diff --git a/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/1 раздел/3.md b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/1 раздел/3.md new file mode 100644 index 0000000..fdc5bac --- /dev/null +++ b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/1 раздел/3.md @@ -0,0 +1,37 @@ +> Замена переменных в неопределенном интеграле + +>Основные принципы замены переменных + +Пусть дано выражение неопределенного интеграла $\int f(x) \, dx$. Целью замены переменных является нахождение такой функции $\varphi(t)$ и такого интервала $[a, b]$, что выполняются следующие условия: + +a) $\varphi(t)$ дифференцируема на $[a, b]$; + +b) $f(x)$ непрерывна на $\varphi([a, b])$; + +c) $\int f(x) \, dx = \int f(\varphi(t)) \varphi'(t) \, dt$. + +При этом новая переменная $t$ вводится соотношением $x = \varphi(t)$, а дифференциал $dx$ выражается через $dt$ следующим образом: $dx = \varphi'(t) dt$. + +>Правило замены переменных + +Правило замены переменных в неопределенном интеграле формулируется следующим образом: + +$\int f(x) \, dx = \int f(\varphi(t)) \varphi'(t) \, dt + C$, + +где $C$ - произвольная постоянная. + +>Примеры замены переменных + +Рассмотрим несколько примеров замены переменных в неопределенных интегралах. + +Пример 1. Вычислить интеграл $\int \frac{x}{\sqrt{1 - x^2}} \, dx$. + +Решение. Заменим переменную $x = \sin t$, тогда $dx = \cos t \, dt$ и + +$\int \frac{x}{\sqrt{1 - x^2}} \, dx = \int \frac{\sin t}{\sqrt{1 - \sin^2 t}} \cos t \, dt = \int \cos t \, dt = \sin t + C = \sqrt{1 - x^2} + C$. + +Пример 2. Вычислить интеграл $\int \frac{1}{1 + x^2} \, dx$. + +Решение. Заменим переменную $x = tg(t)$, тогда $dx = \frac{1}{\cos^2 t} \, dt$ и + +$\int \frac{1}{1 + x^2} \, dx = \int \frac{1}{1 + tg^2 (t)} \frac{1}{\cos^2 t} \, dt = \int \frac{\cos^2 t}{\sin^2 t + \cos^2 t} \frac{1}{\cos^2 t} \, dt = \int \frac{1}{\cos^2 t} \, dt = tg(t) + C = x + C$. diff --git a/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/1 раздел/4.md b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/1 раздел/4.md new file mode 100644 index 0000000..b3cf5d7 --- /dev/null +++ b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/1 раздел/4.md @@ -0,0 +1,50 @@ +> Интегрирование по частям в неопределенном интеграле: + +> Формула интегрирования по частям + +Пусть даны две функции $u(x)$ и $v(x)$, дифференцируемые на некотором интервале $[a, b]$. Тогда выполняется следующая формула интегрирования по частям: + +$\int u(x) v'(x) \, dx = u(x) v(x) - \int v(x) u'(x) \, dx + C$, + +где $C$ - произвольная постоянная. + +Эта формула может быть доказана с помощью правила произведения для дифференцирования: + +$(u(x) v(x))' = u'(x) v(x) + u(x) v'(x)$. + +> Принципы интегрирования по частям + +При вычислении неопределенного интеграла с помощью интегрирования по частям необходимо выбрать одну из функций $u(x)$ и $v(x)$, дифференцируемых на некотором интервале $[a, b]$, таким образом, чтобы интеграл $\int v(x) u'(x) \, dx$ был проще исходного интеграла $\int u(x) v'(x) \, dx$. + +В качестве критерия выбора функций $u(x)$ и $v(x)$ можно использовать следующее правило: + +- Если под знаком интеграла есть произведение функций, то следует выбрать в качестве $u(x)$ ту функцию, которая дифференцируется проще, а в качестве $v(x)$ - ту функцию, которая интегрируется проще. +- Если под знаком интеграла есть функция, которая может быть представлена в виде произведения двух функций, то следует попытаться выделить одну из этих функций в качестве $u(x)$ или $v(x)$ и применить формулу интегрирования по частям. + +> Примеры интегрирования по частям + +Рассмотрим несколько примеров интегрирования по частям в неопределенных интегралах. + +Пример 1. Вычислить интеграл $\int x \cos x \, dx$. + +Решение. Заметим, что $\cos x$ дифференцируется проще, чем $x$, поэтому выберем $u(x) = x$, $v'(x) = \cos x$. Тогда $u'(x) = 1$, $v(x) = \sin x$ и + +$\int x \cos x \, dx = x \sin x - \int \sin x \, dx = x \sin x + \cos x + C$. + +Пример 2. Вычислить интеграл $\int e^x \sin x \, dx$. + +Решение. Заметим, что $\sin x$ дифференцируется проще, чем $e^x$, поэтому выберем $u(x) = e^x$, $v'(x) = \sin x$. Тогда $u'(x) = e^x$, $v(x) = -\cos x$ и + +$\int e^x \sin x \, dx = -e^x \cos x + \int e^x \cos x \, dx$. + +Для вычисления интеграла $\int e^x \cos x \, dx$ снова применим интегрирование по частям, выбрав $u(x) = e^x$, $v'(x) = \cos x$. Тогда $u'(x) = e^x$, $v(x) = \sin x$ и + +$\int e^x \cos x \, dx = e^x \sin x - \int e^x \sin x \, dx$. + +Получим систему уравнений: + +$\begin{cases} \int e^x \sin x \, dx = -e^x \cos x + \int e^x \cos x \, dx, \\ \int e^x \cos x \, dx = e^x \sin x - \int e^x \sin x \, dx. \end{cases}$ + +Решив эту систему, получим: + +$\int e^x \sin x \, dx = \frac{1}{2} e^x (\sin x - \cos x) + C$. \ No newline at end of file diff --git a/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/1 раздел/5.md b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/1 раздел/5.md new file mode 100644 index 0000000..8029d6b --- /dev/null +++ b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/1 раздел/5.md @@ -0,0 +1,74 @@ +>Простейшие рациональные дроби. Разложение правильной дроби на простейшие. Интегрирование простейших рациональных дробей: + +> Простейшие рациональные дроби + +Простейшая рациональная дробь - это рациональная дробь, в знаменателе которой стоит степень неприводимого многочлена. То есть простейшая рациональная дробь имеет вид: + +$\frac{P(x)}{Q(x)} = \frac{P(x)}{(x - a)^k}$, + +где $P(x)$ и $Q(x)$ - многочлены, $a$ - корень многочлена $Q(x)$, $k$ - натуральное число. + +> Разложение правильной дроби на простейшие + +Разложение правильной рациональной дроби на простейшие заключается в представлении ее в виде суммы простейших рациональных дробей. Для этого необходимо выполнить следующие шаги: + +1. Разложить знаменатель на множители, представляющие собой степени неприводимых многочленов. +2. Разложить числитель по степеням этих неприводимых многочленов с помощью метода неопределенных коэффициентов. +3. Приравнять полученные выражения для числителя и знаменателя и найти значения неопределенных коэффициентов. + +Пример. Разложить на простейшие дроби $\frac{3x + 1}{(x - 1)^2 (x + 2)}$. + +Решение. Разложим знаменатель на множители: $(x - 1)^2 (x + 2)$. Запишем числитель в виде суммы неопределенных коэффициентов: $3x + 1 = A (x - 1)^2 + B (x - 1) + C (x + 2)$. Приравняем числитель и знаменатель: + +$(3x + 1) = A (x - 1)^2 + B (x - 1) + C (x + 2)$. + +Найдем значения неопределенных коэффициентов, подставляя в это уравнение различные значения $x$. Получим: $A = -1$, $B = 4$, $C = 2$. Таким образом, разложение на простейшие дроби имеет вид: + +$\frac{3x + 1}{(x - 1)^2 (x + 2)} = -\frac{1}{(x - 1)^2} + \frac{4}{x - 1} + \frac{2}{x + 2}$. + +> Интегрирование простейших рациональных дробей + +Для интегрирования простейших рациональных дробей используются следующие формулы: + +$\int \frac{dx}{(x - a)^k} = -\frac{1}{(k - 1) (x - a)^{k - 1}} + C$, где $k \neq 1$; + +$\int \frac{dx}{x - a} = \ln |x - a| + C$; + +$\int \frac{dx}{x^2 + a^2} = \frac{1}{a} arctg(\frac{x}{a}) + C$; + +$\int \frac{dx}{x^2 - a^2} = \frac{1}{2a} \ln \left|\frac{x - a}{x + a}\right| + C$. + +Пример. Вычислить интеграл $\int \frac{3x + 1}{(x - 1)^2 (x + 2)} dx$. + +Решение. Разложим дробь на простейшие: + +$\frac{3x + 1}{(x - 1)^2 (x + 2)} = -\frac{1}{(x - 1)^2} + \frac{4}{x - 1} + \frac{2}{x + 2}$. + +Теперь вычислим интеграл: + +$\int \frac{3x + 1}{(x - 1)^2 (x + 2)} dx = \int \left(-\frac{1}{(x - 1)^2} + \frac{4}{x - 1} + \frac{2}{x + 2}\right) dx =$ + +$= -\int \frac{dx}{(x - 1)^2} + 4 \int \frac{dx}{x - 1} + 2 \int \frac{dx}{x + 2} = \frac{1}{x - 1} + 4 \ln |x - 1| + 2 \ln |x + 2| + C$. + +> Интегрирование методом неопределенных коэффициентов + +Метод неопределенных коэффициентов - это метод вычисления неопределенных интегралов, основанный на представлении интеграла в виде суммы простейших рациональных дробей с неопределенными коэффициентами. Для этого необходимо выполнить следующие шаги: + +1. Разложить знаменатель на множители, представляющие собой степени неприводимых многочленов. +2. Записать числитель в виде суммы неопределенных коэффициентов, соответствующих степеням неприводимых многочленов в знаменателе. +3. Приравнять полученные выражения для числителя и знаменателя и найти значения неопределенных коэффициентов. + +Пример. Вычислить интеграл $\int \frac{x^2 + 2x + 1}{x^3 - x^2} dx$. + +Решение. Разложим знаменатель на множители: $x^3 - x^2 = x^2 (x - 1)$. Запишем числитель в виде суммы неопределенных коэффициентов: $x^2 + 2x + 1 = A x^2 + B x + C + \frac{D}{x} + \frac{E}{x - 1}$. Приравняем числитель и знаменатель: + +$x^2 + 2x + 1 = A x^2 + B x + C + \frac{D}{x} + \frac{E}{x - 1}$. + +Найдем значения неопределенных коэффициентов, подставляя в это уравнение различные значения $x$. Получим: $A = 1$, $B = 2$, $C = 1$, $D = 0$, $E = -1$. Таким образом, разложение на простейшие дроби имеет вид: + +$\frac{x^2 + 2x + 1}{x^3 - x^2} = \frac{1}{x} + \frac{2}{x - 1} + \frac{1}{x^2}$. + +Теперь вычислим интеграл: + +$\int \frac{x^2 + 2x + 1}{x^3 - x^2} dx = \int \left(\frac{1}{x} + \frac{2}{x - 1} + \frac{1}{x^2}\right) dx = \ln |x| + 2 \ln |x - 1| - \frac{1}{x} + C$. +