Защита контрольных работ выполняется по задачам с литерой Д.
Федеральное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
_______________________________________________________
Кафедра “Высшая математика”
ВЫСШАЯ МАТЕМАТИКА
Рабочая программа и контрольные задания
Для студентов заочного факультета
Часть 2
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
Студенты всех специальностей во втором семестре выполняют контрольные работы N 4, 5, 6.
Контрольная работа N 4 (функции нескольких переменных) состоит из 5 задач: Д0371-Д0380, 301-310, 311-320, 321-330, 351-360.
Контрольная работа N 5 (комплексные числа и интегральное исчисление) состоит из 5 задач: Д0401-Д0410, Д0381-Д0390, 361-370, 371-380, 381-390.
Контрольная работа N 6 (интегральное исчисление) состоит из 5 задач: Д0391-Д0400, 391-400, 401-410, 411-420, 451-460.
Защита контрольных работ выполняется по задачам с литерой Д.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Функции нескольких переменных
1. Функции двух и трех переменных. Область определения, геометрический смысл, способы задания. Предел функции. Непрерывность. Свойства функций, непрерывных в замкнутой ограниченной области.
2. Частные производные. Дифференцируемость функции нескольких переменных. Достаточные условия дифференцируемости. Применение полного дифференциала к приближенным вычислениям. Дифференцирование сложных и неявных функций. Инвариантность формы полного дифференциала. Геометрический смысл полного дифференциала. Частные производные и дифференциалы высших порядков.
3. Экстремум функции нескольких переменных. Необходимые и достаточные условия экстремума. Определение наибольшего и наименьшего значений непрерывной функции в замкнутой ограниченной области. Условный экстремум. Приближение функции методом наименьших квадратов.
4. Скалярное поле. Линии и поверхности уровня. Производная по направлению и градиент скалярного поля. Свойства градиента.
5. Векторная функция скалярного аргумента. Производная векторной функции, ее геометрический и механический смыслы. Параметрические уравнения кривой в пространстве. Винтовая линия. Уравнения касательной прямой и нормальной плоскости к пространственной кривой. Уравнения касательной плоскости и нормали к поверхности.
Комплексные числа. Многочлены
1. Комплексные числа, их изображение на плоскости. Алгебраическая, тригонометрическая и показательная формы комплексного числа. Формулы Эйлера. Алгебраические действия над комплексными числами.
2. Многочлены в комплексной области. Корни многочлена. Теорема Безу. Основная теорема алгебры. Разложение многочлена с действительными коэффициентами на линейные и квадратичные множители. Разложение рациональных дробей на простейшие дроби.
Неопределенный интеграл
1. Первообразная. Неопределенный интеграл и его свойства. Таблица интегралов. Интегрирование подстановкой и по частям. Интегрирование рациональных функций путем разложения на простейшие дроби. Интегрирование простейших иррациональных выражений. Интегрирование выражений, содержащих тригонометрические функции.
Определенный интеграл
1. Задачи, приводящие к понятию интеграла. Определенный интеграл и его свойства. Геометрический смысл определенного интеграла. Производная определенного интеграла по верхнему пределу. Формула Ньютона–Лейбница. Вычисления определенного интеграла подстановкой и по частям.
2. Приближенное вычисление определенного интеграла. Формулы прямоугольников, трапеций и Симпсона.
3. Несобственные интегралы с бесконечными пределами и интегралы от неограниченных функций.
4. Геометрические приложения определенного интеграла.
Кратные и криволинейные интегралы
1. Задачи, связанные с понятиями двойного, тройного и криволинейного интегралов.
2. Двойной и тройной интегралы и их свойства. Геометрический смысл двойного интеграла. Вычисление двойного интеграла в декартовых и полярных координатах. Вычисление тройного интеграла путем сведения его к вычислению двойного или определенного интеграла.
3. Криволинейные интегралы первого и второго рода, свойства и вычисление. Формула Грина. Условие независимости криволинейного интеграла от формы пути интегрирования.
4. Геометрические и механические приложения кратных и криволинейных интегралов.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Дайте определение частной производной. Приведите примеры.
2. Сформулируйте необходимое условие экстремума функции двух переменных.
3. В чем состоит отличие между задачами нахождения экстремума функции двух переменных и определения наибольшего или наименьшего значения этой функции в замкнутой области?
4. Как преобразовать алгебраическую форму записи комплексного числа в тригонометрическую?
5. Какая функция называется первообразной? Как проверить результат интегрирования?
6. Напишите таблицу первообразных основных элементарных функций.
7. Дайте определение определенного интеграла.
8. Напишите формулу Ньютона-Лейбница.
9. Приведите пример использования определенного интеграла при вычислении площади фигуры.
10. Дайте определение двойного интеграла.
Список рекомендуемой литературы
1. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления для втузов. т. I, 12-е изд. – М: Наука. –2007.
2. Минорский В.П. Сборник задач по высшей математике. - М.: Физматлит, 2006.
3. Данко П.Е., Попов А.Г., Кожевникова Высшая математика в упражнениях и задачах., т. I, М.: Высшая школа –2008.
4. Письменный Д.Г. Конспект лекций по математике: полный курс. - М: АЙРИС ПРЕСС, 2006.
5. Высшая математика для экономистов: учебник для вузов / [Кремер Н. Ш., Путко Б. А., Тришин И. М., Фридман М. Н.]; под ред. Н. Ш. Кремера. - 3-е изд. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2007.
ЗАДАЧИ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ
Д0371-Д0380. Найти частные производные первого порядка
для функции .
Д0371. .Д0372. .Д0373. .
Д0374. .Д0375. .Д0376. .
Д0377. .Д0378. . Д0379. .
Д0380. .
Д0401-Д0410. Решить квадратное уравнение на множестве комплексных чисел.
Д0401. . Д0402. .Д0403. .
Д0404. . Д0405. . Д0406. .
Д0407. .Д0408. .Д0409. .
Д0410. .
Д0381-Д0390. Найти неопределенный интеграл. Результаты проверить
дифференцированием.
Д0381. а) ; б) ; в) .
Д0382. а) ; б) ; в) .
Д0383. а) ; б) ; в) .
Д0384. а) ; б) ; в) .
Д0385. а) ; б) ; в) .
Д0386. а) ; б) ; в) .
Д0387. а) ; б) ; в) .
Д0388. а) ; б) ; в) .
Д0389. а) ; б) ; в) .
Д0390. а) ; б) ; в) .
Д0391-Д0400. Вычислить определенный интеграл.
Д0391. ; Д0392. ; Д0393. ;
Д0394. ; Д0395. ; Д0396. ;
Д0397. ; Д0398. ; Д0399. ;
Д0400. .
301-310. Найти частные производные второго порядка для функции z = f (x, y) и показать, что она удовлетворяет данному уравнению.
| 301. | z =exy ; | |
| 302. | z =sin(x – y)/x; | |
| 303. | z =ln(x2 + y2 + 2x + 1); | |
| 304. | z =xe y/x ; | |
| 305. | z =sin(x + ay); | . |
| 306. | z = ln(x + e–y); | |
| 307. | z =e–cos(a x+y); | . |
| 308. | z =sin2(y – ax); | . |
| 309. | z =arctg(x/y); | |
| 310. | z=x y ; |
311-320. Дана функция z = f(x, y) и точки A(x0; y0) и B(x1; y1). Требуется:
1) вычислить точное значение функции в точке B;
2) вычислить приближенное значение функции в точке B, исходя из значения функции в точке A, и заменив приращение функции при переходе от точки A к точке B дифференциалом;
3) оценить в процентах относительную погрешность;
4) составить уравнения касательной плоскости и нормали к поверхности z = f(x, y) в точке C(x0; y0; z0).
| № | z =f(x,y) | A(x0;y0) | B(x1;y1) |
| 311. | z =3xy + 2x + y | A(1;2); | B(1.05; 1.93). |
| 312. | z =x2 – y2 + 5x + 4y | A(3;2); | B(3.02; 1.98). |
| 313. | z =3y2 – 9xy + y | A(1;3); | B(1.07; 2.94). |
| 314. | z =x2 + 2xy + 3y2 | A(2;1); | B(1.95; 1.04). |
| 315. | z =2xy + 3y2 – 5x | A(3;4); | B(3.04; 3.95). |
| 316. | z =xy + x – y | A(1.5;2.3); | B(1.43; 2.35). |
| 317. | z =x2 – y2 – 2x + y | A(4;1); | B(3.98; 1.06). |
| 318. | z =y2 + 6xy – 3y | A(3;2); | B(2.94; 2.05). |
| 319. | z =2xy + 3x – 2y | A(2;2); | B(1.93; 2.05). |
| 320. | z =x2 + y2 + 2x + 3y | A(1;2); | B(1.05; 1.98). |
321-330. Найти наибольшее и наименьшее значения функции z = f(x,y) в замкнутой области D. Сделать чертеж.
| № | z = f(x, y) | Область D |
| 321. | z =x2 – 2y + 4xy – 6x – 1 | |
| 322. | z =xy – x – 2y | |
| 323. | z =5x2 – 3xy + y2 + 4 | |
| 324. | z =3x + y – xy | |
| 325. | z =x2 + 2xy – y2 – 4y | |
| 326. | z =x2 + 2xy – y2 + 4x | |
| 327. | z =x2 + 3y2x – y | |
| 328. | z =x2 + 2y2 + 1 | |
| 329. | z =x2 + y2 – xy + x + y | |
| 330. | z = 3 – 2x2 – xy – y2 |
331-340. Найти экстремум функции z = f(x,y) при условии j(x,y) = 0.
| № | z =f(x,y) | (x,y) = 0 |
| 331. | z =x2 + y2 | x + y = 1 |
| 332. | z =x2 + y2 | x/3 + y/4 = 1 |
| 333. | z =x2 + y2 | 4x – 3y = 1 |
| 334. | z =x2 + y2 | –x/3 + y/4 = 1 |
| 335. | z =x2 + y2 | x – y = 1 |
| 336. | z =x/3 + y/4 | x2 + y2 = 1 |
| 337. | z =x – y | x2 + y2 = 1 |
| 338. | z =4x – 3y | x2 + y2 = 1 |
| 339. | z =x/4 – y/3 | x2 + y2 = 25 |
| 340. | z =–x/5 + y/12 | x2 + y2 = 1 |
341-350. Дана функция z = f(x, y), точка A(x0, y0) и вектор` а = (ax, ay). Найти: 1) grad z в точке A;
2) производную в точке A по направлению вектора` а.
| № | z =f(x, y) | A(x0; y0) | ` а = (ax; ay) |
| 341. | z =ln(cos(x + y)) | A(4; 3) | ` а = (-1; 1) |
| 342. | z =(x–y)/(x + y) | A(4; 3) | ` а = (2; 2) |
| 343. | z =arctg(x2/y) | A(-2; 4) | ` а = (3; 4) |
| 344. | z =e | A(0; 1) | ` а = (8; 6) |
| 345. | z =ln | A(1; -1) | ` а = (4; 3) |
| 346. | z =arsin | A(1; 4) | ` а = (-5; 12) |
| 347. | z =x4 + 5x2y2 – 3 | A(2; -2) | ` а = (-2; 5) |
| 348. | z =ln(x2 – ) | A(2; 1) | ` а = (1; 4) |
| 349. | z =5x2 + 6xy | A(2; 1) | ` а = (1; 2) |
| 350. | z =ln(3x – 2y)2 | A(2; 1) | ` а = (1; -1) |
351-360. Экспериментально получены пять значений функции y = f(x) при пяти значениях аргумента, которые записаны в таблицу.
| xi | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| yi | y1 | y2 | y3 | y4 | y5 |
Методом наименьших квадратов найти функцию вида Y = aX+b, выражающую приближенно функцию y = f(x). Сделать чертеж, на котором в декартовой системе координат построить экспериментальные точки и график аппроксимирующей функции Y = aX+b.
| Задачи | ||||||||||
| y1 | 5.9 | 5.5 | 3.9 | 4.9 | 4.5 | 5.7 | 5.2 | 5.1 | 4.7 | 4.3 |
| y2 | 6.9 | 6.5 | 4.9 | 5.9 | 5.5 | 6.7 | 6.2 | 6.1 | 5.7 | 5.3 |
| y3 | 5.4 | 5.0 | 3.4 | 4.4 | 4.0 | 5.2 | 4.7 | 4.6 | 4.2 | 3.8 |
| y4 | 3.4 | 3.0 | 1.4 | 2.4 | 2.0 | 3.2 | 2.7 | 2.6 | 2.2 | 1.8 |
| y5 | 3.9 | 3.5 | 1.9 | 2.9 | 2.5 | 3.7 | 3.2 | 3.1 | 2.7 | 2.3 |
361-370. Дано комплексное число а. Требуется:
a) записать число а в алгебраической, тригонометрической и показательной формах;
б) изобразить а на комплексной плоскости;
в) вычислить а12;
г) найти все корни уравнения z3–а = 0;
д) вычислить произведение полученных корней;
е) составить квадратное уравнение с действительными
коэффициентами, корнем которого, является а.
361. а = ; 362. а = ; 363. а = ;
364. а = ; 365. а = ; 366. а = ;
367. а = ; 368. а = ; 369. а = ;
370. а = .
371-380. Найти неопределенные интегралы. В пунктах а) и б) результаты проверить дифференцированием.
371.а) ; б) ; в) ;
г) ; д) ; e) .
372.а) ; б) ; в) ;
г) ; д) ; е) .
373. а) ; б) ; в) ;
г) ; д) ; e) .
374.а) ; б) ; в) ;
г) ; д) ; e) .
375. а) ; б) ; в) ;
г) ; д) ; e) .
376. a) ; б) ; в) ;
г) ; д) ; e) .
377. a) ; б) ; в) ;
г) ; д) ; e) .
378. a) ; б) ; в) ;
г) ; д) ; e) .
379. a) ; б) ; в) ;
г) ; д) ; e) .
380. a) ; б) ; в) ;
г) ; д) ; е) .
381-320. Вычислить определённый интеграл.
381. ; 382. ; 383.
384. ; 385. ; 386. ;
387. ; 388. ; 389. ;
390. .
391-400. Проверить сходимость несобственных интегралов.
391. ; 392. ; 393. ;
394. ; 395. ; 396. ;
397. ; 398. ; 399. ;
400. .
401-410. Вычислить площади фигур, ограниченных линиями.
401. a) y = x2 ; y = 2/x; y = 16; б) r2 = 9cos2j .
402. a) y = x3 ; y = x ; y = 4x; б) r = 2(1 + cosj) .
403. a) y = x ; y = x/2; y = 12 – x; б) r = 2cos3j .
404. a) y = x2 + 1 ; y = 3x + 1; б) r = 4cosj.
405. a) y = 2/x; y = x/2 ; y = 2; б) r = 4sin2j.
406.a) y = x2 ; y = 2/x; x = 6; б) r = cos2j.
407. a) y = 2x; y = x ; y = 6 – x; б) r = 3 – cos2j.
408. a) y = 3x2 + 1; y = 3x + 7; б) r = 2(1 + sinj).
409. a) y = 2x – x2 ; x + y = 0; б) r = 4(1 + sin2j).
410. a) y = x2 + 4x ; y = x + 4; б) r = 3(1 – cosj).
411-420. Изменить порядок интегрирования в следующих повторных интегралах, предварительно изобразив на чертеже области интегрирования.
411. ; 412. ;
413. ; 414. ;
415. ; 416. ;
417. ; 418. ;
419. ; 420. .
421-430. Вычислить массу однородного тела, ограниченного указанными поверхностями. Сделать чертежи данного тела и его проекции на плоскость XOY.
421. z = 4 – x2 ; y = 5 ; y = 0 ; z = 0 .
422. z = 9 – x2 ; x + y = 3 ; y = 2x ; z = 0 ; y = 0.
423. x + y + z = 6 ; x = 3 ; y = 3 ; x = 0 ; y = 0 ; z = 0 .
424. z = 0 ; 4z = y2 ; 2x–y = 0 ; x + y = 9 .
425. z = 1 – x2 ; z = 0 ; y = 0 ; y = 3–x .
426. z = 4y1/2; z = 0 ; x = 0 ; x + y = 4 .
427. z = x2 + y2 ; x = 0 ; y = 0 ; z = 0 ; x = 3; y = 4 .
428. 2z = 2 – x – y ; z = 0 ; x = y2 ; y = x .
429. z = 1 – y2 ; z = 0 ; x = y2 ; x = 2y2 + 1 .
430. z = x2 + y2 ; y = x2 ; y = 1 ; z = 0 .
431-440. Вычислить криволинейные интегралы 1-го рода по отрезку прямой между точками А и В.
431. ; A(0,0,0); B(1,2,2) .
432. ; A(8,9,3) ; B(6,9,5) .
433. ; A (1,4,5) ; B (2,6,7) .
434. ; A (2,1,3) ; B (4,3,4) .
435. ; A (1,2,3) ; B (3,4,4) .
436. ; A (3,-1,2) ; B (5,0,4) .
437. ; A (4,1,3) ; B (6,2,5) .
438. ; A (2,3,1) ; B (3,5,3) .
439. ; A (1,2,5) ; B (3,4,6) .
440. ; A (6,1,2) ; B (7,3,4) .
441-450. Найти работу, производимую силой , вдоль указанного пути L . Сделать чертеж кривой L .
441. ;
L–ломаная ОАВ; где (×) O (0;0) ; (×) A (2;0) ; (×) B (4;5).
442. ;
L–дуга окружности, задаваемой уравнениями x = 5cost; y = 5sint , от (×) A (5; 0) до (×) B (0;5) .
443. ;
L– дуга кривой xy = 1 (1£ x £4).
444. ;
L– дуга параболы y = x2 от (×) A (-1; 1) до (×) B (1; 1) .
445. ;
L–верхняя половина эллипса, задаваемого уравнениями x = 3cost, y = 2sint, (0 £ t £ p).
446. ;
L–дуга кривой y = e–x от (×) A (0;1) до (×) B(-1;e) .
447. ;
L–ломаная ABC, где (×) A (1;2) , (×) B (1;5) , (×) C (3;5) .
448. ;
L– дуга астроиды x = cos3t, y = sin3t, (0 £ t £ p/2).
449. ;
L– дуга параболы y = 2x2 от (×) O(0;0) до (×) A (1;2) .
450. ;
L– дуга кривой y = ln x от (×) A(1;0) до (×) B(e;1) .
451-460. Вычислить значение определенного интеграла с помощью формулы Симпсона, разбив отрезок интегрирования на 10 частей. Все вычисления производить с округлением до третьего десятичного знака.
451. .452. .453. .
454. . 455. . 456. ..457. .458. . 459. ..460. .
СОСТАВИЛИ: профессор Гарбарук В.В.,
доцент Канунников В.Н.,
ст. преп. Луценко Ю.Г.,
доцент Соловьева И.М.