
|
|||||||||||
|
|
= |
è |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
m 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ãäå |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
4 |
|
|
|
mπx |
|
|
|
|
|
|
|
||
am = |
|
× ò f (x) × cos |
|
|
|
× dx, bm |
|||||||||
4 |
4 |
|
|
||||||||||||
|
|
−4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
||
+ bm ×sin |
mπx ö |
|
|
||||||||
|
÷, |
|
|
||||||||
4 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
1 |
4 |
|
|
mπx |
|
||||
= |
|
|
|
× ò f (x) × sin |
|
× dx. |
|||||
4 |
4 |
||||||||||
|
|
|
|
|
−4 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∙ |
∙ |
|
∙ |
∙ |
∙ |
|
|
–4 |
0 |
4 |
8 |
12 |
x |
Ðèñ. 67
Так как f (x) – четная функция, то ее ряд Фурье содержит только свободный член а0 и косинусы, а bm = 0.
Тогда
4
am = 24 × ò0 f (x)×cos m4πx × dx, m = 0,1,2,...
На отрезке [0; 4] f (x) будет представляться рядом Фурье тем же, что и на отрезке [–4; 4].
279
Тогда
|
|
2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
1 |
4 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
(x |
- 4)3 |
|
4 |
|
||
a |
= |
× |
(x - 4) |
2 |
×1× dx = |
× |
(x - 4) |
2 |
×d(x - 4) |
= |
× |
|
|
= |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
||||||||||||||||
0 |
4 |
ò0 |
|
|
|
|
|
|
2 |
ò0 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
64 |
|
|
32 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
= |
×[(4 - 4)3 |
- (0 - 4)3 ] = |
×(0 + 43 ) = |
|
= |
|
. |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
6 |
6 |
6 |
|
|
3 |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Аналогично
4
am = 24 × ò0 (x - 4)2 ×cos m4πx × dx =
|
|
|
|
|
|
|
|
|
интегрирование по частям òudv = uv - òvdu, |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= |
|
u = (x - 4)2 , du = 2 ×(x - 4)× dx, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dv |
|
= cos |
|
mπx |
× dx, v = |
4 |
|
|
×sin |
mπx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mπ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
1 |
é |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
mπx |
|
|
|
4 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mπx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ù |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
ê |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
- ò |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ú |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
= |
|
|
ê(x |
- 4) |
|
|
× |
|
×sin |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
×sin |
|
|
|
|
|
|
|
×2 ×(x - 4)× dxú |
= |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2 |
|
|
mπ |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
mπ |
|
|
4 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
ë |
|
|
|
|
|
|
|
|
é |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ù |
|
|
|
|
|
|
û |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
42 |
×4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mπx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
ê0 - |
|
|
|
|
|
|
|
×0 - |
|
|
|
|
|
|
|
× |
ò |
(x - |
4) |
×sin |
|
|
|
|
|
|
|
dxú |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
mπ |
|
|
|
mπ |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ê |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ú |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ë |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
û |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
по частям : u = x - 4, du = dx, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
dv = sin |
mπx |
× dx, |
v = - |
|
|
4 |
|
|
|
×cos |
mπx |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mπ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
1 |
|
æ |
|
8 |
|
|
ö |
|
é |
|
|
|
|
|
|
|
æ |
|
|
|
|
|
4 ö |
|
|
|
|
|
mπx |
|
|
|
|
|
4 |
æ |
|
|
|
4 |
ö |
|
|
|
|
|
mπx |
|
|
ù |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
ê |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
ò |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ú |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
= |
2 |
×ç - |
mπ |
|
÷ |
× |
ê |
(x - 4)× |
ç |
- |
|
mπ |
|
÷ cos |
|
|
4 |
|
|
|
0 |
- |
ç |
- |
mπ |
|
÷ |
×cos |
|
4 |
× dx |
ú |
= |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
è |
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ë |
|
|
é |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mπx |
|
|
|
ù |
|
|
|
û |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= - |
|
|
|
|
|
|
× |
ê0 + (-4) |
× |
|
|
|
|
|
|
×cos0 + |
|
|
|
|
|
|
|
× |
|
|
|
|
|
|
|
×sin |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
ú |
= |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
mπ |
|
mπ |
|
mπ |
|
|
|
mπ |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ë |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
û |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
é |
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
ù |
|
|
|
|
|
|
|
64 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= - |
|
|
|
|
|
|
× |
ê- |
|
|
|
|
|
|
×1+ |
0ú |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mπ |
|
|
mπ |
m |
2 |
×π |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ë |
|
|
|
|
|
|
|
|
û |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
280
