Математика. В 4 ч. Ч.3


120 downloads 4K Views 1MB Size

Recommend Stories

Empty story

Idea Transcript


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет

БН

ТУ

Кафедра «Высшая математика № 1»

МАТЕМАТИКА

ри й

ПРАКТИКУМ

ит о

В 4 частях

Ре

по з

Часть 3

Минск БНТУ 2015 1

УДК 51(076.5) ББК 22.1я7 М34

ТУ

Автор ы: О. Р. Габасова, А. В. Грекова, О. Л. Зубко, И. М. Мартыненко, Н. А. Микулик, Г. И. Лебедева, Г. А. Романюк, Е. А. Федосик

Математика: практикум : в 4 ч. / О. Р. Габасова и [и др.]. – Минск : БНТУ, 2013 – .– Ч.3. – 2015. – 107 с. ISBN 978-985-550-481-9 (Ч. 3).

ит о

М34

ри й

БН

Р е це н зе н ты: зав. каф. высшей математики БГУИР, В. В. Цегельник; доцент БГУ, канд. физ.-мат. наук, доцент А. Н. Исаченко

Ре

по з

Практикум написан в соответствии с действующей программой курса «Математика» для студентов инженерно-технических специальностей БНТУ. Практикум состоит из 17 занятий по разделам «Ряды», «Теория функций комплексного переменного», «Операционное исчисление», «Уравнения в частных производных». Каждое занятие содержит задания для аудиторной и самостоятельной работы студентов. Задания снабжены ответами, что позволит студентам проконтролировать правильность решений задач. Пособие содержит также типовые расчеты по указанным разделам, которые могут быть использованы и для индивидуальных заданий студентов, и для проведения текущего контроля знаний студентов. Практикум предназначен для студентов дневной и заочной форм обучения и для преподавателей.

ISBN 978-985-550-481-9 (Ч. 3) ISBN 978-985-550-341-6

2

УДК 51(076.5) ББК 22.1я7

© Белорусский национальный технический университет, 2015

ОГЛАВЛЕНИЕ Занятие 1. Числовые ряды. Основные определения. Признаки сходимости рядов с положительными членами…… 5

ТУ

Занятие 2. Знакопеременные и знакочередующиеся ряды. Признак Лейбница. Абсолютная и условная сходимость…… 7 Занятие 3. Функциональные ряды…………………………….. 8

БН

Занятие 4. Степенные ряды……………………………………. 10

Занятие 5. Ряды Фурье…………………………………………. 12 15

ри й

Занятие 6. Разложение функции в ряд Тейлора, Маклорена. Применение рядов в приближенных вычислениях…………..

Занятие 7. Функция комплексной переменной. Предел. Производная. Условия Коши–Римана……………….. 20 Занятие 8. Интеграл от функции комплексной переменной…… 23

ит о

Занятие 9. Ряды Тейлора и Лорана……………………………. 26 Занятие 10. Изолированные особые точки……………………. 30

по з

Занятие 11. Вычеты. Основная теорема о вычетах…………… 32 Занятие 12. Преобразование Лапласа. Оригинал и изображение элементарных функций. Основные теоремы………………….. 35

Ре

Занятие 13. Основные теоремы операционного исчисления…… 37

Занятие 14. Дифференцирование и интегрирование оригиналов и изображений…………………………………….. 40

Занятие 15. Свертка функций. Теорема Бореля. Формулы Дюамеля……………………………………………… 44

3

Занятие 16. Применение операционного исчисления к решению линейных дифференциальных уравнений, систем дифференциальных уравнений, интегральных уравнений и уравнений с частными производными………….. 48

ТУ

Занятие 17. Дифференциальные уравнения в частных производных………………………………………… 55 Типовой расчет. Ряды…………………………………………..

59

БН

Типовой расчет. Элементы операционного исчисления…….. 72

Типовой расчет. ТФКП………………………………………… 90

Ре

по з

ит о

ри й

ПЕРЕЧЕНЬ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ ПОСОБИЙ………. 107

4

Занятие 1 ЧИСЛОВЫЕ РЯДЫ. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ПРИЗНАКИ СХОДИМОСТИ РЯДОВ С ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМИ ЧЛЕНАМИ

ТУ

Аудиторные задания

n 1



4) 



2n  1 ; 2n  2

n 1

2

n 1

;

n

  5 3)  1   ; n n 1  2  n 2 6)  . n 1 n  1

n 1 ; n2

2) 

 1 5)  соs ; n n 1

ит о



1) 

ри й

БН

1.1. Установить, сходятся ли указанные ряды, исходя из определения суммы ряда: 2 4 8   ; 2) 2  6  10  14  18  ; 1) 1      3 9 27  1 3)  . n 1 n( n  3) 1.2. Установить, выполняется ли необходимый признак сходимости ряда:

(n  1)3 1.3. Установить, сходятся ли ряды, используя признаки сравнения:  5n  1   1 1 1)  ; 2) ; 3) ;   2 n n n 1 2 n 1 n  6 n 1 n  5   n 1  2k 1 ; 5) ; 6) . 4)    2k 2 n 1 1  2 n 1 n  1 n 1 n n 2  1 1.4. Установить, сходятся ли ряды, используя признаки Даламбера и Коши (радикальный или интегральный):

Ре

по з

n 1

n3 ; 1)  n 1 ( n  1)! 



1 ; n 1 ( n  1) ln( n  1)

4) 



2n

n 1

n2

2) 

;



1

n2

(ln n)n

5) 



;

1  n 1 3)  n   n 1 2  n   1 6)  ; n  2 n ln n

n2

;

5



7) 

1 en

n

n 1



8) 

;

2

n 1

1 2

n  2n  2

.

Домашние задания

7n  1

n 1

5

n



5)  arcsin

;

n 1



1 ; n 1 ( n  4)!

7) 

n2

n 1

n  4n

;

;

n

n

  5n  6  8)    ; n 1  3n  4  

11) 

n ; n!

ит о



10) 

1

n 1



1

n 1

n n

6)  tg

ри й



4) 

БН

ТУ

1.5. Установить, сходятся ли указанные ряды, исходя из определения суммы ряда:   1 1 1)  n 1 ; 2)  . n 1 3 n 1 n( n  2) 1.6. Установить, сходятся ли указанные ряды:   10n  1 n2 1 1)  ; 2)  2 ; 3)  n ; 10n  5 n 1 3  n n 1 n  n  1

;

ln 2 n ; n 1 n 

9) 



12) 

n 1

n

12   . n5

Ре

по з

Ответы: 1.1 1) Сходится; 2) Расходится; 3) Сходится. 1.2 1) Нет, ряд расходится; 2) Нет, ряд расходится; 3) Нет, ряд расходится; 4) Да, выполняется; 5) Нет, ряд расходится; 6) Нет, ряд расходится. 1.3 1) Расходится; 2) Сходится; 3) Сходится; 4) Сходится; 5) Расходится; 6) Сходится. 1.4 1) Сходится; 2) Расходится; 3) Расходится; 4) Расходится; 5) Сходится; 6) Расходится; 7) Сходится; 8) Сходится. 1.5 1) Сходится; 2) Сходится. 1.6 1) Расходится; 2) Расходится; 3) Сходится; 4) Расходится; 5) Расходится; 6) Сходится; 7) Сходится; 8) Сходится; 9) Расходится; 10) Сходится; 11) Сходится; 12) Сходится.

6

Занятие 2 ЗНАКОПЕРЕМЕННЫЕ И ЗНАКОЧЕРЕДУЮЩИЕСЯ РЯДЫ. ПРИЗНАК ЛЕЙБНИЦА. АБСОЛЮТНАЯ И УСЛОВНАЯ СХОДИМОСТЬ

ТУ

Аудиторные задания

1

(1) n n

n 1 n  3

;



8) 

n 1

n



(1) . n  2 ln n

n



cos na ; n 1 n !

9) 

;

ит о

10) 

(1)n

ри й

n2



n

   1 n  3n  n ( 1) ; 5) ; 6)    ( 1) ln 1     ;   n ln 2 n  n n 1 n 1  3n  1 



4)  ( 1) n

7) 

БН

2.1 Исследовать на абсолютную и условную сходимость следующие ряды:  ( 1) n  ( 1) n (3n  1)  2n 2  1 1)  ; 2)  (1)n ; 3) ;  n(n  2) 5  n2 n 1 (3n  1)! n 1 n 1

Домашние задания

по з

2.2 Исследовать на абсолютную и условную сходимость ряды:  ( 1) n n 2   ( 1) n (6n  5) n  10n  1   ( 1) ; 2) ; 3) ; 1)      2n 10n  10n  1  n 1 n 1 n 1 

4)  (1) n n 1

ln n ; n



5)  (1) n sin n 1

1 n

2

;



6)  ( 1) n n 1

1 ; ln( n  1)

n

Ре

  4n  7)  (1)n 1   .  5n  3  n 1

Ответы: 2.1 1) Сходится абсолютно; 2) Расходится; 3) Сходится условно; 4) Сходится абсолютно; 5) Сходится условно; 6) Расходится; 7) Сходится абсолютно; 8) Сходится условно; 9) Сходится абсолютно; 10) Сходится условно.

7

2.2 1) Сходится абсолютно; 2) Расходится; 3) Сходится абсолютно; 4) Сходится условно; 5) Сходится абсолютно; 6) Сходится условно; 7) Сходится абсолютно.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ РЯДЫ

БН

Аудиторные задания

ТУ

Занятие 3

3.1 Найти область сходимости ряда: n

 1  2x  3  1 ; 1)    ; 2)  2 n 1 n 1  2n  1 x n 1 n !  4 x  5  

 1n

n

1 x    ; n 1 2n  1  1  x 

4)  

2

7)  3n  x

n2

;



10) 

n 1 

(1) n1

n 1

n  3n ( x  5) n



( x  1) 2 n

n 1

n  9n

5) 

8) 

ит о

n 1



1

1  x 2n

13)  2n  sin

;



11)  n e  n x ; n 1

x



;

n

 1 3)  1    2nx ; n n 1 

ри й





; 6) 

n 1

x 2 n 1 ; 2n  1 n



1 x  9)    ; n 1 n  x  1  

xn

n 1

1  x 2n

12) 

;

. 3n 3.2 Можно ли почленно интегрировать ряд в области его сходимости:   cos nx 1 1)  2 ; 2)  n . 2 n 1 x  n n 1 3 3.3 Можно ли почленно дифференцировать ряд в области его сходимости:   cos nx 1 1)  2 ; 2) .  2 n n 1 x  n n 1 3

Ре

по з

n 1

8

Домашние задания

(1) n

n 1

n x n

;



8) 

n 1

n

n 1 x    ; 100  1  x 

n  xn

n 1

n3  x 2 n



6)  e  n

2

x

;

;

n 1 

2n sin n x

n 1

n2

9) 

БН



7) 



3) 

ТУ

3.4 Найти область сходимости ряда:  1  2)  n  e nx ; 1)  x ; n 1 n n 1 3n  3  n  x x ; 5) 4)  8  x3n arctg ;  n 1 n n 1 n 1 (2n  1)8



3.5 Можно ли почленно интегрировать ряд 

n 1

1

. x n n  sin nx 2

3.6 Можно ли почленно дифференцировать ряд 

ри й

.

n 1

n7

.

по з

ит о

Ответы: 5  5   3.1 1)  ;      ;    ; 2)  ;  1  1;    ; 3)  ; 0  ; 4  4   2  1   4)  0;    ; 5)  ; 4    5 ;    ; 6)  ;  1  1;    ; 3  3   1 1    1  8) 2; 4 ; 9) 7)  ;     ;    ;  ;  ; 3  3    2  10)  ;  1  1;    ; 11)  0;    ; 12)  ;  1   1;1  1;    ;

Ре

13)  ;    . 3.2 1) Да; 2) Да. 3.3 1) Да; 2) Да.

 1 1 3.4 1) (1; +); 2) (–; 0); 3) (–; +); 4) [–2; 2); 5)   ;  ;  2 2  6) (0; +); 7)  ;  1  1;    ; 8)  ; 0  ; 9) x  k  , k  z . 6 3.5 Да. 3.6 Да.

9

Занятие 4 СТЕПЕННЫЕ РЯДЫ Аудиторные задания

5n n x ; n 1 n ! 



4)  (n x) n ;

5) 



7) 

1

n 1 (4n  3)8

n

x2n ;





8) 

n 1 2

1 xn . n 1 n( n  1) 4.3 Найти сумму ряда:  n 1)  n x n 1 , если x  a ; n 1 a

n

 3n

ит о

10) 

1



1 2n x ; n 1 n

6) 

xn ;





2) 

x n 1

n 1 ( n  1) a

n

n

n  x 1   ; n 1 n  1  2 

9) 

ри й

n 1

БН

ТУ

 1 4.1 Найти сумму ряда  x n x  1. n 1 n 4.2 Найти область сходимости степенного ряда:   1  1 1 1)  ( x  1)n ; 2)  3)  n ( x  1)n ; ( x  4) n ; n 1 (2n  1)! n 1 n n 1 2

, если  a  x  a .

по з

Домашние задания

4.4 Найти область сходимости степенного ряда: n2

 ( 2) n ( x  2) n  xn  1 ; 3)  ; 1)   1   x n ; 2)  n n n  2n n 1  n 1 n 1  3n 2  ( x  2) n  4)  n5n ( x  3) n ; 5)  ( x  2) n ; 6)  ; n 1 n ! n 1 n n  1 n 1

Ре



n

 100n ( x  2) n  1 n  x 1 ; 8) ; 9) 7)        n! n 1  5  n 1 n 1 n  1  2  



10)  n3n x n . n 1

10

n2

 ( x  2) n ;

ри й

БН

жить или разделить на x, x 2 и т. д. 1 2 2  3 3 4 45 1)      , x  10 ; 100 1000 10000 100000 x 2 x3 x 4 2) x     , x  1 ; 2 3 4 x2 x3 x4 x5 3)     , x  1 ; 1 2 2  3 3  4 4  5 1 2 x 3x 2 4 x3 4)  2  3  4   , x  5 ; 5 5 5 5 x2 x3 x4 5) x     ..., x  2 . 2  2 3  22 4  23

ТУ

4.5 Почленно дифференцируя или интегрируя данный степенной ряд, найти его сумму. Указание. В некоторых примерах сумму ряда следует домно-

Ответы:

1 . x 1 4.2 1)   x   ; 2) 3  x  5 ; 3) 1  x  3 ; 4) x  0 ; 5) Расходится; 6) 1  x  1 ; 7) 2  x  2 ; 8) 3  x  3 ; 9) 1  x  3 ; 10) 1  x  1 . a a ln a ; 2) 4.3 1)  x. 2 (a  x) (a  x)

по з

ит о

4.1 S ( x) 

Ре

 1 1 4.4 1)   ;  ; 2)  2,5;  1,5 ; 3)  2; 2  ; 4)  е e 5) x  2 ; 6) [1;3] ; 7)  1; 3 ; 8)  ;    ; 9)

 2,8; 3, 2  ;  ;    ;

 1 1 10)   ;  .  3 3

4.5 1)

5) 2ln

20

(10  x)

3

; 2)  ln(1  x) ; 3) ( x  1)ln( x  1)  x ; 4)

5 (5  x)2

;

2 . 2 x 11

Занятие 5 РЯДЫ ФУРЬЕ Аудиторные задания 5.1 Разложить в ряд Фурье функцию

f  x  на интервале

x 2) f  x   sin ; 2

4) f  x     x .

БН

  x,    x  0 1) f  x    ; 0 x  2 x, 3) f  x   x ;

ТУ

 ,   :

5.2 Разложить в ряд Фурье функцию f  x  на интервале  0,   :

ит о

ри й

 1, 0  x  1 ; 1) по косинусам, если f  x     0, 1  x   x 2) по синусам, если f  x   cos ;  1  1  2 x, 0  x  2 . 3) по косинусам, если f  x    1 0, x  2 5.3 Разложить в ряд Фурье функцию f  x  на интервале  l , l  :

Ре

по з

 1,  1  x  0   1,  1  x  0 1) f  x    ; 3) f  x    . 0  x 1  x, 0  x  1  1, 1 2) f  x   e x , l  ; 2 5.4 Разложить в ряд Фурье функцию f  x  , заданную на интер-

вале  0, l  : 1) по косинусам, если f  x   1  x, l  1 ;

2) по косинусам, если f  x   x  x 2 , l  1 ; 3) по синусам, если f  x   1  x, l  2 ; 4) по синусам, если f  x   x 2 , l  1 .

12

Домашние задания 5.5 Разложить в ряд Фурье функцию f(x) на интервале (, ) :

 5 x,    x  0   3,    x  0 1) f ( x)   ; ; 2) f ( x)    1, 0  x     x, 0  x  

БН

 1  x, 0  x  1 ; 1) по косинусам, если f ( x)    0 , 1 x   2) по синусам, если f ( x)  cos  x ;

ТУ

3) f ( x)  e  x /2 . 5.6 Разложить в ряд Фурье функцию f(x) на интервале (0, ) :

ри й

0 x/2  1, 3) по синусам, если f ( x)   .  0,  / 2  x   5.7 Разложить в ряд Фурье функцию f(x) на интервале (l , l ) :

ит о

 0, 3  x  0 l  3; 2) f ( x)  e x , l  1 ; 1) f ( x)     , 0 3, x x  3) f ( x)  x , l  2 . 5.8 Разложить в ряд Фурье функцию f(x), на интервале (0, l ) : 1) по косинусам, если f ( x)  2  3x, l  3 ; 2) по синусам, если f ( x)  x, l  3 ;

по з

3) по синусам, если f ( x)  x 

x2 ,l 2. 2

Ответы:

n 1

3 6  cos  2n  1 x   1 sin nx    ;  n 1 4 2n  1 n n 1  4  cos  2n  1 x 8  n 1 n sin nx   ; 3) ; 2)   1 2  n 0  2n  12  n 1 4n 2  1

Ре

5.1 1)



4)   2 

n 1

 1n1 sin nx . n

13

5.2 1)

 2  1  sin n cos nx  ;     2 n 1 n  

2) 2 

n

n 1 1 

 n 

 1 cos1  1 sin nx ; n

2

БН

ТУ

2     sin n  1 1  4   cos nx  .  16  3)  2  2 n  n 1        cos    2n  1 x  1  sin   nx  3 2 5.3 1)  2  ;   4  n 1  n 1 n  2n  12

ит о

ри й

 1 / 2  cos  2 nx   n sin  2 nx    1 2) 2Sh  1  4  (1) n ;  2  1  (2 n)2 n 1   4 1 3)  sin   2n  1  x  .  n 1 2n  1 1 4  cos  2n  1 x 5.4 1)  2  ; 2  n 0  2n  12

5 2  3  1  1 2  1  3  1 nx cos sin n x ; 3) ; 2)  2    2 6  n1 2 n  n 1 n n

 2  1 2 (1) n  1  (1) n  sin n x .   2  n 1 n  (n) 



по з

4)

n



Ре

 ( 1) n 1 sin n x 3 12  cos(2n  1) x  4 5.5 1)     ; 2  n 1 2n  1 n n 1 8  sin(2n  1) x 2) 1   ;  n  0 2n  1

3)

 ( 1) n  2    sh   1   2 2cos n x  4n sin n x   .     2   n 1 4n  1 

5.6 1)

14

  sin n / 2  2  11   4  cos n x  ;   n    2 n 1  

2  n 2  n 2 2)  2 ( 1) cos 1 sin n x    ; 3)   n 1   n 2  n 1



5.7 1)





3 6 1 (2n  1)x 3 (1) nx  2 cos   sin ; 2 4  n 0  2n  1 3  n 1 n 3

ТУ

БН

13 36  1 (2n  1) x  2  cos ; 2 2  n 0 (2n  1) 3

6  1 nx 16  1 (2n  1) x sin ; 3) 3  .  (1)n1 sin 3 n 3  n 1 2  n 0 (2n  1)

ри й

2)

n

n 2 sin n x .

n



1  cos n  x  n  sin n  x  2) 2sh1   (1)n  ; 2 2 1  (  ) n 1  n   8  1 (2n  1) x cos . 3) 1  2  2  n 0 (2n  1)2 5.8 1)

1  cos

ит о

Занятие 6

РАЗЛОЖЕНИЕ ФУНКЦИИ В РЯД ТЕЙЛОРА, МАКЛОРЕНА. ПРИМЕНЕНИЕ РЯДОВ В ПРИБЛИЖЕННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЯХ

по з

Аудиторные задания

6.1 Найти три первых, отличных от нуля, члена разложения в ряд Тейлора функции f  x  по степеням x  x0 :





Ре

1) f  x   ln 1  e x ,

x0  0 ;

3) f  x   x x ,

x0  3 ;

5) f  x   ctg x,

x0 

1 7) f  x   , x

 ; 4

x0  2 ;

2) f  x   ln cos x, 4) f  x  

x , 3 x

x0  0 ; x0  1 ;

6) f  x   cos 2 x, 8) f  x   2  cos x,

 ; 3  x0  ; 4

x0 

15

 ; 10) f  x   xe x , x0  1 . 3 6.2 Разложить функции в ряд Маклорена, используя разложения основных элементарных функций: 9) f  x   sin 3 x,

x0  

2) f  x   8  x3 ;

4) f  x  

x 4 x

2

;

3) f  x   sin 2 x ;

x ; 3  4x

6) f  x  

1

x  8) f  x   ln  1   ;  2

9  x2

;

9) f  x   1  x  e2 x ;

БН

7) f  x   arctg x ;

5) f  x  

3

ТУ

1) f  x   e 2 x ;

ит о

ри й

10) f  x   x cos 2 x . 6.3 а) С помощью рядов вычислить приближенно с заданной точностью : 1) 1 / ,   0,0001 ; 2) ln 0,98,   0,0001 ;  4) 3 60,   0,001 ; 3) sin ,   0,0001 ; 10 5) cos 25,   0,0001 . б) С помощью рядов вычислить приближенно определенные интегралы с указанной точностью : 0,5 0,2  x e 6)  x5 sin xdx,   0,0001 ; 7)  2 dx,   0,001 ; 0,1 x 0 0,5

dx

,   0,0001 ;

по з

8) 

0

3

1  x3

0,5

9) 

0

dx 1  x4

,   0,001 ;

4

cos x dx,   0,0001 . 6 x

10) 

Ре

6.4 Найти с помощью рядов решения дифференциальных уравнений, удовлетворяющих данным начальным условиям: 1) y   xy   y  1  0, y  0   y   0   0 ;

2) y   xy  0, 3) y   y  x  1,

4) xy   y  0, 16

y  0   y  0   1 ; y  0  1 ; y  0   y  0   1 ;

y  0  0 ;

6) y   sin xy   0,



7) y   1  x

2

y  0   0, y  0   1 ;

 y  0,

y  0   2, y   0   2 ;

8) xy   y 2  3 y  4 x 2  2, 9) y   e y  xy ,

y  0  2 ;

y  0  0 ;

10) y   x 2 y  y ,

y  0   1, y   0   0 .

БН

Домашние задания

ТУ

5) y   1  xy,

Ре

по з

ит о

ри й

6.5 Разложить функцию f  x   4 x в ряд Тейлора по степеням x 1 . 6.6 Найти три первых, отличных от нуля, члена разложения в  ряд Тейлора функции f  x   ctg x в точке x0  . 4 1 6.7 Разложить f  x   в ряд Маклорена, используя 16  x 2 разложения основных элементарных функций. 6.8 С помощью рядов вычислить приближенно значения функций с точностью : 1) cos10,   0,0001 ; 2) 3 70,   0,001 ; 1 4) ln 5,   0,00001 . 3) 4 ,   0,0001 ; e 6.9 С помощью рядов вычислить приближенно определенный интеграл с указанной точностью : 0,5 arctg x  x dx,   0,001 . 0 6.10 Найти четыре члена разложения в ряд решения ДУ при заданных начальных условиях 1) xy   y   xy  0, y  0   1, y  0   0 ;

2) y   y 2  x3  0,

y  0 

1 . 2 17

Ответы:

x2 x 4 x6 x x2    ; 2)   ; 2 12 20 2 8 3 3 3 3) 3 3   x  3  2  x  32   ; 2 2 1 3 3 2 4)  2  x  1  3  x  1   ; 3 2 2

2

6)

БН

2

 4    5) 1  2  x     x     ; 4  2!  4 

ТУ

6.1 1) ln 2 

1 3   2 3   x   x    ; 4 2  1!  3 3!  3

ри й

2  1 x  2  x  2 7)  1     ;  2 2 4   2  2 1  1   1   x     x      ; 8) 2   2  1!  4  2!  4 

3

5



ит о

3   33    35   9)   x     x     x     ; 1!  3  3!  3 5!  3



10) e 1  2  x  1  3  x  1  . 2

по з

2 n 2x 2x     ; 6.2 1) 1  2 x 

2!

n!

1 x  2  5  3n  4   x 3n  2 x    2) 2  2     2      ; n  3 2  2 2     3 2! 3 !   n 

Ре

3

3)

6

2 n 1 n n 1   1  n 1  2 x  n x n 4 x ; 4)   1 n 1 ; 5)   1 ;   1 2 n 1  2n ! 3n 1 4 n 0 n 0 2n

n 1 1  3     2n  1 2 n   1  x2 1 3 4 6)  1   x  x ; n  3  18 1  182 n !18  

18

n x 2 n 1 x x2 n x ; 8)  2     1 n   ; 2n  1 2 2 2 2 n n 0 n n n n 1 2 n 1  2 x   n 2 x n x 9)     1 ; 10)   1 . n!  2n ! n 0 n ! n 0 n 0 

7)   1

n

x3 2 x5  ; 3! 5! 16 8) y  2  4 x 2  x 4   ; 7) y  2  2 x  x 2   ; 3 2 3 4 x 2x 2x 2 x5 9) y  x    .    ; 10) y  1  2 3 4! 5! 1 1 3 2 1 3  7 6.5 1   x  1  2   x  1  3  x  13   . 4 4 2! 4  3! 6) y  x 

ит о

ри й

5) y  x 

x3 x5   ; 3 35

БН

ТУ

6.3 a) 1) 0,3679; 2) – 0,0202; 3) 0,3091; 4) 3,915; 5) 0,9063; б) 6) 0,00108; 7) 32,864; 8) 0,4926; 9) 0,494; 10) 0,3230. x 2 x 4 3x6 x3 2 x 4 6.4 1) y   ;     ; 2) y  1  x   2! 4! 6! 3! 4! x 2 x3 x 4 x2 x3 x4     ; 4) y  x     ; 3) y  1  2! 3! 4! 1!2 2  2!2 3  3!2 4

2

3

Ре

по з

  22   23    6.6 1  2  x     x     x     . 4 2! 4 3! 4      1 2 1 3 1 3  5 6   x  2 x4  3 x   . 6.7 4  1  2 3 2  16 2  2!16 3  3!16   6.8 1) 0,9849; 2) 4,121; 3) 0,7788; 4) 1,6099. 6.9 0,487. x2 x4 x6 6.10 1) y  1  2  2 2  2 2 2   ; 2 2 4 2 4 6 1 1 1 1 2) y   x  x 2  x3   . 2 4 8 16

19

Занятие 7 ФУНКЦИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ. ПРЕДЕЛ. ПРОИЗВОДНАЯ. УСЛОВИЯ КОШИ–РИМАНА Аудиторные задания

БН

ТУ

7.1 Описать области, заданные следующими соотношениями: z 2) 2  Im    2 ; 1) 0  Re  2 z   1 ; 3) z  i  2 ; 3 4) 1  z  4  3 ; 5) z  i  1 ; 6) 2  z  i  5 . 7.2 Найти действительную и мнимую части функции f  z  :

1) f  z   2iz  z ;



2) f  z   zz  4iz 2 ;



ит о

ри й

1  3) f  z   Re z 2  i  i Im  z  4  ; 2   z   4) f  z   Im    2i Re  4iz  . z 7.3 Найти образы указанных точек при заданных отображениях:

Ре

по з

2) z0  i;   e 2 z ; 1) z0  i;   z 2  i ; 1 i i 2 ;    z  i ; 4) z0  ;   sin  iz  ; 3) z0  2 4 5) z0  1  5i;   cos z ; 6) z0  2i;   Ln z . 7.4 Вычислить следующие пределы: z 2  zi  2 cos z 1) lim ; 2) lim ; z 2i z 0 ch  iz  z  2i

3) lim z

i 4

sin  iz 

ch z  i sh z

;

4) lim

e2iz  1

z  /2 e iz

1

.

7.5 Проверить выполнение условий Коши-Римана и в случае их выполнения найти f   z  :

1) f  z   e z /2 ; 20

2) f  z   ch z ;



 

  8  i  2 xy  7 x

3) f  z   4 x 2  2  4 y 2  4  i  8 xy  5  ; 4) f  z   x 2  14 xy  y 2

2



 7 y2  4 .

4) v  x, y   2 xy  8 x 2  8 y 2  4 x .

БН

2) v  x, y   2e x sin y ;

ТУ

7.6 Проверить гармоничность приведенных функций и найти, когда это возможно, аналитическую функцию по данной ее действительной или мнимой части: y 1) u  x, y   x3  3 xy 2 ; 3) u  x, y   x 2  y 2  5 x  y  2 ; x  y2

Домашние задания

ри й

7.7 Описать области, заданные соотношениями: 1) 1  z  3i  3 ; 2) z  2 ; 3) z  4i  5 . 7.8 Найти действительную и мнимую части функции f  z  :

ит о

1) f  z   2i  z  3iz 2 ; 2) f  z   iz 2  4 z ; 3) f  z   e z z 2 . 7.9 Вычислить следующие пределы: z 2  2iz  8 z 2  2iz  3 1) lim . ; 2) lim z  4i z 3i z 2  16 z2  9 7.10 Проверить выполнение условий Коши-Римана и в случае их выполнения найти f   z  :

Ре

по з

1) f  z   e 4 z  2 z  4 ; 2) f  z   z 2  4iz  5 ; 3) f  z   sh  2 z  . 7.11 Проверить гармоничность приведенных ниже функций и найти, когда это возможно, аналитическую функцию по данной ее действительной или мнимой части: y 1) u  x, y   2 xy  3 ; . 2) v  x, y   3  x 2  y 2  2 2 x  y2





Ответы: 7.1 1) полоса, ограниченная прямыми x  0, x  1 / 2 ; 2) полоса, ограниченная прямыми y  6 ; 3) внешность круга с центром в точке z  i и радиусом 2; 4) внутренность кольца с центром в

21

точке z  4 и радиусами 1 и 3; 5) внешность круга с центром в точке z  i и радиусом 1; 6) внутренность кольца с центром в точке z  2i и радиусами 2 и 5. 7.2 1) Re f  z   x  2 y, Im f  z   2 x  y ;





2) Re f  z   x 2  y 2  8 xy, Im f  z   4 x 2  y 2 ;

2 xy 2

x  y2

, Im f  z   8 y .

БН

4) Re f  z  

1 y; 2

7.3 1) 1  i ; 2) i; 3) cos 2  i sin 2 ; 4) 



ТУ

3) Re f  z   x 2  y 2  2 xy, Im f  z  







2 ; 2

1 5 5 i e  e cos1  e5  e 5 sin1 ; 2 2  3  6) ln 2  i   2k  , k  Z .  2  7.4 1) 3i ; 2) 1; 3) ; 4) 0. 1 7.5 1) e z /2 ; 2) sh z ; 3) 8 x  i8 y ; 4) Условия Коши-Римана не 2 выполняются. 7.6 1) f  z   x3  3xy 2  i 3x 2 y  y 3  C ;

ит о

ри й

5)



 



по з

2) f  z   2e x cos y  C  2ie x sin y ;

Ре

 y  3) f  z    x 2  y 2  5 x  y  2  x  y 2     x i  2 xy  5 y  2  x  C  ; 2 x y  



 



4) f  z   x 2  16 xy  y 2  4 y  C  i 2 xy  8 x 2  8 y 2  4 x .

7.7 1) внутренность кольца с центром в точке z  3i и радиусами 1 и 4; 2) внешность круга с центром в точке z  0 и радиусом 2; 3) внутренность круга с центром в точке z  4i и радиусом 5.

22

7.8 1) Re f  z    x  6 xy, Im f  z   2  y  3 x 2  3 y 2 ;

2) Re f  z   2 xy  4 x, Im f  z   x 2  y 2  4 y ;





3) Re f  z   e x x 2  y 2 cos y  2 xye x sin y ,





3 2 ; 2) . 4 3 4z 7.10 1) 4e  2 ; 2) 2ch  2z  ; 3) 2 z  4i .

7.9 1)





БН

7.11 1) f  z   2 xy  3  i y 2  x 2  C ;

ТУ

Im f  z   e x x 2  y 2 sin y  2 xye x cos y .

   x y 2) f  z    2 xy   C   i  3  x2  y 2     2 x2  y 2 2 x2  y 2   



ри й







 .  

Занятие 8

ит о

ИНТЕГРАЛ ОТ ФУНКЦИИ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ Аудиторные задания

8.1 Вычислить интегралы по заданным контурам:

 x, y  | y  2 x , 0  x  1 ;  dz, L   x, y  | y  2 x , 0  x  1 ;

по з

1)  Im zdz , L  L



2)  Re z  z 2 L



2

2



Ре

3)  z 2  z dz , L   z | z  1,   arg z  2 ; L

4)  Im z 2  Re zdz , L  L

 x, y  | y  3x , 0  x  1 ; 2

5)   Re z  Im z  dz , где L – отрезок, соединяющий начало коорL

динат и точку 2  i . 23

z2

8.2 Применяя формулу  f   d   F  z2   F  z1  , вычислить z1

интегралы: 1)  e2 z dz, L  L

 x, y  | y  x ,1  x  2 ; 3

ТУ

1 3  2)  sin zdz, L   z | z  t 2  it ,  t   ; 2 2  L

3)  z 2 cos zdz , где L – отрезок прямой от т. z1  i до т. z2  1 .

БН

L

7) 

sin z  sin  z  1

z 2

2

z z

z2  2z

;



dz ;



z  4  z  i 2

dz ;

  sh   z  i   2   dz ; 6)  2  z 2 z z 1

8)



z i 1

10) 

z 4

sin z

 z  i 3 cos z

 z   2

dz ; dz .

Домашние задания

Ре

z  2 2

z 3

e2 z

по з



9)

5) 

dz

ит о

e2 z dz ; 4)  z  4 z  i

ри й

8.3 Вычислить интегралы, применив теорему Коши, интегральную формулу Коши или формулу, получаемую дифференцированием интегральной формулы Коши (обход контуров – против часовой стрелки): z2 z2 e2 z dz ; dz ; dz ; 2)  3)  1)  z 1 z  i z  4 z  2i z 1 z  2i

8.4 Вычислить интегралы по заданным контурам: 1)  z  zdz , где L – верхняя полуокружность z  2 с обходом L

против часовой стрелки; z   2)  dz , L   z z  1, 0  arg z   ; 2  Lz

24

3)

5   sin z  z  dz , где L – ломаная, соединяющая точки

L

z1  1, z2  0, z3  2i ; 4)

 Re  2 z  dz , где L – отрезок, соединяющий точки

L

4) 

z 4

7) 

z 2

cos z z 2  2

z

dz ;

cos 2 z 2



 1 z2  9

5)



dz ;



z2  1

z 1 1 z

2

8)

1



z i 1 1 

6) 

dz ;

z i 3

ит о

Ответы: 2 8 1 2 8.1 1)  2i ; 2)  i ; 3)  i ; 15 3 3 3 1 4  6i 2  2i 8.2 1) e e ; 2  9 3   1 1  2)   cos   i   cos   i   ; 4 2   4 4  

z2

sh 2 z

z 1

ez

 z  i 3

z3

;

dz ;

dz .



4)

6 1  6i ; 5) 1  i . 5 2

по з



dz



БН

2

3)

ри й

z

ТУ

z1  1  i, z2  1  i . 8.5 Выполнить действия согласно 8.3. dz dz 1)  ; 2)  ; 2 2 1 1 z z i 1 1  z

3)  3sin1  2cos1  i  2ch1  sh1 .

Ре

8.3 1) 8i ; 2) 0; 3) 0; 4) 2i ; 5) 0; 6) ; 7) 0; 8)  sh1 ;  4 9) e  2i  1 ; 10) 0. 10 i 1 65 8.4 1) 8i ; 2)  ; 3) cos1  ch 2  ; 4) 0. 3 6 8.5 1) 0; 2) ; 3) – ; 4) – i; 5) 2i ; 6) 2i ; 7) 0; 8) i .

25

Занятие 9 РЯДЫ ТЕЙЛОРА И ЛОРАНА Аудиторные задания

ТУ

9.1 Используя разложение основных элементарных функций, разложить функции в ряд по степеням z и указать область сходимости полученных рядов: 2

1) e  z ; 2) cos z 2 ; 3) sin 2 z cos 2 z ; 4) sin 2 z ; z 3 ; 7) ln z  1  z 2 . 5) ; 6) 2 4 z 1  z  2z2 9.2 Разложить функции в ряд по степеням z  z0 и указать область сходимости полученных рядов: 1 , z0  2 ; 1) z 3  2 z 2  5 z  2, z0  4 ; 2) 1 z 1 1 , z0  3i ; , z0  3 . 3) 4) 2 1 z z  6z  5 9.3 Найти область сходимости указанных рядов



ит о

ри й

БН





1)   1

n

 n  1 n  2  z

n

;



2)  n  z  1 ; n



3) 

 z  3n .

n 1 9.4 Разложить данные функции в ряд Лорана в проколотой окрестности точки z0 :

по з

n 0

1)

z

 z  1

3

, z0  1 ; 2)

1 z

3

n 1

cos z , z0  0 ;

n 0

 1  3) sin   , z0  2 ;  z2 1

Ре

ez2 1 , z0  0 ; 4) 5) z 2 cos   , z0  0 ; 6) z 3e z , z0  0 ; z z 1 1 , z0  1 ; 8) , z  2. 7) z  z  1  z  2  z  3 0 9.5 Разложить данные функции в ряд Лорана в заданных кольцах: 1 1 ,1  z  2 ; 2) ,1  z  2 ; 1)  z  i  z  2i   z  i  z  2i 

26

3)

z3

 z  1 z  2 

,1  z  1  3 . Домашние задания



1) 

 z  1n ;



2)  n ! z  i  ;

n

2

n

БН

ТУ

9.6 Выполнить действия согласно 9.2. z 2) , z0  0 ; 3) ln  5 z  3 , z0  1 ; 1) 27  z , z0  0 ; 3  4z 1 , z 0  4 ; 5) z 2  e1/ z , z0  0 . 4) 2 z  3z  2 9.7 Выполнить действия согласно 9.3. 

3)  1  i   z n . n

z2 2

z 1

,0 z i  2;

4)

ит о

3)

ри й

n 1 n 1 n 1 n  2 9.8 Выполнить действия согласно 9.5. 1 1 ,1 z  2 ; ,1  z  1  2 ; 2) 1) z  z  3  z  1 z  2 

z

1

2



 4 z2  4



, 2  z   .

Ответы: 

9.1 1)   1  n

по з

n 0

z 2n , z   ; n!

2 n 1

1  n 1  4 z  , z   ; 3)   1 2 z 1  2n  1!

z 4n 2)   1 , z   ;  2n ! n 0 

n

2 n 1

Ре

2 n 1  1  n 1  2 z  n 1 z , z 2; 4)   1 , z   ; 5)   1 2 n 1  2 n ! 22 n n 1







6)  1   1 2n 1 z n , z  n 0



7) z    1 n 1

n

n

1 ; 2

 2n  1! z 2n1 , 2n  n! 2n  1

z  1. 27

9.2 1) 78  59  z  4   14  z  4    z  4  ; 2



2)   1

n 1

n 0

 z  2 n ,

3

 z  3i n , n 1 n 0 1  3i  

3) 

z  2  1;

z 3  2. 4n 1 9.3 1) z  1 ; 2) z  1  1 ; 3) z  3  1 . n 0

 z  1



2

2)   1  n

n 0



1

 z  13

, z  1 ;

БН

1

z 2 n 3 , 0  z   ;  2n !

 1n1 ,0 n 1 n 0  2n  1! z  2  

z  2   ;

ри й

3) 

ТУ

 z  32 n ,



4)  

9.4 1)

z  3i  10 ;

  1 z 2  2 n z 2 n 1 , 0  z   ; , 0  z   ; 5)   2n ! n 0 n ! n 0

n



4) 

ит о

 z 3 n 1 n n , 0  z   ; 7)    1  z  1 , z  1 n 0 n 0 n !  1 n 1 если 0  z  1  1 и   1  , если 1  z  1   ; n 0  z  1n1 

по з

6) 

1 1  n  z  2 8) ,    1  5  z  2  25 n 0 5n



Ре

n   1 

n 0

5n

если

, если z  2  5 .

 z  2 n  2 n 1 n 1   1 i 

9.5 1) 

n





 1n z n ;

n 1 n z n 1 i n 0 2  zn  z n 1  z n 1 2)      ; n 0 n ! n 0 n ! n 0 n ! n 0 n ! n 0  z n 1

28

0 z2 5

и

 z  1

2 n 1



n

3n 1

n 0



3) 3ln 2    1

n 1

, z 3/ 4;



5n   z  1 n  8n

n 1



2 n 1



2

.

n!34 n 1

4n  z n 1

2)   1 



6



2n2 n 0  z  1  z  1 n0  z  1 2  5  8     3n  4  n  z , z  27 ; 2n

n 0

z   27 n  2

9.6 1) 3 



6







ТУ

n 0



2

n

, z 1  8 / 5 ;

БН



3) 

4)  2 n 1  3 n 1   z  4  , z  4  2 ; n 0

n

z n 2 , 0  z   . n 0 n ! 9.7 1) z  1  2 ; 

ри й

5) 

2) ряд расходится во всех точках, кроме z  i ; 3) z  2 / 2 . 

9.8 1)  

zn





n 0

1

z

n 1

;

ит о

n0 2

n 1

1   1 1  n  z  1 ;     1 1 n  3 n 0  z  1 12 n 0 4n n

3) 

1   1  z  i   4 n 0  2i n1 n

Ре



n

n2

i i 1 1   z  i    1     z  i 1  2 2 z  i 4 n 0  2i n

по з

2)



24 k

n 0

z 4k 4

4) 

n 1

1   1  z  i  ;  4 n 0  2i n n



n

n

.

29

Занятие 10 ИЗОЛИРОВАННЫЕ ОСОБЫЕ ТОЧКИ Аудиторные задания

1

БН

ТУ

10.1 Указать все конечные особые точки заданных ниже функций и определить их характер: sin 4z sin z 2 1 1) ; 2) ; 3)  z  z  2  z  i  z3  z 2 2 z 8 1 e2 z 4) ; 5) ; 6) ; 2 3 2 sin z z 1 z  z  1  z  i 

 1  8) e z 3i ; 7) 2 sin  ; z  z 1 1  cos z  1  10) . 9) cos  ; z2  z  2i  10.2 Определить тип особой точки z  0 для функций: cos z 3  1 e3 z  1  2 ; 3) z cos  3  ; ; 2) 1) 2 3 z z z  cos z  1  sin z  z  2 6 1

ит о

ри й

1

по з

2 5) sin   . z 10.3 Определить порядок нуля следующих функций: cos z  1  z 2 / 2 z3 2 z2 ; 3) z e  1 ; 4) . 1) 1  cos z ; 2) e3 z  1 1  z  ez 10.4 Для заданных ниже функций выяснить характер бесконечно удаленной особой точки (устранимую особую точку считать правильной): 3 z 5  4 z  2 z2 z 1) ; 2) ; 3) ; 2 2 z  z 8 5  2z 1  3z 4 5) cos z . 4) 1  3z  3z 2 ; 2

Ре

4) ze z ;

30





Домашние задания 10.5 Указать все конечные особые точки заданных ниже функций и определить их характер:

7)

1 2

z  5z  6 z 1

;

z5  2 z 4  z3 z  sin z . 10) z3

4

;

2) 5)

;

8)

 1  3) z 3 sin  2  ; z 

;

1

;

2

z  16 z  z  

;

ТУ

4)

 z  1 z  2   z  i  2

2 z  e 3i

 2 6) sin  3  ; z  cos z 9) 3 ; z

БН

1)

z

sin 2 z

ит о

ри й

Ответы: 10.1 1) z  0 – устранимая особая точка; 2) z1  0 – устранимая особая точка; z2   / 2 – простой полюс; 3) z1  2 – простой полюс; z2  i – простой полюс; 4) z1  0 – простой полюс; z2  1 – полюс второго порядка; z3  i – полюс третьего порядка; 5) z1,2  1 – простые полюсы; 6) zk  k , k  z – простые полюсы;

Ре

по з

7) z1  0 – полюс второго порядка; z2  1 – существенно особая точка; 8) z  3i – существенно особая точка; 9) z  2i – существенно особая точка; 10) z  0 – устранимая особая точка. 10.2 1) z  0 – устранимая особая точка; 2) z  0 – полюс третьего порядка; 3) z  0 – существенно особая точка; 4) z  0 – существенно особая точка; 5) z  0 – существенно особая точка. 10.3 1) нуль второго порядка; 2) нуль третьего порядка; 3) нуль четвертого порядка; 4) нуль первого порядка. 10.4 1) правильная точка (устранимая особая точка); 2) полюс третьего порядка; 3) правильная точка (устранимая особая точка); 4) полюс второго порядка; 5) существенно особая точка. 10.5 1) z1  1 – простой полюс; z2  2 – полюс второго порядка; z3  i – полюс четвертого порядка; 2) z  3i – существенно осо31

бая точка; 3) z  0 – простой полюс; 4) z1  2 – простой полюс; z2  3 – простой полюс; 5) z1,2  4i – простые полюсы;

БН

ТУ

6) z  0 – существенно особая точка; 7) z1  0 – полюс третьего порядка; z2  1 – простой полюс; 8) z1  0 – устранимая особая точk ка; z2   – устранимая особая точка; z3  , k  Z / 0 – простые 2 полюсы; 9) z  0 – полюс третьего порядка; 10) z  0 – устранимая особая точка. Занятие 11

ВЫЧЕТЫ. ОСНОВНАЯ ТЕОРЕМА О ВЫЧЕТАХ

ри й

Аудиторные задания

11.1 Найти вычеты указанных ниже функций в изолированных особых точках z2  1 1 z2  2z  1 z3 1) ; 2) ; 3) ; 4) ;  z  2  z  3 4  z2 z 2  z  1 z2 4  z2 sin 2 z

 z  13

;

6)

cos3 z z3

;

7)

1  cos z 2z2

;

8)

2 z e i

;

по з

5)



ит о



1 2  1  10)  z  1 cos  9) z 3  sin ; . z  z 1 11.2 Найти вычеты функций относительно z  0 . 4 z z

Ре

cos z 2 4) z 2 e1/ z . 2) sin   ; 3) 3 ; z z   11.3 Найти вычеты функций относительно z   .

1) e

;

1 1) sin   ; z

32

2) e

1 z z

;

2

3) z 5e1/ z ;

 1  4) z 4 cos  4  . z 

11.4 Используя теоремы о вычетах, вычислить следующие интегралы: z 2 dz e z dz zdz 1)  ; 2)  ; 3)  ; 2 2 2 z  2 z  1  z  3 z 1 z z  9 z  2  2  z  1 z  2 



z 1/2

7)

 z  1

2



1 ; 5)  sin   dz ; 2 z z 1 z 1

2

3 1/ z  z e dz ;

z  2i 1

6)





2

3 1/ z  z e dz ;

z  2i 3

ТУ

dz





1 8)  sin 2   dz . z z 1

БН

4)



11.5 При помощи вычетов вычислить определенные интегралы: 2  dx x 1 1)  dx . ; 2)  2 0 2  cos x  x 2  1



ри й



Домашние задания

ит о

11.6 Найти вычеты указанных ниже функций в изолированных особых точках: z 1 z2 z5 1) 2 ; 2) 3 ; 3) ; 2 z  9z z 4 z2  1





Ре

по з

  2  5) z 2 cos 2 . 4) cos  ; z  z 1 11.7 Используя теоремы о вычетах, вычислить следующие интегралы: z 2 dz zdz e z dz 1)  ; 2)  ; 3)  ; 2 2 2 z 4 z z  9 z  2 1  z  1 z  2  z 3 z  4  z  2 

4)



z  i 1  2

1 z

2

sin zdz ; 5)





z i  2





cos z

 z  13



dz .

Ответы: 11.1 1) Res f  2   5; Res f  3  2 ;

33

1 1 ; Res f  2    ; Res f  0   0 ; 16 16 3) Res f  2i   2; Res f  2i   2 ; 4) Res f 1  0; Res f  0   1 ;

2) Res f  2  

ТУ

1 5) Res f 1   sin 2 ; 6) Res f  0   3 / 2 ; 7) Res f  0   0 ; 2 8) Res f  i   2 ; 9) Res f  0   0 ; 10) Res f 1  0 .

ит о

ри й

1 3) Res f      ; 4) Res f     0 . 6 i 2i 11.4 1) 2i; 2) ; 3) ; 5 9 4) 0; 5) 2i; 6) i; 7) 0; 8) 0. 2  11.5 1) ; 2)  . 2 3 11.6 1) Res f  2   8; Res f  2   8 ;

БН

1 11.2 1) Res f  0   4e ; 2) Res f  0   2 ; 3) Res f  0    ; 2 1 4) Res f  0   . 6 11.3 1) Res f     2 ; 2) Res f     e ;

по з

1 2 1 2) Res f  0    ; Res f  3  ; Res f  3   ; 9 9 9 i i 3) Res f  i    ; Res f  i   ; 4) Res f  1  0 ; 4 4 5) Res f  0    .

Ре

11.7 1) 

34

8i 1 1  ; 2) 0; 3) 2i   sin 3  ; 4) 2i; 5) 3 . 3  9 27 

Занятие 12 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЛАПЛАСА. ОРИГИНАЛ И ИЗОБРАЖЕНИЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ФУНКЦИЙ. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕМЫ

ТУ

Аудиторные задания

БН

12.1 Проверить, являются ли оригиналами функции: 0, t  0,  0, t  0, 2) f (t )   1) f (t )   4, t  0;  tg t , t  0;

ит о

ри й

t  0,  0, 0, t  0,  4) f (t )   3) f (t )    3i t , t  0; e sin  2  i  t , t  0;  0, t  0,  0, t  0, 5) f (t )   2 6) f (t )   t sin t , t  0.  2 , t  0; 12.2 Пользуясь определением преобразования Лапласа, найти изображения оригиналов: 1) f (t )  1 ; 2) f (t )  et    0  ; 3) f (t )  t ; 4) f (t )  ch  4  3i  t ;

5) f (t )  sin t ;

6) f (t )  cos t ;

по з

7) f (t )  et  cos  t ; 6) f (t )  e3t  cos 2t ; 9) f (t )  t 2 . 12.3 Используя свойства линейности и подобия, найти изображение оригиналов: 2) f (t )  sin 2t  5cos5t ;

3) f (t )  cos 4 t  sin 4 t ; 5) f (t )  3sin t  2cos t ;

4) f (t )  sin 2 5t ; 6) f (t )  3sin 4t  2cos5t .

Ре

1) f (t )  2e it  5cos t  3 ;

Домашние задания

12.4 Проверить, являются ли следующие функции оригиналами: t  0, t  0,  0,  0, 2) f (t )   1) f (t )   sin 3t , t  0; sin 2t , t  0;

35

БН

ТУ

t  0,  0, 3) f (t )   2 t  9, t  0. 12.5 Используя определение преобразования Лапласа, найти изображение оригиналов: t  0,  0,  0, t  0, 1) f (t )   7t 2) f (t )   e , t  0; sin t , t  0; 12.6 Пользуясь теоремой подобия, найти изображение оригина 1 . ла sh  t , зная, что sh t  2  p 1

ит о

ри й

Ответы: 12.1 1) является; 2) не является; 3) является; 4) является; 5) не является; 6) является. 1 1 1 12.2 1) F  p   ; 2) F  p   ; 3) F  p   2 ; p p p 1 p p 4) F  p   2 ; 5) F  p   ; 6) F  p   2 ; 2 1 p p 1 p  7  24i p p 3 2 7) F  p   ; 8) F  p   ; 9) F  p   3 . 2 2 2 p  p      p  3  4

1 7 1 3 2 5p 3   2  2  ; 2) F  p    2 ; 2 p  49 2 p  9 p  i p 1 p

по з

12.3 1) F  p  

 1 1 p 3 2p ; 4) F  p     2 ;  ; 5) F  p   2 2  p p  100  p 4 p 1 12 2p 6) F  p   2  2 . p  16 p  25 12.4 1) Да; 2) Да; 3) Нет. 1  12.5 1) F  p   ; 2) F  p   2 . p7 p  2

p

2

Ре

3) F  p  

12.6

36

 2

p  2

.

Занятие 13 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕМЫ ОПЕРАЦИОННОГО ИСЧИСЛЕНИЯ Аудиторные задания

0  t  2,  t, 5) f (t )   ; t  2; sin 2t ,

4) f (t )  sin  t  2   1 t  ;

БН

3) f (t )  sin  t  2   1 t  2  ;

ТУ

13.1 Пользуясь свойствами смещения и запаздывания, найти изображение оригиналов: 1) f (t )  e3t  sin t ; 2) f (t )  sin 2t  5cos5t ;

6) f (t )  e 3t  cos 2 t ;

8) f (t )  e t ;

7) f (t )  ch 5t  sin 3t ; 11) f (t )  e 4t  ch 5t ; 13) f (t )  cos  3t  1 ;

ри й

10) f (t )  e5t  cos 7t ;

9) f (t )  e3t  sin 4t ;

12) f (t )  e5t  sh 2t ;

14) f (t )  sin  5t  4  ;

по з

ит о

15) f (t )  e 3t  cos  6t  5  . 13.2 Найти оригиналы по их изображениям: 2 p 1 p 1 1) F ( p)  2 ; 2) F ( p )  e  p  2  2 ; p  5 p  10 p 9 p 5 1 3p  2 p 3  3) F ( p )  2 ; 4) F ( p )  2 ; 2 p  4  p  1  3 2 p  6 p 1

Ре

5) F ( p ) 

7) F ( p)  9) F ( p ) 

e 2 p

2

p  4p 3 p3

p 2  2 p  10 20 2

p 4



6) F ( p ) 

;

8) F ( p ) 

;

20 p p2  9

7 2

p  10 p  41 p

;

 p  13  p  2 2

;

.

37

Домашние задания

ри й

БН

ТУ

13.3 Пользуясь теоремами подобия и запаздывания, найти изображение оригинала:   1) f  t   cos(t  ), t  ; 2) f (t )  e 4t  sin  t  7  . 2 2 13.4 Применяя теорему запаздывания, найти оригинал для функции: 3 4p 5 e 2 p e 2 p 1) ; 2) ; 3) 2 ; 4) . 2 2 3 6 p  3p 1 p ( p  1) p 9p 13.5 Используя свойства преобразования Лапласа и таблицу изображений основных функций, найти изображения заданных функций: 1 1) t 2  et ; 2) sin 2 2t ; 3) sin 3t  t cos t . 2 13.6 Найти оригинал, если: p2 3 p 1) F ( p )  2 ; 2) F ( p )  2 . p  4 p  20 4 p  8 p  51

ит о

Ответы:

13.1 1) F  p  

 p  32  2

3) F  p   e 2 p 

Ре

5) F  p  

;

1 p  1 p ;    2 2 2  p     2  p   2  2

по з

2) F  p  



1

p

2

1

2

p 1

 e2 p 

; 4) F  p   cos 2  1 p

2

 2e 2 p 

1 1 p3  ; 6) F  p     2  p  3  p  32  4   

38

1 2

p 1

 sin 2 

1 1  e 2 p  2 ; p p 1

p 2

p 1

;

2

 34



 100 p 2

4

 p  3

11) F  p  

 16

 p  4

2

 25

;

p

p p2  9

 p  32  36 5t 2

 p  3  5 e 6 .

p5

 p  5 2  49 2

 p  6 2  4 5

;

;

e

p  4 5 ;

p 2  25

5t

15 8 2 15 t e sin t; 2 2 15 1 2) f  t   ch 3  t  1  1 t  1  sin 5t  1 t  ; 5 1 1 t 3) f  t   sh 2t  3et cos 3  t  e sin 3  t ; 2 3 cos

ит о

13.2 1) f  t   2e



12) F  p   14) F  p  

e3 ;

p3

1 ; p

10) F  p  

;

p4

13) F  p   15) F  p  

2

; 8) F  p  

ТУ

p

2



БН

9) F  p  



3 p 2  34

ри й

7) F  p  

3t

 11 3 11  sh t t;  ch 2 2  11 

по з

1 4) f  t   e 2 2





1 t  2 3t  6 e e ; 6) f  t   7e 5t  sin 4t ; 2 2   7) f  t   e t  cos3t  sin 3t  ; 3   2 3t  2t  2 t 2t  1 2t 8) f  t   e  e ; 54 27 9) f  t   10sin 2t  20cos3t .

Ре

5) f  t  

39

13.3 1) F  p  

pe



p 2

2

p 1

; 2) F  p  

1 2

p 1

 e 4 p .

1 1 cos3t ;  t  2  et 2 ; 3) f  t    2 3 3 1 1  t  t 2 5 3 5 5 4  sin t e  t e 4 . 4) f  t   cos  3 48 2 48 48   1 p 2 1  13.5 1) F  p   3  ; 2) F  p   ; 2 2 p 2 p  16 2  p  1 p 3) F  p  

3 p2  9



1  p2





p2  1

2

.



БН



ТУ

13.4 1) f  t   t  2 ; 2) f  t  

2 55 1 55  e t sh t  e t ch t. 2 4 2 55

ит о

2) f  t  

ри й

13.6 1) f  t   e 2t  cos 4t ;

Занятие 14

по з

ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ И ИНТЕГРИРОВАНИЕ ОРИГИНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ Аудиторные задания

Ре

14.1 Найти изображение дифференциальных выражений: 1) y   t   4 y   t   3 y  t  , если y  0   1, y   0   2 ;

2) y   t   6 y   t   y  t   2 y  t   3 , если y  0   3, y  0   7, y   0   1 ;

3) y   t   3 y  t   2 y  t   4 y  t   1 , если y  0   1, y   0   2, y   0   3 ; 40

4) y   t   y   t   6 y  t  , если y  0   1, y   0   0 ; 5) y   t   2 y   t   y  t  , если y  0   2, y   0   2 . 14.2 Пользуясь свойством дифференцирования изображения, найти изображения оригиналов: 1) f (t )  t cos t ; 2) f (t )  t 2 sh 3t ; 3) f (t )  2t  3t 4 ; 4) f (t )  t 2 cos3t ;

6) f (t )  te2t ;

ТУ

5) f (t )  t sin 5t ;

t





1)  e 3t ch 2t  e 4t sin 2t dt ; 0 t





t





2)  t 7  5t 4  2t 2  3 e2t dt ; 0 t

4)  te2t dt .

ри й

3)  sin t  3t 2 sin 2t dt ; 0

БН

8) f (t )  t cos5t . 7) f (t )  t 3e4t ; 14.3 Пользуясь свойством интегрирования оригинала, найти изображения оригиналов:

0

14.4 Найти оригиналы следующих изображений: 1 1 ; 2) F ( p )  ; 1) F ( p )  2 2 p p 4 p p2  4





ит о

1



3) F ( p ) 



1

;

4) F ( p ) 



; 6) F ( p) 



; 8) F ( p ) 

p p2  1

по з

5) F ( p ) 

 p  3

5

7) F ( p ) 



2 2

p p 5



2p 5

 p  2 6

;

p2

 p  1 2

3 2

;

2

p  4p

;

9) F ( p ) 

3p 2

p 9p

.

Ре

14.5 Используя теорему интегрирования изображения, найти изображения функций: 1  cos 2t 3t et  1 e ; 2) f (t )  ; 1) f (t )  t t e t sin t sin t sin 3t ; 5) f (t )  . 3) f (t )  ; 4) f (t )  t t t

41

Домашние задания

ТУ

14.6 Найти изображение дифференциального выражения при заданных начальных условиях: x(t )  6 x(t )  x(t )  2 x(t ); x(0)  x(0)  0; x(0)  1 . 14.7 Пользуясь теоремой смещения и теоремой дифференцирования изображения, найти изображение оригинала t sin t . 14.8 Пользуясь теоремой об интегрировании оригинала, найти t

изображение функции  cos d  .

БН

0

ри й

14.9 Используя теорему интегрирования изображения, найти изображение функции: sh t sin 2t ; 2) . 1) t t Ответы: 14.1 1) F  p   p 2  4 p  3 Y  p   p  2 ;





  p  2Y  p   3 p





2

 11 p  40 

ит о

2) F  p   p3  6 p 2

3) F  p   p3  3 p 2  2 p  4 Y  p   p 2  5 p  11 

 5) F  p   Y  p   p



3 ; p

1 ; p

по з

4) F  p   Y  p  p 2  p  6  1  p ;

Ре

14.2 1) F  p  

3) F  p   2 

42

2

p 2  2

p

1 p2

2

3



 2 p 1  2 p  6 .

 2 4! p5



2

;

2) F  p  



18 p 2  3

;

 p  9 2 p  p  27  ; 4) F  p    p  9 3

2

2

;

2

3

7) F  p  

10 p



p 2  25 6

 p  4 4

14.3 1) F  p  



2

6) F  p  

;

8) F  p  

;

1

 p  2 2

;

p 2  25

p

2

 1 p3 2  ;  p   p  32  4  p  4 2  4   

 25



2

.

ТУ

5) F  p  

1  7! 5! 4 3   ;    p   p  2 8  p  2 5  p  2 3 p  2    1 1 6  4! .  3  ; 4) F  p   3) F  p    2 5 p  p 1 p  p  p  2 14.4 1) f  t  

1 1  cos 2t  ; 4

t4 ; 4!

ит о

3) f  t   e3t 

ри й

БН

2) F  p  

1 1  2) f  t    t  sin 2t  ; 4 2  4 5 t 3t  4) f  t   e2t   ;  12 40   





5) f  t   1  cos t ;

6) f  t   et 1  tet  et ;

1 cos 2t  ; 2 2 9) f  t   sin 3t .

8) f  t  

по з

7) f  t  

3 3 4t  e ; 4 4

p 2  6 p  13 p ; ; 2) F  p   ln p3 p 1 p  ; 4) F  p    arctg p ; 3) F  p   arctg 2  p  5) F  p    arctg . 2 3 3 14.6 F  p   p  6 p 2  p  2 X  p   1 .

Ре

14.5 1) F  p   ln





43

14.7 F  p   14.8 F  p  

2p





p2  1 1 2

p 1

2

.

.

БН

ТУ

1 p 1 14.9 1) F  p   ln ; 2 p 1 p  2) F  p    arctg . 2 2 Занятие 15

ри й

СВЕРТКА ФУНКЦИЙ. ТЕОРЕМА БОРЕЛЯ. ФОРМУЛЫ ДЮАМЕЛЯ Аудиторные задания

2) f1 (t )  et , f 2 (t )  et ; 4) f1 (t )  ch t , f 2 (t )  sin t ;

5) f1 (t )  t , f 2 (t )  cos t ;

6) f1 (t )  1  t , f 2 (t )  et ;

ит о

15.1 Найти свертку функций: 1) f1 (t )  t , f 2 (t )  et ; 3) f1 (t )  cos t , f 2 (t )  cos 2t ;

Ре

по з

7) f1 (t )  e5t , f 2 (t )  et ; 8) f1 (t )  2t , f 2 (t )  e3t . 15.2 Найти свертку и ее изображение: 1) f1 (t )  cos 2t , f 2 (t )  sin 2t ; 2) f1 (t )  e5t , f 2 (t )  sin 4t . 15.3 Найти изображение свертки функций с помощью теоремы Бореля: 1) f1 (t )  sh 2t , f 2 (t )  ch 5t ; 2) f1 (t )  t n , f 2 (t )  e3t cos5t . 15.4 Пользуясь теоремой Бореля, найти оригиналы изображений: p p2 1) F ( p)  ; 2) F  p   4 ; 2 2 2  1 p p 



44



3) F ( p ) 

p

 p  1 p 2

2

4



4) F  p  

;

p2 p 4  13 p 2  36

.

15.5 Пользуясь формулой Дюамеля, найти оригинал изображения: 1 p3 ; 2) F ( p )  ; 1) F  p   4 2 3 p  8 p  12 p p2  1

p3e 2 p

p

2

9



2

.

БН

3) F ( p ) 



ТУ



15.6 Найти оригиналы изображений с помощью вычетов: 7  2p p2  2 ; 2) F p 1) F ( p)     4 ; p 4  p  2  p  12

p 2  21 p  40

ри й

3) F  p  

 p  1  p 2  5 p  6 

;

4) F  p  

5 p 2  60 p  146

p

2



 4  p  5

2

.

ит о

15.7 С помощью разложения дробей на простейшие найти оригиналы изображений:  5 p  4  e2 p 3 p2  3 p ; F p  1) F  p   ; 2)   p4  1  p  12 p 2  2 p  5

3p  3p  2

 p  2  p2  4 p  8

по з

3) F  p  

2



; 4) F  p  

p



4 p

 p  13  p  3

.

15.8 Найти свертку функций:

1) f1 (t )  e5t , f 2 (t )  t 3 ; 4t

2) f1 (t )  t , f 2 (t )  cos5t ;

2

Ре

3) f1 (t )  e , f 2 (t )  t . Домашние задания

15.9 Используя теорему Бореля об изображении свертки, найти изображение функции:

45

t

1)  et  sin(t  )d  ;

2) f1 (t )  4t , f 2 (t )  e7t .

0

ТУ

15.10 Найти оригиналы для заданных функций: 1 1 4 p ; 3) 2 1) ; 2) 2 ; ( p  1)( p  3) p  p 1 p 9 p2 1 2p 3 ; 5) 4 ; 6) 3 . 4) 3 2 p  2p 3 p  3p p  4 p2  3 p Ответы:

БН

et  et 1 1  ; 3)  t cos t  sin t  ;  2 a  1 1 1 4)  ch t  cos t  ; 5) 1  cost ; 6) t; 7) e5t  et ; 2 4 4 2t 2 3t 2 8)  e  . 3 9 9 2p 15.2 1) F  p   ; 2 p 4

ри й

15.1 1) et  t  1 ; 2)



ит о



2) F  p  

4

 p  5   p 2  16  2



2

p 2  4 p 2  25

по з

15.3 1) F  p  

.

; 2) F  p  

n! p  3

p n1



 p  3  25 2



.

1 1 1  1) f  t    t cos t  sin t  ; 2) f  t    ch t  cos t  ; 2 2 2  1 1 3) f  t    cos t  cos 2t  ; 4) f  t    3sin 3t  2sin 2t  . 3 5 15.5 1) f  t   1 / 2 3ch 6t  ch 2t ; 2) f  t   t 2 / 2  cos t  1 ;

Ре

15.4





3) f  t   cos3  t  2   1,5  t  2  sin 3  t  2  . 15.6 1) f  t  

46

11 2t  5 11  t e   t   e ; 2) f  t   ch t sin t ; 9 9 3

3) f  t   8e3t  5e t  2e2t ; 4) f  t   3sin 2t  t  e5t . 1 5 3 15.7 1) f  t    et  e t  cos t  sin t ; 4 4 2 1 t 2  t 2 2) f  t   e 18 t  2 1  e    cos2 t  2 10sin2 t  2  1 t  2 16 3) f  t   e 2t  e 2t  2cos 2t  0,5sin 2t  ;





ТУ







1  t  4  2 3 t  4 1  2  t  4   2  t  4   e    1 t  4  . e 8 3 6 6  5t 6  1 15.8 1) e 5t   t 3  t 2  ; t e  25 125 625  625  5

БН

4) f  t  

1 1 t 2 t 1 e 4t  cos5t ; 3)     . 4 8 32 32 25 25 1 4 17 15.9 1) F  p   . ; 2) F  p   2  2 2 p p7 p p  2p  2





ри й

2)





t

ит о

1 2 2 3 15.10 1) f  t   e3t  et ; 2) f  t   e sin t; 4 2 3 4 2 2 1 sin 3t ; 3) f  t   sin 3t  cos3t ; 4) f  t    cos 3t  3 3 3 3

1 1 6) f  t   1  e t  e 3t . 2 2

Ре

по з

 1 3 5) f  t    sh t  sin 3t  ; 4 3 

47

Занятие 16

Аудиторные задания

ТУ

ПРИМЕНЕНИЕ ОПЕРАЦИОННОГО ИСЧИСЛЕНИЯ К РЕШЕНИЮ ЛИНЕЙНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ, СИСТЕМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ, ИНТЕГРАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ И УРАВНЕНИЙ С ЧАСТНЫМИ ПРОИЗВОДНЫМИ

ри й

БН

16.1 Найти решения дифференциальных уравнений при заданных начальных условиях: 1 1) 4 x  12 x  9 x  144e3t /2 , x(0)  1, x(0)  ; 2 2 2) x  4 x  sin t , x(0)  0, x(0)  0 ; 3) x  9 x  2  t , x(0)  0, x(0)  1 ; 4) x  4 x  2cos t , x(0)  0, x(0)  4 ;

5) x  x  et , x(0)  1, x(0)  0 ;

ит о

6) x IV  2 x  x  cos t , x(0)  0, x(0)  0, x  0   0, x  0   0 ; 7) y   2 y   3 y  e3t , y (0)  0, y(0)  0 ;

по з

8) y   y   2 y  et , y (0)  0, y (0)  1 ; 9) y   y   t , y (0)  0, y (0)  0, y  0   1 .

Ре

16.2 Найти решения систем дифференциальных уравнений при заданных начальных условиях:  x  3x  5 y  0, 1)  x(0)  2, y (0)  5 ;  y   2 x  8 y  0,

 x  x  y  1,5t 2 , 2)  x(0)  0, y (0)  0 ;  y   4 x  2 y  1  4t ,  x  2 x  4 y  cos t , x(0)  0, y (0)  0 ; 3)   y   x  2 y  sin t ,

48

16.3 Решить интегральные уравнения: t 1 1)  1  t    y    d   et  sin t ; 2 0 t

 t  2) y   t   4  y     y     e   d   0, y  0   0, y  0   6 ;

0



t



0

ТУ

3 t  3) y   t   2 y  t    y    e    3et  d   0, y  0   1 ;

t

0

t

5)  y     sin  t    d   sin 2 t ; 0

t

6)  y     ch  t    d   t n ; 0

t 8 7) y  t   sin 2t   y    sh 3  t    d  ; 8) y  t    ydt  1 . 30 0 16.4 Найти решения уравнений в частных производных:  x  x  2 y , x(0)  0, y (0)  5 ; 4)   y   2 x  y  1,

ри й

t

БН

4) y   t     y      y     sin  t    d   2cos t , y  0   0, y  0   0 ;

по з

ит о

 x  2 y , 5)  x(0)  2, y (0)  2 ;  y   2 x,  x  3 x  4 y , 6)  x(0)  1, y (0)  1 .  y  4 x  3 y, t 1 1)  1  t    y    d   et  sin t ; 2 0 t

Ре

 t  2) y   t   4  y     y     e   d   0, y  0   0, y  0   6 ;

0

t





3 t  3) y   t   2 y  t    y    e    3et  d   0, y  0   1 ;

0

t

4) y   t     y      y     sin  t    d   2cos t , y  0   0, y  0   0 ; 0

49

t

5)  y     sin  t    d   sin 2 t ; 0

t

6)  y     ch  t    d   t n ; 0

t 8 7) y  t   sin 2t   y    sh 3  t    d  ; 8) y  t    ydt  1 . 30 0 u 3 1)  x  t   x  u , u ( x,0)  x  x, 0  x  , 0  t   ; t 2  u  2u u  x,0  2) 2  a 2 2 ,  0, u  0, t   E0 sin t , u  l , t   0 ; t t x u u 3)   t  x  u , u ( x,0)  1  x, 0  x  , 0  t   ; t x  2u u 4) 2   u  t , u  x,0   x , x t  x  x  2 y  0, 1)  x(0)  y (0)  1 ;  y   x  4 y  0;  x  4 y  2 x  4t  1,  2)  x(0)  y (0)  0 ; 3 2  y   x  y  2 t ;

ит о

ри й

БН

ТУ

t

по з

 x  7 x  y  5, 3)  x(0)  y (0)  0 ;  y   2 x  5 y  37t ;  x  4 y  z , x(0)  5,  4)  y   z , y (0)  0,  z   4 y; z (0)  4. 

Ре

t t 1 2 1)  y    t    d   t 3 ; 2)  y    cos  t    d   1  cos t . 3 0 0 1) x  x  cos t  sin t , x(0)  0 ; 2) x  5 x  6 x  12; x(0)  2, x(0)  0 ; 3) x  4 x  3 x  1; x(0)  3, x(0)  2 ;

4) x  3x  e 3t ; x(0)  0, x(0)  1 .

50

5)

 2u 2

 a2

t u  x,0 

 2u x

2

, u  x,0   0,

u  x,0  t

0,

Домашние задания

ТУ

 0, 0  x  , 0  t   ; t u  0, t   1, u  l , t   0, 0  x  , 0  t   .

БН

16.5 Найти решения дифференциальных уравнений при заданных начальных условиях:  x  x  2 y  0, x(0)  y (0)  1 ; 1)   y  x  4 y  0;

ит о

ри й

 x  4 y  2 x  4t  1,  2)  x(0)  y (0)  0 ; 3 2  y  x  y  2 t ;  x  7 x  y  5, 3)  x(0)  y (0)  0 ;  y  2 x  5 y  37t ;  x  4 y  z , x(0)  5,  4)  y  z , y (0)  0,  z   4 y; z (0)  4. 

Ре

по з

16.6 Найти общее решение дифференциального уравнения x  9 x  cos3t . 16.7 Найти решения систем дифференциальных уравнений при заданных начальных условиях:  x  x  2 y  0, 1)  x(0)  y (0)  1 ;  y  x  4 y  0;

 x  4 y  2 x  4t  1,  2)  x(0)  y (0)  0 ; 3 2  y  x  y  2 t ;  x  7 x  y  5, x(0)  y (0)  0 ; 3)   y  2 x  5 y  37t ;

51

16.8 Решить интегральные уравнения:  x  x  2 y  0, x(0)  y (0)  1 ; 1)   y  x  4 y  0;

БН

 x  4 y  2 x  4t  1,  2)  x(0)  y (0)  0 ; 3 2  y  x  y  2 t ;  x  7 x  y  5, 3)  x(0)  y (0)  0 ;  y  2 x  5 y  37t ;

ТУ

 x  4 y  z , x(0)  5,  y (0)  0, 4)  y  z ,  z   4 y; z (0)  4. 

ри й

 x  4 y  z , x(0)  5,  4)  y  z , y (0)  0,  z   4 y; z (0)  4. 

по з

ит о

16.9 Найти решения уравнений: 1  2u p 2 x 1) 2  2 u   pA  2 sin , u  0, t   u  l , t   0 ; l x a a 2 u  u 2)  a 2 2 , u  x,0   0, u  0, t   u0 , t  0 ; t x 2  u 1  2u  nx  u  x,0  3) 2  2  2 , u  x,0   A cos  0, , t x a t  l  u  0, t  u  l , t    0, 0  x  l . x x

Ре

Ответы:





1 1  cos 2t  t sin 2t  ; 8 / 27 ; 4) x  t    2  0,5t   sin 2t ;

16.1 1) x  t   e 3t /2 18t 2  2t  1 ; 2) x  t  



3) x  t   3t  6  7e3t  e 3t





5) x  t   0,5 tet  sh t ; 52



6) x  t   t  sin t  t cos t  / 8 ;

ит о

ри й

БН

ТУ

1 1 1 7) y  t   te3t  e3t  e t ; 8) y  t   sh t ; 4 16 16 t2 9) y  t   2t   et  e t . 2  x  t   5e 2t  3e 7t , 16.2 1)  7 t 2t  y  t   6e  e ;  x  t   0,5t 2 ,  x  t   1  10t  3sin t  2cos t , 3)  2)  2  y  t   4  7t  2sin t  2cos t ;  y  t   t  t ; 2 8 3t 5 2t 1 2t   t  x  t    3  2e  3 e ,  x  t   2 e  2 e , 4)  5)  1 8  t 3 t  y  t   5 e 2t  1 e2t ;  y  t    2e  e ;   3 3 2 2 6 5t 1 5t   x  t   5 e  5 e , 6)   y  t   3 e5t  2 e5t .  5 5 1  16.3 1) y  t   e t   sin t  ; 2) y  t   3sh 2t ; 2 

3) y  t   4e t  4tet  3e2t ; 4) y  t   t  sin t ;

по з

5) y  t   1  3cos 2t  / 2 ;

6) y  t   nt n 1  t n 1 /  n  1 , n  0 ;

7) y  t   13sin 2t  16sh t  / 5 ; 8) y  t   et .

Ре

16.4 1) u  x, t   x3  x  tx 2 ; 2)  sin  k x / e  sin  ak t / e    sin    e  x  / a  sin t  2ae  u  x, t   E0  ;   sin  e / a  e2 2  a 2 k 2 2 k 1  

3) u  x, t   t  e t 1  2t  2 x   x ; 4) u  x, t   t  x cos t  sin t  0,5t sin t ; 53

x 2  k x k at     sin cos /k. e  k 1  e e  1 1 16.5 1) x  t   sin t ; 2) x  t   2 ; 3) x  t    3e t  e 3t ; 3 3 2 3t t 3t 4) x  t   e  1  e . 9 3 t 16.6 x  t   C1 cos3t  C2 sin 3t  sin 3t . 6  x t   t 2  t,  x  t   4e 2t  3e t ,  16.7 1)  ; 2)  1 2 ; 3t 2t  y t    t .  y  t   3e  2e . 2 

5) u  x, t   1 



БН

ТУ



 x  t   1  3e 2t  e 2t ,   x  t   1  t  e cos t , 3)  ; 4)  y  t   e2t  e2t , 6t 6t   y  t   1  7t  e cos t  e sin t. 2t 2t  z  t   2e  2e . 16.8 1) y  t   1 ; 2) y  t   t .

ит о

ри й

6t

16.9 1) u  x, t   A cos

at x sin ; e e

Ре

по з

 2 x /2 a t   2) u  x, t   U 0 1   e d   ;   0   nat nx cos . 3) u  x, t   A cos e e

54

Занятие 17 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ В ЧАСТНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ Аудиторные задания

x 2

 2 xy

17.2 Найдите

u  x,0   cos x;

 2u  2u  2u  2u  x 2 2  0 ; 3) 2  2 x 2  0 . xy y x y решение

БН

 2u

 2u

уравнения

u  x,0   0 . t

t 2

ри й

2) y 2

ТУ

17.1 Определите тип дифференциального уравнения:  2u  2u  2u 1  y  u y 2   y 0; 1) x 2  2 xy  x  y 2 x y  x  y

17.3 Найдите решение уравнения

 2u t 2

 a2

 2u x 2



 2u x 2

,

если

, если:

sin x u 1 ;  x,0   ; x t 1  x2 u 2) u  x,0   cos 2 x;  x,0   sin x . t 17.4 Найдите отклонение u  x, t  закрепленной на концах x  0 и x  l однородной струны от положения равновесия, если в начальный момент струна имела форму параболы с вершиной в l точке x  и отклонением от положения равновесия h , а началь2 ные скорости отсутствуют. 17.5 Струна закреплена на концах x  0 и x  2 . В начальный

Ре

по з

ит о

1) u  x,0  

момент имеет форму параболы u  2 x  x 2 . Определить форму струны для любого момента времени, если начальные скорости точек струны отсутствуют.

55

17.6 Струна, закрепленная на концах x  0 и x  l , в начальный





момент имеет форму u  h x 4  2 x3  x . Найти форму струны для

БН

ТУ

любого момента времени t, если начальные скорости отсутствуют. u  2u  17.7 Найти решение уравнения теплопроводности , есt x 2 l   x при 0  x  2 и u  0, t   u  l , t   0 . ли u  x,0    l  x при l  x  l  2 17.8 Решить задачу Дирихле в круге 0    1 , если u  ,    2 ,   1 .

 2u

 2u

a2

at при начальных l t x l и граничных условиях: u  x,0   ut  x,0   u  0, t   u  l , t   0 , где 0 x l и t 0. 2

 a2

2



2

sin

ри й

17.9 Решить уравнение

ит о

Домашние задания

по з

17.10 Определите тип дифференциального уравнения:  2u  2u u  2u  2u  2x 0; 2) 2  x 2  0 . 1) y 2 2  x 2 xy x x x y

Ре

17.11 Найти закон свободных колебаний закрепленной на конце x  0 однородной струны, если правый конец ее при x  l перемещается так, что касательная к струне остается постоянно горизонтальной. В начальный момент струна находилась в положении равx новесия и ей была придана начальная скорость ut  x,0   sin . l 17.12 Определить температуру тонкого однородного стержня длины l, изолированного от внешнего пространства, начальная темcx  l  x  . пература которого равна f  x   l2 17.13 Решить задачу Дирихле в круге 0    1 , если u 1,     .

56

Ответы: 17.1 1) параболический

тип

в

области 2

2

x  y  0; x  y  0 ;

2





ри й



БН

ТУ

2) параболический тип в области x  y  R ; 3) гиперболический тип. cos  x  t   cos  x  t   cos x cos t . 17.2 u  x, t   2 17.3 1) 1  sin  x  at  sin  x  at  arctg  x  at   arctg  x  at   u  x, t      ; 2  x  at x  at a  1 2) u  x, t   cos 2 x cos 2at  sin x sin at . a 4h 2 xl  x  t 2 . 17.4 u  x, t   cr  2n  1 at  sin  2n  1 x 32  1  cos 17.5 u  x, t   3  . 2 2  n0  2n  13



17.6 u  x, t   h x 4  6 x 2 a 2t 2  x 4t 4  2 x 4  3 xa 2t 2  x .

по з

ит о

    x 2  l  x 2 l  1  l /2  4t . 4 t 17.7 u  x, t         l d l l d      2t  0 l /2      4 1 4 17.8 u  x, t   2  4  2  sin n  n . 3  n cos n n 

Ре

17.9 u  x, t  

2  at at at  x sin  cos  sin  3 l l l  l    1 1  3   n 1 n  n  1 2n  12

  2n  1 at  sin  2n  1 x at    2n  1 sin  sin  l l l  

57

17.10 1) гиперболического типа; 2) эллиптического типа при x  0 , гиперболического типа при x  0 . 4  nx an 17.11 u  x, t    sin sin t.  n 1 l l l2



cx  l  x  l

2



sin n n  . n 1 n

. 17.13 u  ,    2 

ТУ

17.12 u  x, t   l

Ре

по з

ит о

ри й

                 

БН

2 a 2t

58

       

ТИПОВОЙ РАСЧЕТ. РЯДЫ

ит о

 ,  .

ри й

БН

ТУ

В задачах 1, 2 исследовать сходимость числового ряда. В задаче 3 исследовать сходимость знакочередующегося ряда. В случае сходимости исследовать на абсолютную и условную сходимость. В задачах 4, 5 определить область сходимости степенных рядов. В задаче 6 найти четыре первых, отличных от нуля, члена разложения в ряд функции f ( x) по степеням x  x0 . В задаче 7 разложить функцию f ( x) в ряд по степеням x, используя разложения основных элементарных функций. В задаче 8 вычислить с помощью ряда определенный интеграл с точностью до 0,001. В задаче 9 найти первые k членов разложения в степенной ряд решения дифференциального уравнения при указанных начальных условиях. В задаче 10 разложить в ряд Фурье функцию f ( x) на интервале

Вариант 1



n

по з xn ; n 1 n n 

4) 

Ре

(1) n 1 ; n 1 3n  1

 12 2)    ; n 1 n  5   n 1 5)  ( x  1)n ; n n 1 n  3

n 1 ; n 1 n  2

1) 

2

2

7) f ( x)  sin x cos x ; 9) y   x  y 2 , y (1)  1, k  3 ;

1

8)  e



3) 

1 6) f ( x)  , x0  1 ; x 2 2 dx ;

x

0

  x,   x  , 10) f ( x)   . 0, 0  x  . 

59

Вариант 2

n 1 n

2

1 2

n 1

n

0

dx

1

3

8 x

2n  1

n 1 (

( x  3) n



5)  8) 



2) 

;

2) n

(1) n 1 ; n 1 n n 

3) 

;

; 6) f ( x)  e x , x0  2 ;

2 x  1,   x  , 10) f ( x)   . 0, 0  x  . 

ри й

Вариант 3 

1 ; n  2 n ln n 

n 1 x    ; n 1 n  3 

5) 

n 1

ln(1  x) ; x

по з

Ре 

3n  1

n 1

n 3n



3n  1

n 1

2n

4) 

60

n

2

;

0,2

8) 

1 9) y   x  , y (0)  1, k  5 ; y

1) 

n 1

( x  3) n

ит о

7) f ( x) 

3)  (1) n 1

2)  n







n 1 ; n 1 3n  2

1) 

4) 

7) f ( x) 

; 9) y   2 x  y 3 , y (1)  1, k  3 ;

3

n

 x 4)  n   ; n 1  2 

x 1  x4

;

ТУ

n 1

БН



1) 

2n  1 ; n(n  1)

6) f ( x)  cos x, x0 

 ; 2

xe  x dx ;

0

1   x  ,   x  , 10) f ( x)   . 2 0  x  .  0,

Вариант 4 2

;

  4  n2  2)   ; 2    n 1  1  n 

 xn ;

5)  n n ( x  3) n ;



n 1

n

 n  2n  1  3)   1   ;  3n  1  n 1

6) f  x   x, x  0   4 ;

0,2

7) f  x   x ch x ; 8) 

x cos x dx ;

0

9) y   2 x  0,1 y 2 , y  0   1, k  3 ;

Вариант 5

2n  1

n 1 

4) 

n

;

4n (n  1) n x n 2



; 5)  (2  x) n ; n 1 0,5

( 1) n ; n 1 2n  1 

3) 

6) f ( x)  cos 2 x, x0 

 ; 4

ри й

n 1

n

  n2  2)    ; n 1  2n  1 

БН



1) 

ТУ

2 x  3,    x  0, 10) f  x    .  0 , 0  x  .

7) f ( x)  3 8  x ; 8)  1  x 2 dx ; 0

ит о

 x  2,   x  , 9) y   x 2  xy, y (0)  0,1, k  3 ; 10) f ( x)   .  0, 0  x  . Вариант 6



n 1 ; n 1 10n  1 

n

2 n x ; n 1 n

4) 

n3 ; n 1 (2n)! 

2) 

по з

1) 



5) 

n 1 0,5

7) f ( x)  cos 2 x ; 8) 

( x  3) n dx

2

n

;



3)  (1) n n2

ln ; n

6) f ( x)  e3 x , x0  1 ;

Ре

; 1  x5 9) y   2 yy, y (0)  0, y(0)  1, k  3 ; 0

0,   x  ,  10) f ( x)   . 4 x  3, 0  x  .

61

Вариант 7 n3

n 1 n

3



2

x

4) 

n 1 n  3

7) f ( x) 

n

n 1 3

n n

5n



2) 

;



3)  (1) n

;

(2n  1)

n 1

n



( x  2) ;  ( n 1) ln(n  1) n 1

5) 

; x

4 x

2

6) f ( x)  ctg x, x0 

0,1 x

e 1 dx . x

8) 

;

0

n ; n  10  ; 4

ТУ



1) 

Вариант 8

3n  2 ; n 1 5n  1 xn

n 1 n

n

1

2)  

5) 

;

n 1

3) 

;

6) f ( x)  sh x, x0  1 ;

2

n  2 n (ln n)

( x  4) n

n2  1



;

ит о



( 1)n 1 ; n 1 n  5

ри й 



1) 

4) 

БН

5  x,   x  , 9) y   2 x  cos y, y (0)  0, k  5 ; 10) f ( x)   .  0, 0  x  .

7) f ( x) 

3x  5

x2  4 x  3 x

0,5

8)  x 2 cos3 xdx ;

;

0

2

по з

9) y   ye  xy , y (0)  y (0)  y(0)  1, k  6 ;

Ре

0,   x  ,  10) f ( x)   . 3 x  1, 0  x  .



1) 

n 1 n 

2

1  2n  5 n

;

n x   ; n 1 n  1  2 

4) 

62

Вариант 9 n





 n 1 2)    ; n 1  3n  

5) 

n 1

n( x  5) n 3

n 1

3)  (1) n 1 n 1

;

n ; 6n  4

6) f ( x)  tg x, x0 

 ; 

7) f ( x) 

1 9  x2

0,5





8)  ln 1  x 2 ;

;

0

3  2 x,   x  , . 9) y   3x  y 2 , y (0)  2, k  3 ; 10) f ( x)   0, 0  x  . 



n 1

n



4) 

n 1

(1) n 1 ; n n n 1





1 ; n 1 (2n  1)!

; 2) 

3) 

БН



1)  n 2 sin

n

xn ; n

ТУ

Вариант 10

  x2 3 2 5)  n   ; 6) f ( x)  3 x  6 x  3, x0  1 ; 2  n 1  0,4

x

xe 4 dx ; 9) y   x 2  2 y, y (0)  1, k  4 .

ри й

7) f ( x)  ln  2  x  ; 8) 

0

ит о

   x  , 0,  . 10) f ( x)     x , 0 . x     2

Вариант 11



2

n3 2)  ; n 1 n ! 

по з

 1 n  1)   ; 2 n 1  1  n  

4)  (2n  1) 2 x n ; n 1

Ре

7) f ( x)  cos( x  ) ;

9) y  



5) 



3) 

n 1

( x  3)

n 1 (2n  1) 0,5

8) 

0

n

n 1

;

1  cos x x2

 1n ; 3

n

6) f ( x)  x x , x0  3 ; dx ;

y 1  , y (1)  1, y (1)  0, k  4 ; y x

5 x  1,   x  , 10) f ( x)   . 0, 0  x  .  63

Вариант 12 

1) 

1 n

n 1 1  n n 

2

;



2) 

n 1

x ; n 1 2n  1

4) 



5) 



n ; n!

3)  (1)n 1 n 1

( x  4)

n

n

6) f ( x) 

;

БН

9) y   x 2  0, 2 y 2 , y (0)  0, k  3 ;

1 , x0  2 ; x 1

ТУ

n 3 1  cos x dx ; 7) f ( x)  x sin 2 x ; 8)  x 0 n 1 0,8

n 1 ; (n  1) n

0,   x  ,  10) f ( x)   . 1  4 x, 0  x  .



1 1)  ; n 1 n( n  1) xn

n



 2n  1  2 2)    ; n 1  3n  1 

n 1 n  2



5) 

x6 ; 1 x

n 1

3n  x  1 n2  1

n 1

3

n ; n 1

;

6) f ( x)  ch x, x0  1 ;

1

8)  sin x 2 dx ;

по з

7) f ( x) 

n

;



3)  (1) n

n

ит о



4) 

ри й

Вариант 13

0

2

9) y   y   xy, y (0)  4, y(0)  2, k  5 ;

Ре

3x  2,   x  , 10) f ( x)   . 0, 0  x  . 



Вариант 14

 1  ; 2)  n  tg n 1 ; (3 2)(3 1) n  n  2 n 1 n 1

1) 

2n x n ; n 1 2n  1 

4)  64



n 1

n 1

n2

3)  (1) n1 n

  x2 5)   3n  1   ;  4  n 1

;

1 , x0  2 ; x3 0,1 ln(1  x) 8)  dx ; x 0

7) f ( x)  ln( x  1), x0  2 ;

6) f ( x) 

9) y   xy  y 2 , y (0)  0,1, k  3 ;

ТУ

0,   x  ,  . 10) f ( x)   4  2 x, 0  x  . Вариант 15

1

n 1 (2n  1)

n 1

6) f ( x) 

2

1

n 1 (5n  8) ln 

1 ; (2n  1)!

4) 

5n x n

n 1 6

n3

n

3

(5n  8)

1 , x0  3 ; 2x  5

7) f ( x)  xe  x ;

ит о

9) y   0, 2 x  y 2 , y (0)  1, k  3 ;

;



( x  3)n

n 1

n  5n

5) 

;

ри й



3)  (1)n



2) 

;

БН



1) 

;

1

8)  cos 3 xdx ; 0

   x  ,   x  , 10) f ( x)   .  0  x  .  0,

Вариант 16



n 1

по з 1) 

n 1 n

2

 2n



 x  1n

n 1

n

Ре

4) 

;

;

x 7) f ( x)  sh ; 2 2



2) 

n 1 2

3)  ( 1) n 1

; n 1



 x  1n

n 1 1

n

5) 



n

n 1

;

1 2

n 1

;

6) f ( x)  sin 2 x, x0 

 ; 

8)  x sin xdx ; 0

2

9) y   x  y , y ( 1)  2, y (1)  0,5, k  4 ;

0,   x  ,  10) f ( x)   . 6 x  5, 0  x  . 65

Вариант 17

2) 

xn ; n

5) 



4) 

n 1

n 1

n 1 2

n

2

(n  1)

( x  1) n



n5

n 1

2 0,5 2 x

7) f ( x)  x 2 e2 x ; 8) 

e

n 1

nn

dx ;

x

0

n!

6) f ( x)  sin

;

n



3)  (1) n 1

;

9) y   x 2  xy  e x , y (0)  0, k  3 ; 7  3 x,   x  , 10) f ( x)   . 0, 0  x  . 

;

x , x0  2 ; 

ТУ



1 ; 3 n 1 n n  n

БН



1) 

n 1

n3 ; 2n  1

n 1 n



n

n 1

3



n

n 1

x 2

5

;

5) 

n 1

( x  2) 10

n



3)  ( 1) n

;

n



4) 



2)  2n sin

ит о



1) 

ри й

Вариант 18

1

6) f ( x) 

;

1

7) f ( x)  (1  x)cos x ;

8)  cos 0

4 x

, x0  3 ;

x2 dx ; 4

Ре

по з

9) y   y  0, y (0)  0, y(0)  1, k  3 ; 0,    x  ,  . 10) f ( x)    x    2 , 0  x  .

3 ; ln( n  1)



2n

n3 ; n 1 ( n  1)! 

;

2) 

3n n x ; n 1 n !

5) 

1) 

n 1 1  n 

4)  66

Вариант 19

2



( x  4) n

n 1 ( n  1)

2



3) 

(1) n

n n 1 (2n  1)3

;

6) f ( x) 

;

1 , x0  2 ; 1 x

7) f ( x) 

0,5

1 1  x2

; 8) 

0

arctg x dx ; x

9) y   y cos y   x, y (0)  1, y   0  

 , k  3; 3

ТУ

6 x  2,   x  , 10) f ( x)   . 0, 0  x  . 



n

БН

Вариант 20

  2n  1   1 ; 2) ; 3) ; (1) n 1     2 n n 1  3n  n 1 n  4n  13 n 1  ( n  1)!  ( x  4) n 1 n , x0  1 ; 4)  ; 5) ; 6) f ( x)  x  n x 1 n 1 n 1 2 n 1 1  x 7) f ( x)  arcsin x ; 8)  arctg   dx ; 0  2  0,   x  ,  9) y   cos x  x 2 , y (0)  0, k  3 ; 10) f ( x)   . 4  9 x, 0  x  .

1

ит о

ри й

1) 

Вариант 21

 1 2n  1 ; 2)  ; 2 n 1 ( n  1) ln ( n  1) n 1 3n  4 

по з

1)  

4)  n! x n ;

Ре

n 1

6) f ( x) 



(n  1)(n  2)

n 1

(n  3) 2

5) 



(1) n 1

n 1

n  3n

3) 

;

( x  3) n ;

2 , x0  1 ; 7) f ( x)  arctg x ; x2

0,5

8) 

0

x  arctg x x2

dx ;

9) y   4 y  2 xy 2  e3 x  0, y (0)  2, k  4 ; x   3,    x  0, . 10) f ( x)   3 0, 0  x  . 67

Вариант 22 n5

n 1 n

4

1

10n



2) 

;

n n 1 3 ( n  2)



3) 

;

n 1 n

( x  3) n ; n 1 ( n  1)( n  2)

xn ; n 1 n  1





0,5

2

8)  e  x dx ;

7) f ( x)  x ln(1  x 2 ) .

0

1

;

БН

9) (1  x) y   y  0, y (0)  y(0)  1, k  3 ;    x  0, 0, 10) f ( x)   . 0  x  . 10 x  3,

2

6) f ( x)  xe x , x0  1 ;

5) 

4) 

( 1) n

ТУ



1) 

n 2  2n

n 1 3n 

4) 

n 1 2

2

4

x

n

n

n

(n  1)3 ; n 1 (3n)!

3) 

( x  8) n ; n 1 3n  2

6) f ( x)  ln x, x0  1 ;

(1)n ; n 1 n  n  1





2) 

;



5) 

;

ит о



1) 

ри й

Вариант 23

7) f ( x) 

x2

1 x

2

;

0,4

8) 

1  x3 dx ;

0

Ре

по з

1 9) 4 x 2 y  y  0, y (1)  1, y (1)  , k  3 ; 2  x 1  ,   x  , 10) f ( x)   4 0  x  .  0,



n 1

n 1

5n

1) 

68

Вариант 24

;



n

 n2  2)    ; n 1  2n  1 



3) 

n 1

( 1) n ; n4

( x  1) n ; n 1 n( n  1)





(2n  1)(2n  1) n x ; n 1 2n(2n  2)

5) 

6) f ( x) 

1 , x0  2 ; 1 x

7) f ( x) 

1

x ; 1 x

8)  x cos x dx ; 0

   x  0, 0,  10) f ( x)   x .  5  2, 0  x   .

9) y   2 x 2  y 3 , y (1)  1, k  3 ;

ТУ

4) 

7) f ( x) 

1 1 x

2

.



2) 

n2

n 1 n  4

n

.



3)  (1) n 1 n 1

n( x  2) n 5)  . n 1 n 1 

n . 3n  1

6) f ( x)  e x , x0  3 .

ри й

n

  1  2n  1)    . n 1  2  3n   n( n  1) 4)  xn . n 2  3 n 1

БН

Вариант 25

1

8) 

sin x x

0

dx ;

ит о

 2 x  11,   x  , 9) y   x 2  xy  y 2 , y (0)  1, k  4 ; 10) f ( x)   . 0, 0  x  . 

по з

Вариант 26



2n  3 ; n 1 3n  4

1)  

4) 

xn

 ( 1) n 1 ; 3)  ; n 1 ( n  1) ln( n  1) n 1 3n  1 

2) 

n( x  2) n ; n 1 n  3 

;

5) 

7) f ( x)  x 5 1  x ;

8) 

2

Ре

n 1 n

0.1 0

dx 1  x4

6) f ( x)  x , x0  9 ;

;

0,   x  ,  . 9) xy  y  0, y(1)  2, y(1)  1, k  4 ; 10) f ( x)   3  8 x, 0  x  . 69

Вариант 27 2n  1

n 1 n

2

2



2) 

;

3n  1 n

n 1

(1) n1 ; n 1 ( n  1)( n  2) 

3) 

;

32  ( x  3) n 5)  ; n 1 2n  3

xn ; n 1 n( n  1) 

4) 

6) f ( x)  1  x , x0  3 ;

ТУ



1) 

2

БН

1 ex ; 8)  x10 sin xdx . 7) f ( x)  x 0 9) y  xy  1  0, y(0)  1, y(0)  1, k  5 ;

7 x  1,   x  , 10) f ( x)   . 0, 0  x  . 

ри й

Вариант 28 n

 1 3   2)    ; n 1 n  4   ( x  3) n 5)  3 ; n 1 n  1



n 1 ; n 1 2n  3

1)  

ит о

4)  2n 1 x n ; n 1

x2

1  x2

6) f ( x)  xe x , x0  1 ;

1

8)  3 x cos xdx ;

;

0

по з

7) f ( x) 

(1)n ; n 1 2n  1 

3) 

Ре

0,   x  ,  9) xy  y 2  0, y(1)  1, y(1)  1, k  5 ; 10) f ( x)   . 2 x  1, 0  x  .



1) 

2n  3 2

n 1 n  n

1

x ; n 1 n

4) 

70

;

Вариант 29 

1 ; n 1 ( n  4)!

2)  

5) 

n 1

( x  1) 2

n

n

;



3)  (1)n n 1

3 ; ln(n  1)

6) f ( x)  sin 2 x, x0 

 ; 4

1

2

8)  e  x dx ;

7) f ( x)  x cos 2 x ;

0

9) y   y cos x  0, y (0)  1, y (0)  2, k  5 ;

Вариант 30 1

n 1

7) f ( x) 

( x  4) n  ; 6) f ( x)  2  cos x, x0  ; 4 n 1 n( n  1)( n  2) 

5)  sin x ; x

1

sin x dx ; 0 x

ри й



4)  x n ;

(1)n ; n 1 (2n)! 

3) 

БН

n

 3n  1   ; 2)    ; 2 4 n 5   n 1  n 1 n  4n 

1) 

ТУ

 0,   x  , 10) f ( x)   .  x  1, 0  x  .

8) 

Ре

по з

ит о

 0,   x  , 9) y   y cos x  2cos y, y (0)  0, k  3 ; 10) f ( x)   .  x, 0  x  .

71

ТИПОВОЙ РАСЧЕТ. ЭЛЕМЕНТЫ ОПЕРАЦИОННОГО ИСЧИСЛЕНИЯ

ри й

БН

ТУ

В задачах № 1, 2 установить принадлежат ли множеству оригиналов данные функции. В задаче № 3, пользуясь определением, найти изображение ори0, t  0, гинала 1(t ) f (t ) , где 1(t )   1, t  0. В задачах № 4, 5 найти изображение оригинала 1(t ) f (t ) . В задачах № 6 найти свертку данных функций. В задаче № 7 найти изображение периодического оригинала 1(t ) f (t ) . В задаче № 8 найти оригинал по данному изображению. В задаче № 9 найти частное решение дифференциального уравнения, удовлетворяющее заданным начальным условиям. В задаче № 10 найти частное решение системы дифференциальных уравнения, удовлетворяющее заданным начальным условиям.

ит о

Вариант 1

по з

0, t  0 0, t  0  ; 1) f (t )   5t ; 2) f (t )   1 e , t  0  t  3 , t  0 4) f (t )  sin 4 t ;

Ре

7)

72

5) f (t ) 

e 2t sin t ; t

3) f (t )  e 2t ;

6) f1 (t )  t , f 2 (t )  sh t ;

2 2

p ( p  4)

9) y   2 y   t 2 , y (0)  0, y(0)  0 ;

;

x  2 x  2 y  4 z ,   10) y   2 x  y  2 z ,  , z   5 x  2 y  7 z , 

x(0)  1, y (0)  2, z (0)  1 .

ТУ

8) F ( p) 

Вариант 2

4) f (t )  ch t sin 2 3t ;

ри й

e3t , t   0,1 , ; 3) f (t )   2, t  1,  . cos 2t  cos3t ; 5) f (t )  t 7)

БН

0, t  0,  2) f (t )   sin t ;  t , t  0.

0, t  0, ; 1) f (t )   2 t e , t  0.

по з

ит о

6) f1 (t )  et , f 2 (t )  e t ;

1

; 9) y   y   sin t , y (0)  0, y(0)  0 ; p  2p  7 x  3x  2 x  y   y  0,  10)  x(0)  x(0)  y(0)  0, y (0)  1.  x  x  y  5 y   4 y  0,  2

Ре

8) F ( p ) 

73

Вариант 3

0, t  0,  ; 2) f (t )   cos t  t , t  0.

4) f (t )  sin t sin 2t ;

5) f (t ) 

1  e3t t e 2t

;

6) f1 (t )  cos 2t , f 2 (t )  e t ; 7) f (t )  e t , t   0;3 ,

9) y   y  8t et , y (0)  0, y (0)  0 ;

x  8 x  6 y   0,  ,  6 x  y   2 y  0, 

x(0)  1, x(0)  y (0)  y (0)  0 .

ри й

10)

p2 ; p ( p  3)

БН

8) F ( p ) 

f (t  3)  f (t ) ;

3) f (t )  et /2 ;

ТУ

0, t  0, 1) f (t )   3 ; t , t  0.

Вариант 4

0, t  0,  2) f (t )   2 ;   sin t , t  0.

3) f (t )  2  t ;

4) f (t )  e 2t cos 2 t ;

5) f (t )  e2t sin 4t ;

6) f1 (t )  t , f 2 (t )  e3t ;

по з

ит о

0, t  0,  1) f (t )  1, t   0, 2 , ;  3 2t , t  2.

7) f (t )  e t , t   0, 2 ,

Ре

8) F ( p) 

4 p

p2  9

x  y  z ,   10) y   z  x,  , z   x  y, 

74

;

f (t  2)  f (t ) ;

9) y   2 y   3 y  1, y (0)  0, y (0)  0 ;

x(0)  3, y (0)  1, z (0)  2 .

Вариант 5

8) F ( p) 

2p 3 2

ри й

БН

ТУ

0, t  0, t  0, 0,  f t ; 3) f (t )  sh 2t ; 1) ( )   ; 2) f (t )   et t  sin 3t , t  0.  , t  0. t t e sin t 4) f (t )  cos3 t ; 5) f (t )  ; 6) f1 (t )  cos t , f 2 (t )  cos t ; t 7)

p  6 p  12

;

x(0)  2, y (0)  0, z (0)  1 .

ит о

x  8 y ,   10) y   2 z , , z   2 x  8 y  2 z , 

9) y   y  t 2 , y (0)  0, y(0)  0 ;

по з

Вариант 6

Ре

t  0, 0,  2 ; 1) f (t )   sin t , t  0.   t 3) f (t )  2sh 3t ;

5) f (t )  cos(t  b) ;

0, t  0,   ; f t ( ) 2)  1  t , 0.  t  1 t ; 2 6) f1 (t )  sin 3t , f 2 (t )  sin 4t ;

4) f (t )  e3t sin 2

75

8) F ( p ) 

5

; p( p  2 p  5) 9) y   2 y   y  2sin t , y (0)  0, y (0)  0 ; x  3x  y  0,  10)  , x(0)  2, y (0)  3 . y   x  y  0, 

ри й

БН

2

ТУ

7)

Вариант 7

ит о

t  0, 0, 1) f (t )   (23t )t ; , t  0. e 3) f (t )  2  e2t ;

t  0, 0,  ; 2) f (t )   cos3t  t , t  0. t 4) f (t )  cos 4 ; 2 t 6) f1 (t )  , f 2 (t )  ch 3t ; 2

cos bt  cos at ; t 4, t   0, 2  , f (t  3)  f (t ); 7) f (t )   2, t   2,3 , 2p  6 8) F ( p )  ; ( p  2)( p  3) 9) y   2 y   5 y  5, y (0)  0, y (0)  0 ; x  y   0,  10)  , x(0)  x(0)  0, y (0)  2, y (0)  1. x  y  1  et , 

Ре

по з

5) f (t ) 

76

Вариант 8

0, 1) f (t )   3 t ,

t  0, t  0.

t  0, 0,  ; 2) f (t )   1  sin t , t  0.

;

4) f (t )  ch 3t cos 2 t ;

5) f (t ) 

1  e 2t t et

ТУ

3) f (t )  3  2t ;

6) f1 (t )  et , f 2 (t )  sin t ;

;

ри й

БН

et , t   0, a  , f (t  2a)  f (t ); 7) f (t )   2t e , t   a, 2a  , 3p 1 . 9) y   y  sin t , y (0)  0, y (0)  0 ; 8) F ( p )  2 2 p ( p  4 p  1) x  x  9 x  y  y  3 y  0,  10)  2 x  x  7 x  y   y  5 y  0, 

x(0)  x(0)  1, y (0)  y (0)  0.

ит о

Вариант 9

0, t  0,  ; 2) f (t )   sin t  2t , t  0.

3) f (t )  1  e 2t ;

4) f (t )  sin 2 2t cos3t ;

5) f (t )  e 2(t 1) sin(t  1) ;

6) f1 (t )  t , f 2 (t )  cos3t ;

по з

0, t  0, 1) f (t )   1/ t ; e , t  0.

Ре

2t , t   0,  , 7) f (t )   3t , t   , 2 ,

f (t  2)  f (t ); 8) F ( p ) 

p2  1 p3  27

;

9) y   y  t et , y (0)  0, y (0)  0 ;

10)

x  2 y  5 x  et ,  , y   x  6 y  e 2t , 

x(0)  1, y (0)  1.

77

Вариант 10

2, t   0,3 , ; 3) f (t )   t , t  3,   .

4) f (t )  sin 3 t ;

ТУ

0, t  0,  ; 2) f (t )   1  t  1 , t  0.

0, t  0, 1) f (t )   t ; e , t  0.

ри й

БН

6) f1 (t )  t , f 2 (t )  ch t ; 5) f (t )  e  (t  a ) cos(t  a ) ; 3at , t   0, 2 , f (t  2)  f (t ); 7) f (t )  2 2 p2  1 8) F ( p)  ; 9) y   y  et , y (0)  0, y (0)  0 ; p ( p 2  2) 4 x  y   3x  sin t ,  10)  x(0)  2, y (0)  1. x  y  cos t , 

ит о

Вариант 11

t  0, 0,  ; 2) f (t )   1 , t 0.   2 t  4

3) f (t )  2t 2 ;

4) f (t )  sh 2t sin 3t ;

по з

t  0, 0, 1) f (t )   ; t  sin 2t , t  0.

2

5) f (t )  t sin t .

Ре

, t   0,   , 7) f (t )   2, t   , 2 , 8) F ( p ) 

10)

78

p2  1 p 2 ( p 2  9)

;

6) f1 (t )  t , f 2 (t )  sin 4t ; f (t  2)  f (t ); 9) y   y  cos t , y (0)  y(0)  y   0 ;

x  y   x  et ,   x(0)  1, x(0)  0, y (0)  1, y (0)  2. x  y   1, 

Вариант 12

t  0, 0,  ; 2) f (t )   cos3t  t , t  0.

3) f (t )  e 2t ;

4) f (t )  cos 2t cos3t ;

2t

e sin t ; t 2t , t   0,1 , 7) f (t )   t , t  1, 2 ,

10)

p2  p  2 3

2

p  p 6p

x  y  1,  , y   x  0, 

f (t  2)  f (t );

БН

8) F ( p ) 

6) f1 (t )  sin t , f 2 (t )  sin 2t ;

9) 2 y   3 y  t 2 , y (0)   1 ;

;

ри й

5) f (t ) 

ТУ

0, t  0, 1) f (t )   ; ch 2t , t  0.

x(0)  y (0)  x(0)  y (0)  0.

ит о

Вариант 13

0, t  0,  2) f (t )   2 ;  t  3 , t  0. 4) f (t )  et cos 2 t ; 6) f1 (t )  cos 2t , f 2 (t )  e2t ;

Ре

по з

0, t  0,  1) f (t )  t , t   0,1 , ;  t e , t  1 t 3) f (t )  ch ; 2 sin 3t cos 2t 5) f (t )  ; t 7)

79

10)

p 2

p  3p  2

9) y   ay  b, y (0)  0 ;

;

x  y   sh t  sin t  t ,  , y   x  ch t  cos t , 

x(0)  0, x(0)  2, y (0)  1, y  0 .

Вариант 14

0, t  0,  ; 1) f (t )   sin t t  t , t  0. 2, t   0,5  , ; 3) f (t )   t , t  5,   . sin 3t ; 5) f (t )  t 7)

ТУ

8) F ( p ) 

БН

0, t  0, 2) f (t )   2 ; 3t e , t  0. 4) f (t )  sh t cos 2t ;

по з

ит о

ри й

6) f1 (t )  e3t , f 2 (t )  cos t ;

8) F ( p ) 

p ( p 2  1)

;

0, t  0,  ; 1) f (t )   sin t  t  2 , t  0.

80

9) y   y   6 y  2, y (0)  1, y (0)  0 ;

x  x  y  e t  cos t ,  , x  y   y   2et  sin t , 

Ре

10)

1  p2

x(0)  2, x(0)  1, y (0)  0, y  1 .

Вариант 15

t  0, 0, 2) f (t )   (1i )t ; , t  0. e

t 3) f (t )  3sh ; 3 t e sin 2t ; 5) f (t )  t 7)

4) f (t )  cos5t sin 3t ;

10)

p2 2

( p  4 p  5) 2

; 9) y   4 y  2cos 2t , y (0)  0, y (0)  4 ;

ри й

8) F ( p) 

БН

ТУ

6) f1 (t )  t , f 2 (t )  cos 2t ;

x  3x  4 y  9e2t ,  , 2 x  y   3 y  3e2t , 

x(0)  2, y (0)  0.

ит о

Вариант 16

по з

0, t  0, 1) f (t )   ; sh 2t , t  0.

 0, t  0,  2 2) f (t )  t , t   0, 2 , ;  1  , t  2.  t  4

Ре

0, t   0, 4 , ; 4) f (t )  et sin 2 t ; 3) f (t )   5t , t   4,   . 1  cos 2t ; 6) f1 (t )  t , f 2 (t )  sin 2t ; 5) f (t )  t a, t   0, l  , f (t  2l )  f (t ); 7) f (t )   a, t  l , 2l  ,

81

8) F ( p ) 

( p 2  2 p  3)2

9) 2 y   9 y  2  t , y (0)  0, y(0)  1 ;

;

 , x(0)  1, x(0)  2, y (0)  y (0)  0 .  x  x  2 y   y   e t ,  x  y   y  et  t ,

Вариант 17

t  0, 0, 2 1) f (t )  t  1, t   0,1 ;  sint, t  1.

( p 2  9)2

x  y   1,  , y   x  0, 

БН

6) f1 (t )  e 2t , f 2 (t )  sin 3t ;

f (t  )  f (t );

9) y   y  sin 2t , y (0)  y (0)  0 ;

;

x(0)  1, x(0)  y (0), y(0)  1.

по з

10)

p2  3 p  9

4) f (t )  ch 2t cos t ;

ит о

8) F ( p ) 

t  0, 0, 2) f (t )   2 ; 2t e , t  0.

ри й

3) f (t )  t 2  1 ; cos3t  t et ; 5) f (t )  2  sin t , t  0, 7) f (t )   t  0, 0,

Вариант 18

Ре

0, t  0, ; 1) f (t )   sh it , t  0. 1, t   0, 2  , ; 3) f (t )   1  2t , t   2,   .

5) f (t )  82

ТУ

10)

p2  2 p  1

2  3cos 4t et

;

0, t  0,  ;; 2) f (t )   1  t  2 , t  0. 4) f (t )  sin 2t cos 2 t ; 6) f1 (t )  t , f 2 (t )  sh 2t ;

10)

p2  4 2

( p  4)

2

9) y   y   10e 2t , y (0)  y(0)  y(0)  0 ;

;

x  3x  y  0,  , y   x  y  0, 

x(0)  y (0)  1 .

БН

8) F ( p ) 

ТУ

7)

ри й

Вариант 19

t  0, 0, ; 2) f (t )   (1 2i )t , t  0. e

3) f (t )  t 2  2 ;

4) f (t )  ch 2t sin 2 t ;

ит о

t  0, 0,  1) f (t )   ; 1 sin t  t , t  0.

2t

6) f1 (t )  e , f 2 (t )

t 2 e

;

Ре

по з

sin t  cos3t ; 5) f (t )  t 7)

8) F ( p )  10)

 

2

p  2p 8 ( p 2  2 p  10) 2

x  4 x  4 y  0,  , y   2 x  6 y  0, 

;

9) y   y   t , y (0)  y(0)  0 ;

x(0)  3, y (0)  15 .

83

Вариант 20

0, t  0,  2) f (t )   1 ;  t  3 , t  0.

0, t  0, ; 1) f (t )   sin t , t  0. t 3) f (t )  sh ; 3 5) f (t )  t sin 3t  cos 4t ;

10)

2( p  3) 2

( p  6 p  8) 2

x  y   x  et ,   x  y   1, 

ТУ

t   0,1 ,

f (t  1)  f (t );

9) y   y  1, y (0)  y(0)  0 ;

;

x(0)  1, x(0)  0, y (0)  1, y(0)  2.

ри й

8) F ( p ) 

6) f1 (t )  e5t , f 2 (t )  t ;

БН

7) f (t )  t  1,

4) f (t )  ch 3t sin 2t ;

Вариант 21

ит о

0, t  0, ; 1) f (t )   cos t , t  0.

0, t  0,  2) f (t )   1 ;  sin t , t  0.

Ре

по з

e 2t , t   0,1 , 3) f (t )   ; 4) f (t )  sh t sin 2 t ; 1, t  1,   . sin t  sin 3t 5) f (t )  . 6) f1 (t )  cos 2t , f 2 (t )  cos3t ; t 7) f (t )  2t , t   0, 3 , f (t  3)  f (t ); 8) F ( p ) 

p 1

2

( p  2 p  10) 2

x  2 x  2 y  4 z ,   10) y   2 x  y  2 z ,  , z   5 x  2 y  7 z , 

84

;

9) y   y  3, y (0)  y (0)  0 ;

x(0)  1, y (0)  2, z (0)  1.

Вариант 22

0, t  0, ; 2) f (t )   2 t e , t  0.

t  0, 0, ; 1) f (t )   sin t , t  0.    sin t , t   0, 2  ,    3)  ;   0, t   ,  .  2  5) f (t )  t cos(2t  3) ;

10)

ТУ

f (t  4)  f (t ) ;

1 ; ( p  a )( p  b)

9) y   2 y   y  et , y (0)  y(0)  0 ;

ри й

8) F ( p ) 

6) f1 (t )  sin 3t , f 2 (t )  t ;

БН

0, t   0,1 , 7)  1, t 1, 4 ,

t 4) ; f (t )  sh 2t cos 2 . 2

x  x  2 y  t ,   x(0)  2, y (0)  4. y  2 x  y  t ,

ит о

Вариант 23

0, t  0, ; 1) f (t )   2t e , t  0.

4) f (t )  sin 2 t cos 2t ; 6) f1 (t )  sin 2t , f 2 (t )  e3t ;

Ре

по з

cos t , t  0,   , ; 3)  t  ,  . 0, t cos t 5) f (t )  5t ; e 7)

t  0, 0,  2) f (t )   1 ;  2t  1 , t  0.

85

8) F ( p ) 

1 ( p  2)4

x  y  z ,   10) y   z  2 x,  , z   2 x  y, 

9) y   y  sin t , y (0)  0 ;

;

x(0)  1, y (0)  z (0)  0.

ТУ

Вариант 24

t  0, 0,  ; 2) f (t )   1  sin 2t , t  0.

3) f (t )  2  t ; 5) f (t )  t cos(2t  3) ;

4) f (t )  ch t sin 2 t ; 6) f1 (t )  cos3t , f 2 (t )  sin 2t ;

БН

0, t  0, ; 1) f (t )   2 3t , t  0.

7) f (t )  2t , t   0, 1 , f (t  1)  f (t );

ри й

8) F ( p ) 

10)

( p 2  5)2

Вариант 25

t  0, 0,  2) f (t )   1 ;  t  2 , t  0.

3) f (t )  1  t 2 ; t cos(t  2) ; 5) f (t )  et  2 et , t  [0, 2], f (t  3)  f (t ) ; 7)  0, t  2, 3 , 9) y   y  sin t , y (0)  0 ; x(0)  0, x  x  2 y  0,  10)  1 x  2 y   2t  cos 2t ,  y (0)   , 2

4) f (t )  sin 2t  sin 4t ;

по з

0, t  0, ; 1) f (t )   2t e , t  0.

Ре 86

;

x  2 y  0,  x(0)  0, x(0)  1, . , y   2 x  0,  y (0)  y (0)  0.

ит о

9) y   y  t , y (0)  0 ;

p2  5

6) f1 (t )  cos5t , f 2 (t )  t ; 8) F ( p) 

1 (2 p  3)3

x(0)  1, y (0)  0.

.

;

Вариант 26

t  0, 0,  2) f (t )   1 ;  t  3 , t  0.

4) f (t )  sin 4 t ;

5) f (t ) 

БН

6) f1 (t )  t , f 2 (t )  sh t ; 7)

e 2t sin t ; t

3) f (t )  e2t ;

ТУ

0, t  0, ; 1) f (t )   57 e , t  0.

x  y   1,  , y   x  0, 

;

9) y   y   6 y  2, y (0)  1, y (0)  0 ;

x(0)  1, x(0)  y (0)  0, y (0)  1.

ит о

10)

( p 2  9)2

 

ри й

8) F ( p ) 

p2  3 p  9

Вариант 27

по з

0, t  0 0, t  0  ; 2) f (t )   1 ; 1) f (t )   6t e , t  0  t  5 , t  0 4) f (t )  sin 4 2t ;

5) f (t ) 

3) f (t )  e3t ;

e 6t sin t ; 6) f1 (t )  t 2 , f 2 (t )  sh t ; t

Ре

7)

87

6 2

p ( p  4)

9) y   4 y   t 2 , y (0)  0, y(0)  0 ;

;

x  2 x  2 y  2 z ,   10) y   2 x  y  3 z ,  , z   5 x  2 y  4 z , 

x(0)  1, y (0)  2, z (0)  1 .

Вариант 28

ТУ

8) F ( p) 

0, t  0  ; 2) f (t )   sin 5t  , t 0.  t

БН

0, t  0 ; 1) f (t )   4t e , t  0. e 2t , t   0,1 , 3) f (t )   ;   2, t 1, .    cos3t  cos 2t 5) f (t )  ; t 7)

ри й

4) f (t )  ch t sin 2 4t ;

по з

ит о

6) f1 (t )  e3t , f 2 (t )  e t ;

8) F ( p ) 

p  2p  7

0, t  0, ; 1) f (t )   4 t , t  0. 88

;

9) y   2 y   sin t , y (0)  0, y(0)  0 ;

x  3 x  2 x  y  5 y  0,   , x(0)  x(0)  y(0)  0, y (0)  1.  x  x  y  5 y   2 y  0 

Ре

10)

7

2

Вариант 29

0, t  0,  ; 2) f (t )   cos3t  t , t  0.

3) f (t )  et /2 ;

4) f (t )  sin t sin 4t ;

5) f (t ) 

1  e 5t t e 2t

;

6) f1 (t )  cos 4t , f 2 (t )  e t ; 7) f (t )  e 3t , t   0;3 ,

9) y   3 y  8t et , y (0)  0, y (0)  0 м

x  8 x  y   0,   , x(0)  1, x(0)  y (0)  y(0)  0 .  x  y   2 y  0 

БН

10)

p4 ; p ( p  3)

ТУ

8) F ( p ) 

f (t  3)  f (t ) ;

Вариант 30

0, t  0,  2) f (t )   2 ;  sin 3t , t  0.

3) f (t )  4  t ;

4) f (t )  e5t cos 2 t ;

6) f1 (t )  t , f 2 (t )  e3t м

ит о

5) f (t )  e3t sin 4t ;

ри й

0, t  0,  1) f (t )   2, t   0, 2 , ;  3  4t , t  2.

7) f (t )  e 2t , t   0, 2 , 6 p

p2  9

;

9) y   3 y   3 y  1, y (0)  0, y (0)  0 ;

по з

8) F ( p) 

f (t  2)  f (t ) м

Ре

x  2 y  z ,   10) y   3 z  x,  , x(0)  3, y (0)  1, z (0)  2 . z   x  y 

89

ТИПОВОЙ РАСЧЕТ. ТФКП

БН

ТУ

В задаче 1 вычислить значение функции f ( z ) в точке z0. В задаче 2 найти действительную и мнимую части функции w  f ( z) . В задаче 3 найти аналитическую функцию f ( z ) по заданной действительной (u ) или мнимой (v) части и заданному значению f ( z0 ) . В задаче 4 найти область, на которую заданная функция w  f ( z ) отображает указанную область G. Заданную область G на плоскости Z и ее образ на плоскости W изобразить на чертежах. В задаче 5 вычислить  f  z  dz.

ри й



В задаче 6 вычислить с помощью формулы Коши  f  z  dz , где  – 

по з

ит о

замкнутый контур, пробегаемый против часовой стрелки. В задаче 7 записать ряд Лорана функции f ( z ) в окрестности точки z0 и определить область сходимости полученного ряда. В задаче 8 найти особые точки функции f ( z ) и выяснить их характер. В задаче 9 найти вычеты функции f ( z ) в изолированных особых точках. В задаче 10 вычислить с помощью вычетов  f  z  dz , где  – за

Ре

мкнутый контур, пробегаемый против часовой стрелки.

1) f  z   Ln z ,

Вариант 1

z 0  1  3 i;

3) u  x 2  y 2  3x  y,

2) w  ze z ;

f  0  i ;

4) w  i  2 z  1 , G : квадрант Re z  0, Im z  0 ; 90

5)  Re zdz ,  – отрезок прямой от точки z0  0 до точки 

z1  2  i; 7) f  z   z 2 e z ,

,  : z  i  1; z2  1

8) f  z   10)  

z2

 z  1  z  1 3

dz



z2  4



2

9) f  z  

;

,  : z  2i  1.

Вариант 2

z 0  i;

z ;  z  2  sin z

2) w  sin z;

ри й

1) f  z   z i ,

z0  0;

ТУ



1

zdz

БН

6) 

3) u  x3  3 xy 2  2, f  0   2  i;

4) w  e2 z  i, G : полоса   Re z  ,0  Im z  ;

 zdz,

5)



где



ломаная

ит о



с

вершинами

в

точках

z0  0, z1  1, z2  1  i; 6) 

 z  i

3

 : z  2;

,

по з



e z dz

8) f  z  



z2  i



9) f  z  

; 3



z0  0 ;

ez z 2  z  3

;

tgz dz ,  : z  2  2. z2

Ре

10) 

1

1 7) f  z   sin , z

Вариант 3

 z0  3  i ; 4 x 3) v  2e cos y, f  0   2 1  i  ; 1) f  z   e z ,

2) w  ch z;

91

4) w  1  i 1  z  ,

G : треугольник с вершинами в точках

z1  0, z2  i, z3  1 ; 5)  z 2 dz ,  – отрезок прямой, соединяющий точку z0  0 с точ

кой z1  1  i ;

7) f  z   9) f  z  

,  : z  i  2; 1

 z  3 z  1 z5 z2 1

4

ТУ

 z  2i 2

8) f  z   соs

z0  1;

,

1 ; zi

БН



z 2 dz

ez dz ,  : z  1 .  2z

10) 

;

ри й

6) 

Вариант 4

1) f  z   2 z ,

2) w  cos z ;

z0  1  i ;

y

2

x  y2

,

ит о

3) u  x 2  y 2  5 x  y 

f 1  6  2i

 z  0 ;

1 , G : полуплоскость Im z  0 ; zi dz ,  – полуокружность z  1 от точки z0  1 до точки 5)   z

по з

4) w 

Ре

z1  1 , лежащая в верхней полуплоскости; dz ,  : z  1  1,5 ; 6)  3 3   z  1  z  1 7) f  z   sin

9) f  z  

92

1 ,  z  2

сos z z

3

;

z0  2 ;

8) f  z  

( z  6)sin( z  5)

z

4

 z2

 z

2

 25



;

dz , : z 3.   z  2  z  1

10) 

Вариант 5

1) f  z   Ln z ,

2

2) w  e z ;

z0  3  4i ; f  0  0 ;

3) u  x 2  y 2  xy ,

zi , G : квадрант Re z  0, Im z  0 ; z i 5)  Re z dz ,  – окружность z  a  R , пробегаемая против ча-

ТУ

4) w  

10)  

7) f  z  

z2  1 ; z 1

zdz z2 1

9) f  z  

ри й

8) f  z  

,  – эллипс

ez

БН

совой стрелки; e z dz 6)  ,  : z  1,5 ; 2   z  i

 x  12  y 2 1

9

z2

,

z0  0 ;

z

( z  1) 2

;

1.

ит о

Вариант 6

1) f  z   e z , 3

z0  2  3i ;

2

2

3

3) v  x  6 x y  3 xy  2 y ,

2) w  sh z ;

f  0  0 ;

1 , G : полуплоскость Re z  0 ; z 1 5)  zdz , где  – дуга параболы y  x 2 от точки (0,0) до точки (1,1);

по з

4) w  

Ре

e z dz

6)  

 z  2 4

8) f  z  

10)  



,  : z  1  1,5 ;

z2 ; 1  cos z dz



z 2  1  z  1

7) f  z    z  2 

3

9) f  z  

sin z z3  z

1 z  e 2,

z0  2 ;

;

,  : z 1 i  2 . 93

Вариант 7

1) f  z   сos z ,

2) w  z 2 e z ;

z0  i ; f  i   2i  1 ;

3) u  x 2  y 2  2 x,

4) w  z 2 , G : прямоугольник 0  Re z  1, 0  Im z  2 ; 

( z  1) 2 ( z  2)

8) f  z   10)  

z

sin 2 z e z dz

,  : z  1,5 ;

9) f  z  

;

z4  2z2  1

7) f  z  

ez

z0  0 ;

,

z5

БН



dz

,  : z  i 1.

z4

z2 1

;

ри й

6) 

ТУ

5)  zzdz ,  – дуга окружности z  1 , 0  arg z   ;

Вариант 8

z0  1  2i ;

ит о

1) f  z   sin z ,

3) u  2e x sin y ,

2) w  z 2  z ;

f  0   2i ;

4) w  e z , G : полоса   Re z   ,    Im z  0 ; 2  z dz,  – ломаная с вершинами в точках

по з

5)

z0  0 ,



z2  1  i ; dz 6)  2 ,  : z  1;  z  2z

Ре

z1  1,

cos z ;  z 2 2 1 dz ,  : z  1  0 . 10)   z  1 z 1 

8) f  z  

94

7) f  z  

1 2

z 1

9) f  z  

,

z0  i ;

сos z ( z  4) z 2

;

Вариант 9

1) f  z   Ln z ,

2) w  e z Re z;

z0  3  4i;

3) u  x3  3 xy 2 , f  0   i; 4) w  z 2 ,

G : полуполоса 0  Re z  1, Im z  0;

ТУ

2   2  3z  z  dz,   произвольный контур, соединяющий

5)



точку z1  0 с точкой z2  i; zdz ,  : z  2i  2; 6)  2  z 9

 z  2 2

9) f  z  

z  z  1

2

1 ; ( z  1)( z  2)

ри й



z 1

, z0  1;

БН

8) f  z   tg z ; 10) 

1

7) f  z  

dz ,  : z  3 .

ит о

Вариант 10

1) f  z   2 z ,

2) w  z 3  Im z;

z0  1  i ;

по з

y 3) v  arctg , ( x  0), f 1  0; x 4) w  i (2  z ), G : квадрат 0  Re z  1, 0  Im z  1;

5)  z dz ,   отрезок прямой от точки z0  0 до точки z1  1  i; 

cos zdz

( z  i)

Ре

6)  

8) f  z  

10)  

2

,

 : z  2;

7) f  z  

1 , z0  0; z  z  5

;

9) f  z  

cos z

1





z2  1

3

( z  3)dz ( z  1)  z  1

2

, : z

z4

;

1  1. 2 95

Вариант 11

1) f  z   Ln z ,

2) w  ( z  i )e z ;

z 0   i;

3) v  y 2  2 y  x 2  1, f  2i   i  1; G : круг z  1;

4) w  (1  i ) z  3,

ТУ

5)  Re z dz ,   радиус–вектор точки z0  2  i ; 

z ( z  1)

8) f  z   10)  

3

 : z  1  1,5;

,

 e

z

e

z

9) f  z  

;

z zdz

 z  1 z  2 2

7) f  z  

,  : z  2  0,5 .

1 , z 0  i; ( z  i )  z  1

БН



e z dz

z 1

3

z  4z

;

ри й

6) 

Вариант 12

z0  5  i ;

ит о

1) f  z   cos z ,

2) w  e z i ;

3) v  3 x 2 y  y 3  3 y  1, f 1  i   2  4i; z i , G : квадрант Re z  0, Im z  0; z i 5)  z dz ,   отрезок прямой, соединяющий точку z0  0 с точ-

по з

4) w  

кой z1  2  i;

Ре

6)  



dz

z2 z2  4

8) f  z  

96



,

 : z  2i  1;

1 2

z  5z  4

;

7) f  z   9) f  z  

1 3 z z e ,

z0  0;

cos z ;   z2  z   2 

10)  

sin zdz   z z   2 

2

, : z  2.

Вариант 13

z0  2;

2) w  z 2  Re z;

ТУ

1) f  z   аrc cos z ,

3) u  e1 y cos x, f  i   1  3i;

1 z , G : полуплоскость Re z  0; 1 z 5)  z 2 dz ,   произвольный контур, соединяющий точку z1  0

БН

4) w  

с точкой z2  1  i; 

e z dz , z ( z  1)

10)  



z 4 z

dz 3

2



1 7) f  z   z 2 sin , z0  0; z

sin z

9) f  z  

;

z 1 z2  1

;

ит о

8) f  z  

 : z  2  1,5;

ри й

6) 

z  4z2

,  : z  1.

по з

Вариант 14

1) f  z   аrc cos z ,

z0  2i;

2) w  z 3 Im z;

Ре

 i 3) v  e1 2 y sin 2 x, f     3;  2 4) w  (1  i ) z  2i, G : круг z  1;

5)  Rez dz ,   дуга

параболы

y  x2

от

точки

(0,0)



до точки (1,1); dz 6)  2 ,  z  4z

 : z  1;

1 7) f  z   z cos , z0  0; z 97

8) f  z   z 2 sin 1

10) 

 1

z2

1 ; z

9) f  z  

e z z2

;

dz ,  : z  1,5 .

1) f  z   Ln z ,

ТУ

Вариант 15

2) w   z  i  ; 2

z0  1  i;

5)

БН

3) u  x 4  6 x 2 y 2  y 4 , f  0   0; 4) w  i (2 z  1), G : полуплоскость Rez  0;

 sin zdz ,   произвольный контур, соединяющий точку 

  i; 2

7) f  z   ( z  3i )sin

6)  

ит о 

по з



Ре

1) f  z   аrcsin z , 3) u 

x

2

 : z  2;

,

9) f  z  

1

z

2

9



2

;

Вариант 16

z0  2;

1 , f  2  ; 2 x y 2

( z  1) 4

1 , z0  3i; z  3i

cos z ; 2    2  z   z 1 2  ez 1 10)  dz ,  : z  . 2 2  ( z  1)  z 8) f  z  

sin 2 z dz

ри й

z0  0 с точкой z1 

2) w 

Re z ; z

4) w  (1  i ) z,

G : круг z  1  1;

5)  z dz ,   отрезок прямой, соединяющий точку z1  1 с 

точкой z2  1; 98

z 2 dz ( z  2)



8) f  z   10)  

cos z z2

3

7) f  z  

 : z  3;

,

z 1 ; cos z

9) f  z  



1



z z2  1

, z0  0;

z2  1 ( z  2)2 ( z  3)

dz ,  : z  3 .

;

ТУ

6) 

БН

Вариант 17

i ; 2) w  z 2 sin z; 2 3 2 2 3) u  x  3 xy  3x  6 x  3 y 2 , f (0)  0; z i , G : полуплоскость Re z  0; 4) w  z i 5)  Re z dz ,   отрезок прямой, соединяющий точку z1  i с 1) f  z   e z ,

ри й

z0 



ит о

точкой z2  2  i; dz 6)  2 ,  : z  i  1;  z 1 ;

по з

8) f  z  

ez  z 1

10) 

1 , z0  3; z 3

1

ez ; 9) f  z   z 1

z2 dz ,  : z  0,5  3 . z ( z  1)

Ре



z2

7) f  z   cos

1) f  z   z1i , 3) v  x  y  3,

Вариант 18 z0  i;

f  0  0 ;

2) w 

cos z ; z

99

z , G : полуплоскость Re z  0 ; zi 5)  z dz ,  – полуокружность z  1 от точки z1  1 до точки 4) w  

1

z 8) f  z   ; 9) f  z   e z ; tg z

10) 

  z z   2 

2

dz ,  : z  2 .

БН



sin z

z0  3 ;

ТУ

z2  1 , лежащая в верхней полуплоскости; dz 1 6)  3 ,  : z  3i  2 ; 7) f  z   ,  z  1 z  3  z  4z

Вариант 19

1) f  z   cos z ,

3) v  2 xy, f  0   0; 4) w  3 z 2 ,

2) w  Ln z;

ри й

z0  1  i ;

G : полуплоскость Im z  0;



ит о

5)  z 3dz ,   произвольный контур, соединяющий точку z0  0 с точкой z1  1  i; e z dz 2

z 

2

,

 : z  i  3;

по з

6)  

8) f  z  

z3

;

Ре

sin 4 z z 1 10)  2 dz ,  : z  3 .  z 4

1) f  z   cos z ,

7) f  z  

9) f  z  

z6 ( z  1)3

;

Вариант 20

z0  2  i; 2) w  z i ; 3) u  x 2  y 2 ,

4) w  (1  3i ) z  2i, G : круг z  1 ; 100

1 , z0  1; ( z  1)( z  3)

f  0  0 ;

5)  Im z dz ,  – отрезок прямой, соединяющий точку z0  0 

с точкой z1  2  i ; 2



 1 dz 2

z 1



8) f  z   10)  

7) f  z  

1 , z  z  1

9) f  z  

sin z

 : z  1  1;

,

cos z ; z i

dz

1  z 2 ( z  2)

,  : z  1,5 .

z0  0 ;

ТУ

z



z z2  4



;

БН

6) 

Вариант 21

2) w 

z 0  1  i;

Im z ; z

ри й

1) f  z   z i ,

3) v  4 x3 y  4 xy 3 , f  0   0 ; 4) w  i (3z  1), G : полуплоскость Im z  0 ;







ит о

5)  z 2  iz  2 dz ,  – произвольный контур, соединяющий точку z1  0 с точкой z2  i  1 ; 1 dz , ,  : z  2i  2; 7) f  z   6)  2  z2  9  z  1 z  2 3



по з



8) f  z  

sin z z

2

9) f  z  

;

z 1 z2  1

z0  2 ;

;

dz , : z  2. sin z 

Ре

10) 

1) f  z   аrcsin z ,

Вариант 22

z0  3;

3) v  3x 2 y  6 xy  6 y  x3 ,

2) w  z cos z; f  0  0 ; 101

4) w  (1  i )(1  z ), z1  0, z2  i, z3  1 ;

G : треугольник с вершинами в точках

5)  z z dz ,   дуга параболы y  x 2 от точки z1  0 до точки 

z2  1  i;

8) f  z   10)  

z2

z

cos z

7) f  z   ze

 : z  1,5;

,

2



1

2

9) f  z  

;

dz ,  : z  1  2 .

z3

, z0  0;

1 3

ТУ

( z  i )3

1 z2

z ( z  i)

;

БН





ри й

6) 

sin zdz

Вариант 23

1) f  z   e z ,

f  0  0 ;

ит о

3) u  x 2  y 2  3x, 4) w  e

2) w  z 3i ;

z 0  3  i;

z 3

G : полоса   Re z  , 0  Im z   ;

,

5)  Im z dz ,   ломаная 

линия,

по з

z0  0, z1  i, z2  2  i ; dz ,  : z  2i  1; 6)  2  z 4

Ре

8) f  z  

10)  

z 1

2

z  4z

iz

e dz

( z  ) 3

;

соединяющая

7) f  z  

1 , z0  1; z ( z  1)

9) f  z  

2 ; ( z  i )( z  1)

dz ,  : z  4 . Вариант 24

1) f  z   Lnz , 102

z0  3  4i;

2) w  z cos z;

точки

f  0  0 ;

3) v  2 xy  3 y,

z i , G : полоса Re z  0, Im z  0 ; z 5)  z dz ,   отрезок прямой, соединяющий точку z1  2i с точ-

4) w 

кой z2  1  i ; zdz 6)  , 2  ( z  1) ( z  3) ( z  1)

e z dz z2



2

9) f  z  

;

z

1

z2

, z0  0;

;

БН

10) 

sin 2 z

7) f  z   z 2 cos

,  : z  3.

( z  1)3

ри й

8) f  z  

 : z  2;

ТУ



Вариант 25

1) f  z   cos z ,

z0  2i;

ит о

3) u  x3  3 xy 2  2 y, f  0   0 ; 4) w  i (1  z ), G : треугольник z1  0, z2  1, z3  i ;

2) w 

с

z2  i ; z

вершинами

в точках

по з

5)  ( z  2) dz ,   произвольный контур, соединяющий точку 

Ре

z1  0 с точкой z2  i ; sin zdz ,  : z  1,5; 6)  3  ( z  i) 8) f  z   sin

10)  

ez

z2  1

1 ; z

7) f  z   9) f  z  



1

z z2  5 z4 ( z  i )2



, z0  0;

;

dz ,  : z  3 .

103

Вариант 26

1) f  z   Ln z ,

2) w  ze z ;

z0  2  3 i ; f  0  i ;

3) u  x 2  y 2  2 x  y,

4) w  i  3z  1 , G : квадрант Re z  0, Im z  0 ; 

z1  3  i;

БН



1

zdz

7) f  z   z 2 e z ,

,  : z  i  4; z2  1

8) f  z   10)  

z 3

 z  1  z  1 3

dz

z

2

2



2

9) f  z  

;

z0  0;

z ;  z  3 sin z

ри й

6) 

ТУ

5)  Re zdz ,  – отрезок прямой от точки z0  0 до точки

,  : z  2i  1.

ит о

Вариант 27

1) f  z   z 2i ,

z0  i;

2) w  sin z;

по з

3) u  x3  5 xy 2  2, f  0   2  i;

4) w  e3 z  i, G : полоса   Re z  ,0  Im z  ;

 zdz,

5)



где



ломаная

с

вершинами

в

точках



Ре

z0  0, z1  1, z2  1  i; 6)  

e z dz

 z  i

8) f  z  

104

3

 : z  4;

, 1



z2  i

; 3



1 7) f  z   sin , z 9) f  z  

z0  0 ;

ez z 2  z  3

;

10)  

tg z dz ,  : z  2  2. z4 Вариант 28

 z0  4  i ; 4 x 3) v  3e cos y, f  0   2 1  i  ;

1) f  z   e z ,

ТУ

4) w  1  i 1  z  ,

2) w  ch z;

БН

G : треугольник с вершинами в точках

z1  0, z2  i, z3  1 ;

5)  z 2 dz,  – отрезок прямой, соединяющий точку z0  0 с точ

6)  

z 2 dz

 z  2i 2

, : z i  4; 1

 z  3 z  2 

9) f  z  

z5

z2 1

8) f  z   соs

z0  1;

,

4

ит о

7) f  z  

ри й

кой z1  2  i ;

1 ; z  2i

ez dz ,  : z  1 .  2z

10) 

;

по з

Вариант 29

1) f  z   3z ,

3) u  x 2  y 2  4 x  y 

Ре

2) w  cos z ;

z0  1  i ; y 2

x  y2

,

f 1  6  2i

 z  0 ;

1 , G : полуплоскость Im z  0 ; zi dz ,  – полуокружность z  2 от точки z0  1 до точки 5)   z

4) w 

z1  2 , лежащая в верхней полуплоскости; 105



dz

 z  1  z  13 3

7) f  z   sin 9) f  z  

1 ,  z  3

сos z z

,  : z  1  1,5 ;

2

z0  3 ;

8) f  z  



( z  6)sin( z  5) z4  z2



;

dz , : z 3.   z  3 z  1

10) 

;

2

2) w  e z ;

z0  2  4i ;

3) u  x 2  2 y 2  xy,

БН

Вариант 30

1) f  z   Ln z ,



z 2  25

ТУ

6) 

f  0  0 ;

zi , G : квадрант Re z  0, Im z  0 ; z i 5)  Re z dz ,  – окружность z  a  R , пробегаемая против ча-

ри й

4) w  

совой стрелки; e z dz ,  : z  3; 6)  2   z  i

ит о

7) f  z  

z2  1 ; z2

по з

8) f  z   10) 

z2 1

Ре



zdz

106

,  – эллипс

9) f  z  

 x  2 2  y 2 1

9

1.

ez z3

z0  0 ;

,

z ( z  2) 2

;

ПЕРЕЧЕНЬ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ ПОСОБИЙ

Ре

по з

ит о

ри й

БН

ТУ

1. Гусак, А. А. Высшая математика : в 2 т. / А. А. Гусак. – Минск : ТетраСистемс, 2009. – Т. 2. 2. Пискунов, Н. С. Дифференциальное и интегральное исчисления (для втузов) : в 2 т. / Н. С. Пискунов. – М. : Наука, 1985. – Т. 2. 3. Письменный, Д. Т. Конспект лекций по высшей математике / Д. Т. Письменный. – М. : Айрис Пресс, 2010. 4. Сборник задач по математике для втузов : в 2 ч. / под ред. А. В. Ефимова и Б. П. Демидовича. – М. : Наука, 1985. – Ч. 2. 5. Данко, П. Е. Высшая математика в упражнениях и задачах / П. Е. Данко [и др.]. – М. : Оникс, 2005. – Ч. 2. 6. Белько, И. В. Высшая математика для инженеров : в 2 ч. / И. В. Белько, К. К. Кузьмич, Р. М. Жевняк. – М. : Новое знание, 2007. – Ч. 2. 7. Краснов, М. Л. Функции комплексного переменного. Операционное исчисление. Теория устойчивости / М. Л. Краснов, А. И. Киселев, Г. И. Макаренко. – М. : Наука, 1981. 8. Гусак, А. А. Справочное пособие к решению задач. Теория функций комплексной переменной и операционное исчисление / А. А. Гусак, Г. М. Гусак, Е. А. Бричикова. – Минск : ТетраСистемс, 2002. 9. Элементы операционного исчисления : методические указания и контрольные задания / сост.: Г. К. Воронович [и др.]. – Минск : БНТУ, 2009. 10. Марцинкевич, В. С. Уравнения математической физики : методическое пособие для студентов машиностроительных специальностей / В. С. Марцинкевич. – Минск : БНТУ, 2008.

107

ТУ БН ри й Учебное издание

ит о

ГАБАСОВА Ольга Рафаиловна ГРЕКОВА Анна Валентиновна ЗУБКО Ольга Леонидовна и др.

МАТЕМАТИКА

Ре

по з

ПРАКТИКУМ В 4 частях Часть 3

Редактор О. В. Ткачук Компьютерная верстка А. Г. Занкевич

Подписано в печать 14.07.2015. Формат 6084 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 6,23. Уч.-изд. л. 4,91. Тираж 800. Заказ 299. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. Свидетельство о государственной регистрации издателя, изготовителя, распространителя печатных изданий № 1/173 от 12.02.2014. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.

108

Smile Life

When life gives you a hundred reasons to cry, show life that you have a thousand reasons to smile

Get in touch

© Copyright 2015 - 2024 AZPDF.TIPS - All rights reserved.