Терёхина, Фикс - Высшая математика
.pdf2.4.5. wY^ISLENIE OB_EMOW TEL WRA]ENIQ I PLO]ADEJ POWERHNOSTI WRA]ENIQ tABLICA 2.3.
|
b |
|
b |
1.a) |
Vox = Za |
y2(x) dx |
2. Vox = aZ [y22(x) ;y12(x)] dx |
|
8 x = x(t) |
t2 |
|
1.b) |
Vox = y2(t) x0(t) dt |
||
|
< y = y(t) |
tZ1 |
|
|
: |
|
|
d |
|
d |
3. Voy = Zc |
x2(y) dy |
4. Voy = Zc [x22(y) ; x12(y)] dy |
|
Voy = 2 Zb x y (x) dx |
6. FWRox: = 2 Zb y(x) |
|
|
|
5. |
|
1 + yx02 |
dx: |
||
|
a |
a |
q |
|
oTMETIM, ^TO PRI RE[ENII ZADA^I NEOBHODIMO NARISOWATX FIGURU, SOPOSTAWITX SO SLU^AQMI, UKAZANNYMI W TABLICE 2.3, I PODOBRATX NUVNU@ FORMULU.
82
|
1. |
nAJTI OB_EM TELA WRA]ENIQ WOKRUG OSI OX FIGURY, |
OGRANI- |
|||||||||||||||||||||||||
^ENNOJ LINIQMI |
y = cos x |
|
y = 0: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
dELAEM RISUNOK I WIDIM, ^TO DANNYJ SLU- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
^AJ SOOTWETSTWUET SLU^A@ 1.a) TABLICY 2.3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vox = Z |
2 |
(x) dx: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
iSHODNAQ FORMULA |
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=) |
pREDELY INTEGRIROWANIQ NAHODIM IZ RAWENSTWA |
cos x = 0 |
|
||||||||||||||||||||||||||
x1 = ; =2 |
|
x2 = |
=2: |
tOGDA |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
=2 |
|
|
|
|
|
=2 |
|
|
|
|
|
=2 1 + cos 2x |
|
|
|
|
||||||||
|
Vox = |
|
Z |
cos2 x dx = 2 |
Z |
cos2 x dx = 2 Z |
|
|
2 |
|
|
|
dx = |
|||||||||||||||
|
|
=2 |
; =2 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin 2x |
! |
|
=2 |
|
|
|
|
sin |
|
! |
|
2 |
||||
|
= Z (1 + cos 2x) dx = |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
x + |
2 |
|
0 |
= |
2 |
+ |
|
2 |
|
|
= |
2 : |
|||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
nAJTI OB_EM TELA WRA]ENIQ WOKRUG OSI OX FIGURY, |
OGRA- |
|||||||||||||||||||||||||
NI^ENNOJ LINIQMI y = 2px |
y = 1 |
|
x = 0: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
dELAEM RISUNOK I WIDIM, |
^TO DANNYJ SLU^AJ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
SOOTWETSTWUET SLU^A@ 2 TABLICY 2.3. |
pRI- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
^EM |
y2(x) = 1 |
y1(x) = 2px: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vox = Za |
[y22(x) ; y12(x)] dx: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
pREDELY INTEGRIROWANIQ NAHODIM IZ RAWEN- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
STWA |
2px = 1 |
=) |
|
x = 1=4: |
tOGDA |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
1=4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1=4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1=4 |
|
|
|
Vox = Z [12 ; (2px)2] dx = |
Z (1 ; 4x) dx = (x ; 2x2) |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
0 |
= 8 : |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
nAJTI OB_EM TELA WRA]ENIQ WOKRUG OSI OY FIGURY, OGRANI- |
|||||||||||||||||||||||||||
^ENNOJ LINIQMI |
y = |
x2 |
|
y = x: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
dELAEM RISUNOK I WIDIM, ^TO DANNYJ SLU^AJ |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
SOOTWETSTWUET SLU^A@ 4 TABLICY 2.3. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Voy = Zc [x22(y) ; x12(y)] dy: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
pREDELY INTEGRIROWANIQ NAHODIM IZ RAWEN- |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
STWA |
x = x =) x1 = 0 x2 = 1 |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y1 |
= c = 0 y2 |
= d |
= 1: |
||||||||
|
tOGDA, U^ITYWAQ, |
|
|
|
2 |
|
|
|
x1(y) = y |
2 |
|
|
|
2 |
POLU^IM |
|||||||||||||
|
^TO x2 (y) = y |
x1 |
(y) = y |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
0 |
y2 |
|
y3 |
1 |
1 |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Voy = Z (y ; y2) dy = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
2 ; |
3 |
0 = |
2 |
; |
3! = |
6 |
: |
|
|
|
83 |
||||||||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
@ |
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. nAJTI OB_EM TELA WRA]ENIQ WOKRUG OSI OX FIGURY, OGRANI- |
^ENNOJ LINIQMI y = p2 ; x y = x + 4 y = 0: |
|
|
dELAEM RISUNOK I WIDIM, ^TO DANNYJ SLU^AJ SO- |
|
OTWETSTWUET SLU^A@ 1.a) TABLICY 2, NO S TOJ RAZ- |
|
NICEJ, ^TO PRI IZMENENII x OT ;4 DO 2 FIGURA |
|
SWERHU OGRANI^ENA DWUMQ LINIQMI, I OB_EM TELA |
|
WRA]ENIQ BUDET RAWEN SUMME OB_EMOW. |
nAJDEM KOORDINATY TO^KI PERESE^ENIQ PRQMOJ I PARABOLY |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
x + 4 = p |
|
|
|
x2 + 8x + 16 = 2 |
; x |
|
|
=) |
|
|
|
|
||||||||||||||||
2 |
; x =) |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
=) |
|
x2 |
+ 9x + 14 = 0 |
=) |
|
|
|
|
|
x1 = |
;7 |
|
|
x2 |
= ;2 |
|
|
|
||||||||||
(x1 |
= ;7 - |
POSTORONNIJ KORENX |
.) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
tAKIM OBRAZOM, IMEEM |
y(x) = 8 x |
+ 4 x |
2 |
[;4 |
;2] |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
< p2 |
; |
x |
2 |
[ |
2 2]: |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
: |
|
|
|
|
|
|
|
;b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vox |
= Za |
2 |
(x) dx |
|
|
- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
pRI NAHOVDENII OB_EMA PO FORMULE |
|
|
|
|
|
y |
|
NEOB |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
HODIMO RAZBITX INTEGRAL NA DWA INTEGRALA, W KAVDOM IZ KOTORYH |
||||||||||||||||||||||||||||
BUDET SWOQ PODYNTEGRALXNAQ FUNKCIQ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
;2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
;2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Vox = Z (x + 4)2 dx + Z (p2 ; x)2 dx = |
Z (x2 + 8x + 16) dx+ |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
2 |
;4 |
|
|
x3 |
;2 |
|
|
|
|
|
|
;2 |
;4 |
|
|
x2 |
|
|
2 |
|
32 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 = |
|
|||||||||
+ Z (2 ; x) dx = ( 3 |
+ 4x2 + 16x) |
|
; |
4 + (2x ; |
2 ) |
|
; |
|
3 : |
|
||||||||||||||||||
;2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
5. |
nAJTI OB_EM TELA WRA]ENIQ WOKRUG OSI OX FIGURY, |
OGRA- |
||||||||||||||||||||||||||
NI^ENNOJ LINIQMI y = 2 x3 |
|
y = px ; 1 |
y = 0 |
y = 2: |
|
|
iZ RISUNKA WIDNO, ^TO W DANNOM SLU^AE OB_EM TE- LA WRA]ENIQ TAKVE BUDET RAWEN SUMME OB_EMOW, PERWYJ IZ KOTORYH V1 NAHODITSQ PO FORMULE 1 TABLICY 2.3, A WTOROJ OB_EM V2; PO FORMULE 2. nAJDEM KOORDINATY TO^EK PERESE^ENIQ PRQMOJ I PARABOL
2x3 = 2 =) x = 1 px ; 1 = 2 =) x = 5:
tAKIM OBRAZOM, IMEEM
84
|
Vox = V1 + V2 = Z1(2x3)2 dx + Z5 |
|
22 ; (p |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
x ; 1)2 |
|
dx = |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||
= Z1 |
4x6 dx + Z5 (4 |
; (x ; 1)) dx = Z1 |
4x6 dx + Z5 |
(5 ; x) dx = |
|||||||||||||||
|
0 |
|
4x7 |
|
1 |
1 |
x2 |
|
5 |
|
|
|
0 |
|
1 |
|
|||
|
|
|
|
+ 05x |
|
4 |
|
|
|
|
25 1 |
60 |
|||||||
|
= |
7 |
|
0 |
; 2 1 |
|
1 = |
7 |
+ 25 ; 5 |
; 2 + 2 |
= 7 : |
||||||||
|
|
|
|
|
@ |
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
6. |
|
nAJTI OB_EM TELA WRA]ENIQ WOKRUG OSI OY FIGURY, OGRA- |
||||||||||||||||
NI^ENNOJ LINIQMI |
x2 + 4y2 = 2 |
x = 2y |
x = 0 (x 0 y 0): |
sWERHU FIGURA OGRANI^ENA \LLIPSOM, KANONI^ESKOE URAWNENIE KOTO- |
|||||||||
|
x2 |
|
y2 |
= 1 POLUOSI a = p |
|
b = 1=p |
|
|
|
ROGO |
+ |
2 |
2 |
||||||
2 |
1=2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
dELAEM RISUNOK I WIDIM, ^TO DANNYJ SLU^AJ SOOTWETSTWUET SLU^A@ 3 TABLICY 2.3 S TOJ LI[X RAZNICEJ, ^TO INTEGRAL
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Voy = Zc |
2 |
NEOBHODIMO RAZBITX NA DWA |
|
TAK KAK |
|
||||||||||||||||||
x (y) dy |
, |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
2y |
|
|
|
y 2 [0 |
|
] |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
x(y) = > p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
< |
2 |
|
|
|
4y |
|
|
|
y |
|
[ |
|
|
|
|
]: |
|||
|
|
|
|
; |
|
|
2 |
2 |
p2 |
||||||||||||||
|
|
|
|
> |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tO^KI PERESE^ENIQ \LLIPSA I PRQMOJ |
|||||||||||||||||||||
|
|
NAHODQTSQ IZ RAWENSTWA |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
p |
2 |
; |
4y |
2 |
= 2y |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
2 ; 4y |
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
= 4y |
|
8y |
|
= 2 |
|
|
y = 1=2: |
iTAK, ISKOMYJ OB_EM BUDET SKLADYWATXSQ IZ DWUH OB_EMOW: OB_EMA
V1 OT WRA]ENIQ PRQMOJ |
x = 2y |
I OB_EMA V2 |
OT WRA]ENIQ DUGI \L- |
||||
LIPSA |
|
|
|
|
|
|
|
1=2 |
1=p2 |
1=2 |
1=p2 |
Voy = V1+V2 = Z (2y)2 dy+ Z (2;4y2) dy = Z 4y2 dy+ Z (2;4y2) dy = |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
1=2 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
1=2 |
|
|
|
||
4y3 |
|
|
|
4y3 |
|
|
1=p |
|
1 |
2 |
|
|
4 |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|||
|
1=2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
= |
3 |
j |
0 |
+ 02y |
; 3 |
1 |
j |
1=2 |
|
= 0 |
+ p |
|
; |
1 |
;3 |
p |
|
|
3 |
+ 1 |
|
0 |
86: |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
@ |
A |
|
|
6 |
2 |
|
( 2) |
|
6 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
@ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
85
7. nAJTI OB_EM TELA WRA]ENIQ WOKRUG OSI OY FIGURY, OGRANI- |
||||||
^ENNOJ LINIQMI |
y = sin x y = 0 0 x : |
|||||
|
|
|
|
pRI NAHOVDENII OB_EMA TELA WRA]ENIQ PO |
||
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
FORMULE Voy = Zc |
x2(y) dy NAM POTREBUETSQ |
|
RE[ATX INTEGRAL |
R arcsin2 y dy |
^TO QWLQETSQ DOWOLXNO TRUDOEMKOJ |
||||
ZADA^EJ, PO\TOMU WOSPOLXZUEMSQ FORMULOJ 5, TABLICA 2.3 |
||||||
|
b |
|
|
|
|
|
Voy = 2 Za |
x y(x) dx = 2 Z x |
sin x dx = |
j iNTEGRIRUQ PO ^ASTQM |
|||
POLU^IM j |
|
;x |
0 |
|
cos( ) = ; (;1) = : |
|
= |
cos x j0 + sin x j0 = ; |
|||||
8. nAJTI OB_EM TELA WRA]ENIQ WOKRUG OSI OY FIGURY, OGRANI- |
||||||
^ENNOJ CIKLOIDOJ |
|
|
|
|||
8 x = t |
; sin t |
I OSX@ OX : |
y = 0: |
|
||
< y = 1 |
; cos t |
|
|
|
|
|
: |
|
|
|
|
|
|
zDESX TAKVE UDOBNEE ISPOLXZOWATX FORMULU 5 DLQ WY^ISLENIQ OB_EMA
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Voy = 2 aZ |
x y(x) dx |
|
W KOTOROJ DELAEM ZAMENU PEREMENNOJ |
||||||||||||||
|
|
dx = x0 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
x = t |
; |
sin t |
|
y = 1 |
; |
cos t |
|
|
dt |
= (1 |
; |
cos t) dt |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|||||
pRIRAWNIWAQ |
|
y = 1 ; cos t |
|
I y = 0 NAHODIM PREDELY INTEGRI- |
|||||||||||||
ROWANIQ |
t1 = 0 t2 |
= 2 : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
tOGDA |
Voy |
= 2 Z (t ; sin t) (1 ; cos t) (1 ; cos t) dt = |
|||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
2 |
0 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
= 2 Z |
(t;sin t) (1;cos t)2 dt = 2 Z (t;sin t) (1;2 cos t+cos2 t) dt = |
||||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 2 Z |
(t ; sin t ; 2t cos t + 2 sin t cos t + t cos2 t ; sin t cos2 t) dt = |
||||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
t cos 2t |
|
||||
= 2 Z (t ;sin t ;2t cos t + 2 sin t cos t + |
|
;sin t cos2 t) dt = |
|||||||||||||||
|
|
+ |
2 |
|
|||||||||||||
2 |
|
||||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
t |
|
3 |
t2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
= 2 Z (t + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
) dt = 2 2 |
|
= 6 3: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
2 |
2 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iNTEGRALY OTOSTALXNYH SLAGAEMYH BUDUT RAWNY NUL@.
86
2.4.7. nEBERU]IESQ INTEGRALY
nARQDU S RASSMOTRENNYMI KLASSAMI INTEGRIRUEMYH FUNKCIJ SU- ]ESTWUET BOLX[OJ KLASS NEINTEGRIRUEMYH FUNKCIJ, T.E. FUNKCIJ, INTEGRALY OT KOTORYH NE WYRAVA@TSQ W \LEMENTARNYH FUNKCIQH.
nAPRIMER, K NEBERU]IMSQ OTNOSQTSQ INTEGRALY |
|
|
|
||||||||||
Z |
ex2 dx |
Z |
cos(x2) dx |
Z |
sin(x2) dx |
Z |
dx |
|
Z |
sin x |
dx |
||
ln x |
x |
||||||||||||
cos x |
|
|
|
|
|
||||||||
Z |
x |
dx |
|
Z arctg2x dx |
Z xtg x dx |
|
|
|
|
|
A TAKVE SLU^AI NEINTEGRIRUEMOSTI DIFFERENCIALXNYH BINOMOW I DR.
oDNAKO, ESLI INTEGRALY OT TAKIH FUNKCIJ QWLQ@TSQ OPREDELENNY- MI, A TAKVE, ESLI NAHOVDENIE PERWOOBRAZNOJ QWLQETSQ O^ENX TRU- DOEMKOJ ZADA^EJ, PRIBEGA@T K PRIBLIVENNYM METODAM WY^ISLENIQ OPREDELENNYH INTEGRALOW, SREDI KOTORYH NAIBOLEE TO^NYM QWLQETSQ METOD sIMPSONA, KOTORYJ LEGKO REALIZOWATX NA |wm.
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
pRIBLIVENNOE RAWENSTWO |
Za |
f(x) dx |
|
|
|
|
||
b ; a |
|
[ y0 + y2n + 2(y2 |
+ : : : + y2n |
; |
2) + 4(y1 + : : : + y2n |
; |
1) ] |
|
6n |
|
|
|
|
|
|||
NAZYWAETSQ |
FORMULOJ PARABOL ILI FORMULOJ sIMPSONA. |
|
|
sOGLASNO \TOJ FORMULE PROMEVUTOK INTEGRIROWANIQ DELITSQ NA ^ET- NOE ^ISLO ^ASTEJ 2n I WY^ISLQ@TSQ ZNA^ENIQ PODYNTEGRALXNOJ FUNKCII WO WSEH TO^KAH
x0 x1 x2 : : : x2n;2 x2n;1 x2n: pOLU^ENNYE ZNA^ENIQ FUNKCII
y(x0) = y0 y(x1) = y1 y(x2) = y2 : : :
: : : y(x2n;2) = y2n;2 y(x2n;1) = y2n;1 y(x2n) = y2n
PODSTAWLQ@TSQ W FORMULU, W KOTOROJ, KAK LEGKO ZAMETITX, SGRUP- PIROWANY ZNA^ENIQ S NE^ETNYMI I ^ETNYMI NOMERAMI. mETOD LEGKO REALIZOWATX DAVE WRU^NU@, WZQW NE O^ENX BOLX[IE ZNA^ENIQ 2n OD- NAKO TO^NOSTX METODA WOZRASTAET PRI UWELI^ENII ^ISLA RAZBIENIJ PROMEVUTKA. pO\TOMU DLQ DOSTIVENIQ BOLX[OJ STEPENI TO^NOSTI ISPOLXZUETSQ |wm.
87
g L A W A 3. differencialxnye urawneniq i sistemy
dIFFERENCIALXNOE URAWNENIE QWLQETSQ ODNIM IZ WAVNEJ[IH MATE- MATI^ESKIH PONQTIJ.
dIFFERENCIALXNOE URAWNENIE { \TO URAWNENIE, KOTOROE SWQZYWAET NEZAWISIMYE PEREMENNYE, ISKOMU@ FUNKCI@ I PROIZWODNYE ISKOMOJ FUNKCII PO NEZAWISIMYM PEREMENNYM.
dIFFERENCIALXNOE URAWNENIE DLQ OTYSKANIQ FUNKCII ODNOJ NE- ZAWISIMOJ PEREMENNOJ NAZYWAETSQ O B Y K N O W E N N Y M. eSLI ISKOMAQ FUNKCIQ ZAWISIT OT NESKOLXKIH PEREMENNYH, TO GOWORQT O DIFFERENCIALXNOM URAWNENII W ^ASTNYH PROIZWODNYH. w DANNOM PO- SOBII MY BUDEM RASSMATRIWATX TOLXKO OBYKNOWENNYE URAWNENIQ. p O R Q D O K DIFFERENCIALXNOGO URAWNENIQ OPREDELQETSQ PORQDKOM STAR[EJ PROIZWODNOJ, WHODQ]EJ W URAWNENIE.
nAHOVDENIE RE[ENIQ DIFFERENCIALXNOGO URAWNENIQ NAZYWAETSQ EGO INTEGRIROWANIEM, POTOMU ^TO W BOLX[INSTWE SLU^AEW \TO DEJST- WITELXNO INTEGRIROWANIE. mETOD RE[ENIQ URAWNENIQ OPREDELQETSQ TIPOM URAWNENIQ. dALEKO NE WSQKOE URAWNENIE DOPUSKAET ANALITI^ES- KOE RE[ENIE, I TOGDA DLQ POLU^ENIQ RE[ENIQ PRIHODITSQ PRIBEGATX K ^ISLENNYM METODAM.
dIFFERENCIALXNOE URAWNENIE, POLU^ENNOE W REZULXTATE ISSLEDO- WANIQ KAKOGO-LIBO REALXNOGO PROCESSA ILI QWLENIQ, NAZYWA@T DIF- FERENCIALXNOJ MODELX@ \TOGO PROCESSA ILI QWLENIQ. w PROCESSE PO- STROENIQ DIFFERENCIALXNYH MODELEJ WAVNOE ZNA^ENIE IMEET ZNANIE ZAKONOW TOJ OBLASTI NAUKI, S KOTOROJ SWQZANA RE[AEMAQ ZADA^A. tA- KIE, NAPRIMER, KAK ZAKONY nX@TONA, oMA, kEPLERA, kIRHGOFA, DEJ- STWIQ MASS, SOHRANENIQ \NERGII, WSEMIRNOGO TQGOTENIQ I T.D.
1. dIFFERENCIALXNYE URAWNENIQ 1-GO PORQDKA
1.1.oSNOWNYE PONQTIQ I OPREDELENIQ
1.dIFFERENCIALXNYM URAWNENIEM 1-GO PORQDKA NAZYWAETSQ URAW- NENIE, SWQZYWA@]EE NEZAWISIMU@ PEREMENNU@, ISKOMU@ FUNKCI@ I EE PERWU@ PROIZWODNU@.
y0 = f(x y)
88
dIFFERENCIALXNOE URAWNENIE 1-GO PORQDKA MOVET BYTX ZADANO W
TREH FORMAH: |
|
y0 = f(x y) ; QWNAQ, |
F (x y y0) = 0 ; NEQWNAQ, |
M(x y) dx + N(x y) dy = 0 ; DIFFERENCIALXNAQ.
pRAKTI^ESKI DOSTATO^NO PROSTO PEREHODITX OT ODNOJ FORMY ZAPISI URAWNENIQ K DRUGOJ, I SAMA FORMA ZAPISI URAWNENIQ SOWER[ENNO NE
OPREDELQET TIP URAWNENIQ I METOD EGO INTEGRIROWANIQ. nAPRIMER: (x2 ;y2)y0;2xy+1 = 0 ; NEQWNAQ FORMA, =) y0 = 2xxy2 ;;y12 ; QWNAQ,
)(x2 ; y2)dy ; (2xy ; 1)dx = 0 ; DIFFERENCIALXNAQ FORMA.
2.r E [ E N I E M DIFFERENCIALXNOGO URAWNENIQ NAZYWAETSQ L@- BAQ DIFFERENCIRUEMAQ FUNKCIQ y = y(x) KOTORAQ PRI PODSTANOW- KE W URAWNENIE OBRA]AET EGO W TOVDESTWO. iNTEGRALOM URAWNENIQ NAZYWAETSQ EGO RE[ENIE, POLU^ENNOE W NEQWNOM WIDE.
lEGKO POKAZATX, ^TO KAVDOE DIFFERENCIALXNOE URAWNENIE PERWOGO PORQDKA IMEET BESKONE^NOE MNOVESTWO RE[ENIJ. wSE \TO MNOVESTWO MOVNO OPISATX ODNOJ FUNKCIEJ, KOTORAQ NAZYWAETSQ OB]IM RE[ENI- EM ILI OB]IM INTEGRALOM DIFFERENCIALXNOGO URAWNENIQ. iZ \TOGO MNOVESTWA MOVNO WYBRATX KONKRETNOE (^ASTNOE) RE[ENIE, ESLI ZA- DATX NA^ALXNOE USLOWIE.
3.n A ^ A L X N Y M U S L O W I E M DLQ URAWNENIQ PERWOGO PORQDKA QWLQETSQ ZADANIE ZNA^ENIQ ISKOMOJ FUNKCII PRI ZADANNOM
ZNA^ENII NEZAWISIMOJ PEREMENNOJ, T.E. y(x0) = y0:
4. o B ] I M RE[ENIEM DIFFERENCIALXNOGO URAWNENIQ 1-GO PO- RQDKA NAZYWAETSQ FUNKCIQ y = y(x C) KOTORAQ UDOWLETWORQET SLEDU@]IM USLOWIQM:
a)FUNKCIQ SODERVIT ODNU PROIZWOLXNU@ POSTOQNNU@ C
b)\TA FUNKCIQ QWLQETSQ RE[ENIEM URAWNENIQ PRI L@BYH ZNA^E- NIQH PROIZWOLXNOJ POSTOQNNOJ
c)PRI ZADANNOM NA^ALXNOM USLOWII PROIZWOLXNU@ POSTOQNNU@ MOVNO OPREDELITX EDINSTWENNYM OBRAZOM TAK, ^TO POLU^ENNOE ^ASTNOE RE[ENIE BUDET UDOWLETWORQTX ZADANNOMU NA^ALXNOMU USLO-
WI@.
5. z A D A ^ A k O [ I { NAHOVDENIE ^ASTNOGO RE[ENIQ, UDOW- LETWORQ@]EGO ZADANNOMU NA^ALXNOMU USLOWI@.
89
6. tEOREMA kO[I. (tEOREMA SU]ESTWOWANIQ I EDINSTWENNOSTI ^ASTNOGO RE[ENIQ DIFFERENCIALXNOGO URAWNENIQ 1-GO PORQDKA.) eS-
LI W URAWNENII y0 = f(x y) FUNKCIQ NEPRERYWNA WMESTE SO SWOEJ ^ASTNOJ PROIZWODNOJ PO y W TO^KE M0(x0 y0) I EE OKREST- NOSTI, TO URAWNENIE IMEET I PRI TOM EDINSTWENNOE ^ASTNOE RE- [ENIE, UDOWLETWORQ@]EE ZADANNOMU NA^ALXNOMU USLOWI@ y(x0) = y0:
7. g E O M E T R I ^ E S K I J S M Y S L DIFFERENCIALXNOGO URAWNENIQ I EGO OB]EGO I ^ASTNOGO RE[ENIJ.
a)gRAFIK y = y(x) RE[ENIQ DIFFERENCIALXNOGO URAWNENIQ y0 = f(x y) NAZYWAETSQ INTEGRALXNOJ KRIWOJ.
b)oB]EE RE[ENIE y = y(x C) URAWNENIQ ESTX SEMEJSTWO INTEG- RALXNYH KRIWYH.
c)dIFFERENCIALXNOE URAWNENIE 1-GO PORQDKA y0 = f(x y) ZADAET SWQZX MEVDU KOORDINATAMI TO^KI M(x y) PLOSKOSTI XOY S UGLOWYM KO\FFICIENTOM KASATELXNOJ K INTEGRALXNOJ KRIWOJ, PROHODQ]EJ ^E- REZ \TU TO^KU.
d)zADANIE NA^ALXNOGO USLOWIQ y(x0) = y0 OZNA^AET ZADANIE TO^KI
NA PLOSKOSTI M0(x0 y0): e) rE[ITX ZADA^U kO[I
y0 = f(x y) y(x0) = y0
OZNA^AET, ^TO IZ WSEGO MNOVESTWA INTEGRALX-
NYH KRIWYH, PREDSTAWLQ@]IH OB]EE RE[ENIE
URAWNENIQ, NEOBHODIMO OTOBRATX TU EDINSTWEN-
NU@, KOTORAQ PROHODIT ^EREZ DANNU@ TO^KU
M0(x0 y0):
f) wYPOLNENIE USLOWIJ TEOREMY kO[I W TO^KE OZNA^AET, ^TO ^E- REZ DANNU@ TO^KU PLOSKOSTI OBQZATELXNO PROHODIT I PRITOM TOLXKO ODNA INTEGRALXNAQ KRIWAQ.
tO^KI (x y) PLOSKOSTI, W KOTORYH NE WYPOLNQ@TSQ USLOWIQ TEO- REMY kO[I, NAZYWA@TSQ O S O B Y M I TO^KAMI. w \TIH TO^KAH TERPIT RAZRYW ILI FUNKCIQ f(x y) ILI EE PROIZWODNAQ fy0 (x y): ~E- REZ KAVDU@ IZ TAKIH TO^EK LIBO PROHODIT MNOVESTWO INTEGRALXNYH KRIWYH, LIBO NE PROHODIT NI ODNOJ.
90
1.2. oSNOWNYE TIPY URAWNENIJ 1-GO PORQDKA
rASSMOTRIM NEKOTORYE TIPY DIFFERENCIALXNYH URAWNENIJ 1-GO PORQDKA, RE[ENIE KOTORYH, W KONE^NOM ITOGE, SWODITSQ K INTEGRIROWANI@ (RE[ENIE MOVNO PREDSTAWITX W ANALITI^ESKOM WIDE).
pROSTEJ[IMI DIFFERENCIALXNYMI URAWNENIQMI 1-GO PORQDKA QW-
LQ@TSQ URAWNENIQ WIDA |
f(x) dx + g(y) dy = 0 HARAKTERNOJ OSO- |
|||
BENNOSTX@ KOTORYH QWLQETSQ TO, ^TO MNOVITELEM PRI |
dx |
QWLQETSQ |
||
FUNKCIQ, ZAWISQ]AQ TOLXKO OT x |
A MNOVITELEM PRI |
dy |
QWLQETSQ |
|
FUNKCIQ, ZAWISQ]AQ TOLXKO OT y: |
gOWORQT, ^TO W TAKOM URAWNENII |
|||
PEREMENNYE RAZDELENY, |
A SAMO URAWNENIE NAZYWAETSQ URAWNENIEM S |
RAZDELENNYMI PEREMENNYMI.
rE[ENIE TAKIH URAWNENIJ ZAKL@^AETSQ W PO^LENNOM INTEGRIROWANII |
|
LEWOJ I PRAWOJ EGO ^ASTEJ |
Z f(x) dx + Z g(y) dy = C: |
pOSLE NAHOVDENIQ INTEGRALOW MY POLU^AEM OB]IJ INTEGRAL URAW- NENIQ F(x y C) = 0: eSLI UDAETSQ WYRAZITX QWNO FUNKCI@ ^EREZ
NEZAWISIMU@ PEREMENNU@ (^TO DALEKO NE WSEGDA WOZMOVNO), TO POLU- |
|||
^AEM OB]EE RE[ENIE URAWNENIQ y = f(x C). rASSMOTRIM PRIMER |
|||
|
cos x dx = p |
|
dy: |
y |
|||
dANNOE URAWNENIE QWLQETSQ URAWNENIEM S RAZDELENNYMI PEREMENNY- |
MI, TAK KAK PRI dx STOIT FUNKCIQ, ZAWISQ]AQ TOLXKO OT x A PRI dy
STOIT FUNKCIQ, ZAWISQ]AQ TOLXKO OT y: mOVNO INTEGRIROWATX OBE |
|||||||
^ASTI URAWNENIQ R cos x dx = R p |
|
dy: |
|
|
|
||
y |
|
|
|
||||
2 |
3=2 |
=) |
|
3 |
2=3 |
|
|
sin x + C = 3 y |
|
y = [ |
2(sin x + C)] |
|
: |
||
mETODY RE[ENIQ RASSMATRIWAEMYH NIVE URAWNENIJ (KROME URAWNENIJ W POLNYH DIF- |
|||||||
FERENCIALAH) PREDSTAWLQ@T SOBOJ SPOSOBY SWEDENIQ \TIH URAWNENIJ K URAWNENIQM S |
RAZDELENNYMI PEREMENNYMI.
1.2.1. |
uRAWNENIQ WIDA |
y0 = f(x) g(y) ; |
|
|
URAWNENIQ S RAZDELQ@]IMISQ PEREMENNYMI |
||
o P R E D E L E N I E. |
dIFFERENCIALXNOE URAWNENIE y0 = f(x y) QW- |
LQETSQ URAWNENIEM S RAZDELQ@]IMISQ PEREMENNYMI, ESLI EGO PRA- WAQ ^ASTX PREDSTAWLQET SOBOJ, ILI MOVET BYTX PREDSTAWLENA W WIDE PROIZWEDENIQ (ILI OTNO[ENIQ) DWUH FUNKCIJ, ODNA IZ KOTORYH
91