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

Терёхина, Фикс - Высшая математика

.pdf
Скачиваний:
136
Добавлен:
29.05.2015
Размер:
2.54 Mб
Скачать

2.4.5. 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

f(x y)

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