Учебное пособие: Методические указания и контрольные задания к выполнению контрольных работ №4,5,6 для студентов специальности 290300 заочной формы обучения
Название: Методические указания и контрольные задания к выполнению контрольных работ №4,5,6 для студентов специальности 290300 заочной формы обучения Раздел: Остальные рефераты Тип: учебное пособие | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Саратовский государственный технический университет Балаковский институт техники, технологии и управления ВЫСШАЯ МАТЕМАТИКА ЧАСТЬ 2 Методические указания и контрольные задания к выполнению контрольных работ №4,5,6 для студентов специальности 290300 заочной формы обучения
Одобрено редакционно-издательским советом Балаковского института техники, технологии и управления Балаково 2009 ВВЕДЕНИЕ Методические указания и задания к выполнению контрольных работ по высшей математике предназначены для студентов 1 курса специальности 290300 «Промышленное и гражданское строительство» заочной формы обучения. Они содержат 4, 5 и 6 контрольные работы и являются продолжением методических указаний (часть 1) к выполнению контрольных работ № 1, 2, 3. Приступая к выполнению контрольной работы, необходимо ознакомиться с соответствующими разделами программы курса и методическими указаниями, изучить литературу и разобрать решение подобных задач и примеров. Контрольные работы должны быть выполнены и представлены в сроки, установленные рабочим планом по высшей математике. При удовлетворительном выполнении работа оценивается «допущена к собеседованию»; студент обязан учесть все замечания рецензента, внести в нее необходимые исправления и дополнения. После успешного прохождения собеседования студент получает зачет по выполненным работам и допускается к экзамену. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №4 Дифференциальное исчисление функции одной переменной Основные теоретические сведения 1. Пусть на некотором промежутке Производная есть скорость изменения
функции в точке Процесс отыскания производной называется дифференцированием . Правила дифференцирования Если функции 1) 3) где Правила дифференцирования сложной и параметрически заданной функции 1. Если
2. Если функция ТАБЛИЦА ПРОИЗВОДНЫХ простейших элементарных функций I . II. III. IV. V. VII. IX. XI. 1. Производной второго порядка
(второй производной) функции Аналогично определяются производные высших порядков. Если функция задана параметрически, то
2. Дифференциалом
функции Дифференциал функции равен произведению его производной на дифференциал аргумента: Если приращение то есть дифференциал функции может применяться для приближенных вычислений. 3. Уравнение касательной к графику функции а уравнение нормали Пример
1
.
Найти производную функции Решение.
Здесь основание и показатель зависят от
то есть Пример
2
.
Найти Решение.
Найдем Следовательно, Вторая производная Пример
3
.
Найти Решение.
Здесь функция
Выразим из этого выражения Откуда Пример
4
.
Вычислить приближенно с помощью дифференциала Решение.
Значение функции
Тогда, применяя формулу КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №5 ПРИЛОЖЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ИСЧИСЛЕНИЯ Основные теоретические сведения 1. Правило Лопиталя
. Предел отношения двух бесконечно малых или бесконечно больших функций (неопределенность вида если предел в правой части равенства существует. 2. Если в некоторой окрестности точки 3. Точка 4. Прямая При Если то прямая 5. Общая схема исследования функции и построения ее графика[5]. 6. Нахождение приближенных значений действительных корней уравнения Приближенное значение корня с заданной степенью точности где Вычислительная формула метода касательных имеет вид где Вычисления приближений Пример 1.
Исследовать на экстремум функцию Решение.
Находим первую производную:
В первой строке указаны интервалы, на которые область определения функции разбивается точками Исследуемая функция, как следует из таблицы, имеет максимум в точке х =0: у (0)=0 и минимум точке х =2: у (2)=4. Точка х =1 не является точкой экстремума, так как функция не определена в этой точке. Пример 2.
Найти асимптоты функции Решение.
Точка х=1 является точкой разрыва функции. Так как Ищем наклонные асимптоты у=kx+ b , используя формулы (2): Таким образом, уравнение наклонной асимптоты имеет вид у=х+ 1. Пример 3.
Построить график функции Решение.
1. Область определения:
График функции имеет одну вертикальную асимптоту х =1 и одну наклонную асимптоту у=х +1 (см. пример 2). Он пересекает оси в точке (0,0). 2. Как было показано выше (см. пример 1), функция имеет один максимум при х =0 и один минимум при х =2. 3. Вторая производная
Учитывая полученные результаты, Рис.1. График функции
Пример 4. Используя правило Лопиталя, вычислить предел функции:
Решение. 1. Подстановка предельного значения x = –1 приводит к неопределенности вида 0/0. Раскроем ее с помощью правила Лопиталя (1): Однократное применение правила Лопиталя не приводит к раскрытию неопределенности (по прежнему получаем 0/0), поэтому применим его еще раз: Таким образом, в результате двукратного применения правила Лопиталя находим 2. Убедившись, что имеет место неопределенность вида
Пример 5.
С точностью до 0,01 найти все действительные корни уравнения Решение.
1.Обозначим через 2.Вычислим корень с заданной степенью точности. Сначала применим метод хорд. Так как x
1
= x
0
– Находим значение функции f (x ) в точке x 1 =0,6: f (0,6) = (0,6)2 + 4(0,6) – 3 = 0,216 + 2,4 – 3 = –0,384. Так как f (0,6)<0 и f (1)>0, то искомый корень находится в интервале (0,6; 1). Находим значение x 2 : х
2
= 0,6 – f (x 2 ) = f (0,664) = (0,664)3 + 4(0,664) – 3 ≈ –0,051. Следовательно, искомый корень принадлежит интервалу (0,0664, 1). x
3
= 0,664 – f (x 3 ) = f (0,671) = (0,671)3 + 4∙0,671 – 3 = 0,302 + 2,684 – 3 ≈ –0,0139; x
4
= 0,671 – Проверка: Рассмотрим теперь метод касательных. Итак, уравнение имеет один корень в интервале (0,1). При этом x
1
= x
0
– x
2
= x
1
– x
3
= x
2
– Так как в найденных последовательных приближениях две цифры после запятой стали одинаковыми, то значение корня уравнения КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА№ 6 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ ФУНКЦИЙ НЕСКОЛЬКИХ ПЕРЕМЕННЫХ Основные теоретические сведения 1. Частной производной первого порядка функции нескольких переменных u = f(x,y,z) по аргументу x называется предел:
Обозначаем 2. Производной
функции u = f
(x
,
y
,
z
) в точке M(x
,
y
,
z
) в направлении
вектора
Если u (x , y , z ) дифференцируемы, то производная в данном направлении вычисляется по формуле:
где α,β,γ – углы, образованные вектором Скалярным полем U называется скалярная функция точки М: U =U (M) вместе с областью ее определения. Градиентом скалярного поля U (M) называется векторная функция точки М, определяемая формулой Отметим следующее свойство градиента: Градиентом
функции u
= f
(x,y,z
) в точке M(x,y,z
) называется вектор, выходящий из точки М и имеющий своими координатами частные производные функции u: grad u
= Градиент указывает направление наибыстрейшего изменения функции в данной точке и направлен по нормали к поверхности уровня функции u . Производная по направлению равна скалярному произведению gradU
и единичного вектора Если поверхность задана уравнением u (x,y,z )=0, то уравнение касательной плоскости в точке M(x 0, y 0 ,z 0 ) имеет вид где 3. Если функция z
= f
(x
,
y
) дифференцируема, то ее полное приращение ∆f
(x
+∆x
, y
+∆y
) – f
(x
,y
) может быть приближенно заменено дифференциалом dz
= На этом основано приближенное равенство f (x +∆x , y +∆y ) ≈ f (x,y ) + df (x,y ). (4) Если Р – точное, а р – приближенное значение некоторой величины, то абсолютная погрешность ∆, относительная погрешность δ и относительная погрешность в процентах θ определяются по формулам: ∆ = Пример 1.
Найти градиент скалярного поля f
(r
)=1/r, где Решение.
Вычисляем градиент по формуле (2), используя соотношение (3): Найдем единичный вектор Теперь найдем производную поля f
(r
) по направлению вектора Пример 2.
Даны функции z
= f
(x
,
y
) = Решение.
1. Здесь z =
Полагая х
=4, у
=2, получим в точке А: z
=f
(4;2)=3; При ∆х =4,03-4=0,03, ∆у =1,96-2=-0,04 найдем дифференциал функции в точке А: df
(x
,
y
) = Далее находим приближенное значение данной функции в точке В: 2. Вычислим теперь значение данной функции в точке В непосредственно: В данном случае абсолютная погрешность формулы (4) равна ∆= Пример 4.
Найти наибольшее и наименьшее значения функции z= Решение. Область, в которой рассматривается данная функция, представляет собой треугольник АОВ. Найдем критические точки функции внутри этой области. Для этого найдем частные производные
Получаем критическую точку Р(1;2), лежащую внутри рассматриваемой области. Граница рассматриваемой области состоит из трех отрезков, принадлежащих различным прямым, имеющим различные уравнения. Поэтому исследуем по отдельности каждый из этих отрезков. Отрезок ОА определяется уравнением у =0 при дополнительном условии 0≤ х
≤5 . Функция z
является здесь функцией одной переменной: z
= Ее производная Отрезок АВ определяется уравнением y =5-x при дополнительном условии 0 ≤ х ≤ 5 . Функция z является здесь функцией одной переменной: Z= Границами отрезков ОА, ОВ, АВ являются точки О (0;0), А(5;0) и В(0;5). Итак точки, в которых данная функция принимает наибольшее и наименьшее значения в заданной области, находятся среди точек Р(1;2), Q(0;4), R(2;3), О(0;0), А(5;0), В(0;5). Вычислим значения функций в этих точках: z (P) = z (1; 2) = – 6; z (Q) = z (0; 4) = – 9; z (R) = z (2; 3) = 0; z (O) = z (0; 0) = 7; z (A) = z (5; 0) = – 18; z (B) = z (0; 5) = – 8. В вершине треугольника O (0; 0) функция имеет наибольшее значение: z наиб = z (0; 0) = 7, а вершина треугольника A (5; 0) функция имеет наименьшее значение z наим = z (5; 0) = -18. ЗАДАЧИ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №4 1. Найти производные первого порядка, используя правила вычисления производных. 131. а) 132. а) 133. а) 134. а) 135. а) 136. а) 137. а) 138.а) 139.а) 140.а) 2. Найти 141. 142. 143. 147. 148. 3. Вычислить приближенно с помощью дифференциала. 151. Площадь круга, радиуса 153. 155. 157. Объём шара, радиуса 159. 4. На линии 161. 162. 165. 166-170. На линии 166. 167. 170. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №5 I. Вычислить предел функции при помощи правила Лопиталя. 191. 193. 195. 197. 199. II. 201. Требуется изготовить из жести ведро цилиндрической формы без крышки данного объема V. Каковы должны быть высота ведра и радиус его дна, чтобы на его изготовление ушло наименьшее количество жести? 202. Равнобедренный треугольник, вписанный в окружность радиуса R, вращается вокруг прямой, которая проходит через его вершину параллельно основанию. Какова должна быть высота этого треугольника, чтобы тело, полученное в результате его вращения, имело наибольший объем? 203. Прямоугольник вписан в эллипс с осями 2а и 2b. Каковы должны быть стороны прямоугольника, чтобы его площадь была наибольшей? 204. Найти радиус основания и высоту цилиндра наибольшего объема, который можно вписать в шар радиуса R. 205. Найти радиус основания и высоту конуса наименьшего объема, описанного около шара радиуса R. 206. При каких линейных размерах закрытая цилиндрическая банка данной вместимости V будет иметь наименьшую полную поверхность? 207. Окно имеет форму прямоугольника, завершенного полукругом. Периметр окна равен а. При каких размерах сторон прямоугольника окно будет пропускать наибольшее количество света? 208. В точках А и В, расстояние между которыми равно а, находятся источники света соответственно с силами F1 и F2 . На отрезке АВ найти наименее освещенную точку М0 . Замечание. Освещенность точки источником света силой F обратно пропорциональна квадрату расстояния r ее от источника света: Е = kF / r2 , r = const. 209. Из круглого бревна, диаметр которого равен d , требуется вырезать балку прямоугольного поперечного сечения. Каковы должны быть ширина и высота этого сечения, чтобы балка оказывала наибольшее сопротивление на изгиб? Замечание. Сопротивление балки на изгиб пропорционально произведению ширины х ее поперечного сечения на квадрат его высоты у: Q= kxy2 , k = const. 210. Требуется изготовить открытый цилиндрический бак данного объема V. Стоимость квадратного метра материала, идущего на изготовление дна бака, равна р1 рублей, а на изготовление стенок - р2 рублей. Каковы должны быть радиус дна и высота бака, чтобы затраты на материал для его изготовления были наименьшими? 3. Исследовать методами дифференциального исчисления функцию 211. 213. 215. 217. 219. 4. Определить количество действительных корней уравнения х3 + ах + b = 0, отделить эти корни и, применяя метод хорд и касательных, найти их приближенное значение с точностью до 0,0001. 221. a = 0,29 , b = 0,32. 222. a = 0,43 , b = 0,46. 223. a = 0,55 , b = 0,58. 224. a = 0,61 , b = 0,63. 225. a = 0,11 , b = 0,14. 226. a = 0,15 , b = 0,18. 227. a = 0,27 , b = 0,30. 228. a = 0,80 , b = 0,83. 229. a = 0,33 , b = 0,36 230. a = 0,49 , b = 0,52. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА№ 6 1. Найти градиент скалярного поля Вычислить производную поля в точке А по направлению вектора 231. 233. 235. 237. 239. 2. Даны функции 241. z = 2x2 + y2 + x – 3y ; A (2;-1), B (2,02; 0,99). 242. z = x2 – y2 + 5x + 4y ; A (3;2), B (3,02; 1,98). 243. z = xy + 4x – 3y ; A (4;-3), B (3,98; -3,03). 244. z = 3y2 – 9xy + y; A (1;3), B (1,07; 2,94). 245. z = x2 + 3xy – y2 ; A (1;3), B (0,96; 2,95). 246. z = xy + 2x – y; A (2;2), B (1,93; 2,05). 247. z = 2x2 + 3xy + y 2 ; A (1;2), B (0,96; 1,95). 248. z = 2y 2 + 9xy + y ; A (3;1), B (2,94; 1,07). 249. z = xy + 2y2 – 2x; A (1;2), B (0,97; 2,03). 250. z = x2 + y2 + y ; A (-2;2), B (-2,03; 2,04). 3. Найти наибольшее и наименьшее значение функции в замкнутой области, ограниченной заданными линиями. 251. z =x 2 +2xy – 10; y = 0, y = x 2 – 4. 252. z = x2 + xy – 2; y = 0, y =4x 2 – 4. 253. z = xy - 2x –y ; x = 0, y =0, x =3, y = 4. 254. z = x3 + y3 – 3xy ; x = 0, y =0, x =2, y =3. 255. z = x2 + 2xy – y 2 – 4x ; y =0, x =3, y =x . 256. z = 5x2 – 3xy + y 2 +4; x = 0, y =0, x + y =2. 257. z = x2 - 2y 2 +4; x2 + y2 = 1. 258. z = x2 + xy – 3x – y ; x = 0, y =0, x =2, y =3. 259. z
= 4. Экспериментально получены пять значений функции
Методом наименьших квадратов найти функцию вида 251. y 1 = 4, 2; y 2 =5, 2; y 3 = 3, 7; y 4 = 1, 7; y 5 = 2, 2; 252. y 1 = 4, 3; y 2 = 5, 2; y 3 = 4, 1; y 4 = 2, 1; y 5 = 2, 3; 253. y 1= 4, 6; y 2 = 5, 6; y 3 = 4, 1; y 4 = 2, 1; y 5 = 2, 6; 254. y 1 = 4, 8; y 2 = 5, 8; y 3 = 4, 3; y 4 = 2, 3; y 5 = 2, 8; 255. y 1 = 5, 2; y 2 = 6, 2; y 3 = 4, 7; y 4 = 2, 7; y 5 = 3, 2; 256. y 1 = 3, 7; y 2 = 4, 7; y 3 = 3, 2; y 4 = 1, 2; y 5 = 1, 7; 257. y 1 = 5, 0; y 2 = 6, 0; y 3 = 4, 5; y 4 = 2, 5; y 5 = 3, 0; 258. y 1 = 5, 6; y 2 = 6, 6; y 3 = 5, 1; y 4 = 3, 1; y 5 = 3, 6; 259. y 1 = 5, 7; y 2 = 6, 7; y 3 = 5, 2; y 4 = 3, 5; y 5 = 3, 7; 260. y 1 = 5, 7; y 2 = 6, 9; y 3 = 5, 0; y 4 = 3, 4; y 5 = 3, 9; Таблица вариантов
Рекомендуемая литература
При изучении курса математики может быть использована следующая литература. 1. Пискунов Н.С. Дифференциальные и интегральные исчисления для втузов. - М..: Высшая школа, 2008. –Т1. 2. Бугров Я.С., Никольский С.М. Высшая математика. Дифференциальные и интегральные исчисления. - М..: Наука, 2004. 4. Шипачев В.С. Задачник по высшей математике. - М..: Высшая школа, 2008. 5. Данко П.Е., Попов А.Г., Кожевникова Т.Я. Высшая математика в упражнениях и задачах. -М..: Наука, 2008. –Ч1. 6. Письменный Д.Т. Конспект лекций по высшей математике. – М.: Рольф, 2007. – Т1. Содержание ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………..... 2 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №4…………………………………………. 3 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №5…………………………………………. 7 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №6…………………………………………14 Задания для контрольных работ………………………………………… 19 Рекомендуемая литература…………………………………………….. 27 ВЫСШАЯ МАТЕМАТИКА ЧАСТЬ 2 Методические указания и контрольные задания к выполнению контрольных работ №4,5,6 для студентов специальности 290300 заочной формы обучения Составили: СИМАНОВИЧ Арнольд Антонович ПРИЯТКИНА Юлия Валерьевна Рецензент Т.Д. Побежимова. каф. УИТ В.П. Бирюков Редактор Л.В. МаксимоваЛ.В. Максимова Подписано в печать Формат 60х84 1/16 Бумага тип Усл. печ. л. Уч. – изд. л. Тираж 100 экз. Заказ Бесплатно Саратовский государственный технический университет 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77 Копипринтер БИТТиУ, 413840, г.Балаково, ул.Чапаева, 140 |