- •1. Матрицы. Основные определения.
- •2. Действия над матрицами.
- •3. Определители. Основные определения.
- •4. Теорема разложения.
- •5. Свойства определителей
- •6. Теорема аннулирования.
- •7. Действия над матрицами (сложение, умножение на число, умножение матрицы на матрицу, транспонирование, обращение) и их свойства.
- •11. Исследование слу. Теоремы Кронекера-Капелли
- •9. Ранг матрицы. Вычисление ранга матрицы методом элементарных преобразований.
- •10. Системы линейных уравнений. Основные определения.
- •12. Методы решения определенных слу. (Метод Крамера, матричный метод, метод Гаусса).
- •13. Решение неопределенных слу.
- •14. Решение однородных слу.
- •15. Собственные числа и вектора матриц.
- •16. Линейные пространства. Основные определения.
- •17. Линейная зависимость векторов.
- •18. Размерность и базис пространства
- •19. Условие коллинеарности двух векторов.
- •20. Скалярное произведение векторов. Угол между векторами.
- •21. Векторное произведение. Аксиоматическое определение и свойства.
- •22. Векторное произведение. Вычисление в декартовых координатах.
- •23.. Векторное произведение Геометрический смысл.
- •24. Смешанное произведение. Аксиоматическое определение и свойства.
- •25. Смешанное произведение. Вычисление. Геометрический смысл.
- •26. Понятие о точечно-векторном пространстве.
- •27. Прямая в .
- •28. Плоскость в .
- •29. Прямая в .
- •30. Взаимное расположение прямой и плоскости.
- •31. Комплексные числа. Действия над комплексными числами в алгебраической форме.
- •32,33 Комплексные числа. Действия над комплексными числами в тригонометрической форме и в показательной форме.
- •34. Основные топологические определения.
- •35. Функции. Основные определения и способы задания
- •36. Числовые последовательности и их пределы.
- •37. Предел числовой функции. Односторонние пределы.
- •38. Бесконечно-малые и бесконечно-большие функции.
- •39. Теоремы о бесконечно-малых.
- •40. Теоремы о пределах.
- •41. Неопределенные выражения
- •42. Замечательные пределы
- •43.Сравнение б/м:
- •44.Сравнение б/б:
- •46.Множ-во (·), в кот наруш условие непрерыв назыв (·) разрыва ф-ции.
44.Сравнение б/б:
в основу сравнения кладётся lim их отношений
если
(1)=const≠0,то
А(x),В(x)-б/б
одного порядка
если (1)=0,то А(x)-б/б
более низшего порядка
если (1)=∞,то А(x)-б/б высшего порядка
если (1)=1,то А(x),В(x)-эквивалентные б/б
45.Ф-ия
y=f(x)-непрерывна
в (·) x0
если:1.она определена в некот окр-ти
этой (·),2.сущ
f(x),3.
=f(x0);
Зам-е: послед два пункта означ,что lim
справа=lim справа=знач ф-ции в (·).
Ф-ция назыв непрерыв в обл-ти, если она непрерывна в каждой (·) этой обл-ти.
Ф-ция y=f(x) назыв непрерыв в (·) x0 если бесконеч малому приращ арг-та соответ бесконеч малое приращ ф-ции.
46.Множ-во (·), в кот наруш условие непрерыв назыв (·) разрыва ф-ции.
1. если хотя бы один из односторон lim не сущ или =∞, тов этой (·) ф-ция терпит разрыв второго рода.
2. если оба односторон lim конечны, но ≠ между собой и<∞, то это неустранимый разрыв первого рода.
3. если оба lim конечны, равны между собой, но не совпадают со знач ф-ции в (·)x0, то ф-ция терпит устранимый разрыв первого рода.
47.Св-ва ф-ций непрерыв на отрезке.
Т-ма1(Вейерштрасса):
если ф-ции f(x)
и g(x)
непрерыв в (·)x0,
то ф-ции: f(x)±g(x),
f(x)·g(x),
f(x)/
g(x)
также непрерыв. Док-во:воспользов
определением непрерыв ф-ции на языке
ε,δ-окрестности:
ε>0
δ>0:
x
Uδ(x0)
|f(x)-f(x0)|<
ε
Т-ма2:
если ф-ция f(x)
непрерыв в (·)x0
и f(x0)
≠0, то сущ δ-окр-ть в (·)x0
такая,
что:
Uδ(x0),
:
Uδ(x0)
f(x)≠0
Т-ма3:
если f(x)
непрерывна в замкнутой, огранич обл
(Ū) то она огранич в этой обл,т.е.:
M>0:
Ū
f(x)|≤M
Т-ма4: пусть ф-ция u=φ(x)непрерывна в (·)x0, а ф-ция y=f(u), U0= φ(x0), тогда y=f(φ(x)) непрерывна в (·)x0.
Т-ма5(Вейерштрасса): пусть f(x) непрерывна в Ū, тогда f(x) достигает в этой обл-ти своё наиб и наим знач.
Т-ма6(Коши):
пусть ф-ция f(x)
непрер в Ū и m-наим,
а M-наиб
значения этой ф-ции, тогда для любого
ξ
[m,M]
(·)x0
Ū:f(x0)=ξ,т.е.
она принимает все знач между наиб и
наим. Сл-е:
пусть ф-ция y=f(x)
непрерыв в обл U,если
сущ (·)x1 и
(·)x2
U:f(x1)<0,f(x2)>0
(·)x0
U:
f(x0)=0
48.Производная.
Осн опред и геом смысл.Производной
y
=f(x)
по аргументу
x
назыв lim
отношения приращения ф-ции к приращ
аргумента при стремлении последнего
к 0 произвольным образом: y'(x0)=
=
Зам-е:1.произв
ф-ции в (·)-это число,а произв на
отрезке-ф-ция.2.при определ произв обычно
считают,что lim
конечен, однако, если lim
сущ и =∞,то в этой (·) ф-ция имеет бесконеч
произв.
Геом.смысл: знач произв f '(x0)=tgα угла наклона касат,образов ею с осью ох в этой (·).Ур-е касат:y=f(x0)+f '(x0)(x-x0). Если материал(·) перемещ во времени по закону y=s(t)-путь,то s'(t)=ds/dt=v-мгнов скорость.
49. Производная. Осн опред и геом смысл.Производной y =f(x) по аргументу x назыв lim отношения приращения ф-ции к приращ аргумента при стремлении последнего к 0 произвольным образом: y'(x0)= = Зам-е:1.произв ф-ции в (·)-это число,а произв на отрезке-ф-ция.2.при определ произв обычно считают,что lim конечен, однако, если lim сущ и =∞,то в этой (·) ф-ция имеет бесконеч произв.
Производительность труда -производная объема продукции по времени. Рассмотрим некоторые понятия, иллюстрирующие экономический смысл производной. Пусть y(x)-функция, характеризующая, издержки производства, где x - количество выпускаемой продукции. Тогда отношение y(x)/x описывает средние издержки, приходящиеся на одно изделие. Среднее приращение, средний прирост, средняя скорость изменения определяется отношением ∆y/∆x . Производная y'=lim∆y/∆x выражает предельные издержки производства. Отношение ∆y/∆xy называется темпом прироста функции y. Отношение y'(x)/y(x) называется мгновенным темпом прироста.
50.Связь
между непрерыв и диф-тью.Т-ма1:если
ф-ция y=f(x)
диф-ма в (·)х0,
то она в этой (·) непрерыв. Док-во:
т.к. f(x)-
диф-ма в (·) х0,
тогда по т-ме о lim:
∆y/∆x=f
'(x0)+α(∆x),где
α
0.
∆y=f
'(x0)∆x+α(∆x)·∆x
=
=
f
'(x0)
+
.Т.к.
y
непрерывн в (·) х0.
51.Правила
дифференцирования суммы, произведения
и частного двух диф-мых функций.
Т-ма:если
функции u=u(x)
и v=v(x)
имеют в (·)x
производные, то сум (разн), произвед и
частн этих функций также имеют производные
в этой (·), и справедливы следующие
формулы:1.(u±v)'=u'±v',
2.(u·v)'=u'v+v'u,
3. (u/v)=(u'v−v'u)/v2.
Док-во:
из определения производной:
(u±v)'=
=
=
±
=u'±v'
(u·v)'=
=
+
=uv'+vu'.
(v/u)'=
=
=
52.Проивз
сложн
ф-ции:Т-ма:пусть
дана
ф-ция
y=f(x),кот
можно
выразить
в
виде
y=F(u),где
u=φ(x),т.е.
y=F(φ(x)),тогда
если
ф-ция
y=φ(x)-диф-ма
в
(·)х0,
а
F(u)-диф-ма
в
(·)u0=
φ(x0),
то
y= F(φ(x))-диф-ма
в
(·)х0
при
этом
y'x=F'u·φ'x=y'u·u'x
Док-во:т.к.
ф-ции
φ
и
F-диф-мы
след-но
непрерыв
в
(·) х0
и
u0
соотв
зададим
аргум
x бесконеч
малое
приращ
∆x,кот
вызовет
бесконеч
малое
приращ
∆u и
∆F. ∆x
⇒∆u=u(x0+∆x)-u(x0)⇒∆F=F(u0+∆u)-F(u0)
;
u+∆u=u(x0+∆x),
y+∆y=F(u0+∆u).
Рассморт
=y'u
⇒
=y'u+α(∆u)-б/м
при
∆u
,
∆y=y'u·∆u·α(∆u)·∆u,
∆y/∆x=y'u·∆y/∆x+α(∆u)∆y/∆x.
=
yu(∆u/∆x)+α(∆u/∆x)]=y'u
+
=y'u·u'x+0+u'x=
y'u·u'x
53.Произв обрат ф-ции:Замеч: 1.возр и убыв ф-ции имеют одну произв, 2.если ф-ция непрерыв на промеж[a,b]причем f(a)=c,f(b)=d то обрат ф-ция будет определ на промеж[c,d],3.графики взаимнообр ф-ций симметр относит биссектр 1 и 3 коорд углов,4.если ф-ция не явл ни возраст,ни убыв,то она может иметь несколько обрат ф-ций. Т-ма:если для ф-ции y=f(x) сущест обратная ф-ция x=φ(y),кот в рассмотрен (·) имеет произв x'=φ'(y) отличную от 0,то в этой (·) ф-ция y=f(x) имеет произв=f'x=1/φ'(y). Док-во: рассмотр x=φ(f(x)), x'=[φ(f(x))]'=φ'y·f'x=f'x=1/φ'y
54.Показ-степен ф-ей назыв ф-ция вида y=uv,где u=u(x),v=v(x).Т-ма: если y=uv,то y'=uv·lnu·v'+v·uv-1·u' Док-во:рассмотр y=uv-прологарифм обе части, lny(x)=ln uv-продиф-м, (lny(x))'=(v'(x)lnu+v(lnu(x))'·((1/y)·y')=v'lnu+v(1/u)u', y'=y(v'lnu+v(1/u)·u'), y'=uv(v'lnu+(v/u)·u'), y'= uv·v'·lnu+v·uv-1·u'
55.Диф-ал ф-ции: ∆y=f '(x0)·∆x+α(∆x)·∆x, f '(x0)-главн линейн часть приращ ф-ции- диф-л, обознач df(x) или dy, df(x)= f '(x)∆x, ∆x-приращ аргум. Геом смысл:Диф-л ф-ции=приращ ординаты касательной к граф ф-ции y+f(x) на промеж ∆х. dy(x0)=f'(x0)∆x=tgφ·∆x Рисунок
56.
Диф-ал
ф-ции:
∆y=f
'(x0)·∆x+α(∆x)·∆x,
f
'(x0)-главн
линейн часть приращ ф-ции- диф-л, обознач
df(x)
или dy,
df(x)=
f
'(x)∆x,
∆x-приращ
аргум. f'(x)=dy/dx-запись
произв. В приближ
вычисл часто
польз равенством: ∆y≈dy⇒f(x+∆x)≈dy+y(x).
Пример:y=sin31,(·)x0=30,
sin30=1/2,
∆x=1=π/180,
sin31≈cos30∆x+sin30=
/2·π/180+1/2.
Правила
вычисл:
dc=0,
d(u±v)=du±dv,
d(cu)=c·du,
d(uv)=du·v+dv·u,
d(u/v)=(du·v-dv·u)/v2
57. Произв n-1 порядка от ф-ции f(x) назыв произв первого п-ка от произв n-1 п-ка: y(n)=(y(n-1))'. Обознач:y'',y''',yVII,y(30). Правила диф-я произв высш п-ка:1.(u±v)(n)=u(n)±v(n),2.(cu)(n)=c·u(n),3.(uv)(n)=∑cknu(n-k)vk,4.ckn=n!/(k!(n-k)!). Диф-лом n-го п-ка назыв диф-л от диф-ла n-1 п-ка: dny=d[dny]=[f(n-1)(x)dxn-1]'dx=f(n)(x)dxn.d2f=f ''(x)dx2,d3f=f '''(x)dx3. Пример: y=x6, d2x=30x4dx2,d3x=120x3dx3. Обознач:y(n)=dny/dxn.Замеч: для сложной ф-ции y=F(u(x))…dy=F'udu тогда d2y=F''udu2=d[dF]=(F'udu)'du=Fuu''(du)2+F'ud2u. Механич смысл второй произв:пусть матер (·)М перемещ прямолин по з-ну y=s(t),тогда втор произв от пути по времени есть ускорен прямолин движ-я: a(t)=d2s/dt2=s''(t)
58.
Ф-ция
наз параметр.задан
если её
аналитич задание имеет вид:
,t0≤t≤tN.
Пусть задана зависим двух перемен x
и y
от парам-ра t,
изменяющ в пределах α и β:
α≤t≤β,
Пусть ф-ция x=φ(t)
имеет обратную t=
φ-1(t)=Ф(x).Тогда
y=ψ(t)=ψ(Ф(x))⇒y-сложн
ф-ция. Зависимость y
от x,
заданная через зависим каждой из них
от параметра t
в виде x=φ(t),y=ψ(t),
назыв ф-ей,задан
парам-ки.
Будем считать, что ф-ции Ф,ψ,φ- диф-мы,тогда
Фx'(x)=1/φ'(t),
то yx'=dy/dx=ψ'(t)/φ'(t)=yt'(t)/xt'(t).
Пример:
,
yx'=dy/dx=yt'/xt'=cost/-sint=-ctgt
59. Эластичн ф-ции Ф-ция f(x) достигает в (·)х0 лок-го минимума(мак-ма) если существует ок-ть этой (·) u(x0)=( x0-δ,x0+δ): х=U(x0), f(x)≥(≤)f(x0).
Лок-ный мин(макс) назыв лок экстрем. Эластичн ф-ции - предел отношения относительного приращения функции y (зависимой переменной) ∆y/y относительному приращению независимой переменной x ∆x/x, при Δx и Δy→ 0, выражается формулой: Ex(y)=x/y· dy/dx. Э. ф. является мерой реагирования одной переменной величины на изменения другой.
60. Необход услов экстрем Лок-ный мин(макс) назыв лок экстрем. Необход услов экстрем (Т-ма Ферма): если ф-ция y=f(x) имеет производную в (·)x0 и достиг в этой (·) лок-го экстремума, то f '(x0)=0. Точки, в которых производная функции равна нулю, называются стационарными точками функции. Точки, в которых производная функции равна нулю или не существует, называются критическими точками. Таким образом, все экстремумы являются критическими точками.
61. Теорема Роля.
Теорема Роля: если y=f(x) непрерывна на [a;b] и дифференцируема на (a;b), приэтом f(a)=f(b), то существует такая (.)ξ, принадлежащая (a;b).
Док-во:
1) пусть f(x) – const. тогда для любой (.)ξ, принадлежащая (a;b) => f’(ξ)=0.
2) пусть f(x)
const.
тогда [a;b]
– замкнутый и ограниченный => по
т.Вейерштрасса в силу непрерывности
ф-ии f(x)=y,
сущ. (.) x1,
x2,
принадлежащие [a;b]
такие, что f(x1)
– наименьшее значение ф-ии, а f(x2)
– наибольшее значение ф-ии.
f(x1) ≠ f(x2) (иначе f(x) – const.)
(.) x1, x2 не могут быть одновременно концами отрезка [a;b], т.к. f(a)=f(b) => какая-то из этих точек (ξ) попадает внутрь (a;b). В (.)ξ f(x)=y достигает локального экстремума => по т.Ферма f’(ξ)=0. ч.т.д.
Замечания:
1) т.Роля сохраняет
силу и на (a;b),
если
f(x)=
f(x);
2) т.Роля теряет силу, если хотя бы в одной (.) нарушаются условия дифференцированности;
3) в т.Роля нельзя заменить условия непрерывности на [a;b] на условия непрерывности на (a;b);
4) геометрический смысл т.Роля сводится к тому, что на графике ф-ии y=f(x) сущ.хотя бы одна (ξ , f(ξ)), в которой касательная параллельна оси Ox.
62. Теорема Коши.
Теорема Коши: если f(x)=y и g(x)=y непрерывны на [a;b], дифференцируемы на (a;b), при этом g’(x)≠0 для любого x, принадлежащему (a;b), то сущ. (.)ξ, принадлежащая (a;b), такая, что имеет место равенство:
=
Док-во: g(b) и g(a)≠0, иначе по т. сущ. (.)ξ, принадлежащая (a;b)=g’(ξ)=0
Рассмотрим F(x)= f(x) - f(a) - * (g(x)-g(a)) в силу непрерывности f и g, F(x) непрерывна; F(x) дифференцируема на (a;b).
F(a) = f(a) – f(a) - * (g(a)-g(a)) = 0
F(b) = f(b) – f(b) - * (g(b)-g(a)) = 0 => F(a)=F(b)
тогда сущ. (.)ξ такая, что F’(ξ) = f’(ξ) - * g’(ξ)=0 => = .
Замечание: в т.Коши необязательно считать, что a<b.
63.Теорема Лагранжа.
Теорема Лагранжа: пусть y=f(x) непрерывна на [a;b] и дифференцируема на (a;b), тогда сущ. (.)ξ, принадлежащая (a;b) такая, что f(x)-f(a)=f’(ξ)*(b-a)
Док-во: пусть
g(x)=x,
тогда
=
=> f(x)-f(a)=f’(ξ)*(b-a)
ч.т.д.
64. Правило Лопиталя.
Теорема: если ф-ии
f(x)
и g(x)
определены и дифференцируемы в
окрестности (.)a=x
(за исключением быть может самой (.)a)
и
f(x)=
g(x)=0,
где g(x)
и g’(x)≠0
в этой окрестности, то имеет место
формула:
= [
]
=
.
Если сущ. , то сущ. .
Следствия:
1)
= [
]
=
=
2)
f(x)*g(x)=[0;
]
=
=
3)
[f(x)-g(x)]
= [
;
]=
-
]
=
=
4)
[f(x)]g(x)
= {[1∞];
[00];
[∞0]}
=
lnfg
=
glnf
=
g*limf)
= [
0∞]
65. Формула Тейлора.
Теорема Тейлора: если y=f(x) определена в некоторой (.) x0 и имеет в ней производные до (n+1)-порядка включительно, то для любого x из этой окрестности найдётся (.)ξ, принадлежащая (x; x0), такая, что справедлива формула:
f(x) =
f(x0)
+
(x-x0)
+
(x-x0)2
+
(x-x0)3
+…+
(x-x0)n
+ Rn(ξ),
где Rn(ξ)
=
(x-x0)n+1,
а ξ=x0+θ(x-x0),
где θ
принадлежит (0;1).
Замечание: Rn (ξ) называется остаточным членом формулы Тейлора в форме Лагранжа. Иногда формула Тейлора записывается с остаточным членом в форме Пеано:
f(x)=f(x0)+…+ (x-x0)n + 0 (|x-x0|n+1), где 0 (|x-x0|n+1) – б/м ф-ия при х->x0 (n+1)-порядка малости.
66. Достаточное условие монотонности.
Теорема: для того, чтобы дифференцируемая ф-ия f(x) была монотонно возрастающей (убывающей) на (a;b), достаточно, чтобы f’(x)>0 для любого x, принадлежащего (a;b).
Док-во: пусть f(x) возрастает на (a;b); докажем, что если f’(x)>0 => для любого x1<x2 => f(x1) ≤ f(x2), f(x2) -f(x1) = f’(ξ)(x2-x1), ξ принадлежит (x1; x2) => f(x2)-f(x1)>0 => f(x1)<f(x2) ч.т.д.
Замечание: если f(x) возрастает на [a;b] => f’(x) ≥ 0.
Интервалы, на которых ф-ия возрастает или убывает называются интервалами монотонности.
67. Первое достаточное условие экстремума.
Теорема: пусть f(x) непрерывна в окрестности (.)x0 и дифференцируема во всех точках этой окрестности за исключением, быть может, самой (.)x0. Тогда если f’(x) меняет знак с «+» на «-» при переходе через (.)x0, то (.)x0 – (.) локального min.
Критическими точками I рода называются точки, в которых f’(x)=0 или не существует.
68. Второе достаточное условие экстремума.
Теорема: если f’(x)=0, f’’(x0)<0 , тогда (.)x0 – (.) локального max., f’(x0)=0, f’’(x0), тогда (.)x0 – (.) локального min.
Док-во: пусть f’(x)=0, f’’(x0)<0.
f’’(x0)=
=
1 случай: ∆x>0,
тогда
<0 , т.к. ∆x>0,
то f’(x0+∆x)>0
2случай: ∆x<0, тогда >0 , т.к. ∆x<0, то f’(x0+∆x)<0 =>(.)x0 – точка локального min.
69. Асимптоты.
Асимптотой кривой y=f(x), имеющей ∞ ветвь, называется прямая ℓ такая, что расстояние от (.) x0 до ℓ ->0.
Замечание: асимптоты делятся на: вертикальные, горизонтальные и наклонные.
Прямая x=a
называется вертикальной асимптотой
графика y=f(x),
если хотя бы один из пределов
f(x),
f(x)=±∞
Замечание: вертикальные асимптоты располагаются в точках разрыва II рода.
Если y=f(x) задана при x->M (x<M), то прямая y=kx+b называется наклонной асимптотой, непрерывной кривой y=f(x) при x->±∞, если f(x)=kx+b+α(x), где α(x) – б/м при х->±∞.
70. Общая схема исследования функции.
1) Найти О.О.Ф.
2) Исследовать ф-ия в окрестности разрыва (найти вертикальные асимптоты).
3) Найти область значений функции.
4) Исследовать на чётность/нечётность.
5) Найти точки пересечения с осями координат:
с Оу: x=0 => y=…
c Ox: y=0 => x=…
6) Найти наклонные асимптоты.
7) Исследовать на монотонность extr.
8) Исследовать на выпуклость/вогнутость.
9) Нарисовать график.
71. Неопределённый интеграл. Основные определения и свойства первообразных.
Первообразной ф-ией для f=f(x) на [a;b] называется f=F(x), если она дифференцируема на этом промежутке, причём в точках a и b сущ. односторонние производные и F(x)=f(x) для любого x , принадлежащего (a;b).
Свойства первообразных:
1) Если F(x) первообразна для f(x) на [a;b], то F(x)+с, где с – произвольная постоянная, также является первообразной для этой ф-ии.
Док-во: (F(x)+c)’ = F’(x)+c=f(x)+0=f(x) ч.т.д.
2) Если F1(x) и F2(x) – две первообразные для ф-ии f(x), то их разность = const., где с – некоторая произвольная постоянная.
Док-во: φ(x) = F1(x)-F2(x)=c
φ’(x) = (F1(x)-F2(x))’=F’1(x)-F’2(x)=f(x)-f(x)=0
для любого х, принадлежащего [a;b] => φ(x)=c => F1(x)-F2(x)=c ч.т.д.
72. Неопределённый интеграл. Основные определения и геометрический смысл.
Первообразная является непрерывной кривой на [a;b].
Неопределённым интегралом f(x) называется семейство первообразных, т.е. выражение вида: F(x)+c.
Обозначения: ∫f(x)dx=F(x)+c, где х – переменная интегрирования, f(x) – подынтегральная ф-ия, f(x)dx – подынтегральное выражение.
Геометрический смысл неопределённого интеграла – семейство параллельных интегральных кривых.
73. Свойства неопределённого интеграла.
1) d(∫f(x)dx)=f(x)dx
Док-во: d(∫f(x)dx)=d(F(x)+c)=dF(x)+dc=F’(x)dx+c’dx=f(x)dx+0 ч.т.д.
2) dF(x)=F(x)+c
Док-во: dF(x)=∫F’(x)dx=∫F(x)dx=F(x)+c ч.т.д.
3) (∫f(x)dx)’=f(x)
Док-во: (∫f(x)dx)’=(F(x)+c)’=F’(x)+c’=f(x) ч.т.д.
4) ∫kf(x)dx=k∫f(x)dx, k-const.
Док-во: ∫kf(x)dx=∫kdF(x)= ∫dkF(x)=kF(x)+c=k∫f(x)dx ч.т.д.
5) ∫[f(x)+g(x)]dx=∫f(x)dx±∫g(x)dx.
74. Основные методы интегрирования. Метод замены переменной.
Теорема: пусть f(x) – непрерывная ф-ия x=φ(t) имеет непрерывную производную и f(φ(x)) имеет смысл, тогда справедлива формула: ∫f(x)dx=∫f(φ(t))* φ’(t)dt
Док-во:
[∫f(x)dx]=f(x)*x't
=
[∫f(x)dx]*
=f(x)*x’t=f(φ(t))*
φ’(t)
– левая часть.
(∫(φ(t)* φ’(t)dt)=f(φ(t))* φ’(t) – правая часть.
75. Основные методы интегрирования. Метод заведения под знак дифференциала.
Замечание: если формулы интегрирования по частям прочитать справа налево, то получим метод введения под знак дифференциала.
76. Основные методы интегрирования. Метод интегрирования по частям.
Теорема: если ф-ия u=u(x), v=v(x) непрерывно дифференцируемы, то имеет место формула: ∫udv=uv-∫vdu
Док-во: d(u*v)=du*v+u*dv
∫d(u*v)= ∫(vdu+udv)= ∫v*du + ∫udv
u*v =∫vdu + ∫udv
∫udv=u*v - ∫vdu
C помощью интегрирования по частям берутся интегралы след. типов:
∫Pn(x) (= u) * ∫ {sinx/cosx/ex/ax} dx (=dv)
77. Интегрирование дробно-рациональных функций.
Теорема: всякая рациональная дробь представима и при том единственным образом в виде суммы многочленов и правильной рациональной дроби.
Метод разложения правильной рациональной дроби на сумму простейших дробей:
1) разложение знаменателя на простейшие множители:
Qm(x)=(x-c1)k1*…*(x-c2)kℓ*(x2+p1x+q1)S1*…*(x2+ptx+qt)St+…+2St=m
c1 , c2…p1, q1...pt, qt принадлежат R; k1…kℓ, S1…St принадлежат N.
2) выписать слагаемые в искомом разложении соответственно этим множителям:
(x-c)k
+
+…+
x-c
(x2+px+q)
(x2+px+q)k
+
+…+
,
3) тогда
будет представлена как сумма следующих
простейших дробей:
+…+
+…+
+…+
+
+…+
+…+
+…+
(1)
4) приводим правую часть выражения (1) к общему знаменателю и получим в числителе некоторый многочлен S(x) с неопределёнными коэффициентами:
5) сравнивая левые и правые числители, составить систему для определения неопределённых коэффициентов и решить систему:
6) подставляя найденные коэффициенты в разложение (1), получим искомые значения.
78. Интегрирование тригонометрических функций.
Теорема: если подынтегральная ф-ия есть рациональная ф-ия относительно sinx или cosx, то интеграл выражается через элементарные ф-ии путём подстановки.
t=tg
(универсальная тригонометрическая
подстановка) => sinx=
, cosx=
.
∫R(sinx,cosx)dx=∫R(
;
)*
Частные случаи:
1)подынтегральная ф-ия нечётна относительно sinx:
R(cosx - sinx) - R(cosx , sinx) => делаем замену: t=cosx;
2)подынтегральная ф-ия нечётна относительно cosx:
R(- cosx , sinx) = - R(cosx , sinx) => делаем замену: t=sinx;
3)подынтегральная ф-ия чётна относительно sinx и cosx:
R(- cosx , - sinx) = R(cosx , sinx) => делаем замену: t=tgx;
4)подынтегральная ф-ия содержит только sinx и cosx чётных степеней:
∫sin2k * cos2ℓ x dx , (k, ℓ > 0) – в этом случае применяют формулу понижения степени;
5)интегралы вида:
а) ∫sinαx*cosβx
dx
=
∫[sin(α+β)x
+ sin(α-β)x
] dx;
б) ∫sinαx*sinβx dx = ∫[cos(α-β)x - sin(α+β)x ] dx;
в) ∫cosαx*cosβx dx = ∫[cos(α+β)x + cos(α-β)x ] dx.
79. Тригонометрические подстановки:
∫R(x)dx:
а)
R, (x,
)
, x = a sint , dx = a cost dt, x = a/t
б) R, (x, ) , x = a/cost, dx = (a sint)/(cos2t) dt
в) R, (x, ) , x = a tgt, dx = a/(cos2t) dt, x = a/t
80. Интегрирование некоторых иррациональных функций.
интегралы вида ∫
и ∫
dx
вычисляются с помощью выделения полного
квадрата под корнем.
81. Определение определённого интеграла. Его геометрический смысл.
Определённым
интегралом y=f(x)
на [a;b]
называется предел интегральной суммы
Sn
=
*∆xk
(1)
, если этот
предел существует, конечен и не зависит
от способа составления интегральной
суммы.
=
*∆xk
, где a
– нижний предел интеграла, а b
– верхний.
Замечание:
1)определённый интеграл не зависит от того, какой буквой обозначено переменное интегрирование:
=
=
2)если в качестве
(.) ξk
на [∆xk-1]
выберем (.), соответствующую наименьшему
и наибольшему значению y=f(x)
на этом промежутке, т.е. mk
≤ f(ξk)
≤ Mk
, то согласно
суммы (1) получим: s=
k
* ∆k
, S=
k
* ∆xk
, который называется соответственно
нижней и верхней интегральной суммой
или суммой Дарбу.
Геометрический смысл неопределённого интеграла:
Теорема 1 (усл.
сущ. определённого интеграла): для того,
чтобы существовал определённый интеграл,
необходимо и достаточно, чтобы
(S-s)>0,
т.е. предел разности суммы Дарбу=0.
Теорема 2: если y=f(x) непрерывна или кусочно-непрерывна на [а;b], то она интегрируема.
Замечания:
1)ф-ия называется кусочно-непрерывной на промежутке, если имеет конечное число точек разрыва I рода;
2)среди разрывных ф-ий есть как интегрируемые, так и неинтегрируемые ф-ии.
82. Свойства неопределённого интеграла.
1)
= -
2)
= 0
3)
=
+
- аддитивность по области
4)
= α
+ β
– линейность
Замечание:
40)
= k(b-a)
5) если f(x) ≥ 0 при любом x, принадлежащем [a;b] => ≥ 0
6) если f(x) ≤ g(x) при любом x, принадлежащем [a;b] => ≤
7) если f(x) принимает на [a;b] своё наименьшее и наибольшее значения, то f(x) ≤ M;
f(x) ≥ m => m(b-a) ≤ ≤ M(b-a)
8) |
|
≤ |
9) Теорема о среднем: если y=f(x) непрерывна на [a;b], то на этом промежутке найдётся хотя бы одна (.)ξ, что справедливо равенство: = f(ξ)*(b-a)
10)
= 0
Если подынтегральная ф-ия нечётная, то интеграл по симметричному промежутку = 0
11)
= 2
, если f(-x)=f(x).
83. Теорема Барроу.
Теорема Барроу: производная интеграла с переменным верхним пределом = значению подынтегральной ф-ии на верхнем пределе.
(
)’
= f(x)
Док-во: = φ(x), φ’(x) = f(x) , зададим приращение x -> ∆x, тогда ∆x – S криволинейной трапеции с основанием ∆x и высотой f(ξ), где ξ принадлежит [x; x+∆x].
∆φ = f(ξ)
∆x=>
f(ξ)=
; перейдём к
= φ’(x)
= f(x)
=> φ(x)
– первообразная для f(x).
84. Формула Ньютона-Лейбница.
Теорема Ньютона-Лейбница: если y=f(x) определена на [a;b] и имеет первообразную F(x) такую, что F’(x)=f(x), тогда = F(b)-F(a), т.е. определённый интеграл = приращению первообразной подынтегральной ф-ии на промежутке интегрирования.
Док-во: введём y=φ(x) = => φ(x), F(x) – первообразная для f(x)
φ(x) = F(x)+c ; докажем, что φ(b) = F(b) – F(a):
]x=a, φ(a)
=
= F(a)+c=0 => c = -(a), тогда
φ(x)
= F(x) – F(a)
]x=b, φ(b) = F(b) – F(a) ч.т.д.
85. Метод интегрирования по частям в определённых интегралах.
Теорема: пусть ф-ии u и v дифференцируемы на [a;b], тогда имеет место формула:
-
Док-во: d(uv)
= du*v
+ d
=>
=
+
=
–
= u*v -
86. Метод интегрирования заменой переменной в определённом интеграле.
Теорема: пусть дан , где f(x) непрерывна на отрезке ab.
Введём новую переменную x=φ(t), если:
1) φ(α) = а, φ(β) = b
2) φ(t) и φ’(t) – непрерывны на [α; β]
3) f(φ(t)) – определена и непрерывна на [α; β]
Тогда
=
Док-во: см. док-во метода замены переменной в определённом интеграле;
∫f(x)dx = F(x) + c
∫f[φ(t)]* φ’(t)dt = F[φ(t)] + c => = F(b)-F(a)
= F[φ(β)] – F[φ(α)] = F(b) – F(a) ч.т.д.
87. Несобственные интегралы I рода.
Интегралы вида
,
,
,
где f(x)
– определённая и непрерывная для всех
х ф-ия, называются несобственными
интегралами I
рода или интегралами с бесконечными
пределами.
Несобственный интеграл называется сходящимся (или сущ.), если сущ. конкретный предел определённого интеграла на [a;b] при стремлении какого-нибудь конца к бесконечности.
=
=
=
+
=
+
Замечание: для того, чтобы сущ.последний интеграл, необходимо, чтобы оба предела были меньше бесконечности.
Несобственные интегралы I рода называются расходящимися, если предел от определённого интеграла = ∞ или не существует.
88. Несобственные интегралы II рода.
Пусть f(x) терпит разрыв II рода на [a;b].
Несобственные интегралы от ф-ий, терпящих бесконечный разрыв на каком-то конце интервала, либо в какой-то точке внутри интервала интегрирования, называются сходящимися, если существуют пределы от определённых интегралов вида:
=
,
x=a
– разрыв II
рода
=
,
x=b
– разрыв II
рода
=
+
=
+
Замечания:
1) несобственные интегралы II рода называются интегралами от неограниченных ф-ий;
2) если (.) разрыва находится внутри интервала, то для того, чтобы интеграл сходился, необходимо, чтобы существовали и были конечны оба предела, стоящие с правой стороны;
3) если y=f(x) определена на [a;b] и имеет внутри этого промежутка конечное число (.) разрыва с1, с2…сn, то интеграл от ф-ии представляется в виде:
=
+
+…+
.
89. Функция нескольких переменных. Основные определения.
Пусть D расположена в области Rn . Если в каждой (.)М(x1, x2,…,xn) принадлежит D в Rn, по некоторому правилу подставить в соответствии с числом u=f(M), принадлежащим E в R1, то говорят, что на множестве D задана ф-ия нескольких переменных или ф-ия (.).
1) M(x,y) принадлежит D в R2: z=f(x,y)=x2+y2 – явно, а x2+y2+z2=1 - неявно
2) M(x,y,z) принадлежит D в R3: u=x+y*z-3 – ф-ия трёх переменных.
90. Предел и непрерывность ф.н.п. Свойства непрерывных функций.
Пусть y=f(M)
определена в некоторой окрестности
U(M0)
в Rn
за
исключением, может быть, самой (.)M0
, число a
называется пределом ф-ии f(M)
при M->
M0
, если для
любого E>0
сущ. δ>0
такая, что |f(M)-a|<E.
=a,
f(M)
при M->M0
a.
Ф-ия f(M) непрерывна в (.)M0, если выполняются следующие условия:
1) f(M) определена в некоторой окрестность (.)M0;
2) сущ.предел при M->M0 ф-ии f(M);
3) =f(M0)
Ф-ия непрерывна в области, если она непрерывна в каждой (.) этой области.
Свойства ф-ий, непрерывных в области:
1)если f(M) и g(M) непрерывны в некоторой окрестности (.)M0 , то их сумма, разность, произведение и частное при условии, что g(M0)≠0, также непрерывна в U(M0);
2) если f(M) непрерывна в (.)M0 и f(M0)≠0, то сущ. δ>0 для любого Euδ(M0) => f(M)≠0 и имеет тот же знак, что и f(M0);
3) если f(M)
непрерывна в ограниченной и замкнутой
области
,
то она ограничена в этой области, т.е.
сущ. N>0
такая, что для каждой M,
принадлежащей
=> |f(M)|≤0;
4) если f(M) непрерывна в ограниченной и замкнутой области , то она принимает в своё наибольшее и наименьшее значения, т.е. сущ. (.)M1, M2 , принадлежащие : f(M1) -> min, f(M2) ->max;
5) если f(M) непрерывна в ограниченной и замкнутой области и сущ. (.)M1, M2 , принадлежащие , в которой ф-ия имеет разные знаки, то сущ. (.)M0 из такая, что f(M0)=0.
Множество точек, в которых нарушается условие непрерывности ф-ии, называется множеством точек разрыва ф-ии.
91.Частные производные I порядка ф.н.п.
Частным приращением f(x) в (.)M по переменной xk с шагом ∆xk называется величина ∆xkf = f(M1)-f(M)=f(x1, x2,…,xk+∆xk,…,xn) – f(x1, x2,…,xk+∆xk,…,xn).
Частной производной f(x) по переменной xk называется предел отношения частного приращения ф-ии f(x) по xk к приращению аргумента ∆xk при стремлении последнего к нулю произвольным образом.
f’xk(M)
=
(M)
=
Замечания:
1) частная производная существует, если существует предел, стоящий в правой части равенства;
2) вычисление частной производной сводится к вычислению обычной производной от f(x), если переменные (x1, x2,…,xk-1 , xk+1,…,xn) считать const.
Частный случай: z=f(x,y), тогда ∆xz = f(x+∆x,y) – f(x,y)
∆yz = f (x,y+∆y) - f(x,y)
z’x
=
=
z’y
=
=
92. Частные производные высших порядков ф.н.п.
Частной производной
«n»-порядка
называется производная по какой-либо
переменной от некоторой частной
производной n-1
– порядка.
=
[
]
Замечание: если
при дифференцировании используется
,
то такие производные называются
смешанными.
Теорема: пусть
f=z(y)
определена вместе со своими частными
производными в (.)M0
(x0,y0)
причём
и
тогда
=
Замечание: теорем верна и для производных старших порядков.
93. Полный дифференциал ф.н.п. I порядка.
Полным приращением в (.)M называется выражение вида ∆f(M)-f(M1)-f(M)=f(x1+∆x1, x2 + ∆x2,…,xk + ∆xk ,…, xn+∆xn)
Дифференциалом
I
порядка y=f(M)
называется выражение вида dt(M)
=
(M)dxk
=
f’x1dx1+f’x2dx2+…+f’xkdxk+…+f’xndxn
Частные случаи:
n=2
: z=f(x,y)
, dz
=
dx
+
dy
n=3 :
u=f(x,y,z) du =
dx
+
dy
+
dz
94. Производная по направлению.
Пусть в области Ω в R3 ; u = f(x,y,z) и вектор ℓ = { ℓx , ℓy , ℓz }.
Производной от
ф-ии f(x,y,z)
в (.)M0
(x,y,z)
в направлении вектора ℓ называется
предел отношения
при ∆ℓ -> 0, где ∆ℓ = |вектор ∆ℓ|=
=
,
=
*cosα
+
*cosβ
+
*cosγ
95. Градиент ф.н.п. и его свойства.
Градиентом ф-ии
называется вектор, проекция которого
на оси координат равны частным производным
этой ф-ии по соответствующей координате.
f
= grad
f
= [
…
]
Частный случай: z=f(x,y) , z = {f’x ; f’y} , u = f(x,y,z), u = {u’x;u’y;u’z}
Замечание: градиент z=f(x,y), который задаёт поверхность в пространстве R3 , является вектором, направленным по нормали (перпендикулярно) к данной точке.
Свойства градиента:
1) Производная по направлению вектора ℓ = скалярному произведению градиента ф-ии на орт этого направления (орт – вектор единичной длины, имеющей то же направление, что и исходящий вектор).
Следствие: производная по направлению = проекции градиента на это направление.
2) Производная по направлению принимает своё наибольшее значение, если это направление совпадает с градиентом этой ф-ии. max = || f||
Док-во: = || f||*||вектор ℓ0||*cosφ = || f||*cosφ, max cosφ=1, φ=0 => вектор ℓ= f.
3) Градиент ф-ии f(m) направлен по нормали к поверхности уровня в сторону возрастания ф-ии.
4) Производная по направлению вектора, касательного к поверхности уровня, равна 0.
96. Дифференциалы высших порядков ф.н.п.
d2f
=
)2
f*dxi*dxj
Частные случаи:
n=2
, d2f
)2
f*dx*dy
=
dx2
+2
dxdy
+
dy2
97. Дифференцирование сложных ф.н.п.
98. Дифференцирование неявно заданных ф.н.п.
99. Интеграл по области. Определение.
Интегралом от
ф-ии f(M)
по области Ω в Rn
называется
предел интегральной суммы (1) при
стремлении
к 0, если этот предел существует, конечен
и не зависит от способа составления
интегральной суммы.
∫f(M)dμ
=
i)*∆μi
Диаметром области D называется max из расстояний между любыми двумя точками этой области.
100. Интеграл по области. Свойства.
1)
2)
=
1
2
тогда
=
+
3)
= k
4)
=
+
5) если f(M) ≥ 0 для любой M, принадлежащей Ω, то ≥ 0
6) если f(M)
≤
для любой M,
принадлежащей Ω, то
≤
7) если m
≤ f(M)
≤
для любой M,
принадлежащей Ω, то m*
(Ω) ≤
≥
(Ω)
8) |
| ≤
101. Двойной
инт-л.
Рассмотрим плоскую обл-ть D
и ф-цию f(x,y)-непрерыв
в D.
1.разобъем обл-ть произвольным образом
на n-непересек
частей. D=Ui=1nDi,
2. в каждой подобласти Di
произв образом выберем (·) Mi
(xi,yi),
3.i=1,n.
f(Mi)=f(xi,yi)
и f(Mi)·∆si,
4.λ=max
обознач через λ max
из диаметр частич областей. 5. Составим
"n"-ую
интегр сумму Sn=∑f(Mi)
·∆si=∑f(xi,yi)
·∆si.(1)
Перейдем к графику в интегр сумме (1)при
λ
,т.е.
при стягив max
из частич областей в точку. Двойным
инт-лом по обл
назыв lim
инт-ой суммы (1) при λ
,
если этот lim
сущ,конечен и не зависит от способа
составления инт суммы
.
=
.
Геом
смысл:а)если
подинтегр ф-ция =1,то
=S(D)-площадь
обл-ти.б)если f(x,y)≥0,то
=V
цилиндр поверх
102. Вычисление
двойного интеграла в декартовой системе
координат. а)рассмотрим обл-ть:D-прямоуг,
задаваемый неравенство
м,
Di-прямоуг
со сторонами ∆xi
и ∆yj
⇒∆sij=∆xi·∆yj;
Sn=∑f(Mi)
·∆si=∑f(xi,yj)
·∆s= ∑f(Mk)
·∆sk=∑i=1∑j=1f(xi,yj)·∆xi·∆yj;
введем: λ1=max
∆xi
0,
λ2=max
∆yj
0
поэтому
=
=
=
Вывод:
для того чтобы высчитать двойн инт-л
по прямоуг надо подинт ф-ию f(x,y)
проинт сначала по перемен y
от нижнего предела с до верхнего d
считая их с константой, а затем получен
ф-цию проинт в промеж (a,b)
Рисунок
Пример:
,
D=
,
=
=
=
dx=26/3
=26/3
=13/3.
Обл-ть назыв
правильной в направл иси oy,если:1.проекция
обл на ось ox=промеж(a,b);2.любая
прямая,провед внутри этой обл || оси oy
пересек границу этой обл не боле чем в
2х точках, т.е. обл задается D=
Рисунок
Обл-ть назыв правильной если она правильная в направлении обеих осей.
103. Криволин
коорд-ты. Пусть на плоск R2(oxy)
задана обл-ть D,
опред-мая сист нерав
(1),рассмотр
R2
с введён на ней сист корд (oξη).Тогда
сист (1) каждой (·)М(x,y)
из D
поставит в соотв (·)N(ξ,η)
из D~.
Если т.М будет перемещ внутри обл D,то
в то же время тN
будет перемещ в обл D~⇒D
D~.
Если двум различн тМ будут соотв две
различ тN
то можно утверждать,что сист(1) будет
разрешима однознач относительно x,y,
т.е. можно рассматр сист:
(2)
при этом D~
D.
При этом между обл D~
D
возникает взаимно однозначное соотв
и набору корд тМ(x,y)
будет соотв единств набор корд (ξ,η)
⇒
корд (ξ,η)
можно рассматр как коорд тМ. Рисунок
Линии,на кот одна из корд принимает постоян знач назыв координ линиями.В R2 (x,y) это:x=x0,y=y0, в R2(ξ,η) это: ξ= ξ0, η= η0.
104. Элемент площади
в криволин коорд. Рассмотр
,
R2(oξη)
R2(oxy)
Рисунок
Рассмотр R2(oξη)
∆s;
A1=(ξ,η)=B1(x,y)=B1(x(ξ,η),y(ξ,η)),
A2=(ξ+∆ξ,η)=
B2(x(ξ+∆ξ,η,η),y(ξ+∆ξ,η)),
A3=(ξ+∆ξ,η+∆η)=
B3(x(ξ+∆ξ,η+∆η),y(ξ+∆ξ,η+∆η)),
A4=(ξ,η+∆η)=
B4(x(ξ,η+∆η),y(ξ,η+∆η)).
∆s~=∆ξ·∆η.
J(ξ,η)=
-якобиан,
сл-но: ∆s~=
|J(ξ,η)|·∆ξ·∆η
–геом.смысл
якобиана
заключ в том,что он=коэф искажен площади.
105. Замена перемен
в двойн инт-ле. для того чтобы сделать
замену необход:1.в f(x,y)вместо
x
и y
подставить x(ξ,η)
и y(ξ,η),2.dxdy
заменить на |J(ξ,η)|dξdη,3.заменить
обл D
на D~.
=
.
Пример:
,где
D=
,
x=rcosφ,y=xsinφ,
f(r,φ)=
=
;
D~=
⇒
I=
=-1/2
=1/3a2
=2πa2/3
106. Тройной
инт-л от
ф-ции f(x,y,z)
по обл Ω – lim
инт-ой
суммы: ∑f(xi,yi,xi)·∆vi
при λ
,где
λ-max
из диаметров частич областей (т.е.при
стягив частич обл в (·) если этот lim
сущ,конечен и не зависит от способа
составления интегр суммы):
.
Замеч: если обл-ть Ω разбивать на частичн
обл-ти плоскостями ||координ плос-ям,то
в кач-ве частичн обл-ей получ элементар
параллелепипед,Vкоторого=∆x·∆y·∆z.Геом
смысл:исходя
из св-в инт-ла по обл-ти,если f(x,y,z)=1
⇒
=
V(Ω)
107. Вычисл тройного
инт-ла в декарт координ. Пусть некот
простран обл Ω ограничена замкн пов-ю
Q=Fr
Ω. Простр
обл Ω назыв
правильной
в направлении оси oz,если:1.любая
прямая || оси oz
пересек поверхн Q
не более,чем в 2-х (·),2.вся обл Ω проектир
на плоск oxy
в правильную плоскую обл-ть D.
Простр обл
Ω назыв правильной
если она
правильна в направ всех 3-х осей.
Замеч:если обл Ω правильная,то она
задаётся след сист двойн неравенств:
Ω=
(1),
где φ1(x),
φ2(x)-верх
и ниж границы плоской обл-ти D,
ψ1(x,y),
ψ2(x,y)-
верх и ниж пов-ти огранич-е Ω. Рисунок
Если простр обл
Ω задается сист нерав (1),то 3-ой инт-л
ф-ции
=
.Вывод:чтобы
вычислить 3-ой инт-л в дек.коорд надо
обл-ть Ω представ в виде нерав (1) и проинт
ф-цию f
при произв,но фиксир x,y,
т.е. считая их const
в пределах от (·) входа на нижн пов-ти
ψ1(x,y)
до (·) выхода на верх пов-ти ψ2(x,y).
Затем,получ рез-т проинт при произв,но
фиксир x
от ниж границы φ1(x)
до верх φ2(x)
обл-ти D.
Проинт получ рез-т по х в пределах его
наиб изменения в обл-ти D.
108. Вычисление
3-го инт-ла в криволин коорд. Пусть
(2). Определ взаимнооднознач соотв обл-ти
Ω из пр-ва oxyz
и обл-ти Ω~
в пр-ве O'ξ,η,χ,
тогда М(x,y,z)
Ω
!
(·)M~(
)
Ω~.
Таким образом набор
можно рассматр как корд тМ,кот будут
являться криволин корд в простр Oxyz.
Аналогич рассужд для 2-х мерной обл
можно записать,что ∆V=|J(
)|∆V~+O(∆V~),
где ∆V-объем
эл-та тела в Oxyz,
∆V~-\\в
O
.Модуль
якобиана=коэф искаж объема при соотв
преобразовании λ=diam(λi~),где
λi~
=V(λi~)-диам
частич тела. Замена
перемен:1.заменить
коорд ф-ции по формулам(2)=f(x(
))
и тд.,2.эл-т Vdv=dxdydz=|J(
)|dξdηdχ,3.обл-ть
Ω
заменить на обл Ω~.
109. Числ
рядом наз
выражение вида a1+a2+…+an=∑an(1),
где а1,а2-члены
ряда,аn-общий
член ряда.Замеч:
для того,чтобы задать ряд достаточно
записать правило определ общего члена
аn.
Сумма первых n-членов
ряда наз n-ой
частич суммой,
Sn=a1+a2+…+an.
Суммой ряда
(1)наз конеч или бесконеч lim
частич суммы Sn
при n
∞:
S=
Числ
ряз наз сходящимся,если
его сумма конечна и расходящ,если
его сумма=∞ или не сущ.
110.Свойства сходящ
рядов. Т-ма1:если
члены сход р - a1+a2+…+an=∑an
,имеющего сумму S
умнож на число λ≠0 то получ ряд ∑(λаn)
так же будет сход-ся,при этом его
S~=Sλ.Док-во1:
S=
,
S~=λa1+λa2+λan=λ(a1+a2+…+an)=λSn.
~=
=λ
=λS.
Т-ма2:
пусть ∑an-сход
и имеет своей суммой число А, ∑bn-сход,В.
Тогда эти два ряда можно склад(вычит)
так,что ряд ∑an±bn
сх-ся и его сумма=А±В. Док-во2:Sn~=(a1±b1)
+( a2±b2)+(
an±bn)=Аn±Вn.
Т-ма3:
ряд-a1+a2+…+an
и его
остаток (ряд an+1+an+2+…+an-р
получ из р(1) отбрас перв n-членов
наз n-ым
остатком р(1)) сход-ся или расх-ся
одноврем.Док-во3:состав
n-ую
частич сумму р(1):Sn=
a1+a2+…+an=Sk+S~n-k.Sk-частич
сумма р1, S~n-k-частич
сумма р
3.
=
,
таким образом на сход част суммы и сход
р1 влияет сход частич р3 и наоборот ⇒если
сущ
⇒сущ
.
Т-ма4:если
р1 сход-ся,то lim
его n-го
остатка при
=0.
Док-во4:∑k=n+1ak=Rn,тогда
Rn=S-Sn,
Rn=
S-Sn=S-
=S-S=0
111. Необход признак
сход-ти рядов. Т-ма:если
р a1+a2+…+an=∑an
сход-ся,то
его общ член an
стремится к 0 при n
,т.е.
,=0.
Док-во:Sn=
a1+a2+…+an-1+an.
Sn-1=
a1+a2+…+an-1.
Тогда можно заметить,что n-ый
член представл собой разность an=Sn-Sn-1.
=
=
-
Sn-1=S-S=0.
Следст:достаточ
призн расходим р:если общ член р не
стремится к 0 при n
,то
р расх=ся.Пример:∑n2/(5n2+3n),
an=
n2/(5n2+3n)
n
n2/5n2=1/5≠0-р
расх-ся.
112. Признаки
сравнения рядов с положительными
членами. Ряд a1+a2+…+an=∑an
назыв р с
положит членами,если для любого n
an≥0.
Т-ма1:признак
сравн1: пусть ∑ a1+a2+…+an
(1)и ∑ b1+b2+…+bn
(2)если каждый член р(1) не превосх соотв
члена р(2),т.е.
an≤bn
то:а)из сходим р с больш членами(2) следует
сход-ть р с меньш членами(1),б)из расх-ти
р с меньш членами(1) след расх-ть р с
больш членами(2). Т-ма2:признак
сравн2:если сущ конеч и отлич от 0
=k
(≠0,<∞) то р(1)и(2) сход-ся и расх-ся
одновремен. Следст:если
общ члены сравнив рядов эквивал при
n
,
то оба ряда
ведут себя одинаково. Замеч:сравнение
исслед р проводится со след эталон
р:∑1/np-обобщ
гармон р (р Дирихле) про кот известно,что
если p>1-р
сх-ся, p≤1-р
расх-ся;∑1/n-гарм
р,расх т.к. p=1
113. Достат признаки
сход р с полож членами.а)признак
Даламбера:(использ
при an=n!,/
и· np,an).Т-ма:если
в р с положит членами ∑аn(an≥0)(1)
отношение (n+1)-члена
к n-му
члену при
имеет конеч lim
d
(liman+1/an=d),
то р сход-ся если d<1,
р расх-ся если d>1.Замеч:если
d=∞
р расх-ся,если d=1
треб доп исслед,т.е. применить другой
признак.б)радикал
признак Коши:Т-ма:если
для р с положит членами величина
при
имеет конеч lim
–d
(lim
=d),то
если d<1-р
сх-ся,если d>1-р
расх-ся.Замеч:1)такое
же,2)этот признак удобно применять в
тех случ,если общий член р явл степенью
какого-нить выражения.в)интегр
признак Коши:Т-ма:пусть
общ член р с положит членами (1) аn=fn.Если
ф-ция f(x),принимающая
в (·)х=n
хнач f(n),монотон
убывает на промеж (1,∞) то р(1) и несобств
инт-л
сход или расх одновремен.Замеч:1)чтобы
получить ф-цию f(x)
надо в общем члене заменить перемен n
на х.2)этот признак удобно применять в
тех случ,когда выраж аn
легко инт-ся,в частности методом завед
под знак диф-ла.
114. Знакочеред р наз р вида а1-а2+а3-аn+…+(-1)n+1an=∑(-1)n+1an+1,где an+1>0 (1). Признак Лейбница: если в знакочеред р(2) начин с некотор места члены р по абсолют величине монотон убыв-ие и общ член стремится к 0,тоеть 1.liman=0,2.an>an+1 то р сх-ся,его сумма положит и непревосх абсолют велич 1-го члена,т.е. S≤a1. Док-во:S2m=(а1-а2)+(а3-а4)+(а2m-1-a2m)>0, S2m=а1-(а2-а3)-(а4-a5)-…-(а2m-1-a2n)-a2m⇒S2m<a1, S= liman+1S2m⇒0<S<a1, S2m+1= S2m+a2n+1, S=lim(S2m+a2m)=lim S2m+lim a2m=S+0=S Объед рассужд для S2m и S2m+1 ⇒0<S<a1
115. Р вида а1+а2+а3+аn+…=∑an(1) где an-общ член р может принимать как полож так и отриц знач наз знакоперемен. Достат призн сход знакоперем р:Т-ма:если р |а1|+|а2|+|а3|+|аn|+…=∑|an|(2) составл из абсолют величин,членов р(1), сход-ся то и р(2)сх-ся,при этом говорят,что р(1) сход абсолютно. Пример:∑sinnα/n2, ∑|sinnα/n2|=∑|sinnα|/n2≤∑1/n2(p=2>1⇒р сход-ся⇒∑|sinnα|/n2-сх-ся⇒∑sinnα/n2-сх-ся абсолютно.Замеч:знакочеред р явл-ся частн случаем знакоперемен р,поэтому его исслед провод в два этапа:1.-абсолют сх-ть исслед,если её нет переходят ко 2 этапу-исслед сх-ти по Лейбницу,сход по Лейбн наз условная сход.Пример:∑(-1)n+1/n, 1этап(абсолют сх-ть): ∑|(-1)n+1/n|=∑1/n-гармонич р,т.к.р=1-р рас-ся⇒абсолют сход-ти нет,2 этап(услов сх-ть): ∑(-1)n+1/n-сх-ся(см призн Лейбница)
116. Р вида u1(x)+u2(x)+u3(x)+…+un(x)=∑un(x) (1) где un(x) –некотор ф-ция наз функцион рядом. Замеч:если аргумент х приним конкрет знач x0,то функцион р становится числовым рядом ∑un(x0) (2) и может бытьисследован с помощью признаков сход-ти числ рядов. Если р(2) сх-ся,то (·)х0 наз (·)сх-ти для р(1);если р(2) рас-ся,то (·)х0 наз (·)расх-ти. Множество всех знач х,для кот функцион р(1) сх-ся наз обл-ю сход-ти этого р. N-ой частич суммой р(1) наз выражение вида Sn(x)= u1(x)+u2(x)+u3(x)+…+un(x); Rn(x)= un+1(x)+un+2(x)+ …=∑k=n+1uk(x) наз n-ым остатком р(1). Если функц р имеет нанекотор множ-ве своей суммы ф-цию S(x),то говорят,что функцион р сх-ся на этом множ-ве к ф-ции S(x):S(x)=limSn(x). Степен р наз функцион р вида ∑cn(x-a)n,где cn-коэф р, а R.
117. Т-ма Абеля. Замеч:y=x-a,то получ р ∑сnyn(3) кот также явл степен р,но прост при изуч. Т-ма Абеля:1)если степен р ∑сnхn-сх-ся при x=x0≠0,то он абсолютно сх-ся для всех x:|x|<|x0| Рис 2)если р рас-ся при х=х1≠0,то он расх-ся х: |x|>|x0| Рис. Следств:для степен р(3) сущ симметрич относит нач коорд интервал –R<y<R,для всех (·)кот,степен р сход-ся абсолютно,а для |y|>R-р расх-ся.
118. Св-ва степ р: инт-л сходим степен р-инт-л (-R;R)такой,что для всех y,лежащ внутри инт-ла р сх-ся,а для всех y,лежащ вне инт-ла р расх-ся. Радиус сх-ти R степен р-число=половине длины инт-ла сход-ти с центром в нач коорд. Замеч: Рис 1)если степен р сх-ся только при х=0,то счит R=0;если р сх-ся всюду,то R=∞.2)т.к. т-ма Абеля не дает ответа на вопрос о сх-ти на концах инт-ла сх-ти,то исслед-ния в (·)х=R и х=-R провод для каждого конкрет р с использ признак сход-ти числ р отдельно.
119.Р Тейлора и Маклорена. Пусть ф-ция f(x) задана на некот инт-ле,содерж (·)А и бесконеч диф-ма в окрестности этой (·).Тогда степен р вида ∑(f(n)(a)/n!)(x-a)n(1) наз р Тейлора ф-ции f(x)и записыв f(x)~ ∑(f(n)(a)/n!)(x-a)n. Замеч:к бесконеч диф-мым ф-ям относятся степен,тригоном и остальные элемент ф-ции. Если р Тейлора сх-ся на инт-ле зад ф-ции f(x) и в каждой (·)этого инт-ла его сумма=соответ знач ф-ции,то имеет место рав-во: f(x)= ∑(f(n)(a)/n!)(x-a)n,кот наз разлож ф-ции в р Тейлора. Замеч:р Тейлора явл степен,при этом коэф разлож вычисл по ф-ле cn=f(n)(a)/n!. Частн случай р Тейлора соотв-ий знач a=0 наз р Маклорена: ∑(f(n)(0)/n!)(x)n.
120. Степенные ряды применяются в приближенных вычислениях: для вычисления ф-ций, определ интегралов, численного интегрир диф-ных уравнений и т. п. При этом полезно знать разложение в степенной ряд Тейлора некоторых функций; в скобках указан интервал сходимости ряда.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Пример.
Вычислить с точностью до 0,0001
,
разложив подынтегральную функцию в
ряд и затем проинтегрировав почленно.
Воспользуемся разложением функции
,
положив
.
Получили
знакочередующийся ряд Лейбница. Для
оценки остатка ряда используем признак
Лейбница:
.
При вычислении интеграла необходимо
обеспечить точность 0,0001, т. е.
,
следовательно, начиная с четвертого
члена (0,00002), можно все члены ряда
отбросить, вычисления ведем с одним
запасным знаком, округляем до 0,0001:
.
121. Локальный
экстремум ф.н.п. (·)М0(x0,y0)
наз лок
min(max)
ф-ции z=f(x,y),если
(·)М(x,y)
U(M0)⇒f(x0,y0)≤f(x,y)(
f(x0,y0)≥f(x,y)).
(·)лок extr
наз (·) лок min(max).
Т-ма1(необход
услов лок extr):для
того,чтобы ф-ция z=f(x,y)
имела в (·)М0(x0,y0)
лок extr
необход,чтобы в этой (·) она была 2-диф-ма
и её частные произв 1-го порядка= в
этой(·) 0. (·) в которых частн произв 1-го
порядка обращ в 0 наз стационарными
(·) этой
ф-ции. Т-ма2(достат
услов лок extr
ф-ции 2-х перемен):пусть
ф-ция z=f(x,y)
2-ды диф-ма в окрест (·)М0(x0,y0)
и имеет в этой(·) нулевые частные произв
1-го порядка. Обознач через А=zxx''(x0,y0),B=
zxy''(x0,y0),C=
zyy''(x0,y0)
и через ∆:определитель
.
Тогда (·)М0(x0,y0)
будет явл (·) лок extr,если
∆>0 при этом:если А<0,то(·)М0-(·)лок
max,
если А>0,то(·)М0-(·)лок
min.Если
же ∆<0, то в (·)М0-лок
extr
нет,а при ∆=0 необход провести доп
исслед.Пример:z=x2+y2
1.найти стац(·)
⇒
М0(0,0)-cтац(·).
А= zxx''=2,
B=
zxy''=2,
C=
zyy''=2.
∆=
=4>0⇒сущ
extr
т.к. А>0⇒(0,0)-лок
min.
122. Условный экстремум ф.н.п. Пусть ф-ция z=f(x,y) определена в некот обл-ти D изR2 и в этой же обл-ти задана кривая уравнением φ(x,y)=0(ур связи). Услов extr ф-ции 2-х перемен z=f(x,y) наз её extr при условии,что (·) берутся на задан кривой.Для нахожд условн extr использ 2 метода:1)мет подстановки-если из уравнения связи можно ярко выделить y=y(x) то задача о нахожд усл extr сводится к задаче о нахожд extr ф-ции одной перемен,2)мет множителей Лагранжа-вопрос о существ и хар-ке условн extr решается на основании изучения знака диф-ла 2-го порядка ф-ции Лагранжа: d2F=Fxx''dx2+2Fxy''dxdy+Fyy''dy2 при условии,что диф-л уравнения связи=0:4x'dx+4y'dy=0 tckb d2F<0-min,если d2F>0-max.
