Решение задач по высшей математике

Задача 10 Даны матрицы

Найти матрицу С = 5В – АE + BA -2Е

Решение:

2 -1 1 1 1 2

BA= 3 4 -2 · -2 0 2

1 0 -1 0 -1 0

2•1+(-1)•(-2)+1•0 2•1+(-1)•0+1•(-1) 2•2+(-1)•2+1•0

3•1+4•(-2)+(-2)•0 3•1+4•0+(-2)•(-1) 3•2+4•2+(-2)•0

2•1+(-1)•(-2)+1•0 2•1+(-1)•0+1•(-1) 2•2+(-1)•2+1•0

4 1 2

= -5 5 14

1 2 2

10 -5 5 2 0 0

5В= 15 20 -10 2Е= 0 2 0 АЕ=А,

5 0 -5 0 0 2

1 1 2

т.к. Е – единичная матрица АE = -2 0 2

0 -1 0

11	-5	5
12	23	2
6	3	-5

Задача 20

Решить систему уравнений методом Гаусса и по формулам Крамера.

x + 2y + z = 5

x - y –2z = -1

2x + y + z = 4

Решение:

Метод Гаусса.

2z = 0, z = 0; -3y -3∙0 = -6, y = 2; x + 2∙2 + 1∙0 = 5, x = 1.

Решение системы {1;2;0}

По формулам Крамера:

 - определитель матрицы, составленной из коэффициентов при неизвестных,

x, y, z – получаются из  путем замены столбца коэффициентов при соответствующем неизвестном на столбец свободных членов.

X=Δx/Δ= -6/(-6) = 1

	1	5	1
Δy=	1	-1	-2	= -1+4-20+2+8-5 = -12
	2	4	1

Y=Δy/Δ= -12/(-6) =2

Z=Δz/Δ= 0/(-6) = 0

	1	2	5
Δя=	1	-1	-1	= -4+5-4+10+1-8 = 0
	2	1	4

Решение системы {1;2;0}

Задача 30

На плоскости задан треугольник координатами своих вершин А(2,3), В(-3,1), С(-4,5)

Найти:

длину стороны АВ

уравнение стороны АВ

уравнение медианы АD

уравнение высоты СЕ

уравнение прямой, проходящей через вершину С, параллельно стороне АВ

внутренний угол при вершине А

площадь треугольника АВС

координаты точки Е

сделать чертеж

Решение:

Длина стороны АВ:

АВ=  5,385

Уравнение прямой, проходящей через две заданные точки:

; ;

у = - уравнение прямой АВ, угловой коэффициент k­­AB= 2/5

3. Медиана АD делит сторону ВС, противоположную вершине А, пополам.

Координаты середины ВС:

х4 = (х2 + х3)/2 = 3,5, у4 = (у2 + у3)/2 = 3

D (-3,5;3)

Уравнение прямой, проходящей через две заданные точки, А и D:

; -5,5у = -16,5

у = 3- уравнение прямой АD

Высота СЕ перпендикулярна АВ, а значит угловой коэффициент высоты СЕ равен

Уравнение прямой, проходящей через заданную точку (х3ёу3) и имеющей угловой коэффициент kСЕ, имеет вид:

у – у3 = kСЕ (х – х3); у – 5 = -2,5(х+4)

у = -2,5х -5 – уравнение высоты СЕ.

5. Если прямые параллельны, то их угловые коэффициенты равны. Уравнение прямой, проходящей через точку С (х3ёу3) и имеющей угловой коэффициент kАВ, имеет вид:

у – у3 = kАВ (х – х3); у – 5 = х +,

у = х +, - уравнение прямой, параллельной АВ.

Косинус внутреннего угла при вершине А вычисляется по формуле:

, где

- длины сторон АВ и АС соответственно.

,

А = arc cos 0,7643 = 40о9'

7. Площадь треугольника АВС вычисляется по формуле:

S = Ѕ(x2 – x1)(y3 – y1) – (x3 – x1)(y­2 – y1);

S= Ѕ (-5)·2 – (-2) ·(-6) = 22/2 = 11 кв.ед.

8. Координаты точки Е находим, решая совместно уравнения АВ и СЕ, т.к точка Е принадлежит им обоим:

у = -2,5х -5

у =

0,4х +2,2 = -2,5х -5 2,9х = -7,2 х = -2,5

у = 6,25 – 5 = 1,25 Е(-2,5;1,25)

Задача 40

Привести уравнение кривой второго порядка к каноническому виду. Построить кривую.

у2 + 2x - 2y -1 = 0

Решение:

Выделяем полные квадраты:

у2- 2у +1 + 2х- 2 = 0

(у - 1)2 = -2(х - 1)

(х - 1) =-1/2(у - 1)2 – это уравнение параболы с центром в точке (1,1), ось симметрии – прямая

у = 1, ветви параболы направлены влево.

Задача 50

Вычислить пределы.

1)

2)

3)

4)

так как -первый замечательный предел

5) , (a0)

Обозначим х-а = t. Если х→а, то t→0, х = t+a, ln x-ln a =

где -– второй замечательный предел.

Задача 60

Найти производные функций:

1) y =

y =

2) у =

3) y =

y =

4) y = ctg(excosx);

y=

Задача 70

Провести полное исследование функции и построить ее график.

у = ;

Решение:

1. Область определения функции: х  (-; +).

2. Поведение функции на границах области определения:

3. у= х3 – х2 = х2(x-1); у= 0, если х1 = 0, х2 = 1;

При х  (-; 0), у 0, функция убывает.

При х  (0;1), у 0, функция убывает.

В точке х = 0 экстремума нет.

При х  (1;+∞), у 0, функция возрастает.

В точке х =1 функция имеет локальный минимум.

4. уmin = 1/4 - 1/3 = - 1/12.

5. Выпуклость, точки перегиба графика функции:

у= 3х2 – 2х = x(3x-2).

у= 0, если 2х(6х -1) = 0, х1 = 0, х2 = 2/3;

При х  0, у 0, график вогнутый.

При 0  х  2/3, у 0, график выпуклый.

При х  2/3, у 0, график вогнутый.

Точки х1 = 0 и х2 = 2/3 - точки перегиба графика функции.

у(0) = 0, у(2/3 )  -0,05

6. Точки пересечения с осями координат:

С осью ОХ. у = 0, = 0 х1 = 0, x2 = 4/3

С осью ОУ. х = 0, у= 0.

Задача 80

Найти частные производные первого и второго порядка функций.

z = x2∙sin y + y2∙cos x;

Решение:

=.

Задача 90

Дана функция. Показать, что

Решение:

=

=

=-= 0, что и требовалось доказать.

Задача 100

Найти наибольшее и наименьшее значения функции z = x3 + 8y3 -6xу+1 в прямоугольнике, ограниченном прямыми х = 0, х = 2, у = 1, у = -1.

Решение:

Ищем точки экстремумов внутри замкнутой области:

3x2 = 6y, y =

24y2 = 6x,

x1 = 0, x2 = 1, y1 = 0, y2 = Ѕ

Точка О(0,0) и точка N (1, Ѕ)

2. Ищем точки экстремумов на границах области:

а) сторона АВ: х= 0, -1  у  1, z = 8у3+1;

24у2, z = 0, если у = 0, точка (0,0).

б) сторона ВС: у = 1, 0  х  2, z = х3 – 6х+9;

3х2 - 6 = 0, х2 = 2 х = 1,4, точка х = -1,4 в замкнутую область не входит.

х = 1,4 , – точка К (1,4;1)

в) Сторона CD: х = 2, -1  у  1,

z = 8 + 8у3- 12у+1 = 8у3- 12у+9;

2у2 = 1, у = - точки M(2;0,7) и Q(2;-0,7)

г) сторона АD: у = -1, 0  х  2, z = х3 + 6х-7;

3х2 + 6 ≠ 0, при любых значениях х.

Вычислим значения функции Z в точках А, В, С, D, О, К, M, N, Q.

ZA = Z(0,-1) = -8+1=-7;

ZB = Z(0,1) = 8+1=9;

ZC = Z(2,1) = 8+8-12+1=5;

ZD = Z(2,-1) = 8-8+12+1=13;

ZK = Z(,1) = 2,8+8-8,4+1=3,4;

ZO = Z(0,0) = 1;

ZM = Z(2,0.7) = 8+2,7-8,4+1=3,3;

ZN = Z(1,) = 0;

ZQ = Z(2,-0.7) = 8-2,7+8,4+1=14,7;

Zmin = -7, Zmax = 14,7.

Задача 110

Найти формулу вида y = ax + b методом наименьших квадратов по данным опыта (таблицы):

Решение:

Метод наименьших квадратов дает систему двух линейных уравнений для определения параметров ”a” и “b”:

Подсчитаем суммы:

1+2+3+4+5=15 1+4+9+16+25 = 55

4,8+5,8+4,3+2,3+2,8=20 1·4,8+2·5,8+3·4,3+4·2,3+5·2,8 = 52,5

Подставляем значения сумм в систему уравнений:

52,5 -55a -15b = 0

20 – 15a – 5 b = 0 (*3)

a = -0.75

20 – 15·(-0.75) = 5b; b = 31,25 : 5 = 6,25

Искомая формула: y = -0,75x + 6,25.

Задача 120

Вычислить неопределенные интегралы:

1)

2)

3)

4) ; Подстановка: t = tg t; x = arctg t,

dx =

5) Подстановка:

Задача 130

Вычислить площадь, ограниченную заданными линиями:

у = х2­­­­­­­­­, y = 2- x2

Решение:

S =

S

Sкв.ед.

Задача 140

Определить объем тела, образованного вращением фигуры, ограниченной заданными линиями:

(у-3)2 +3х = 0, х = -3 вокруг оси Ох

Решение:

V =

V =

=6∙27 =162 куб.ед.

Литература:

Л.Г. Лелевкина, В.В. Попов «Основы высшей математики». Бишкек, КРСУ, 2005 г.

Пискунов Н.С. «Дифференциальное и интегральное исчисление» т.1 М. 1986 г.