книги / Числовые и степенные ряды. Ряды Фурье
.pdf8.29 |
x arctg |
x. |
8.30 |
|
1 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
3 8 + x3 |
|||
8.31 |
x sh |
x. |
8.32 |
|
e− |
x2 |
||
|
|
|
2 |
. |
Задача 9. Представить интеграл в виде ряда по степеням х.
9.1 |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9.2 |
|
x |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
x2 e− x2 dx. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx. |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
3 |
1 + x |
3 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
9.3 |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9.4 |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
arctgx dx. |
|
|
cos(x3 )dx. |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
9.5 |
x 5 |
1+ x4 −1 |
|
9.6 |
x ln (1 + x) |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx. |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
x |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
9.7 |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9.8 |
|
x |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
1+ x5 dx. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx. |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
3 |
1 |
+ x |
4 |
|||||||||||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
9.9 |
|
x sin (x2 ) |
|
|
|
|
|
9.10 |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx. |
|
x sin (x |
|
|
)dx. |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
x |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
9.11 |
x |
3 1+ x3 |
− 1 |
dx. |
9.12 |
x |
arctg(x2 ) |
dx. |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
||||
9.13 |
|
x |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9.14 |
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
dx. |
|
|
|
|
|
|
e− x4 dx. |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
4 |
1 |
+ x |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
9.15 |
|
x |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9.16 |
x |
|
|
|
|
|
|
|
(1 + x2 )dx. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
dx. |
|
x6 ln |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
5 |
1 |
+ x |
5 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
9.17 |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9.18 |
|
|
|
|
|
x |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
2x cos(x2 )dx. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx. |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
||||||||||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
||
9.19 |
|
x |
1 − e− x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
9.20 |
x |
|
arctg(x2 ) |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
x |
2 |
|
|
|
|
dx. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
9.21 |
x |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9.22 |
x |
x arctg ( |
|
|
x )dx. |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx. |
|
x |
|
|
||||||||||||||||||||
|
3 |
27 + x |
3 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
121
9.23 |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
9.24 |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e−3x2 dx. |
|
|
|
sh (x2 )dx. |
||||||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
||||
9.25 |
|
x |
|
|
|
|
(x |
|
|
)dx. |
9.26 |
x |
|
x − arctgx |
|
|||||||
|
|
cos |
2 |
2 |
|
|
|
dx. |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
2 |
|
|||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
9.27 |
|
xsin2 (x2 )dx. |
9.28 |
|
|
|
x ex − 1 dx. |
|||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
x |
|
|
|
9.29 |
x |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
9.30 |
|
|
x |
1 |
− cosx |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx. |
||||||||||
|
x |
ln |
1 |
+ |
|
|
dx. |
|
|
|
x |
2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|||||
9.31 |
|
x |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
9.32 |
|
x |
x − sinx |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx. |
|
|
|
dx. |
||||||||
|
|
3 |
8 + x |
3 |
|
|
|
|
x |
3 |
||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
Задача 10. Вычислить приближенно с указанной степенью точности δ. Предварительно ввести функцию f (x) и разложить её в степенной ряд.
10.1 |
3 68, |
|
δ = 10−3. |
10.2 |
ch0,3, |
δ = 10−4. |
|||||||||||
10.3 |
|
|
4 e, |
|
δ = 10−4. |
10.4 |
|
ln1,1, |
δ = 10−3. |
||||||||
10.5 |
|
cos1° , |
δ = 10−4. |
10.6 |
|
|
5 e, |
δ = 10−4. |
|||||||||
10.7 |
|
|
ln2, |
|
δ = 10−3. |
10.8 |
|
|
ln3, |
δ = 10−3. |
|||||||
10.9 |
|
|
e, |
|
δ = 10−3. |
10.10 |
|
ln5, |
δ = 10−4. |
||||||||
10.11 |
|
|
e−1 , |
|
δ = 10−3. |
10.12 |
4 90, |
δ = 10−3. |
|||||||||
10.13 |
1 |
|
|
δ = 10 |
−3 |
10.14 |
1 |
|
|
δ = 10 |
−3 |
||||||
|
|
|
|
, |
|
|
. |
|
|
|
|
|
, |
. |
|||
|
|
|
3 e |
|
|
|
3 30 |
||||||||||
10.15 |
|
|
e2 , |
|
δ = 10−3. |
10.16 |
6 738, |
δ = 10−3. |
|||||||||
10.17 |
|
|
3 e, |
|
δ = 10−3. |
10.18 |
|
ln10, |
δ = 10−3. |
||||||||
10.19 |
cos10° , |
δ = 10−4. |
10.20 |
sin1° , |
δ = 10−4. |
||||||||||||
10.21 |
1 |
|
|
δ = 10 |
−3 |
10.22 |
1 |
|
|
δ = 10 |
−3 |
||||||
|
|
|
, |
. |
|
|
|
|
, |
|
. |
||||||
|
7 136 |
|
|
e |
|
||||||||||||
122 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10.23 |
3 1,3, |
δ = 10−3. |
10.24 |
arctg (0,5), |
δ = 10−3. |
10.25 |
3 80, |
δ = 10−3. |
10.26 |
3 1,06, |
δ = 10−4. |
10.27 |
3 8,36, |
δ = 10−3. |
10.28 |
arctg (0,2), |
δ = 10−3. |
10.29 |
5 250, |
δ = 10−3. |
10.30 |
ln0,98, |
δ = 10−4. |
10.31 |
5 e2 , |
δ = 10−3. |
10.32 |
27, |
δ = 10−3. |
Задача 11. Вычислить интеграл с точность до 0,001.
11.1 |
0,2 ln 1+ x2 |
|
|
|
|
11.2 |
|
0,25 |
− x2 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
|
|
) |
|
dx. |
|
|
e |
|
|
dx. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
x |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11.3 |
1,5 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
11.4 |
|
0,1 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx. |
|
|
e−5x2 dx. |
||||||||||
|
3 |
27 + x |
3 |
|
|
||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
||||||
11.5 |
0,1 ln |
(1+ 2x) |
|
11.6 |
0,5 |
x2 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx. |
|
cos |
|
|
|
dx. |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11.7 |
0,1 |
|
|
|
|
(100x2 )dx. |
11.8 |
1 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
sin |
|
3 x cos(x2 )dx. |
||||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
11.9 |
3 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11.10 |
0,5 − 3 x2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e 25 |
|
dx. |
|||||||
|
x |
2 |
arctgxdx. |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11.11 |
|
0,5 |
sinx dx. |
11.12 |
0,25 |
(x2 )dx. |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
sin |
|||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||
11.13 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
x dx |
11.14 |
13 |
arctgx |
2 |
||||||||||
|
ln 1 |
+ |
|
|
|
|
|
x . |
|
|
dx. |
||||||||||||
|
5 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
x |
|
|
|||
11.15 |
0,5 arctgx3 |
dx. |
11.16 |
0,1 |
|
|
|
2 |
)dx. |
||||||||||||||
|
|
|
|
x |
3 |
|
|
|
|
cos(x |
|
||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||
11.17 |
0,1 |
|
ln |
(1+ 4x) |
|
|
11.18 |
0,5 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
dx. |
|
cos( |
4x2 )dx. |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
123
11.19 |
0,5 |
|
|
1 |
|
|
|
|
11.20 |
4 |
|
|
5 |
|
|
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx. |
|
sin |
|
x dx. |
|||||||
|
4 |
1 |
+ x |
4 |
|
|
|
|||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||
11.21 |
|
0,2 |
|
|
|
|
|
11.22 |
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
e−3x2 dx. |
|
|
|
|
|
|
|
|
dx. |
|
|||||||
|
|
|
|
3 |
|
64 + x |
3 |
|
||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|||||
11.23 |
0,2 |
|
|
|
25x2 )dx. |
11.24 |
0,1 |
1− e |
−2 x |
|
||||||||||
|
sin ( |
|
|
|
|
|
dx. |
|
||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
11.25 |
|
0,4 |
|
3 |
2 |
|
|
|
11.26 |
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
e− 4 x |
dx. |
|
|
|
|
e−2 x2 dx. |
|
||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
11.27 |
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
11.28 |
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
e−0,4 x2 dx. |
|
|
|
1 + x3 dx. |
|
|||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
11.29 |
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
11.30 |
0.2 |
1 − e |
− x |
dx. |
|
||||||
|
sin (4x2 )dx. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
11.31 |
0,5 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
11.32 |
0,4 |
|
|
|
|
|
x dx |
|
||
|
arctg(x |
|
)dx. |
|
ln 1 + |
|
|
|
. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
2 |
x |
|
Задача 12. Применяя метод последовательных дифференцирований, найти n членов разложения в степенной ряд решения дифференциального уравнения при заданных начальных условиях.
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
12.1 |
|
|
|
y′ = arcsiny + x, |
|
y (0) = 0,5, |
n = 4. |
||||||||
12.2 |
|
|
|
y′ = 4 y − 2xy2 + e3x , |
y (0) = 2, |
n = 4. |
|||||||||
12.3 |
|
|
|
y′ = x y + ln (x + y), |
y (1) = 0, |
n = 5. |
|||||||||
12.4 |
|
′′ |
|
|
|
′ |
|
|
|
|
|
′ |
|
π |
|
|
y |
|
|
|
) + x, |
|
|
|
(0) = 3 |
, n = 5. |
|||||
|
|
= y cos( y |
y (0) = 1, y |
||||||||||||
12.5 |
|
|
|
|
|
y′ = x + y−1, |
|
y (0) = 1, |
n = 5. |
|
|||||
12.6 |
|
y′′ = x2 + y2 , |
y (−1) = 2, y′(−1) = 0,5, |
n = 7. |
|||||||||||
12.7 |
|
|
|
|
|
y′ = 2x + cosy, |
y (0) = 0, n = 5. |
|
|||||||
12.8 |
|
|
′′ |
|
y |
|
′ |
|
|
|
′ |
|
|
π |
|
|
|
y |
= e |
|
|
), y |
( |
π) |
(π) = 2 , |
n = 5. |
|||||
|
|
|
|
sin ( y |
= 1, y |
124
12.9 |
|
|
|
|
yy′ − y = 1− x2 , |
y (0) = 1, |
n = 5. |
|
|||||||||||||||
12.10 |
y′′ = ( y′)2 + x y, |
|
y (0) = 4, y′ (0) = −2, |
n = 5. |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
12.11 |
y′ + y cosx − 3ex y2 − sinx = 0, |
|
y (0) = 1, |
n = 4. |
|||||||||||||||||||
12.12 |
xyy′′ = xy′ − y, |
y (1) = 1, |
y′ (1) = 0, |
n = 6. |
|||||||||||||||||||
12.13 |
y′ − y cos2 x + y2 sinx − ln ( x + 1) = 0, |
y (0) = 3, n = 4. |
|||||||||||||||||||||
12.14 |
y |
′′ |
= x y |
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
(0) = 1, n = 6. |
||||||||
|
|
y , y (0) = 1, y |
|
||||||||||||||||||||
12.15 |
2y′ − (x + y) y − ex |
= 0, |
|
y (0) = 2, |
n = 4. |
||||||||||||||||||
12.16 |
y′′′ = y′′ + ( y′)2 + y3 + x, |
|
y (0) = 1, y′ (0) = 2, y′′ (0) = 0,5, n = 6. |
||||||||||||||||||||
12.17 |
y′′ = y y′ − x2 , |
|
y (0) = y′ (0) = 1, |
n = 5. |
|||||||||||||||||||
12.18 |
|
|
|
|
y′ = x2 y + y3 , |
y (0) = 1, |
n = 4. |
|
|||||||||||||||
12.19 |
y |
′′ |
= x sin ( y |
′ |
), |
y (1) = |
|
|
y |
′ |
|
π |
n = 5. |
||||||||||
|
0, |
= 2 , |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
12.20 |
|
|
|
|
|
y′ = x + 2 y2 , |
|
y (0) = 0, |
n = 2. |
|
|||||||||||||
12.21 |
|
|
y |
′′ |
= x |
′ |
|
|
|
|
|
|
|
′ |
(0) = 1, n = 5. |
|
|||||||
|
|
|
|
y , y (0) = y |
|
|
|||||||||||||||||
12.22 |
y′′ − x y2 |
= 0, |
y (0) = y′ (0) = 1, n = 4. |
||||||||||||||||||||
12.23 |
y y′′ + y′ + y = 0, |
|
y (0) = 1, |
|
y′(0) = 0, n = 6. |
||||||||||||||||||
12.24 |
|
|
|
|
|
y′ = 2x − y, |
|
y (0) = 2, |
|
n = 6. |
|
||||||||||||
12.25 |
y′′ + y y′ = 2, |
|
|
y (0) = 0, y′(0) = 0, |
n = 4. |
||||||||||||||||||
12.26 |
|
|
|
|
|
y′ = y2 + x, |
|
y (0) = 1, |
|
n = 5. |
|
|
|||||||||||
12.27 |
y′′ − x2 y = 0, |
|
y (0) = 1, y′(0) = 1, |
n = 5. |
|||||||||||||||||||
12.28 |
y′′ = x y′ + y + 1, |
|
y (0) = 1, |
|
y′(0) = 0, n = 5. |
||||||||||||||||||
12.29 |
|
|
|
|
|
y′ = x2 + y2 , |
|
y (0) = 1, |
n = 5. |
|
|||||||||||||
12.30 |
|
|
|
′ |
|
3 |
|
2 |
|
|
1 |
|
x |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
y |
= y − y − 5 e , y (0) = 2 , n = 4. |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||
12.31 |
y′′ = x + y2 , |
|
|
y (0) = 0, |
|
y′ (0) = 1, n = 4. |
|||||||||||||||||
12.32 |
|
|
y′′ = e2 x , |
|
y (0) = 0, y′(0) = 1, n = 5. |
125
Задача 13. Применяя метод неопределённых коэффициентов, найти общее решение дифференциального уравнения в виде ряда по степеням x.
|
|
|
|
||||
13.1 |
y′′ − x y′ + y = 0, |
y (0) = −1, |
y′(0) = 0. |
||||
|
|
|
|
|
|||
13.2 |
y′′ − x2 y = 0, |
|
y (0) = 0, |
y′ (0) = 1. |
|||
13.3 |
y′′ = x2 y, |
y (0) = 1, y′(0) = 0. |
|||||
13.4 |
y′′ + x y′ + y = 0, |
y (0) = 1, y′(0) = 0. |
|||||
|
|
|
|
||||
13.5 |
y′′ + x y′ + y = 0, |
y (0) = 0, |
y′(0) = 1. |
||||
|
|
|
|||||
13.6 |
y′′ − x y′ − 2 y = 0, y (0) = 1, |
y′(0) = 0. |
|||||
|
|
|
|
||||
13.7 |
y′′ = x y′ + 2y, |
y (0) = 0, |
y′(0) = 1. |
||||
|
|
|
|
||||
13.8 |
y′′ + x2 y = 0, |
y (0) = 1, |
y′(0) = 0. |
||||
13.9 |
y′′ + x2 y = 0, |
|
y (0) = 0, |
y′ (0) = 1. |
|||
13.10 |
y′′ = x y, |
y (0) = 0, y′ (0) = 1. |
|||||
|
|
|
|
|
|||
13.11 |
y′′ − x y = 0, |
|
y (0) = 1, |
y′(0) = 0. |
|||
|
|
|
|
||||
13.12 |
y′′ − 2x y′ − 4y = 0, |
y (0) = 0, |
y′ (0) = 1. |
||||
|
|
|
|
|
|||
13.13 |
y′′ = 2(x y′ + 2 y), |
y (0) = 0,5, |
|
y′ (0) = 0. |
|||
|
|
|
|
|
|||
13.14 |
(1 − x2 ) y′′ − x y′ = 0, |
y (0) = 1, |
|
y′ (0) = 0. |
|||
13.15 |
(1 − x2 ) y′′ = x y′, |
y (0) = 0, |
y′ (0) = 1. |
||||
|
|
|
|
||||
13.16 |
(1 + x2 ) y′′ + 2x y′ = 0, |
y (0) = 1, |
y′ (0) = 0. |
||||
13.17 |
(1 + x2 ) y′′ + 2x y′ = 0, |
y (0) = 0, |
y′ (0) = 1. |
||||
|
|
|
|
||||
13.18 |
y′′ + 2x y = 0, |
y (0) = 1, |
y′(0) = 0. |
||||
|
|
|
|
||||
13.19 |
y′′ + 2x y = 0, |
y (0) = 0, |
y′ (0) = 1. |
||||
|
|
|
|
||||
13.20 |
(1− x) y′′ + x y′ − y = 0, |
y (0) = 1, |
y′ (0) = 1. |
||||
|
|
|
|
||||
13.21 |
(1− x) y′′ + x y′ = y, |
y (0) = 1, |
y′ (0) = 0. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
126 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
13.22 |
(1 − x2 ) y′′ − 2x y′ + 2 y = 0, |
|
y (0) = 0, |
y′ (0) = 1. |
|||
|
|
|
|
||||
13.23 |
(1 − x2 ) y′′ − 2x y′ + 2 y = 0, |
y (0) = 1, |
y′ (0) = 1. |
||||
|
|
||||||
13.24 |
y′′′ − y x = 6, y (0) = y′(0) = y′′ (0) = 1. |
||||||
|
|
|
|
||||
13.25 |
y′′′ = x y′ + y, |
y (0) = 1, |
y′(0) = 0, y′′(0) = 0. |
||||
|
|
|
|
||||
13.26 |
y′′′ − x y′ = y, |
y(0) = 0, |
y′(0) = 1, y′′(0) = 0 . |
||||
|
|
|
|
||||
13.27 |
y′′′ − x y′ − y = 0, |
y (0) = 0, |
y′(0) = 0, y′′ (0) = 1 . |
||||
|
|
|
|
||||
13.28 |
y′′′ − x2 y′′ − x y′ − y = 0, |
y (0) = 1, |
y′(0) = 0, y′′ (0) = 0. |
||||
13.29 |
y′′′ − x2 y′′ − x y′ − y = 0, |
y (0) = 0, |
y′(0) = 1, y′′(0) = 0. |
||||
13.30 |
(1 − x2 ) y′′ − 4x y′ − 2 y = 0, |
|
y (0) = 1, |
y′ (0) = 0. |
|||
|
|
|
|||||
13.31 |
y′′′ = x2 y′′ + x y′ + y, |
y (0) = 0, y′ (0) = 0, y′′(0) = 1. |
|||||
13.32 |
(1 − x2 ) y′′ = 4x y′ + 2 y, |
|
y (0) = 0, y′ (0) = 1. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
4.3. Ряды Фурье
Задача 1. Построить график функции f (x) на промежутке [−π;π) и её периодическое продолжение на всю числовую ось. Раз-
ложить в ряд Фурье 2π-периодическую функцию f (x) . Найти сумму
S(x) ряда Фурье на всей числовой оси и в точках разрыва функции. С помощью полученного разложения найти сумму S числового ряда:
|
1− |
1 |
+ 1 − |
1 + … + (−1)n+1 |
1 |
|
+ … . |
|
||
3 |
2n − 1 |
|
||||||||
|
|
5 |
7 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.1 |
f ( x) = −3, |
|
−π ≤ x < 0, |
1.2 |
|
f ( x) = −3, −π ≤ x < 0, |
||||
|
|
|
|
|||||||
|
0, |
|
0 ≤ x < π. |
|
|
|
|
1, |
0 ≤ x < π. |
|
1.3 |
f ( x) = −3, |
|
−π ≤ x < 0, |
1.4 |
|
f ( x) = 1, |
−π ≤ x < 0, |
|||
|
|
|
|
|||||||
|
2, |
|
0 ≤ x < π. |
|
|
|
|
−2, |
0 ≤ x < π. |
127
1.5 |
f ( x) = 1, |
−π ≤ x < 0, |
1.6 |
f ( x) = 1, |
−π ≤ x < 0, |
|
|
||||
|
−3, |
0 ≤ x < π. |
|
−4, |
0 ≤ x < π. |
1.7 |
f ( x) = 2, |
−π ≤ x < 0, |
1.8 |
f (x) = 0, |
−π ≤ x < 0, |
|
|
||||
|
−5, |
0 ≤ x < π. |
|
2, |
0 ≤ x < π. |
1.9 |
f ( x) = 3, |
−π ≤ x < 0, |
1.10 |
f (x) = 5, |
−π ≤ x < 0, |
|
|
||||
|
1, |
0 ≤ x < π. |
|
2, |
0 ≤ x < π. |
1.11 |
f ( x) = 2, |
−π ≤ x < 0, |
1.12 |
f ( x) = 3, |
−π ≤ x < 0, |
|
|
||||
|
−1, |
0 ≤ x < π. |
|
−1, |
0 ≤ x < π. |
1.13 |
f ( x) = 4, |
−π ≤ x < 0, |
1.14 |
f ( x) = 5, |
−π ≤ x < 0, |
|
|
||||
|
−1, |
0 ≤ x < π. |
|
−1, |
0 ≤ x < π. |
1.15 |
f (x) = 2, |
−π ≤ x < 0, |
1.16 |
f (x) = 0, |
−π ≤ x < 0, |
|
|
||||
|
1, |
0 ≤ x < π. |
|
3, |
0 ≤ x < π. |
1.17 |
f (x) = 1, |
−π ≤ x < 0, |
1.18 |
f ( x) = −3, |
−π ≤ x < 0, |
|
|
||||
|
2, |
0 ≤ x < π. |
|
4, |
0 ≤ x < π. |
1.19 |
f ( x) = −4, |
−π ≤ x < 0, |
1.20 |
f ( x) = −2, |
−π ≤ x < 0, |
|
|
||||
|
1, |
0 ≤ x < π. |
|
4, |
0 ≤ x < π. |
1.21 |
f (x) = 0, |
−π ≤ x < 0, |
1.22 |
f ( x) = −1, |
−π ≤ x < 0, |
|
|
||||
|
5, |
0 ≤ x < π. |
|
5, |
0 ≤ x < π. |
1.23 |
f ( x) = −4, |
−π ≤ x < 0, |
1.24 |
f ( x) = −4, |
−π ≤ x < 0, |
|
|
||||
|
2, |
0 ≤ x < π. |
|
3, |
0 ≤ x < π. |
1.25 |
f (x) = 2, |
−π ≤ x < 0, |
1.26 |
f (x) = 1, |
−π ≤ x < 0, |
|
|
||||
|
−4, |
0 ≤ x < π. |
|
−4, |
0 ≤ x < π. |
1.27 |
f ( x) = 1, |
−π ≤ x < 0, |
1.28 |
f (x) = 4, |
−π ≤ x < 0, |
|
|
||||
|
5, |
0 ≤ x < π. |
|
1, |
0 ≤ x < π. |
1.29 |
f (x) = 2, |
−π ≤ x < 0, |
1.30 |
f (x) = 1, |
−π ≤ x < 0, |
|
|
||||
|
6, |
0 ≤ x < π. |
|
4, |
0 ≤ x < π. |
1.31 |
f (x) = 4, |
−π ≤ x < 0, |
1.32 |
f (x) = −5, |
−π ≤ x < 0, |
|
|
||||
|
0, |
0 ≤ x < π. |
|
0, |
0 ≤ x < π. |
128 |
|
|
|
|
|
Задача 2. Построить график функции f (x) на промежутке [−l;l) и её периодическое продолжение на всю числовую ось. Раз-
ложить в ряд Фурье 2l-периодическую функцию f (x) . Найти сумму S(x) ряда Фурье на всей числовой оси и в точках разрыва функции.
|
|
|
|
|
|
|
|
2.1 |
f ( x) = −2x, |
−2 ≤ x < 0, |
2.2 |
f ( x) = x + 3, |
−3 ≤ x < 0, |
||
|
|
||||||
|
0, |
0 ≤ x < 2. |
|
0, |
0 ≤ x < 3. |
||
2.3 |
f ( x) = |
0, |
−2 ≤ x < 0, |
2.4 |
f ( x) = 2x + 2, |
−2 ≤ x < 0, |
|
|
|
||||||
|
2x, |
0 ≤ x < 2. |
|
|
0, |
0 ≤ x < 2. |
|
2.5 |
f ( x) = 3x + 4, |
−4 ≤ x < 0, |
2.6 |
f (x) = −3x, |
−3 ≤ x < 0, |
||
|
|
||||||
|
|
0 |
0 ≤ x < 4. |
|
0, |
0 ≤ x < 3. |
|
2.7 |
f (x) = x |
+ 2, |
−2 ≤ x < 0, |
2.8 |
f ( x) = |
0, |
−3 ≤ x < 0, |
|
|
||||||
|
0, |
0 ≤ x < 2. |
|
3x, |
0 ≤ x < 3. |
||
2.9 |
f ( x) = 3x + 8, |
−2 ≤ x < 0, |
2.10 |
f (x) = |
0, |
−2 ≤ x < 0, |
|
|
|
||||||
|
|
0, |
0 ≤ x < 2. |
|
2 − x, |
0 ≤ x < 2. |
|
2.11 |
f ( x) = |
0, |
−3 ≤ x < 0, |
2.12 |
f (x) = |
0, |
−1 ≤ x < 0, |
|
|
||||||
|
4x, |
0 ≤ x < 3. |
|
4x + 1, |
0 ≤ x < 1. |
||
2.13 |
f ( x) = 3x + 5, |
−1 ≤ x < 0, |
2.14 |
f ( x) = −0,5x, |
−2 ≤ x < 0, |
||
|
|
||||||
|
|
0, |
0 ≤ x < 1. |
|
|
0, |
0 ≤ x < 2. |
2.15 |
f (x) = x |
+ 4, |
−4 ≤ x < 0, |
2.16 |
f ( x) = 2x + 8, |
−3 ≤ x < 0, |
|
|
|
||||||
|
0, |
0 ≤ x < 4. |
|
|
0, |
0 ≤ x < 3. |
|
2.17 |
f ( x) = |
0, |
−3 ≤ x < 0, |
2.18 |
f (x) = 0,5x, |
−2 ≤ x < 0, |
|
|
|
||||||
|
3 − x, |
0 ≤ x < 3. |
|
0, |
0 ≤ x < 2. |
||
2.19 |
f ( x) = |
0, |
−3 ≤ x < 0, |
2.20 |
f ( x) = −4x, |
−4 ≤ x < 0, |
|
|
|
||||||
|
2x + 3, 0 ≤ x < 3. |
|
0, |
0 ≤ x < 4. |
|||
2.21 |
f ( x) = x + 5, |
−5 ≤ x < 0, |
2.22 |
f (x) = |
0, |
−4 ≤ x < 0, |
|
|
|
||||||
|
0, |
0 ≤ x < 5. |
|
4 − x, |
0 ≤ x < 4. |
||
2.23 |
f ( x) = |
0, |
−3 ≤ x < 0, |
2.24 |
f ( x) = 2x + 5, |
−2 ≤ x < 0, |
|
|
|
||||||
|
3x + 4, 0 ≤ x < 3. |
|
|
0, |
0 ≤ x < 2. |
||
|
|
|
|
|
|
|
129 |
2.25 |
f ( x) = − x, |
−5 ≤ x < 0, |
2.26 |
f ( x) = x + 1, |
−1 ≤ x < 0, |
||||
|
|
||||||||
|
0, |
0 ≤ x < 5. |
|
0, |
0 ≤ x < 1. |
||||
2.27 |
|
0, |
−5 ≤ x < 0, |
2.28 |
x |
|
|
|
|
|
f ( x) = |
|
|
|
|
|
+ 2, |
−6 ≤ x < 0, |
|
|
− x, |
0 ≤ x < 5. |
|
3 |
|||||
|
5 |
|
f (x) = |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
0, |
0 ≤ x < 6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2.29 |
4x + 7, |
−1 ≤ x < 0, |
2.30 |
|
x |
|
|
||
|
f ( x) = |
|
|
|
f ( x) = |
|
|
, |
−3 ≤ x < 0, |
|
0, |
0 ≤ x < 1. |
|
3 |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
0, |
0 ≤ x < 3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2.31 |
f (x) = x |
+ 6, |
−6 ≤ x < 0, |
2.32 |
f ( x) = |
|
0, |
−2 ≤ x < 0, |
|
|
|
|
|||||||
|
0, |
0 ≤ x < 6. |
|
2x + 1, |
0 ≤ x < 2. |
Задача 3. Разложить функцию f (x) , заданную на произволь-
ном промежутке, в неполные ряды Фурье по косинусам и по синусам. Доопределить функцию соответственно чётным или нечётным образом. Построить график функции и её периодическое продолжение. Найти сумму S(x) ряда Фурье на интервалах непрерывности функции и в точках разрыва.
3.1 |
f ( x) = 3 |
− x, 0 ≤ x < 3, |
3.2 |
f ( x) = x − 3, |
0 ≤ x < 3, |
||
|
|
||||||
|
0, |
3 ≤ x < 6. |
|
0, |
3 ≤ x < 6. |
||
3.3 |
f ( x) = 2x, 0 ≤ x < 2, |
3.4 |
f (x) =1 |
2 |
|
||
|
|
− x , 0 ≤ x < 1. |
|||||
|
0, |
2 ≤ x < 4. |
|
|
|
|
|
3.5 |
f ( x) = |
0, |
0 ≤ x < 3, |
3.6 |
f (x) = 2 − x, 0 ≤ x < 2, |
||
|
|
||||||
|
x − 3, 3 ≤ x < 6. |
|
0, |
2 ≤ x < 4. |
|||
3.7 |
f (x) = x |
− 2, |
0 ≤ x < 2, |
3.8 |
f ( x) = 0,5x, |
0 ≤ x < 3, |
|
|
|
||||||
|
0, |
2 ≤ x < 4. |
|
0, |
3 ≤ x < 6. |
||
3.9 |
|
2 |
|
3.10 |
f (x) = 3x − 3, 0 ≤ x < 1, |
||
|
f (x) = 4 − x , 0 ≤ x < 2. |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
0, |
1 ≤ x < 2. |
3.11 |
f ( x) = 3x, 0 ≤ x < 1, |
3.12 |
f (x) = 9 |
2 |
|
||
|
|
− x , 0 ≤ x < 3. |
|||||
|
0, |
1 ≤ x < 2. |
|
|
|
|
|
130 |
|
|
|
|
|
|
|