- •Общие методические указания
- •Вопросы учебной программы
- •КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2
- •Решение типового варианта контрольной работы № 2
- •ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ ДЛЯ ВТОРОГО СЕМЕСТРА
- •Занятие 6.Функции нескольких переменных.
- •1.Область определения функции z=f(M).Частные производные, производная по направлению, градиент функции.
- •2. Экстремум функции двух и трех переменных (локальный, условный).
- •Занятие 7. Неопределенный интеграл.
- •2. Интегрирование по частям.
- •Занятие 8. Определенный интеграл. Формула Ньютона-Лейбница. Вычисление площадей плоских фигур.
- •Занятие 9. Решение дифференциальных уравнений (ДУ) первого и второго порядков
- •1. ДУ с разделяющимися переменными. Линейные ДУ первого порядка.
- •2. Линейные дифференциальные уравнения первого порядка.
- •Занятие 10. Числовые и функциональные ряды.
- •2. Знакопеременные ряды.
- •3. Степенные ряды.
- •РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
∫(2x + 7)sin xdx = |
|
u = 2x + 7, |
′ |
|
|
|
|||
|
du = (2x + 7) dx = 2dx |
= |
||
|
|
dv = sin xdx, |
v = ∫sin xdx = −cos x |
|
=−(2x + 7) cos x − ∫(−cos x) 2dx = −(2x + 7) cos x + 2∫cos xdx =
=−(2x + 7) cos x + 2sin x +C.
Пример 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
ln(3x −6)dx = |
u = ln(3x −6), |
|
du = |
|
|
= xln(3x |
−6) − |
|
|
3x |
dx = |
|
||||||||||||
|
|
|
3x −6 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∫3x −6 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
dv = dx, |
|
v = x |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
−∫(1 + |
2 |
)dx =xln(3x − |
6) − |
∫ |
x |
dx = xln(3x −6) |
− ∫(x − 2) + 2 dx = |
|
|||||||||||||||||
x − 2 |
x − 2 |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x − 2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
∫ |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
∫ |
d |
(x − 2) |
|
|
|
|
||
= xln(3x −6) |
− |
1 |
+ |
|
|
dx |
= xln(3x −6) |
− x − 2 |
|
|
|
= xln(3x −6) |
− |
||||||||||||
x |
− 2 |
|
x − 2 |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
−x −2ln(x − 2) +C, так как x − 2 > 0.
Занятие 8. Определенный интеграл. Формула Ньютона-Лейбница. Вычисление площадей плоских фигур.
Теоретические сведения.
Пусть функция определена на отрезке [a,b]. Разобьем
произвольным образом этот отрезок на n частичных отрезков [xi−1, xi ] точками a = x0 < x1 < x2 < < xn = b. На каждом из отрезков
выберем произвольную точку ξi : xi−1 ≤ξi ≤ xi ,i =1, n и составим так называемую интегральную сумму функции f (x) на отрезке [a,b]:
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
σn = ∑ f (ξi ) xi , где xi = xi |
− xi−1. |
|
||
|
|
i=1 |
|
|
|
|
Определение. |
Определенным интегралом функции f (x) в |
|||||
пределах от |
x = a |
до x = b |
называется |
предел |
интегральной |
|
суммы |
|
|
b |
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
lim σn = lim ∑ f (ξi ) |
xi = ∫ f (x)dx |
u |
max |
xi → 0. |
||
n→∞ |
n→∞ i=1 |
a |
|
|
|
|
46
Если f (x) непрерывна на отрезке [a,b], то этот предел всегда
существует независимо от разбиения отрезка на частичные отрезки длиной xi и выбора на них точек ξi.
Таким образом, функция, непрерывная на отрезке,
интегрируема на нем.
|
Основные свойства определенного интеграла |
|
||||||
b |
|
a |
|
|
|
|
|
|
1.∫ f (x)dx = −∫ f (x)dx, |
|
|
|
|
|
|
||
a |
|
b |
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
2.∫ f (x)dx = 0, |
|
|
|
|
|
|
||
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
c |
b |
|
|
|
|
|
3.∫ f (x)dx = ∫ f (x)dx + ∫ f (x)dx, |
|
|
|
|
||||
a |
|
a |
c |
|
|
|
|
|
b |
|
b |
|
b |
|
|
|
|
4.∫( f1(x) ± f2 (x))dx =∫ f1(x)dx ± ∫ f2 (x)dx, |
|
|
|
|||||
a |
|
a |
|
a |
|
|
|
|
b |
|
b |
|
|
|
|
|
|
5.∫cf (x)dx = c∫ f (x)dx, c = const. |
|
|
|
|
||||
a |
|
a |
( f (x) ≤ 0) |
|
отрезке [a,b], |
|
||
6. |
Если |
f (x) ≥ 0 |
на |
то |
||||
b |
b |
|
|
|
|
|
|
|
∫ f (x)dx ≥ 0 (∫ f (x)dx ≤ 0). |
|
|
|
|
|
|
||
a |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
b |
|
7. Если f (x) ≥ϕ(x) x [a,b] |
a < b, то ∫ f (x)dx ≥ ∫ϕ(x)dx. |
|
||||||
|
|
|
|
|
a |
|
a |
|
8. Если подынтегральная функция интегрируема на отрезке |
||||||||
[a,b] и для этого отрезка справедливо неравенство m ≤ f (x) ≤ M , |
||||||||
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
то m(b − a) ≤ ∫ f (x)dx ≤ M (b − a) , |
где |
m и |
M - |
наименьшее |
и |
|||
|
a |
|
|
|
f (x) |
|
отрезке [a,b], |
|
наибольшее |
значения |
функции |
на |
|||||
соответственно.
9. Теорема о среднем. Если подынтегральная функция непрерывна на отрезке [a,b], то существует такая точка c (а,b) ,
что справедливо равенство
47
b
∫ f (x)dx = f (c)(b − a).
a
|
|
x |
|
|
10. Если f (x) непрерывна и |
Φ(x) = ∫ f (t)dt, |
то справедливо |
||
′ |
|
a |
|
|
то есть |
производная |
определенного |
||
равенство Φ (x) = f (x), |
||||
интеграла по переменному верхнему пределу x равна подынтегральной функции при том же значении x .
Геометрический смысл определенного интеграла. Если
f (x) ≥ 0 |
x [a,b], то определенный интеграл вычисляет площадь |
||||||
криволинейной |
трапеции, |
ограниченной |
|
линиями |
|||
y = f (x), |
y = 0, x = a, x = b. И эта площадь равна |
|
|
|
|||
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
S = ∫ f (x)dx . |
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
Правила вычисления определенного интеграла. |
|
||||||
1. Формула Ньютона - Лейбница. Если f (x) непрерывна на |
|||||||
отрезке [a,b] и F(x) - какая - либо первообразная функции |
f (x) |
||||||
на этом отрезке, то справедлива формула |
|
|
|
||||
b |
|
|
|
|
|
|
|
∫ f (x)dx = F(x) |
ba = F(b) − F(a) |
- формула |
Ньютона |
– |
|||
a |
|
|
|
|
|
|
|
Лейбница. |
|
|
|
|
|
||
2.Замена переменной в определенном интеграле. Пусть |
|||||||
функция |
f (x) непрерывна на отрезке [a,b], функция |
x =ϕ(t) |
|||||
дифференцируема |
на отрезке |
[α, β], причем |
для |
любого |
|||
t [α, β] : ϕ(t) [a,b], ϕ(α) = a, ϕ(β) = b, то |
|
|
|
||||
b |
β |
|
|
|
|
|
|
∫ f (x)dx = ∫ f (ϕ(t))ϕ′(t)dt - формула замены переменной.
a |
α |
3. Интегрирование по частям. Пусть функции u = u(x),v = v(x)
дифференцируемы на отрезке [a,b], тогда справедлива формула
b
∫u(x)dv(x) = u(x)v(x)
a
b
ba − ∫v(x)du(x).
a
48
Аудиторные задания.
Вычислить определенные интегралы
2 |
|
|
2 |
|
2 |
|
|
e2 |
ln x |
|
1 |
3x |
|
8 |
||
1.∫ |
|
2x |
|
+ |
|
|
dx, |
2. ∫ |
|
dx, |
3.∫e |
|
dx, |
4.∫x x +1dx, |
||
|
x |
4 |
x |
|
||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
|
3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
π |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
3 |
|
dx |
|
|
|
|
|
5.∫xsin xdx, |
|
6. ∫ |
|
|
. |
|
|
|
|
|||||||
|
|
x2 + 4 |
|
|
|
|
||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. Вычислить площадь фигуры, ограниченной заданными линиями:
a) y = 4 − x2 , y = 0; b) xy = 6, x + y −7 = 0.
Индивидуальные задания.
1-2. Вычислить определенные интегралы.
3. Вычислить площадь фигуры, ограниченной линиями.
Вариант 1. |
1.∫(3x2 − 56 )dx, 2.∫ |
|
|
dx |
|
, 3. y2 =1 − x, x = −3. |
|||||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
x |
|
|
|
1 x |
1 −ln2 x |
|
|
|
|
||||||||
Вариант 2. |
1.∫(4 |
|
x + 6x2 )dx, |
2.∫(x +1) cos xdx, 3. y = 6x − x2 , y = 0. |
|||||||||||||||||||
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вариант 3. |
1.∫ |
dx |
, |
|
2.∫(x + 2)sin x dx, |
3. y =3 −2x − x2 , y = 0. |
|||||||||||||||||
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
x +9 |
0 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Вариант 4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
3 |
dx |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
1.∫ |
3x |
|
(1 |
+ |
|
)dx, |
2 ∫ |
|
|
|
, |
3. y = x |
|
, y |
= 2 − x |
. |
||||||
|
|
6x5 |
sin2 x |
|
|||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примеры. |
|
Решение типового варианта. |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1. Вычислить определенные интегралы. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
8 |
8 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a) ∫( 3 x −1)dx = ∫ |
(x3 −1)dx = ( 3 x3 − x) |
|
18 = ( |
3 24 −8) −( 3 −1) = |
|||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
4 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
=12 −8 −0.75 +1 = 4, 25.
49
