MI_T2TerekhovSV
.pdfТерехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.
Задания для самостоятельного решения
X. Ряды
Вариант 13
1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-
∞ |
1 |
|
∞ |
n2 |
|
|
|
ходимого признака сходимости ряда: а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
||||
n +3 |
n +1 |
||||||
n=1 |
|
n=1 |
|
||||
|
|
|
|
|
2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости:
∞ |
1 |
|
1 |
|
|
∞ |
|
|
4 |
|
|||
а) ∑ |
|
+ |
|
; |
б) ∑ |
|
|
. |
|||||
|
n |
|
|
|
2 |
|
|||||||
|
3 |
5 |
n |
4n |
+ 4n −3 |
||||||||
n=1 |
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|
3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения:
∞ |
2 |
|
∞ |
|
2π |
|
|
а) ∑ |
; |
|
|||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
||||
n 2 |
+1 |
б) ∑ tg |
|
. |
|||
n=1 |
|
n=1 |
|
3n |
4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера:
∞ |
n! |
|
∞ |
6 11 16 ... (5n +1) |
|
а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
||
n=1 |
(3n −1) 2 n |
|
n=1 |
1 3 5 ... (2n −1) |
5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:
∞ |
1 |
|
∞ |
arctg (5n ) |
|
|
а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
|||
|
|
|||||
n=1 |
n n +1 |
|
n=2 |
25 n 2+1 |
6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):
|
2 − 4 + |
|
6 − 8 |
|
|
|
∞ |
|
(−1 )n |
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
+...; |
|
|
б) ∑ |
|
. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
3 5 |
7 9 |
|
|
|
n=1 |
|
n3 (n +1) |
|
|
|
|
|
|
|||
7. Найти область сходимости функциональных рядов: |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
3(x + 2) |
|
32 |
(x + 2)2 |
|
33 (x + 2)3 |
|
|
∞ |
xn |
|
∞ |
(−1) n +1 |
|
|
||
а) |
|
|
+ |
|
|
+ |
|
+...; |
|
б) ∑ |
|
; |
в) ∑ |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
n 3 n |
|
|
|||||||||
|
1 |
|
|
|
1 2 |
|
1 2 3 |
|
|
n=1 |
|
n=1 n (n +1) xn |
+1 |
|
|||
8. а) Разложить функцию f (x) в ряд Тейлора (при |
x0 ≠ 0 ) или ряд Маклорена |
||||||||||||||||
(при |
x0 = 0 ); б) разложить данную функцию f (x) в ряд Маклорена, используя |
||||||||||||||||
стандартные разложения: а) f (x) = ln x ; |
x0 =1; |
|
|
б) f (x) = x sin (3x ). |
|
9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда:
(1+ x2 ) y'' = 2y ; y(0) =1; y ' (0) = 0 .
10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).
а) |
f (x) = x2 + x ; |
x (−π; π ]; |
б) |
f (x) =1−(2x /π) ; |
x (0; π ) (по синусам). |
|||
11. а) |
0, − 2 < x ≤ 0 |
; |
б) |
2, 0 < x |
≤ π / 4 |
(по косинусам). |
||
f (x) = |
0 < x ≤ 2 |
f (x) = |
π / 4 < x ≤ π |
|||||
|
x, |
|
|
1, |
|
230
Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.
Задания для самостоятельного решения
X. Ряды
Вариант 14
1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-
∞ |
∞ |
(−1)n |
|
|
ходимого признака сходимости ряда: а) ∑ tg (π n); |
б) ∑ |
. |
||
|
||||
n=1 |
n=1 |
n (n +1) |
||
|
|
2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости:
∞ |
1 |
|
1 |
|
|
∞ |
|
|
5 |
|
|
|||
а) ∑ |
|
|
|
|
б) ∑ |
|
|
|
|
|||||
|
n |
+ |
|
|
; |
|
2 |
|
. |
|||||
|
3 |
2 |
n |
25n |
− |
|||||||||
n=1 |
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
5 n −6 |
3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения:
∞ |
1 |
|
∞ |
2−n |
|
|
а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
|||
ln (n +1) |
|
|||||
n=1 |
|
n=1 |
n +1 |
|||
|
|
|
|
4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера:
∞ |
n! |
; |
∞ |
1 3 5 ... (2n −1) . |
|
а) ∑ |
б) ∑ |
||||
n=1 |
(n +1)2 |
|
n=1 |
8 11 14 ... (3n +5) |
|
5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:
∞ |
n |
|
|
∞ |
1 |
|
|
а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
||||
n4 +1 |
(n +8) ln (n +8) |
||||||
n=1 |
|
n=1 |
|
6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):
|
1 |
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
4 |
|
∞ |
(−1 )n |
|
|
|
|
|
||
а) |
− |
|
+ |
|
− |
+...; |
б) ∑ |
. |
|
|
|
|
||||||||
102 |
104 |
|
106 |
108 |
n=1 |
n!(2n +1) |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. Найти область сходимости функциональных рядов: |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
x3 |
|
|
|
∞ |
(x −1)2 n |
|
|
∞ |
(−1) n |
|
||
а)1 + x + |
+ |
|
+... ; |
|
б) ∑ |
; |
в) ∑ |
. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
2! |
|
|
3! |
|
|
|
|
n=1 |
n 7 n |
n=1 n2 (x + 2)n |
|
|||||||
8. а) Разложить функцию f (x) |
в ряд Тейлора (при |
x0 ≠ 0 ) или ряд Маклорена |
||||||||||||||||||
(при x0 |
= 0 ); б) разложить данную функцию f (x) в ряд Маклорена, используя |
|||||||||||||||||||
стандартные разложения: а) f (x) = cos x ; |
x0 = π / 4 ; |
б) f (x) =1/(5 − x2 ) . |
|
9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда: y' + y2 = ex ; y(0) = 0 . 10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).
−π / 4, |
−π < x |
≤ 0 |
; |
б) f (x) = 4x ; x (0; π ) (по косинусам). |
|
а) f (x) = |
π / 4, |
0 < x |
≤ π |
||
|
|
|
|||
11. а) f (x) = ex ; |
x (− 2; 2 ]; |
|
|
б) f (x) = 2x −1; x (0; 1 ] (по синусам). |
231
Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.
Задания для самостоятельного решения
X. Ряды
Вариант 15
1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-
∞ |
|
π |
|
|
∞ |
2 n |
|
|
|
; |
б) ∑ |
. |
|||||
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|||||
ходимого признака сходимости ряда: а) ∑ sin |
|
|
|
|
||||
n=1 |
|
9 n |
|
n=1 |
n +1 |
|
2. |
Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости: |
||||||||||||||
|
∞ |
|
3 n − 2 n |
|
∞ |
|
|
7 |
|
|
|
|
|||
|
а) ∑ |
|
; |
б) ∑ |
|
|
|
|
|
. |
|||||
|
|
|
n |
49n |
2 |
|
|
|
|
||||||
|
n=1 |
6 |
|
n=1 |
|
+ 7n −12 |
|||||||||
3. |
Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения: |
||||||||||||||
|
∞ |
|
|
|
|
∞ |
|
1 |
|
|
|
|
|
||
|
а) ∑ n +1 ; |
б) ∑ |
|
|
|
|
. |
|
|||||||
|
|
(n +3) 5 n |
|
||||||||||||
|
n=1 |
|
n |
n=1 |
|
|
|
||||||||
4. |
Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера: |
||||||||||||||
|
∞ |
n2 |
|
|
∞ |
2 n −1 |
|
|
|
|
|||||
|
а) ∑ |
; |
б) ∑ |
|
|
. |
|||||||||
|
n |
|
(n +1)! 4 |
n |
|||||||||||
|
n=1 |
3 |
|
|
n=1 |
|
|
|
|
5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:
∞ |
1 |
|
∞ |
n +1 |
|
а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
||
n=2 |
n ln 3n |
|
n=1 |
n + 2 |
6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):
|
а) − 2 |
+ 4 |
− 8 |
+16 −...; |
∞ |
(−1 )n |
|
|
|
|
||
|
б) ∑ |
. |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
3 |
6 |
9 |
12 |
n=1 |
n2 (n +3) |
|
|
|
|||
7. |
Найти область сходимости функциональных рядов: |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
∞ |
(x +3) n |
|
|
∞ |
(−1) n x2 n +1 |
|
|
|
а)1+ x + 2! x2 + 3! x3 +... ; |
б) ∑ |
|
; |
в) ∑ |
. |
||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
n=1 |
n2 |
n=1 |
4n −3 |
||||
8. |
а) Разложить функцию |
f (x) в ряд Тейлора (при |
x0 ≠ 0 ) или ряд Маклорена |
(при x0 = 0 ); б) разложить данную функцию f (x) |
в ряд Маклорена, используя |
стандартные разложения: а) f (x) =e−x2 ; x0 = 0 ; |
б) f (x) =sin(2x )+cos(3x ). |
9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда: y' − y3 = −x ; y(0) =1. 10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).
−1, |
−π < x ≤ 0 |
; |
б) f (x) = x2 −1; x (0; π ] (по косинусам). |
|
а) f (x) = |
1, |
0 < x ≤ π |
||
|
|
б) f (x) = 3x ; x (0; 1 ] (по синусам). |
||
11. а) f (x) =1− x ; |
x (− 2; 2 ]; |
232
Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.
Задания для самостоятельного решения
X. Ряды
Вариант 16
1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
n |
|
|
∞ |
|
|
1 |
|
|
|
|
|||
ходимого признака сходимости ряда: а) ∑ |
|
|
|
; |
б) ∑ |
|
|
|
|
|
. |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
n |
sin (π / 2 |
n |
) |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 n |
+ |
3 |
|
n=1 |
2 |
|
|
|
||||||||
2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости: |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
∞ |
(−1) n |
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
а) ∑ |
; |
|
|
б) ∑ |
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
2 n |
|
|
49n |
2 |
|
−56n −33 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
n=1 |
5 |
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения: |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
∞ |
|
|
π |
|
|
∞ |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
; |
б) ∑ |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
а) ∑ tg |
|
|
|
|
n5 +5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
n=1 |
|
|
7 n |
|
n=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера: |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
∞ |
|
n2 + 4 |
|
|
∞ |
|
n! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
а) ∑ |
|
; |
б) ∑ |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
3 n |
|
3n +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
n=1 |
|
|
n=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:
∞ |
1 |
|
|
∞ |
1 |
|
|
а) ∑ |
|
; |
б) ∑ |
|
. |
||
2 |
|
9 |
|
||||
n=1 |
(n +1) |
+1 |
n=2 |
n ln |
n |
6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):
|
−1+ 2 |
− 3 |
+ 4 +...; |
∞ |
(−1 )n |
|
|
|
|
|||||||||
а) |
б) ∑ |
. |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
3 5 7 |
|
|
n=1 |
n2 (n + |
3) |
|
|
|
|
||||||
7. Найти область сходимости функциональных рядов: |
|
|
||||||||||||||||
|
x |
|
x |
2 |
x |
|
3 |
∞ |
(x + 2) n |
∞ |
x2 n −1 |
|||||||
а) |
|
+ |
|
|
+ |
|
|
+...; |
б) ∑ |
|
|
|
; |
в) ∑ |
|
. |
||
|
4 |
|
4 |
|
4 |
|
|
n=2 |
n |
|
|
|
n=2 |
4 n (2n −1) |
||||
8. а) Разложить функцию |
f (x) в ряд Тейлора (при |
x0 ≠ 0 ) или ряд Маклорена |
||||||||||||||||
(при |
x0 |
= 0 ); б) разложить данную функцию f (x) в ряд Маклорена, используя |
||||||||||||||||
стандартные разложения: а) f (x) = cos x ; |
x0 = π / 3 ; |
б) f (x) = e−3x −cos(3x ). |
9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда:
y'' = (2x −1) y −1; y(0) = 0 ; y ' (0) =1.
10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).
0, |
−π < x ≤ 0 |
; |
б) f (x) = |
π − x |
; x (0; π ] (по синусам). |
|
а) f (x) = |
|
0 < x ≤ π |
||||
x, |
|
|
|
2 |
|
|
11. а) f (x) = 4 −2x ; |
x (−3; 3 ]; |
б) f (x) = ex ; x (0; 1 ] (по косинусам). |
233
Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.
Задания для самостоятельного решения
X. Ряды
Вариант 17
1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-
∞ |
(−1)n |
|
∞ |
5n2 −1 |
|
|
ходимого признака сходимости ряда: а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
|||
n3 |
|
|||||
n=1 |
|
n=1 |
n |
2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости:
∞ |
(−1) n |
|
∞ |
|
|
7 |
|
а) ∑ |
; |
б) ∑ |
|
|
. |
||
n |
49 n |
2 |
+ 21n −10 |
||||
n=1 |
3 |
|
n=1 |
|
|
3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения:
∞ |
|
2π |
|
|
∞ |
1 |
|
|
|
; |
б) ∑ |
|
. |
||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|||||
а) ∑ tg |
|
|
2 n +1 |
|||||
n=1 |
|
5 n |
|
n=1 |
|
4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера:
∞ |
10 n |
|
∞ |
3 5 7 ... (2n +1) |
|
а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
||
n=1 |
n! |
|
n=1 |
2 5 8 ... (3n −1) |
|
|
|
|
|
5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:
∞ |
1 |
|
∞ |
|
n |
|
а) ∑ |
; |
б) ∑ |
|
. |
||
n +1 |
n |
6 |
||||
n=1 |
|
n=1 |
+ 2 |
|
6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
∞ |
(−1 )n |
|
|
|
|
|
|
|
|||
а) |
|
|
− |
|
+ |
|
|
|
− |
|
+... ; |
б) ∑ |
. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
ln 2 |
|
ln 3 |
|
|
ln 4 ln 5 |
|
n=1 |
3 n n! |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
7. Найти область сходимости функциональных рядов: |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
x2 |
|
|
1 x3 |
|
|
|
1 x4 |
|
|
|
∞ |
|
|
|
π |
|
∞ |
|
||||||||||
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
∑ |
(x − 2)n sin |
|
∑ |
n! (x +3)n . |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
+...; |
б) |
|
|
|
; |
в) |
|
|||||||
|
2 |
|
|
|
2 3 |
|
|
|
|
22 4 |
|
|
|
n=1 |
|
|
2 n |
|
n=2 |
|
|||||||||
8. а) Разложить функцию f (x) |
в ряд Тейлора (при |
|
x0 ≠ 0 ) или ряд Маклорена |
||||||||||||||||||||||||||
(при |
x0 |
|
= 0 ); б) разложить данную функцию f (x) в ряд Маклорена, используя |
||||||||||||||||||||||||||
стандартные разложения: а) f (x) = x /(x + 4) ; x0 = 0 ; |
б) f (x) =sin(2x )−cos(2x ). |
9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда:
y'' − y cos x = x ; y(0) =1; y ' (0) = 0 .
10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).
а) |
f (x) = 3x − 4 ; |
x (−π; π ]; |
б) |
f (x) =1−2x ; x (0; π ) (по синусам). |
|||
11. а) |
f (x) = e−x ; |
x (−1; 1 ]; |
б) |
1, |
−1 |
< x ≤ 0 |
(по косинусам). |
f (x) = |
0 |
< x ≤1 |
|||||
|
|
|
|
x, |
|
234
Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.
Задания для самостоятельного решения
X. Ряды
Вариант 18
1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-
∞ |
2 n |
|
∞ |
7n +1 |
|
ходимого признака сходимости ряда: а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
||
n=1 |
5(n +1) |
|
n=1 |
n |
|
|
|
|
|
2. |
Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости: |
|||||||||||||
|
∞ |
2 |
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
1 |
|
|
|
а) ∑ |
; |
|
|
|
|
б) ∑ |
|
|
|
. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
n=1 |
7 n |
|
|
|
n=1 |
( 2 n −1) ( 2 n +1) |
|
||||||
3. |
Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения: |
|||||||||||||
|
∞ |
5−n |
|
|
|
|
∞ |
|
|
1 . |
|
|||
|
а) ∑ |
; |
|
|
б) ∑ |
|
|
|
||||||
|
n |
|
|
3 |
|
|||||||||
|
n=1 |
|
|
|
n=1 |
n |
n +1 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
4. |
Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера: |
|||||||||||||
|
∞ |
3 n |
|
|
|
∞ |
6 n |
|
|
|||||
|
а) ∑ |
|
|
; |
б) ∑ |
|
. |
|
||||||
|
( n +1)! |
|
3n + 2 |
|
||||||||||
|
n=1 |
|
n=1 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:
∞ |
|
2 n |
|
∞ |
1 |
|
|
а) ∑ |
|
; |
б) ∑ |
|
. |
||
n |
2 |
5 |
|
||||
n=1 |
+3 |
n=2 |
n ln |
n |
6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):
|
1 − 1 + |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
∞ |
|
(−1 )n |
|
|
|
|
|
|
|
а) |
− |
|
+... ; |
|
б) ∑ |
|
. |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
4 7 10 13 |
|
|
|
n=1 |
|
n! 2 n |
|
|
|
|
|||||||
7. Найти область сходимости функциональных рядов: |
|
|
||||||||||||||||
|
|
sin (2x) |
|
sin (3x) |
|
∞ |
|
(x −1 )n |
|
|
∞ |
(−1) n ( n 3 +1) |
|
|||||
а) |
sin x + |
+ |
+...; |
б) ∑ |
|
; |
в) ∑ |
. |
||||||||||
|
2 3 |
|
|
3 3 |
|
n=1 |
|
5 n |
|
n=1 |
3 n (x − 2)n |
|||||||
8. а) Разложить функцию |
f (x) |
в ряд Тейлора (при |
x0 ≠ 0 ) или ряд Маклорена |
|||||||||||||||
(при |
x0 = 0 ); б) разложить данную функцию f (x) |
в ряд Маклорена, используя |
||||||||||||||||
стандартные разложения: а) f (x) = tg x ; |
x0 = 0 ; |
|
б) f (x) = sin x − x cos x . |
9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда:
y'' + x y' + y = x2 ; y(0) = 0 ; y ' (0) = 0 .
10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).
а) |
−x, |
−π < x ≤ 0 |
|
; |
б) |
f (x) =1+ x ; x (0; π ] (по косинусам). |
|
f (x) = |
0, |
0 < x ≤ π |
|||||
|
|
|
|
|
|||
11. а) |
−1, |
− 4 < x ≤ 0 |
; |
б) |
f (x) = ex ; x (0; 1 ] (по синусам). |
||
f (x) = |
x, |
0 < x ≤ |
4 |
||||
|
|
|
|
|
235
Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.
Задания для самостоятельного решения
X. Ряды
Вариант 19
1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-
∞ |
(−1)n |
|
∞ |
3 n |
|
|
ходимого признака сходимости ряда: а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
|||
( 2 n −1)2 |
|
|||||
n=1 |
|
n=1 |
n +1 |
2. |
Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости: |
||||||||||||||
|
|
∞ |
2 |
|
|
|
|
|
|
∞ |
1 |
|
|
||
|
а) ∑ |
; |
|
|
|
|
б) ∑ |
|
. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
n=1 |
|
5 n |
|
|
|
|
|
n=1 |
( n +1) ( n + 2 ) |
|
|||
3. |
Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения: |
||||||||||||||
|
|
∞ |
|
1 |
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
а) ∑ |
|
|
|
|
; |
б) ∑ n +1 . |
|
|
||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
n=1 |
|
2 n |
+1 |
|
n=1 |
n |
|
|
|||||
4. |
Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера: |
||||||||||||||
|
|
∞ |
|
n! |
|
|
|
|
|
∞ |
π |
|
|
||
|
а) |
∑ |
|
|
|
|
|
|
∑ |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
б) |
|
n! sin |
|
. |
|
|
|
|
n=1 |
|
3n +1 |
|
|
|
n=1 |
2 n |
|
5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:
∞ |
n |
|
∞ |
1 |
|
|
а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
|||
n + 2 |
3 ( n +1)4 |
|||||
n=1 |
|
n=1 |
|
6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
∞ |
|
(−1 )n n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
а) |
|
|
− |
|
+ |
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
+...; |
б) ∑ |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
2 2 2 |
|
2 |
3 |
|
4 2 4 |
|
2 n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
3 |
|
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
7. Найти область сходимости функциональных рядов: |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
(x −1)2 |
|
|
(x −1)3 |
|
|
∞ |
xn |
|
|
∞ |
(−1) n n +1 |
|||||||||||||
а) (x −1)+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
+...; |
|
б) ∑ |
|
|
|
; |
в) ∑ |
|
n |
|
n . |
||||||
2 |
2 |
|
|
|
3 |
2 |
|
5 |
n |
n |
3 |
(x +3) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|
|
n=1 |
|
|
||||||||||
8. а) Разложить функцию f (x) в ряд Тейлора (при |
x0 ≠ 0 ) или ряд Маклорена |
|||||||||||||||||||||||||||||
(при |
x0 |
= 0 ); б) разложить данную функцию f (x) в ряд Маклорена, используя |
||||||||||||||||||||||||||||
стандартные разложения: а) f (x) = ln x ; |
x0 = 2 ; |
|
|
|
|
|
б) f (x) = e x −cos x . |
|
9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда:
y' = x + y ; y(0) =1; y ' (0) =1.
10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).
а) |
f (x) = 2x −1; |
x (−π; π ]; |
б) |
f (x) = x +5 ; |
x (0; π ) (по синусам). |
||
11. а) |
x +1, |
−1 < x ≤ 0 |
; |
б) |
f (x) = 2 − x ; |
x (0; 2 ] (по косинусам). |
|
f (x) = |
1, |
0 < x ≤1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
236
Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.
Задания для самостоятельного решения
X. Ряды
Вариант 20
1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-
∞ |
n +11 |
|
∞ |
1 |
|
|
ходимого признака сходимости ряда: а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
|||
n + 4 |
n ln n |
|||||
n=1 |
|
n=1 |
|
|||
|
|
|
|
2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости:
∞ |
3 n + 2 n |
|
∞ |
1 |
|
|
а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
|||
6 n |
( n +1) ( n +3) |
|||||
n=1 |
|
n=1 |
|
3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения:
∞ |
2 |
n |
|
∞ |
|
π |
|
а) ∑ |
; |
|
|||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
||||
n +1 |
б) ∑ sin |
|
. |
||||
n=1 |
|
n=1 |
|
5 n |
4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера:
∞ |
|
|
n! |
|
∞ |
1 4 7 ... (3n − 2 ) |
|
||
а) ∑ |
|
|
|
|
; |
б) ∑ |
|
|
. |
3 |
n |
( n +1)! |
2 |
n+1 |
|||||
n=1 |
|
|
n=1 |
|
|
5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:
∞ |
1 |
|
|
∞ |
n2 |
+1 |
|
а) ∑ |
|
; |
б) ∑ |
. |
|||
2 |
|
2 |
+3 |
||||
n=2 |
n ln |
n |
n=1 |
n |
|
6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):
|
1 |
|
|
2 |
|
3 |
|
4 |
|
|
|
|
|
∞ |
(−1 )n |
|
|
|
|
|
|
||||
а) |
|
− |
|
+ |
|
|
− |
|
+...; |
|
б) ∑ |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
3 |
|
|
5 |
|
7 |
|
9 |
|
|
|
|
|
n=1 |
n 3 ( n +1) |
|
|
|
|
|
|
||||
7. Найти область сходимости функциональных рядов: |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
x2 |
|
x4 |
|
x6 |
|
|
x8 |
|
|
∞ (−1)n (x +1)2 n 4 n |
|
|
∞ |
|
x |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑ |
|
|
|
|
|
∑ |
|
|
|
|
а) |
|
|
|
+ |
|
|
|
+ |
|
|
+ |
|
+... ; |
б) |
|
|
|
|
|
; |
в) |
|
3 n sin |
|
. |
|
2 |
|
|
4 |
|
|
|
6 |
|
|
8 |
|
|
n=1 |
n |
|
|
n=1 |
2 n |
||||||
8. а) Разложить функцию |
f (x) в ряд Тейлора (при x0 ≠ 0 ) или ряд Маклорена |
||||||||||||||||||||||||
(при |
x0 |
= 0 ); б) разложить данную функцию f (x) в ряд Маклорена, используя |
|||||||||||||||||||||||
стандартные разложения: а) f (x) =cos(x / 2 ); x0 = π / 2 ; |
|
б) f (x) = e 2 x −cos(2 x ). |
9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда:
y'' + y cos x = 0 ; y(0) = 3 ; y ' (0) = 0 .
10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).
а) |
f (x) = x +7 ; |
x (−π; π ]; |
|
б) |
f (x) = e x ; x (0; π ] (по косинусам). |
|
11. а) |
|
−1, |
−1 < x ≤ 0 |
; |
б) |
f (x) = 2 − x ; x (0; 2 ] (по синусам). |
f (x) = |
+3 x, |
0 < x ≤1 |
||||
|
1 |
|
|
|
237
Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.
Задания для самостоятельного решения
X. Ряды
Вариант 21
1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
n |
|
|
|
∞ |
n |
|
ходимого признака сходимости ряда: а) ∑ |
|
|
; |
|
б) ∑ |
. |
||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 n 2 + |
2 |
|
|
n=1 |
ln n |
|
|||
2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости: |
|
|||||||||||||||||
∞ |
( −1) n |
|
|
|
|
∞ |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||
а) ∑ |
; |
|
|
|
б) ∑ |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|||||
3 n |
|
|
|
|
( n + 2 ) ( n +3) |
|
|
|||||||||||
n=1 |
|
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
|
||||||||
3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения: |
|
|
||||||||||||||||
∞ |
|
π |
|
|
∞ |
|
ln |
(n + 2 ) |
. |
|
|
|
|
|
||||
а) ∑ sin |
|
|
; |
б) ∑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 |
3 n |
+1 |
n=1 |
|
|
n + 2 |
|
|
|
|
|
|
||||||
4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера: |
|
|
||||||||||||||||
∞ |
5 n ( 2 n +1) |
|
∞ |
|
1 3 5 ... ( 2n +1) |
|
|
|
||||||||||
а) ∑ |
|
; |
б) ∑ |
|
. |
|
|
|||||||||||
n=1 |
3n −1 |
n=1 |
|
|
|
n! |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:
∞ |
|
n 2 |
|
∞ |
arctg (2 n ) |
|
|||||
а) ∑ |
|
|
|
; |
б) ∑ |
|
|
|
|
|
. |
n |
3 |
|
4 n |
2 |
+ |
1 |
|
||||
n=1 |
|
+1 |
n=1 |
|
|
|
6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
∞ |
|
(−1 )n 2 n |
|
|
|
||
а) |
− |
|
+ |
|
− |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
−... ; |
б) ∑ |
|
|
. |
|
|
|||||
2 |
5 |
10 |
17 |
|
|
2 n −1 |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. Найти область сходимости функциональных рядов: |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
x2 |
|
|
|
x3 |
|
|
|
|
|
x4 |
|
x5 |
|
∞ |
|
(−1)n (n 2 +1 ) |
|
∞ |
||||||
а) |
|
|
+ |
|
|
+ |
|
+ |
+... ; |
б) ∑ |
|
; |
в) ∑ n! ( x +3) n . |
|||||||||||||
|
1 2 |
|
|
2 3 |
|
|
3 4 |
|
4 5 |
n=1 |
|
5 n (x + 4 )n |
|
n=1 |
||||||||||||
8. а) Разложить функцию f (x) |
в ряд Тейлора (при x0 |
≠ 0 ) или ряд Маклорена |
||||||||||||||||||||||||
(при |
|
x0 |
= 0 ); б) разложить данную функцию f (x) в ряд Маклорена, используя |
|||||||||||||||||||||||
стандартные разложения: а) f (x) = x ; |
x0 = 4 ; |
|
|
б) f (x) = x ln(10 + x ) . |
9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда: y' = y 2 − x ; y(0) =1. 10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).
а) |
f (x) = |
π, |
−π < x ≤ 0 |
; |
б) |
f (x) = x +π ; x (0; π ] (по синусам). |
π −x, |
0 < x ≤ π |
|||||
11. а) |
f (x) = x + 2 ; |
x (− 2; 2 ]; |
б) |
f (x) = x ; x (0; 1 ] (по косинусам). |
238
Терехов С.В. Математический инструментарий для студентов-физиков.
Задания для самостоятельного решения
X. Ряды
Вариант 22
1. Написать первые пять членов данных рядов. Проверить выполнение необ-
∞ |
n 2 |
|
∞ |
4 |
|
|
ходимого признака сходимости ряда: а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
|||
n +1 |
ln n |
|||||
n=1 |
|
n=1 |
|
|||
|
|
|
|
2. Исследовать ряды на сходимость, используя определение сходимости:
∞ |
1 |
|
∞ |
1 |
|
|
а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
|||
5 n |
( n + 4 ) ( n +5) |
|||||
n=1 |
|
n=1 |
|
3. Исследовать ряды на сходимость, используя признак сравнения:
∞ |
1 |
|
∞ |
n! |
|
|
а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
|||
3 22 n−1 |
n +5 |
|||||
n=1 |
|
n=1 |
|
4. Исследовать ряды на сходимость, используя признак Даламбера:
∞ |
3 2 n+1 |
|
∞ |
(3n + 2 )! |
|
|
а) ∑ |
; |
б) ∑ |
. |
|||
2 3 n−1 n |
|
|||||
n=1 |
|
n=1 |
10 n +1 |
5. Исследовать ряды на сходимость, используя интегральный признак Коши:
∞ |
|
n 3 |
|
∞ |
1 |
|
а) ∑ |
|
; |
б) ∑ |
. |
||
n |
4 |
n 2 + n |
||||
n=1 |
+5 |
|
n=1 |
|
6. Записать общий член ряда в случае а) и исследовать ряды на сходимость, используя признак Лейбница (в случаях а) и б)):
|
|
3 |
|
|
4 |
|
5 |
|
|
|
|
∞ |
(−1 )n |
|
|
|
|
|||
|
а) 2 − |
|
+ |
|
− |
|
|
|
+...; |
б) ∑ |
|
. |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
4 |
|
|
9 |
|
16 |
|
|
|
|
n=1 |
n 3 + 2 |
|
|
|
|
|||
7. |
Найти область сходимости функциональных рядов: |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
x3 |
|
x5 |
|
x7 |
|
∞ |
(−1)n−1 x n |
|
∞ |
( x − 2 ) n |
|
|||||||
|
а) x + |
|
|
|
+ |
|
|
+ |
|
|
+...; |
б) ∑ |
|
|
|
; |
в) ∑ |
|
. |
|
|
3 |
|
5 |
|
7 |
|
n ( 2 n −1) |
n! |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
n=1 |
|
n=1 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
8. |
а) Разложить функцию |
f (x) в ряд Тейлора (при x0 |
≠ 0 ) или ряд Маклорена |
(при x0 = 0 ); б) разложить данную функцию f (x) |
в ряд Маклорена, используя |
стандартные разложения: а) f (x) = e x ; x0 = −2 ; |
б) f (x) = e 3 x − 2 + cos(3 x ). |
9. Найти решение данного дифференциального уравнения в виде степенного ряда, указав первые четыре ненулевых члена этого ряда:
y'' = x sin y ' ; y(1) = 0 ; y ' (1) = π .
10, 11. а) Разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах; б) разложить в ряд Фурье данные функции в указанных интервалах либо по косинусам, либо по синусам (указано в скобках).
а) |
x, |
−π < x ≤ 0 |
; |
б) |
f (x) =π − x ; x (0; π ] (по косинусам). |
f (x) = |
0 < x ≤ π |
||||
|
1, |
|
|
f (x) = 2 x ; x (0; 2 ] (по синусам). |
|
11. а) |
f (x) =1− x ; |
x (−1; 1 ]; |
б) |
239