- •Розділ 5. Інтегральне числення функції однієї змінної
- •1. Первісна і невизначений інтеграл
- •2. Основні властивості невизначеного інтеграла
- •3. Таблиця невизначених інтегралів
- •4. Основні методи інтегрування
- •Безпосереднє інтегрування.
- •Заміна змінної при інтегруванні.
- •Інтегрування раціональних дробів.
- •Інтегрування ірраціональних функцій.
- •Інтегрування трансцендентних функцій.
- •5. Поняття визначеного інтегралу
- •6. Геометричний зміст визначеного інтеграла
- •7. Економічний зміст визначеного інтеграла
- •8. Властивості визначеного інтеграла
- •11) Теорема про середнє значення інтегралу.
- •9. Формула Ньютона–Лейбніца
- •10. Заміна змінної у визначеному інтегралі
- •11. Інтегрування частинами у визначеному інтегралі
- •12. Невласні інтеграли
- •Невласні інтеграли з нескінченними границями інтегрування.
- •Невласні інтеграли від необмежених функцій.
- •13. Наближене обчислення визначених інтегралів
- •Спосіб прямокутників.
- •Спосіб трапецій.
- •Спосіб парабол.
- •14. Застосування інтеграла в геометричних задачах Площа в декартовій системі координат.
- •Площа в полярній системі координат.
- •Довжина дуги.
- •15. Застосування інтеграла в задачах економіки
- •Додаткова вигода чи лишок виробника (продавця).
- •Знаходження капіталу (основних фондів) за відомими чистими інвестиціями.
- •Обернена задача для знаходження вартості ануїтету (регулярних платежів) щодо неперервних відсотків.
- •Розділ 6. Інтегральне числення функцій багатьох змінних
- •1. Об'єм циліндричного тіла
- •2. Означення подвійного інтеграла
- •3. Властивості подвійного інтеграла
- •4. Обчислення подвійного інтеграла
- •5. Застосування подвійного інтеграла в геометрії Площа плоскої фігури.
- •Площа поверхні.
- •6. Застосування подвійного інтеграла у фізиці Маса плоскої пластини.
- •Статичні моменти.
- •Координати центра мас.
- •Моменти інерції.
- •7. Поняття про потрійний інтеграл
- •8. Заміна змінних в потрійному інтегралі
- •9. Застосування потрійного інтеграла у фізиці
- •Розділ 7. Ряди
- •1. Числові ряди. Основні поняття
- •2. Властивості числових рядів
- •3. Необхідна ознака збіжності ряду
- •4. Достатні ознаки збіжності знакопостійних рядів Ознака порівняння.
- •Ознака порівняння в граничній формі.
- •Ознака Даламбера.
- •Радикальна ознака Коші.
- •Інтегральна ознака Коші.
- •5. Знакопочережні числові ряди. Ознака Лейбніца
- •Ознака Лейбніца.
- •6. Знакозмінні числові ряди
- •7. Функціональні ряди. Основні поняття
- •8. Область збіжності степеневого ряду
- •9. Ряди Тейлора і Маклорена
- •10. Розвинення функцій в ряд Маклорена
- •11. Застосування степеневих рядів
- •Обчислення значень функцій.
- •Наближене обчислення визначених інтегралів.
- •Доведення формули Ейлера.
- •12. Динамічні ряди
- •Розділ 8. Диференціальні рівняння
- •1. Економічні задачі, що приводять до диференціальних рівнянь. Основні означення
- •2. Диференціальні рівняння першого порядку
- •Диференціальні рівняння першого порядку з подільними змінними.
- •Однорідні диференціальні рівняння першого порядку.
- •Лінійні диференціальні рівняння першого порядку.
- •Рівняння Бернуллі.
- •Рівняння в повних диференціалах.
- •3. Диференціальні рівняння другого порядку
- •Деякі диференціальні рівняння другого порядку, що допускають зниження порядку.
- •Лінійні однорідні диференціальні рівняння другого порядку. Загальні властивості.
- •4. Лінійні однорідні диференціальні рівняння другого порядку зі сталими коефіцієнтами
- •5. Лінійні неоднорідні диференціальні рівняння другого порядку. Метод варіації довільних сталих
- •6. Лінійні неоднорідні диференціальні рівняння другого порядку зі сталими коефіцієнтами
- •7. Системи диференціальних рівнянь
- •Системи лінійних однорідних диференціальних рівнянь зі сталими коефіцієнтами.
- •8. Задачі економічної динаміки
Ознака порівняння в граничній формі.
Якщо для рядів і виконується необхідна ознака збіжності і
,
то ряди поводять себе однаково: або обидва є збіжними, або обидва є розбіжними.
Нехай існує скінченна границя
.
За означенням границі
або
.
Звідки
.
Тому
.
Тоді, якщо ряд
збіжний, то збіжний і ряд
,
а отже збіжний і ряд
.
Якщо ряд
розбіжний, ряд
також розбіжний, а отже, розбіжний і ряд
.
Приклад
7.5. Дослідити на збіжність ряд
.
Розв’язання. Порівняємо ряд з рядом , застосувавши ознаку порівняння в граничній формі.
Тут
(на підставі першої істотної границі).
Отже, ряди поводять себе однаково і ряд
розбіжний, як і гармонічний ряд
.
Ознака Даламбера.
Нехай для знакододатнього ряду
існує границя відношення наступного
члена ряду до попереднього при
і дорівнює скінченному числу
:
.
У такому випадку, якщо ця границя менша від одиниці, то ряд є збіжним. Якщо границя більша від одиниці, то ряд розбіжний. Якщо границя дорівнює одиниці, то ознака однозначної відповіді щодо збіжності чи розбіжності ряду не дає.
Нехай є знакододатній ряд
і нехай
.
Тоді, починаючи з деякого номера члена буде виконуватися нерівність
,
де
– як завгодно мале наперед задане
додатнє число. Звідси для всіх номерів
буде виконуватися нерівність
.
Нехай
.
Тоді можна взяти число
настільки малим, що число
також буде меншим від одиниці. Нехай
.
Тоді
або
для всіх
.
Тоді одержуємо
,
,
,
...
Додавши нерівності, одержимо:
.
Але оскільки число
,
то у правій частині нерівності маємо
геометричний ряд, що збігається. Тоді
за ознакою порівняння ряд в лівій частині
нерівності також збіжний. Отже на
підставі властивості 3 числових рядів
заданий ряд
також збіжний.
Нехай тепер
,
тобто
.
Але тоді
,
що свідчить про те, що члени ряду
не спадають, тобто для нього не виконується
необхідна ознака збіжності ряду, тобто
ряд розбіжний.
Якщо ж
,
можна показати, що ознака однозначної
відповіді не дає. В одних випадках ряд
є збіжним, в інших – розбіжний. Для
дослідження ряду потрібно застосовувати
яку-небудь іншу ознаку збіжності.
Приклад 7.6. Дослідити на збіжність ряди:
а)
;
б)
;
в)
.
Розв’язання.
У випадку а):
,
і
.
Отже ряд збіжний.
У випадку б):
,
і
.
Ряд розбіжний.
У випадку в):
,
і
.
Ознака Даламбера відповіді не дає.
Радикальна ознака Коші.
Якщо для ряду
з невід’ємними членами існує
,
то при
ряд збіжний, при
ряд розбіжний, при
ознака відповіді не дає.
Нехай
.
Візьмемо число
,
що задовольняє умові
.
Тоді знайдеться такий номер члена
послідовності
,
починаючи з якого виконується нерівність
.
Підставляючи значення
,
,
..., одержуємо:
;
;
;
... .
Додаючи нерівності маємо:
.
У правій частині нерівності – геометричний
ряд, що є збіжним. На підставі ознаки
порівняння ряд
збіжний, а значить і ряд
також є збіжним.
Приклад
7.7. Дослідити на збіжність ряд
.
Розв’язання.
Тут
,
і
.
Отже ряд збіжний.
Інтегральна ознака Коші.
Якщо для знакододатнього ряду
формула загального члена
така, що відповідна їй функція
неперервного аргументу
невід’ємна, неперервна, яка монотонно
спадає на півінтервалі
,
то невласний інтеграл
і ряд
є збіжними і розбіжними одночасно.
Доведення проведемо на підставі геометричного змісту визначеного інтеграла.
Зобразимо графічно
– площу криволінійної трапеції, обмеженої
зверху графіком функції
,
знизу – проміжком
вісі абсцис (рис. 7.1).
Дано
,
,
,
...,
.
Рис. 7.1.
Обчислюючи площу криволінійної трапеції наближено з недостачею як суму площ прямокутників з основою, рівною одиниці і висотою, рівною значенню функції в правому кінці основи, одержимо
.
Якщо ж обчислити площу криволінійної трапеції наближено з надлишком як суму площ прямокутників, з основою, рівною одиниці і висотою, рівною значенню функції в лівому кінці основи, одержимо
,
тобто
.
Звідси:
; (7.7)
. (7.8)
Нехай інтеграл
збіжний. Це значить, що існує скінченна
границя
.
Оскільки
,
то послідовність
зростає зі збільшенням
і обмежена зверху своєю границею:
.
З нерівності (7.7) випливає, що
,
тобто послідовність частинних сум
обмежена зверху, а значить має скінченну
границю, ряд є збіжним.
Нехай тепер
розбіжний. У цьому випадку
при
.
З нерівності (7.8) випливає, що
при
,
отже ряд є розбіжним.
Дослідимо дуже важливий за своїм застосуванням узагальнений гармонічний ряд (ряд Діріхле), що має вигляд
,
де
– будь-яке додатнє число (при
маємо простий гармонічний ряд).
Дослідимо ряд за допомогою інтегральної ознаки збіжності.
Тут
,
що відповідає функції неперервного
аргументу
.
Для
невласний інтеграл має вигляд
.
При
маємо
.
При
–
.
При
–
.
Отже, ряд Діріхле
є збіжним при
і розбіжним при
.
Зокрема, ряд
збіжний, тому що для нього
,
чого не можна було встановити за допомогою
ознаки Даламбера.
