Контрольная работа по мат. анализу 29
Контрольная работа № 2 по математике
Вариант 21
Задание № 1. (0-3 балла) Исследовать сходимость рядов:
А) ; б) ; в) .
А) ;
Исследуем сходимость этого ряда с помощью признака сравнения в предельной форме. Сравним данный ряд с гармоническим рядом , который расходится (р=1). Найдем предел отношения общих членов этих рядов при .
Так как предел получился конечный, не равный нулю, то ряды ведут себя одинаково, следовательно, данный ряд также расходится.
Б) ;
Исследуем ряд На абсолютную сходимость. Рассмотри ряд из модулей:
Используем признак Даламбера. Для рассматриваемого ряда
;
Вычислим
Следовательно, по признаку Даламбера, исходный ряд сходится абсолютно.
Найдём интервал сходимости ряда , тогда или , аы.
Ряд сходится на интервале Абсолютно.
Исследуем поведение ряда на концах интервала сходимости:
При x=5 получим ряд , данный ряд расходится так как не выполняется необходимое условие сходимости ряда
При х=-19 получим ряд – данный ряд расходится аналогично предыдущему.
Имеем интервал абсолютной сходимости ряда: .
Задание № 2. (0-1 балла) Функцию разложить в ряд Тейлора в окрестности точки . Найти область сходимости полученного ряда:
, .
Используем стандартные разложения:
, тогда
Найдём интервал сходимости ряда ,
Ряд сходится на интервале .
Задание № 3. (0-1 балла) Проверить, удовлетворяет ли функция указанному уравнению:
, .
Решение
Найдём частные производные:
Тогда - не верно
Ответ: не удовлетворяет
Задание № 4. (0-2 балла) Исследовать на экстремум функцию:
.
Решение
1. Найдем частные производные.
2. Решим систему уравнений.
9•x2-9•y = 0
-9•x+9•y2 = 0
Получим:
Из первого уравнения выражаем X и подставляем во второе уравнение:
Откуда y1 = 0; y2 = 1; y3 = 0; y4 = 1
Данные значения Y подставляем в выражение для X. Получаем: x1 = 0; x2 = -1; x3 = 0; x4 = 1
Количество критических точек равно 4.
M1(0;0), M2(-1;1), M3(1;1), M4(1;-1)
3. Найдем частные производные второго порядка.
4. Вычислим значение этих частных производных второго порядка в критических точках M(x0;y0).
Вычисляем значения для точки M1(0;0)
AC - B2 = -81 < 0, то глобального экстремума нет.
Вычисляем значения для точки M2(-1;1)
AC - B2 = -405 < 0, то глобального экстремума нет.
Вычисляем значения для точки M3(1;1)
AC - B2 = 243 > 0 и A > 0 , то в точке M3(1;1) имеется минимум z(1;1) = 7
Вычисляем значения для точки M4(1;-1)
AC - B2 = -405 < 0, то глобального экстремума нет.
Ответ: В точке M3(1;1) имеется минимум z(1;1) = 7;
Задание № 5. (0-4 баллов) Найти общее решение обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка:
А) ; б) ;
В) ; г) .
Решение
А) ;
Данное уравнение – уравнение с разделяющимися переменными. Разделим переменные: . Интегрируем:
Посчитаем интегралы отдельно:
Тогда: или
Б) ;
Приведём уравнение к виду: ,
Это однородное дифференциальное уравнение. Его вид позволяет сделать замену и свести к уравнению с разделяющимися переменными, получаем
,
Уравнение примет вид ,
Разделяем переменные и интегрируем: . Посчитаем отдельно:
Тогда .
Выполнив обратную замену, находим общий интеграл исходного уравнения – решение, записанное в неявном виде: или
В) ;
- уравнение вида - линейное дифференциальное уравнение I порядка. Такое уравнение можно решать методом Бернулли с помощью подстановки где U и V две неизвестные функции. Подставляя в исходное уравнение получим
или
Так как одна из неизвестных функций может быть выбрана произвольно, возьмем в качестве V одно из частных решений уравнения
Тогда исходное дифференциальное уравнение примет вид
Рассмотрим каждое из получившихся уравнений. Первое уравнение – дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными. Разделяем переменные:
Интегрируя, находим
Подставим найденную функцию V во второе уравнение . Получим откуда
Это дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными. Решая его, находим функцию И:
Тогда
Возвращаясь к функции У, получим
Г) .
Данное дифференциальное уравнение является уравнением в полных дифференциалах. Оно имеет вид .
Проверим выполнение условия:
- условие выполняется.
Поэтому - дифференциал некоторой функции . Следовательно данное уравнение может быть записано в виде
При этом , .
Интегрируем первое равенство по х, получим , где - неизвестная функция, которую ещё предстоит найти.
Дифференцируем U по у, имеем .
Тогда используя то, что , получим или , тогда , и, следовательно,
Ответ: а) , б) , в)
Г)
Задание № 6. (0-2 балла) Найти решение обыкновенного дифференциального уравнения второго порядка, удовлетворяющее начальным условиям:
, , .
Решение
Решим соответствующее однородное уравнение
Составим характеристическое уравнение
Так как его корни действительные (), общее решение однородного уравнения имеет вид .
Частное решение неоднородного уравнения будем искать в виде , тогда
Подставим в исходное
Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях х в левой и правой части получим систему:
Тогда частное решение
Общее решение неоднородного уравнения примет вид:
Используем начальные условия: , .
Тогда:
Ответ:
Задание № 7. (0-1 балла) Решить систему обыкновенных дифференциальных уравнений:
Решение
Продифференцируем по t первое уравнение
Исключая с помощью второго уравнения и с помощью первого уравнения системы, получим
Таким образом, задача свелась к линейному однородному уравнению с постоянными коэффициентами второго порядка. Решим соответствующее однородное уравнение. Характеристическое уравнение имеет корни и . Следовательно, общее решение для х будет .
Подставляя х в первое уравнение, находим общее решение для у Ответ:
Задание № 8. (0-2 балла) Вычислить криволинейные интегралы:
А) , б) ,
- дуга кривой , .
Решение
А) Так как кривая L задана в полярной системе координат уравнением ,, то и
.
В нашем случае
Тогда
Б) ,
Перейдём к полярной системе координат: . Тогда интеграл примет вид:
Ответ: а) б)
Задание № 9. (0-1 балл) Вычислить двойной интеграл
По области , ограниченной указанными линиями:
, : , , .
Решение
Изобразим область интегрирования:
Тогда получим:
Задание № 10. (0-2 балла) Вычислить поверхностный интеграл первого рода По поверхности , где - часть плоскости , отсеченная координатными плоскостями. , : .
Решение
Так как : , то разделив обе части уравнения на 2, получим уравнение плоскости в отрезках: .
Получаем : , , ,.
Из уравнения : выразим z: .
.
Дифференциал площади равен:
Чтобы расставить границы интегрирования, найдем уравнение стороны АВ:
Ответ:
Задание № 11. (0-1 балла) Вычислить тройной интеграл :
, : , , .
Решение
Ответ:
Задание № 12. (0-2 балла) Разложить функцию в ряд Фурье в указанном интервале:
Решение
По формуле
Вычислим коэффициенты Фурье.
,
следовательно
,
Ряд Фурье имеет вид:
Задание № 13. (0-2 балла) Найти общее решение дифференциального уравнения в частных производных второго порядка:
Решение
Это уравнение параболического типа, так как для него
Уравнение характеристик
Пусть
Находим их частные производные
Получаем
Подставляя В заданное уравнение, получаем
Введем новую переменную
Тогда
Получили уравнение типа
Решим систему уравнений
Теперь запишем общий интеграл
Выполним обратную замену переменных
Задание № 14. (0-1 балла) Решить задачу Коши для уравнения колебания бесконечной струны:
, , .
Решение
Имеем
Воспользуемся формулой Даламбера
Учитываем, что а=1. Получим
Ответ:
Задание № 15. (0-2 балла) Найти решение задачи Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений, применяя преобразование Лапласа:
Решение
I. Имеем
II. Запишем систему операторных уравнений
Получили систему линейных дифференциальных уравнений относительно и . Решим систему по формулам Крамера:
Таким образом,
III. Перейдём к оригиналам.
Из равенств , , и
Следовательно, решение системы будет .
Ответ:
< Предыдущая | Следующая > |
---|