Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Сборник задач по высшей математике с контрольными работами 1 курс

..pdf
Скачиваний:
29
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
27 Mб
Скачать

 

 

H + R

 

 

 

( - s/к1-

 

 

 

Р = ду

I

(vAR2 -

(x - Я )2 -

(х -

H f ) ) x d x =

 

 

H - R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H + R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2ff7

J

Xy/R2 ~ { x ~ H ) 2dx =

 

 

 

 

H - R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x H = t , a; = t + Я , dx = dt,

 

 

 

 

 

 

t\ = —P , to P

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2(77

f

(t + H)y/R:2 - t 2dt =

 

 

 

 

 

 

- R

 

 

 

 

 

 

 

/

i

R

 

 

 

л

 

 

ч

=

2fl7( ~ 2 /

(л '2 -

<2) ^ ( л 2 -

<2) +

я /

V R 2 - t 2 dt\ =

 

'

 

 

 

 

- д

 

 

'

.

/ 1 2\/(Rr—t'2)3

П

a ( t

r ^ r ^ ;

R2

.

t \ |Л \

=2» 4 '2 ------3----- _„+Hb '/5^

+T " CS", 2 jL J =

 

 

 

 

 

= 2-)RH т

( | + |

) = „ » „ Я’

Подставляя значения г/, 7 , H , P, 7г получаем

 

 

 

 

P

= 9,81

1020 •тг •10 •0,04 « 12,6 кН.

9.3.258. Найти давление воды (плотность 7) на вертикальную пластин­ ку, имеющую вид равнобедренной трапеции. Высота ее равна /i, большее основание — Ь, меньшее, лежащее на поверхности воды, равно а.

Рис. 111

О Введем систему координат так как указано на рисунке 111. Давление жидкости на различные слои пластинки разное: за­ висит от глубины погружения х. Для решения задачи приме­ ним «метод дифференциала».

1.Пусть часть искомой величины р есть функция от я:

р= р(х) — давление на часть пластинки (трапеции), соответ­

ствующее отрезку [0; х] х € [0; Л], р(0) =

0, p(h) = Р,

2. Дадим аргументу приращение Ая

= dx. Функция р(х) по­

лучит приращение Ар (на рисунке: полоска — слой толщины dx). Найдем дифференциал dp этой функции. Ввиду малости dx будем приближенно считать полоску прямоугольником, все точки которого находятся на одной глубине х. Тогда по зако­

 

ну Паскаля dp =

g j \MN\ dx-sjc^, Найдем \MN\. Очевидно,

 

 

4

s

'

h

 

 

\MN\ = a + 2|MT|. Длину \MT\ находим из подобия треуголь-

 

ников М ТА и ВС А: ф щ

=

\МТ\ = ^

Тогда

 

|A/iV| = а + ^ ^ а х и ф

= д у (а + ^-j^x^xdx.

 

 

3. Интегрируя полученное равенство в пределах от х = 0

 

до х = h, получим

 

 

 

 

 

 

л

 

,

 

 

 

 

P = ду J

(ах Н-----я2^ dx = - д^Н2{а + 26).

 

о

 

 

 

 

 

9 .3 .259 .

Найти силу давления воды (плотность 7) на круглый иллюми­

 

натор диаметром D (в вертикальном борту судна) наполовину

 

погруженный в воду.

 

 

 

 

9.3 .260 .

Вычислить силу давления воды (плотность 7 ) на прямоуголь­

 

ные ворота шлюза, ширина которых а, высота 6, если шлюз

 

заполнен водой на одну треть.

 

 

9 .3 .261 .

Вода заполняет полностью резервуар кубической формы с ре­

 

бром, равным 0,5 м. Найти силу давления воды на:

 

 

а) дно резервуара;

 

 

 

 

 

 

б) боковую стенку.

 

 

 

 

9 .3 .262 .

Найти статический момент однородной (плотность 7

= const)

 

дуги кривой у = COST, 0 ^ х ^

относительно оси Ох,

 

О Используем формулы (3.23). Так как у = cos я, то

 

 

dl = y/l + (cos я)' dx = \/l + sin2 я dx.

 

 

Имеем

 

 

 

 

 

 

2

_______

 

2

 

 

Sx = y J cos xy/l + sin2 я dx = 7

J y/l + (sin я) 2 d(sin я) =

 

о

 

 

 

о

 

 

= 7 ^^!ïl£\/i 4- sin2 я + ^ Ь ф тя + Vl + sin2 я

=

 

\ Z

 

 

Z

'

0

= 7(‘T + ^ ln(1 + ^ ) ) = ^7(v^ + ln(1+N^))- 9

9.3.263. Вычислить массу и момент инерции плоского однородного стержня (7 = 1) длины I относительно его конца.

Q Совместим стержень с отрезком оси Ох, 0 ^ х ^ I, (левый конец стержня — в точке О). Для нахождения массы стержня используем формулу (3.25), положив в ней у = 0, у' = 0:

I

_____

/

т = J

7 \/l 4- О2 dx = 7х|о = 7 1

(результат известен: стержень однородный). Момент инерции стержня равен моменту инерции его относительно оси Оу. При­ меним формулу (3.23):

М,

- j

yx2\/l + О2dx = 7

у

Т|!

 

у

3

 

 

 

 

т. е. М„ = ^ - =

 

где т — масса стержня.

 

 

9.3.264. Найти центр тяжести одной арки однородной (7

= const) ци-

[ х = a(t — sin t),

 

 

 

клоиды

 

а ^ £ < 2тг.

 

 

 

у= а (1 - cost),

ОПервая арка циклоиды симметрична относительно прямой х = 7га. Поэтому абсцисса центра тяжести кривой равнао тга,

т.е. хс =

7Га. По формулам (3.23) и (3.25) находим ус =

и

Хг - ТП

 

 

 

7 / 027Г а (1 - cos t) J[a (t - sin t)']2 +

(1 — cos t)'] “ dt

 

yc = -------------------

■?■.------------------------------------------

-----------

 

 

7 / 027Г у [a(t - sint)']2 + [a(l -

cost)'] - dt

 

a

/-2ТГ

 

 

f.

(1 -

cos t) •a •2 sin -

_

Jo_____________________2

"

a

 

f 2n

t

 

Jo

2 sin -d t

 

 

2

 

r2n

^

^

 

dt

2a

2 sin2 -

* sin -

dt

 

J Q________ 2_____ 2

_

~~

4cos|ir

 

_

 

~ 2 ^a Spn(1 ~ cos2 I) <*(cosé)

 

 

l

t

1 ,«412*

8

 

4

 

/

 

 

 

 

 

 

>+s+s)

= —a,

 

 

 

 

 

3 1

7 f0 n a(t — sin t) •2asin | dt __

 

 

Xc

 

 

7 *8 a

 

 

 

=

2a2 Г27Г (t •sin 5 - sin t sin 5) dt

1

7ra.

----- ^--------------

 

*----------------

2^— _

_ a(47r - 0) =

 

 

 

8o

 

4

 

9 .3 .265 .

Найти координаты центра тяжести однородной дуги (7 = const)

 

окружности х2 + у2 = R 2, расположенной в третьей координат­

 

ной четверти.

9 .3 .266 .

Вычислить момент инерции относительно осп Оу окружности

 

х 2 + у 2 = Я2, масса которой равна т .

9 .3 .267 .

Найти координаты центра тяжести однородной дуги астроиды

 

х = cos3 t, у = sin3£, расположенной левее оси Оу.

Дополнительные задачи

9 .3 .268 .

Скорость тела, брошенного вертикально вверх с начальной ско­

 

ростью VQ, без учета сопротивления воздуха, равна v = Vo —gt,

 

где t — протекшее время, g — ускорение свободного падения.

 

На каком расстоянии от начального положения будет находит­

 

ся тело через t секунд от момента бросания? На какую макси­

 

мальную высоту поднимется тело?

9 .3.269.

Скорость движения точки v = te~°'üot м/с. Найти путь прой­

 

денный точкой от начала движения до полной остановки.

9.3.270.

Найти работу, которую надо затратить, чтобы выкачать жид­

 

кость (плотность 7) из вертикального цилиндрического резер­

 

вуара высоты Я и радиусом основания R.

9.3.271.

Найти работу, затраченную на выкачивание жидкости (плот­

 

ность 7) из корыта, имеющего форму полуцилиндра, длина ко­

 

торого Я , радиус R.

9.3.272.

Вычислить силу, с которой вода давит на плотину, сечение ко­

 

торой имеет форму равнобочной трапеции. Размеры трапеции

 

(плотины): а = 7м (низ), b = 12м (верх), h = 5м. Считать, что

 

плотность воды 7 = 1000кг/м3, ускорение свободного падения

 

g = 10 м/с2.

9.3 .273 .

Пластинка в виде треугольника с основанием а и высотой h вер­

 

тикально погружена в воду вершиной вниз тале, что его основа­

 

ние находится на поверхности воды. Вычислить силу давления

 

воды.

9 .3 .274 .

Найти давление спирта (7 = 830 кг/м3), находящегося в цилин­

 

дрическом баке высотой 3 м и радиусом 4 м на боковую стенку

 

бака.

9 .3 .275 .

Найти статические моменты и моменты инерции однородной

 

дуги (7 = const) астроиды х = 2 cos3t, у = 2 sin3 t, расположен­

 

ной в первой четверти.

9 .3 .276 .

Найти моменты инерции окружности (7 = 1) радиуса R отно­

 

сительно ее диаметра.

9 .3 .277 .

Найти центр тяжести четверти окружности х2 + у2 = Я 2, распо­

 

ложенной в первом координатном углу, если в каждой ее точ-

 

ке линейная плотность пропорциональна произведению коор­

 

динат точки.

9.3.278.

Найти центр тяжести однородной (7 = const) дуги окружности

 

*2 + у2 = Л2, стягивающей угол а.

9.3.279.

Найти массу и статические моменты относительно координат­

 

ных осей Ох и Оу дуги астроиды :сз + yt = а з 5расположенной

 

в первой четверти, если линейная плотность в каждой ее точке

 

равна 7 = х.

9.3.280.

Найти статический момент окружности г = 4sin</? относитель­

 

но полярной оси.

Более сложные задачи

9.3.281.

Точка оси совершает гармонические колебания около начала

 

координат со скоростью v = VQCOS ut, где t — время, LJ — угло­

 

вая скорость, vo начальная скорость. Найти закон колебания

 

точки и среднее значение абсолютной величины скорости за

 

период колебаний.

9.3.282.

Скорость движения точки меняется по закону v = 12t — 3£2м/с,

 

где t — время. Найти: путь, пройденный точкой за вторую

 

секунду; среднюю скорость движения за промежуток времени

 

[0; 2]; перемещение точки за первые 6 секунд движения.

9.3.283.

Из одной точки в одном направлении одновременно начинают

 

двигаться два тела со скоростями v = 2t2 — 41м/с и Ы 4- ^ м/с

 

соответственно. Через сколько секунд и на каком расстоянии

 

тела снова будут вместе?

9.3.284.

Пластинка в форме параболического сегмента с основанием а,

 

высотой /i, толщиной d вращается вокруг осп параболы с посто­

 

янной угловой скоростью си. Плотность материала пластины 7.

 

Найти кинетическую энергию пластинки.

 

Указание. Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг

 

неподвижной оси, равна К = ACJ2J, где ш — угловая скорость,

 

J — момент инерции; момент инерции материальной точки от­

 

носительно оси равен произведению массы точки на квадрат

 

расстояния до оси.

9.3.285.

Дубовая прямоугольная балка плавает в воде. Ее размеры:

 

а = 4м, Ь = 2м, с = 0,5 м; плотность 7 = 0,8кг/дм3. Вычи­

 

слить работу, необходимую для извлечения ее из воды.

9.3.286.

Какую работу надо затратить, чтобы остановить железный шар

 

радиуса 1?, вращающийся с угловой скоростью и вокруг свое­

 

го диаметра. (Плотность железа 7 . Работа равна кинетической

 

энергии шара.)

9 .3 .287 . Какую работу затрачивает подъемный кран при извлечении медного конуса из морской воды? Конус с вертикальной осью погружен в воду так, что его вершина находится на поверхности воды. Высота конуса Н = 1 м, радиус основания R = 1м, плот­ ность меди 7i = 8900кг/м3,а морской воды 70 = 1020кг/м3.

9 .3 .288 . Тело, температура которого 30°, погружено в термостат (в ко­ тором поддерживается температура 0°). За какое время тело охладится до 10°, если за 20 минут оно охлаждается до 20°?

Указание, скорость охлаждения тела пропорциональна разно­ сти между температурой тела и температурой окружающей среды.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА Вариант 1

1. Вычислить интегралы:

ч/З

а) J х2 (/(3 - х3)2 dx\

1

б) /

О

ГР

в) [ — V " dx. J cos х

о

2. Вычислить несобственные интегралы или установить их расходи­

мость:

+ ° °

*> / А 4 * '

3

3. Вычислить площадь фигуры, ограниченной линиями: а) у = х3, у = х2, х = - 2 , х = 1;

б) г = 3 — 2 cos </?, г =

4.Вычислить длину дуги кривой:

ч I х

=

2(г •cosi - cos2£),

л

7Г.

а I у =

2(2 sin г - sin2t),

^

^ 3 ’

б) у =

1 — In sin х от х = 0 до х =

£ .

5. а) Найти объем тела, ограниченного поверхностями г = х2 + 5?/2,

2 = 5 .

б) Найти объем шарового сегмента высотой 3, отсеченного а шара радиуса 6.

Вариант 2

1. Вычислить интегралы:

а) J у/sin х - sin3 х dx;

£

1

б) J X- ■(2х - I)8 dx-

h

3

в) J (х - 3)е~х dx.

о

2.Вычислить несобственные интегралы или установить их расходи­ мость:

+о о

3.Вычислить площадь фигуры, ограниченной линиями:

а) у = (х - 5) •(1 - х), у = 4, х = 1;

/ х

= 2\/2cos£,

,

.

РЧ

б)

. . ,

2/ = 5

т/ ^

5).

12/ = 5v2sini,

 

 

 

4.Вычислить длину дуги кривой:

а) х = In cos ?/, 0 ^ 2/ ^ f î

б) г = 3 •(1 + siny?), ~

^

^ 0.

5. а)

Вычислить объем

тела,

ограниченного поверхностями z 0,

2 = 1, 16 + 9 + 4

А‘

 

б)

Найти объем тела, образованного при вращении вокруг осиОх

фигуры, ограниченной линиями у — 2 = 0, у = 0, х = 3.

Вариант 3

1.Вычислить интегралы:

a)

/

.

dx;

'

J

о —З cos х

 

JT

 

 

 

3

 

 

 

М

5 x d x .

* \

f

 

J

N/ Ï T

2 ’

 

î

 

 

B )

J x •l n (l

+ .г*) б/.г*.

2. Вычислить несобственные интегралы или установить их расходи­ мость:

■ > / г г £

8х + 20’

е>/ х — 2 dx.

3. Найти площадь фигуры, ограниченной линиями:

а) 2/ = :^Гз> 2/ =

-г* = “ 2;

б) /•= 2 sin ip г = 4 sin <£>.

4.

Вычислить длину дуги кривой

 

 

а) г = 2 •<р, 0 ^ ц> <

 

 

б) у = 1пх, от точки Л(1; 0) до точки В(\/3; In \/3).

 

5.

а) Вычислить объем тела, ограниченного поверхностями z

= О,

 

2 = 2 £1 + 2^ - *2 = 1

 

 

’ 25

9

 

 

б) Отрезок

прямой, соединяющий начало координат с

точкой

(—3; —2) вращается вокруг оси Оу. Найти объем тела вращения.

Вариант 4

1.Вычислить интегралы:

а )

/

« а ;

-1

^ / 2 + 4/ 8 1 - 7

в) / я -cos 4х •с/х.

л

2.Вычислить несобственные интегралы или установить их расходи­

мость:

2

а)

— ОО

5

3.Вычислить площадь фигуры, ограниченной линиями:

а) у = х4, нормалью к ней проведенной в точке с абсциссой х = 1,

прямой х = 0;

б) г = cosy? г = sin ip (0 ^ у? ^ ^).

4.Вычислить длину дуги кривой а) г = З -e -f, 0 ^

б) у = 4 —х2, х = —2, х = 2.

5.а) Вычислить объем тела, ограниченного поверхностями х2+т/2 = 9,

Z = 2/, г = 0 ^ 0 ) .

б) найти объем тела, образованного вращением вокруг оси Ох фи­ гуры, ограниченной линиями у = х2, х = 2, у = 1.

Глава 10. КОМПЛЕКСНЫЕ ЧИСЛА

§1. КОМПЛЕКСНЫЕ ЧИСЛА, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ ЧИСЕЛ.

ФОРМЫ ЗАПИСИ КОМПЛЕКСНЫХ ЧИСЕЛ

^Комплексным числом z называется упорядоченная пара дей­ ствительных чисел (я;?/), первое из которых х называется его

действительной частью, а второе число у мнимой частью. Обозначение: z = х + iy.Символ i называется мнимой единицей.

Если х = 0, то число 0 + iy = iy называется чисто мнимым, если у = 0, то число х -h i •0 = х отождествляется с действительным числом х, а это означает, что множество Е действительных чисел является под­ множеством множества С всех комплексных чисел, т. е. Е С С.

Число х называется действительной частью комплексного числа 2 и обозначается х = Re 2, а у — мнимой частью, у —lm z.

Два комплексных числа z\ = х\ +iy\ и 2о = гг-2И-гг/*> называются равными тогда и только тогда, когда равны их действительные части и равны их мнимые части, т. е.

Г Х\ Х'2,

Z\ = 22 4 = >

12/1 = 2/2-

Два комплексных числа z = х + iy и z —х —iy, отличающиеся только знаком мнимой части называются сопряженными.

Всякое комплексное число z = х + iy мож­ но изобразить точкой М(х;у) плоскости Оху

такой, что х = Re 2, у = lm z. И наоборот. Плоскость, на которой изображаются ком­

плексные числа называется комплексной плос­ костью (ее также обозначают С). Ось абсцисс называется действительной осью, а ось орди­ нат — мнимой.

Комплексное число 2 = х + iy можно изобра­ жать и с помощью радиус-вектора f = ОМ = (х; у).

Длина вектора г, изображающего комплексное число 2 (см. рис. 112), называется модулем этого числа и обозначается \z\или г. Модуль г = однозначно определяется по формуле

Г = \z\= yjx1 -h у1.

( U )