- •Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
- •Фгбоу впо «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»
- •Е. В. Бунтова
- •Математика
- •Введение
- •2.1. Формулы Крамера
- •2.2. Обратная матрица
- •2.3. Матричная запись системы линейных алгебраических уравнений и ее решение методом обратной матрицы
- •2.4. Элементарные преобразования матрицы
- •2.5. Ранг матрицы
- •3.1. Теорема Кронекера-Капелли
- •3.2. Метод Гаусса решения систем m линейных уравнений с n неизвестными
- •3.3. Общее, базисное и частное решение систем линейных алгебраических уравнений.
- •3.4. Однородные системы линейных алгебраических уравнений
- •4.2. Линейные операции над векторами.
- •4.3. Декартова система координат
- •4.4. Скалярное произведение векторов, основные свойства и выражение в координатной форме
- •4.5. Векторное произведение векторов. Основные свойства векторного произведения векторов и выражение в координатной форме
- •4.6. Применение векторного произведения векторов к решению задач
- •4.7. Смешанное произведение векторов. Основные свойства смешанного произведения векторов и выражение в координатной форме
- •4.8. Применение смешанного произведения векторов к решению задач
- •5.1. Линейное пространство
- •5.3. Разложение вектора по базису. Линейные пространства
- •6.1. Линейные преобразования
- •6.2. Собственные значения и собственные векторы матрицы
- •6.3. Свойства собственных векторов матрицы
- •7.1. Уравнение линии на плоскости. Прямая линия и различные формы ее уравнений на плоскости
- •Свойства прямой в евклидовой геометрии.
- •Уравнение прямой с угловым коэффициентом. Прямая линия, пересекающая ось в точкеи образующая уголс положительным направлением оси
- •Уравнение прямой в отрезках.
- •Нормальное уравнение прямой.
- •7.2. Взаимное расположение двух прямых на плоскости
- •7.3. Угол между прямыми. Условия параллельности и перпендикулярности двух прямых
- •8.1. Каноническое уравнение окружности и ее основные характеристики
- •8.2. Каноническое уравнение эллипса и его характеристики
- •8.3. Каноническое уравнение гиперболы и ее характеристики
- •8.4. Каноническое уравнение параболы и ее характеристики
- •8.5. Исследование кривых второго порядка
- •9.1. Плоскость и ее уравнения
- •9.2. Общее уравнение плоскости и его частные виды
- •9.3. Угол между плоскостями. Условие параллельности и перпендикулярности двух плоскостей
- •9.4. Нормальное уравнение плоскости
- •10.1. Уравнение прямой в пространстве
- •10.2. Условия параллельности и перпендикулярности, прямых в пространстве
- •10.3. Взаимное расположение прямой и плоскости в пространстве
- •11.1. Общая теория поверхностей второго порядка
- •11.2. Классификация поверхностей второго порядка
- •11.3. Расположение поверхностей второго порядка
- •12.1. Определение функции. Функциональная зависимость. Область определения функции и способы ее задания
- •12.2. Графическое изображение функции. Классификации функций
- •12.3. Числовые последовательности и их роль в вычислительных процессах. Ограниченные и неограниченные последовательности
- •12.4. Сходимость числовых последовательностей
- •12.5. Предел функции. Односторонние пределы
- •12.6. Основные теоремы о пределах функции
- •13.1. Первый, второй замечательные пределы и их применение к раскрытию неопределенностей. Бесконечно малые и бесконечно большие функции
- •13.2. Непрерывность функции в точке и на интервале
- •13.3. Классификация точек разрыва функции
- •14.1. Определение производной функции
- •14.2. Геометрический и механический смысл производной
- •14.3. Основные правила дифференцирования
- •14.4. Производная обратной, параметрически заданной функции
- •14.5. Производная показательно-степенной функции.
- •15.1. Теоремы Ферма, Ролля, Лагранжа, Коши
- •15.2. Правило Лопиталя
- •15.3. Дифференциал функции
- •15.4. Применение дифференциала к приближенным вычислениям
- •15.5. Производные и дифференциалы высших порядков
- •16.1. Экстремум функции. Возрастание и убывание функции
- •16.2. Точки перегиба функции и участки выпуклости и вогнутости графика функции
- •16.3. Асимптоты графика функции
- •16.4. Общая схема исследования функции и построение ее графика
- •17.1. Определение функции многих переменных. Область определения функции многих переменных
- •17.2. Частные производные и дифференциалы первого и высших порядков
- •17.3. Теорема о смешанных производных
- •17.4. Производная по направлению
- •18.1. Касательная плоскость и нормаль к поверхности
- •18.2. Необходимое и достаточное условия экстремума функции двух переменных
- •18.3. Условный экстремум функции двух переменных. Наибольшее и наименьшее значения функции на замкнутом множестве
- •18.4. Метод множителей Лагранжа
- •19.1. Первообразная функции
- •19.2. Неопределенный интеграл и его свойства
- •19.3. Таблица основных интегралов
- •19.4. Интегрирование методом замены переменной
- •20.1. Интегрирование по частям
- •20.2. Интегрирование функций, содержащих квадратный трехчлен
- •21.1. Интегрирование элементарных дробей
- •21.2. Интегрирование рациональных дробей
- •22.1. Интегрирование методом замены переменной
- •22.2. Интегрирование по частям
- •22.3. Интегрирование с помощью универсальных подстановок
- •23.1. Линейные и дробно-линейные иррациональности
- •23.2. Квадратичные иррациональности
- •24.1. Задачи, приводящие к понятию определенного интеграла
- •24.2. Определение определенного интеграла
- •24.3. Свойства определенного интеграла. Теорема Коши о существовании определенного интеграла
- •24.4. Формула Ньютона-Лейбница
- •25.1. Геометрические приложения определенного интеграла
- •25.2. Физические приложения определенного интеграла
- •25.3. Методы приближенного вычисления определенного интеграла
- •26.1. Несобственные интегралы с бесконечными пределами интегрирования
- •26.2. Несобственные интегралы от неограниченных функций
- •26.3. Признак сходимости несобственных интегралов (признак сравнения)
- •27.1. Постановка задачи интегрирования функции многих переменных
- •27.2. Двойной интеграл и его свойства
- •27.3. Сведение двойного интеграла к повторному. Изменение порядка интегрирования
- •28.1. Геометрический смысл двойного интеграла
- •28.2. Физические приложения двойного интеграла
- •29.1. Определение криволинейного интеграла
- •29.2. Вычисление криволинейных интегралов первого и второго рода. Условия независимости криволинейного интеграла от пути интегрирования
- •29.3. Формула Грина
- •30.1. Комплексные числа и их изображение на плоскости
- •30.2. Модуль и аргумент комплексного числа
- •30.3. Различные формы записи комплексного числа. Формула Эйлера. Алгебраические действия над комплексными числами
- •31.1. Задачи, приводящие к составлению и решению дифференциальных уравнений
- •31.2. Дифференциальные уравнения первого порядка. Теорема Коши. Понятие об общем и частном решении дифференциального уравнения. Дифференциальные уравнения с разделяющими переменными.
- •32.1. Линейные дифференциальные уравнения первого порядка. Физические задачи, приводящие к решению дифференциальных уравнений первого порядка
- •32.2. Однородные дифференциальные уравнения.
- •33.1. Дифференциальные уравнения второго порядка,
- •33.2. Линейные однородные дифференциальные уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами
- •34.1. Линейные неоднородные дифференциальные уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами
- •34.2. Особенности интегрирования неоднородных дифференциальных уравнений второго порядка с постоянными коэффициентами со специальной правой частью. Метод вариации произвольной постоянной
- •35.1. Нормальная система дифференциальных уравнений
- •35.2. Решение системы линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами
- •36.1. Особенности составления дифференциальных уравнений в прикладных задачах
- •36.2. Задачи, приводящие к решению дифференциальных уравнений
- •37.1. Определение ряда. Сходимость. Сумма ряда
- •37.2. Необходимый признак сходимости ряда
- •37.3. Достаточные признаки сходимости ряда
- •38.1. Достаточный признак сходимости знакочередующихся рядов
- •38.2. Абсолютная и условная сходимость знакопеременных рядов
- •39.1. Функциональные ряды
- •39.2. Степенные ряды
- •39.3. Теорема Абеля
- •40.1. Разложение некоторых элементарных функций в ряды Тейлора, Маклорена
- •40.2. Приложение рядов к приближенным вычислениям
- •41.1. Периодические функции
- •41.2. Определение ряда Фурье
- •41.3. Ряды Фурье четных и нечетных периодических функций с произвольным периодом
- •42.1. Множества
- •42.2. Подмножество
- •42.3. Операции над множествами
- •Свойства операций:
- •43.1. Общие понятия теории графов
- •43.2. Теорема Эйлера. Операции над графами
- •43.3. Способы задания графов
- •43.4. Комбинаторика как наука
- •43.5. Сочетания. Размещения. Перестановки
- •44.1. Развитие теории вероятностей как науки
- •44.2. Виды случайных событий
- •44.3. Классическое определение вероятности
- •44.4. Относительная частота
- •44.5. Теорема сложения вероятностей для несовместных событий. Противоположные события
- •44.6. Условная вероятность. Теорема умножения вероятностей
- •44.7. Теорема сложения вероятностей для совместных событий
- •44.8. Формула полной вероятности. Формулы Байеса
- •45.1. Формула Бернулли
- •45.2. Наивероятнейшее число наступлений событий
- •45.3. Локальная теорема Лапласа. Интегральная теорема Лапласа
- •45.4. Вероятность отклонения частоты от постоянной вероятности в независимых событий. Асимптотическая формула Пуассона
- •46.1. Дискретные и непрерывные случайные величины
- •46.2. Формы задания законов распределения случайных величин: ряд распределения, функция распределения, плотность распределения
- •46.3. Свойства функции распределения и функции плотности распределения вероятности появления случайной величины
- •46.4. Вероятность попадания случайной величины на заданный интервал
- •46.5. Числовые характеристики случайной величины.
- •47.1. Закон распределения дискретной случайной величины. Биномиальное распределение дискретной случайной величины
- •47.2. Распределение Пуассона дискретной случайной величины. Простейший поток событий
- •47.3. Закон распределения непрерывной случайной величины. Равномерный закон распределения непрерывной случайной величины
- •47.4. Показательный закон распределения
- •47.5. Нормальный закон распределения непрерывной случайной величины
- •47.6. Вычисление вероятности заданного отклонения. Правило трех сигм
- •48.1. Закон больших чисел и его практическое значение
- •48.2. Центральная предельная теорема Ляпунова
- •48.3. Применение закона больших чисел и центральной предельной теоремы
- •49.1. Генеральная и выборочная совокупности
- •49.2. Статистическое распределение выборки
- •49.3. Эмпирическая функция распределения
- •49.4. Полигон и гистограмма
- •50.1. Определение статистических оценок параметров распределения
- •50.2. Виды статистических оценок параметров распределения
- •50.3.Надежность статистических оценок параметров распределения.
- •51.1. Статистическая гипотеза
- •51.2. Статистический критерий
- •51.3. Критерий согласия Пирсона
- •51.4. Критерий Колмогорова
- •51.5. Критерий проверки гипотезы о равенстве дисперсий
- •51.6. Критерий сравнения двух выборочных средних
- •51.7. Критерий Вилкоксона проверки гипотезы об однородности двух выборок
- •52.1. Однофакторный дисперсионный анализ
- •52.2. Двухфакторный дисперсионный анализ
- •53.1. Корреляционная зависимость
- •53.2. Линейная парная регрессия
- •53.3. Оценка значимости параметров связи
- •54.1. Понятие о нелинейной регрессии
- •54.2. Корреляционное отношение
- •54.3. Ранговая корреляция
- •Задания для практических занятий по материалу лекций
- •Словарь терминов и определений
- •Алфавитно-предметный указатель
- •Рекомендуемая литература
- •Критические точки распределения
- •Критические точки распределения Стьюдента
- •Критические точки распределения f Фишера-Снедекора
- •Критические точки критерия Вилкоксона
- •Оглавление
- •Бунтова Елена Вячеславовна математика
- •446442, Самарская обл., пгт. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2
- •443068, Г. Самара, ул. Песчаная, 1
28.1. Геометрический смысл двойного интеграла
Вычисление площади посредством двойного интеграла.
Площадь плоской областиравна двойному интегралу отраспространенному на область
В прямоугольных координатах и
В полярных координатах и
Рассмотрим пример. Найти площадь области, ограниченной линиями
Построив данные полукубические параболы, получим криволинейный четырехугольник Точки, ипересечения кривых найдены путем совместного решения их уравнений.
Рис. 55
Криволинейный четырехугольник
Вследствие симметричности фигуры относительно оси ее площадь равна удвоенной площади криволинейного треугольникарасположенного в первом квадрате.
Согласно формуле
площадь области равна
Если интегрировать в другом порядке, то необходимо разбить область прямой, проходящей через точкупараллельно осина две части
Результат при этом получится тот же самый.
Вычисление объема тела.
Объем вертикального цилиндрического тела, имеющего своим основанием область на плоскостии ограниченного сверху поверхностьювыражается двойным интегралом
Рис. 56
Вертикальное цилиндрическое тело
Рассмотрим пример. Вычислить объем тела, ограниченного поверхностями
Данное тело представляет собой вертикальный цилиндр, который сверху ограничен плоскостью а снизу – частью плоскостизаключенной между параболой
и прямой
Рис. 57
Вертикальный цилиндр
Согласно формуле
объем этого тела
28.2. Физические приложения двойного интеграла
Если пластина занимает область плоскостии имеет поверхностную плотностьто масса пластинывыражается двойным интегралом
Статистические моменты пластины относительно осей инаходят по формулам
Координаты центра тяжести пластины вычисляют по формулам
Моменты инерции пластины относительно осей вычисляют по формулам
Момент инерции относительно начала координат
Контрольные вопросы
В чем геометрический смысл двойного интеграла?
Перечислить физические приложения двойного интеграла.
Лекция №29. Криволинейный интеграл
29.1. Определение криволинейного интеграла.
29.2. Вычисление криволинейных интегралов первого и второго рода. Условия независимости
криволинейного интеграла от пути интегрирования.
29.3. Формула Грина.
29.1. Определение криволинейного интеграла
Обобщим понятие определенного интеграла на случай, когда областью интегрирования является дуга некоторой кривой, лежащей в плоскости. Интегралы такого рода называются криволинейными. Они имеют широкое применение в различных разделах математики. Различают два типа криволинейных интегралов: криволинейные интегралы первого и второго рода.
Определение криволинейного интеграла первого рода. Рассмотрим на плоскости некоторую кривую гладкую или кусочно-гладкую, и предположим, что функцияопределена и ограничена на кривой
Разобьем кривую произвольно начастей точками
выберем на каждой из частичных дуг произвольную точкуи составим сумму
где длина дуги Данная сумма называется интегральной суммой для функции по кривойОбозначим черезнаибольшую из длин частичных дуг
Если интегральная сумма при имеет предел, равныйто этотпредел называется криволинейным интегралом первого рода от функции по кривой
Рис. 58
Контур интегрирования
В этом случае функция называется интегрируемой вдоль кривойкриваяконтуром интегрирования,начальной, аконечной точками интегрирования.
Криволинейный интеграл первого рода сводится к определенному интегралу. Приняв на кривой за параметр длину дугиотсчитываемую от точкиполучим параметрическое представление кривой
Тогда функция , заданная вдоль становится сложной функцией параметра
Таким образом, криволинейный интеграл выражается через определенный интеграл
Криволинейный интеграл обладает всеми свойствами определенного интеграла за исключением одного, в интегральной сумме
величины обязательно положительны, независимо от того, какую точку кривой считать начальной, а какую конечной, в то время как определенный интеграл
при перестановке пределов интегрирования меняет знак.
Криволинейный интеграл первого рода, так же как и определенный, имеет геометрический смысл. Если определенный интеграл
представляет собой площадь криволинейной трапеции, то криволинейный интеграл
численно равен площади куска цилиндрической поверхности, которая составлена из перпендикуляров к плоскости восстановленных в точках кривой и имеющих переменную длину
Рис. 59
Кусок цилиндрической поверхности
Если не кривая, а отрезок прямой, расположенный на осито криволинейный интеграл будет обычным определенным интегралом.
Таким образом, с помощью криволинейного интеграла первого рода можно вычислять площадь цилиндрических поверхностей и длины дуг. Кроме того, с помощью криволинейного интеграла можно находить массу материальной кривой по ее плотности, моменты инерции относительно координатных осей, координаты центра масс такой кривой.
Криволинейный интеграл второго рода.
Пусть на кривой определены две ограниченные функции иРазобьем кривуюначастей точками
Рис. 60
Кривая АВ
Обозначим через ипроекции векторана оси координат, на каждой частичной дугевозьмем произвольную точкуи составим интегральную сумму для функции
Если данная интегральная сумма при длина дугиимеет предел, равныйто этот предел называется криволинейным интегралом второго рода от функциипо кривой
Сумму
называют общим криволинейным интегралом второго рода
Криволинейные интегралы второго рода, как и интегралы первого рода, сводятся к определенным интегралам.
Пусть кривая задана параметрически уравнениями
где инепрерывные вместе со своими производными ифункции, причем точкекривой соответствует значениеточкезначение
Пусть функции инепрерывны вдоль кривойТогда справедливы формулы
сводящие криволинейные интегралы к определенным интегралам.
Криволинейный интеграл второго рода обладает свойствами, аналогичными свойствам определенного интеграла. В отличие от криволинейного интеграла первого рода криволинейный интеграл второго рода зависит от того, в каком направлении проходится кривая и меняет знак при изменении направления обхода кривой, т.е.
Таким образом, при вычислении криволинейных интегралов второго рода необходимо учитывать направление интегрирования.
В случае, когда замкнутая кривая, т.е. когда точкасовпадает с точкойиз двух возможных направлений обхода замкнутого контураназывают положительным то направление, при котором область, лежащая внутри этого контура, остается слева по отношению к точке, совершающей обход. Противоположное направление обхода контураназывают отрицательным.