Практикум по высшей математике. Часть 1
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Основы высшей математики
Издательство:
Вузовский учебник
Автор:
Лурье Инна Григорьевна
Год издания: 2013
Кол-во страниц: 80
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9558-0289-3
Артикул: 615395.01.99
Настоящее учебное пособие составлено в соответствии с действующей учебной программой по высшей математике для вузов и предназначено для студентов первых и вторых курсов всех специальностей. Особую помощь учебное пособие окажет студентам-заочникам, которые самостоятельно, без повседневной помощи преподавателя изучают курс высшей математики и желают приобрести необходимые умения и навыки в решении задач. Подробно рассмотренные практические задания окажут неоценимую помощь студентам при самостоятельной работе в изучении курса математики.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 00.03.06: Математика
- ВО - Специалитет
- 00.05.06: Математика
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Москва ВУЗОВСКИЙ УЧЕБНИК ИНФРА-М 2013 Практикум По высшей математике и.г. Лурье, т.П. фунтикова
Лурье И.Г., Фунтикова Т.П. Практикум по высшей математике. Часть 1: Учебное пособие. — М.: Вузовский учебник: ИНФРА-М, 2013. — 80 с. ISBN 978-5-9558-0289-3 (Вузовский учебник) ISBN 978-5-16-006335-5 (ИНФРА-М) Настоящее учебное пособие составлено в соответствии с действующей учебной программой по высшей математике для вузов и предназначено для студентов первых и вторых курсов всех специальностей. Особую помощь учебное пособие окажет студентам-заочникам, которые самостоятельно, без повседневной помощи преподавателя изучают курс высшей математики и желают приобрести необходимые умения и навыки в решении задач. Подробно рассмотренные практические задания окажут неоценимую помощь студентам при самостоятельной работе в изучении курса математики. © Вузовский учебник, 2009, 2012 ISBN 978-5-9558-0289-3 (Вузовский учебник) ISBN 978-5-16-006335-5 (ИНФРА-М)
Умение решать задачи – практическое искусство подобное плаванию, или катанию на лыжах, или игре на фортепиано. Научится этому можно лишь подражая избранным образцам и постоянно тренируясь… Д.Пойа Вступление. Профессиональный уровень современного специалиста во многом зависит от того, освоил ли он современный математический аппарат и умеет ли использовать его при анализе сложных практических задач в различных областях деятельности. Поэтому в подготовке специалиста широкого профиля изучение математики занимает значительное место. Цель предлагаемого учебного пособия – помочь студентам научиться самостоятельно решать задачи по различным разделам высшей математики, предусмотренной учебной программой. Пособие рассчитано прежде всего на студентов, обучающихся заочно, но может быть полезным и студентам стационарных учебных заведений, а также преподавателям ведущим практические занятия. Пособие содержит разбор и подробное решение типовых задач по разделам линейной алгебры, аналитической геометрии, дифференциальному и интегральному исчислениям функций одной переменной, дифференциальному исчислению функций нескольких переменных и интегрированию обыкновенных дифференциальных уравнений. Материал учебного пособия построен таким образом, что краткие теоретические сведения, указания и промежуточные результаты приведены по ходу разбора примеров и задач. Поэтому, студент, пользующийся этим пособием, должен перед решением практических заданий по каждой теме изучить относящийся к этой теме теоретический материал и только после этого приступать к разбору практических заданий. Для этого необходимо обратить внимание на основные определения и теоремы, относящиеся к данной теме, постараться понять и запомнить наиболее часто используемые формулы. При необходимости можно выписать таблицы различных формул. После этого перейти к изучению разобранных в учебном пособии примеров и задач. Внимательно прочитайте условие.
Постарайтесь продумать ход решения задачи самостоятельно. При необходимости, просмотрите предложенные решения, стараясь их осмыслить. Далее можно пытаться воспроизвести решение разобранных примеров и задач. Если вам удалось разобрать предлагаемыми способами примеры, задачи и методы их решения в данном пособии, то можно переходить к задачам для самостоятельного решения по другим сборникам задач по математике. Желаем вам успеха!
Решение задач является наиболее характерной и специфической разновидностью свободного мышления. У.Джеймс 1. ЛИНЕЙНАЯ АЛГЕБРА. Определители. Матрицы. Системы. Определитель второго порядка. 1 2 12 2 2 11 2 2 1 2 12 11 a a a a a a a a = Определитель третьего порядка. 33 21 12 11 32 23 31 22 13 31 23 2 1 13 32 1 2 33 2 2 11 33 2 3 1 3 23 2 2 1 2 13 12 11 a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a − − − + + = Пример. Определить x из уравнения: x x x 1 1 1 1 1 1 =0. Решение: x x x 1 1 1 1 1 1 = x3+1+1- x-x-x=0. x3-3x+2=0 x3-2x-x +2=0 x(x2-1)-2(x-1)=0 (x-1)(x(x+1)-2)=0 (x-1)( x2 +x-2)=0 x1=1, x2=1, x3=-2. Пример. Вычислить матрицу Β + Α 5 2 , если ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = Α 1 1 2 3 2 1 , ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = Β 3 2 1 1 1 0 . Решение. Β + Α 5 2 = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛⋅ 1 1 2 3 2 1 2 + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛⋅ 3 2 1 1 1 0 5 = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 2 2 4 6 4 2 + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 5 1 0 1 5 5 5 0 = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ 7 1 2 1 9 1 1 9 2 .
Пример. Найти произведение матрицы-строки ) 2 - 7 5 ( = Α на матрицу ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = Β 1 3 2 2 4 1 1 3 2 . Решение. ( ) ( ). 1 2 7 3 1 2 )1 -( ) 2 -( 2 7 1 5 3 ) 2 -( 4 7 3 5 ) 2 -( ) 2 -( 1 7 2 5 1 3 2 2 4 1 1 3 2 ) 2 - 7 5 ( = = ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ = ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ = Β ⋅ Α Замечание. 3 1 3 1 3 1 × × × = Β ⋅ Α C . Пример. Найти обратную матрицу для матрицы ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = Α 5 1 3 1 2 4 2 1 3 . Решение. ∗ − Α ⋅ Α = Α det 1 1 , где ∗ Α - присоединенная матрица, которая состоит из алгебраических дополнений транспонированной матрицы Α . ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ Α Α Α Α Α Α Α Α Α = Α∗ 33 23 13 32 22 12 31 21 11 36 1 3 2 4 2 5 3 1 4 1 5 1 1 2 3 5 1 3 1 2 4 2 1 3 det = ⋅ − ⋅ − ⋅ = = Α . ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ = Α− 2 6 10 11 1 2 17 5 3 1 1 36 1 1 Проверка. Ε = Α ⋅ Α−1 Ε = ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ = ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ = Α ⋅ Α − 1 0 0 0 1 0 0 0 1 36 0 0 0 6 3 0 0 0 6 3 36 1 5 1 3 1 2 4 2 1 3 2 6 10 11 1 2 17 5 3 1 1 36 1 1
Пример. Систему уравнений записать в матричной форме и решить ее с помощью обратной матрицы. ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ = + + − = + − = − + 1 2 2 3 3 3 2 6 2 z y x z y x z y x (1) Решение. Пусть А – матрица коэффициентов при неизвестных, Х – матрица-столбец неизвестных x, y, z и Н – матрица-столбец из свободных членов. ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − = 2 2 3 1 3 2 2 1 1 A , ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = z y x X , ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = 1 3 6 H Левую часть системы (1) можно записать в виде произведения матриц А ⋅ Х, а правую – в виде матрицы Н. Следовательно, имеем матричное уравнение. А ⋅ Х = Н (2) Если определить матрицы А отличен от нуля, то матрица А имеет обратную матрицу А-1. Умножив обе части равенства (2) на матрицу А-1 получим А-1 ⋅ А ⋅ Х = А-1 ⋅ Н. Так как А-1 ⋅ А = Е, где Е – единичная матрица, а Е ⋅ Х = Х, то Х = А-1 ⋅ Н (3) Формулу (3) называют матричной записью решения системы линейных уравнений. Чтобы воспользоваться формулой (3), необходимо сначала найти обратную матрицу А-1. Вычислим определитель Δ(А): ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 35 9 4 2 3 4 2 6 2 3 3 2 2 2 3 1 2 1 2 2 1 3 1 2 2 3 1 3 2 2 1 1 − = + ⋅ − − − − − = − ⋅ − + ⋅ − − ⋅ = − − = Δ A Так как Δ(А) = -35 ≠ 0, то матрица А имеет обратную матрицу А-1. Теперь вычислим алгебраические дополнения Aij элементов матрицы А, где i = 1,2,3; j= 1,2,3. ( ) ij j i ij M A + − = 1 2 3 1 2 2 2 3 1 3 2 2 1 1 12 − = − − − − = A
( ) 8 2 2 1 3 1 1 1 11 − = − ⋅ − = + A , ( ) 1 2 3 1 2 1 2 1 12 − = ⋅ − = + A ( ) 13 2 3 3 2 1 3 1 13 = − ⋅ − = + A , ( ) 6 2 2 2 1 1 1 2 21 − = − ⋅ − = + A ( ) 8 2 3 2 1 1 2 2 22 = − ⋅ − = + A , ( ) 1 2 3 1 1 1 3 2 23 = ⋅ − = + A ( ) 5 1 3 2 1 1 1 3 31 − = − − ⋅ − = + A , ( ) 5 1 2 2 1 1 2 3 32 − = − ⋅ − = + A ( ) 5 3 2 1 1 1 3 3 33 − = − ⋅ − = + A Запишем обратную матрицу: ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − − − − − − = − 5 1 13 5 8 1 5 6 8 35 1 1 A По формуле (3) найдем решение данной системы уравнений в матричной форме: ( ) ( ) ( ) ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − − = ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ − − ⋅ + ⋅ ⋅ − − ⋅ + ⋅ − ⋅ − − ⋅ − ⋅ − − = ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − ⋅ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − − − − − − = ⋅ = − 2 1 1 70 35 35 35 1 1 5 3 1 6 13 1 5 3 8 6 1 1 5 3 6 6 8 35 1 1 3 6 5 1 13 5 8 1 5 6 8 35 1 1 H A X Отсюда: x=1, y=1, z=-2. Пример. Решить систему линейных уравнений ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ = + + = + + = + + . 39 16 25 5 , 18 12 14 3 ,0 13 7 2 3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x Решение. За первое ведущее уравнение примем первое уравнение системы, а за первое ведущее неизвестное х1; первый ведущий элемент есть а11 = 2. Исключим х1 из второго и третьего уравнений, прибавив ко второму уравнению ведущее, умноженное на – 3/2, а к третьему – ведущее, умноженное на – 5/2. Имеем
( ) ( ) ( ) ( ) ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ = − = − = + + . 39 2 / 33 2 / 15 , 18 2 / 15 2 / 7 ,0 13 7 2 3 2 3 2 3 2 1 x x x x x x x Первый шаг закончен. Второе и третье уравнения образуют первую подсистему. За второе ведущее уравнение примем второе уравнение системы, а за второе ведущее неизвестное х2; второй ведущий элемент есть 7/2. Исключив х2 из третьего уравнения, получаем ( ) ( ) ( ) ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ = − = − = + + .7 / 3 7 / 3 , 18 2 / 15 2 / 7 ,0 13 7 2 3 3 2 3 2 1 x x x x x x Второй шаг закончен. Вторая подсистема состоит из одного третьего уравнения. В результате обратного хода получаем ( ) ( ) [ ] ( ) ( )( ) [ ] ( )( ) ( ) ( ) [ ] ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ − = − + ⋅ − = + − = = − + = + = − = .4 1 13 3 7 2 / 1 13 7 2 / 1 3 1 2 / 15 18 7 / 2 2 / 15 18 7 / 2 ,1 3 2 1 3 2 3 x x x x x x Итак, решение данной системы таково: х1 = –4, х2 = 3, х3 = –1. В данном случае r = n = 3, решение единственное.
Если вы хотите научиться плавать, то смело входите в воду, а если хотите научиться решать задачи – решайте их. Д.Пойа. Математическое открытие 2. ВЕКТОРНАЯ АЛГЕБРА. Линейные операции над векторами. Скалярное, векторное и смешанное произведения векторов. Пример. Даны точки А(-1;2;3), В(5;-3;4) и С(2;1;6). Найти координаты вектора AC AB a ⋅ + = 2 . Решение. Найдем { } { } 1;5 ;6 3 4;2 3 ;1 5 − = − − − + = AB и { } { } 3;1 ;3 3 6;2 1;1 2 − = − − + = AC . Получим ( ) { } 3 2 1; 1 2 5 ;3 2 6 ⋅ + − ⋅ + − ⋅ + = a или { } 7;7 ; 11 − = a . Пример. Найти модуль и направляющие косинусы вектора b а с 3 2 − = , если { } 1;2;0 = a , { } 0;1 ;2 − = b . Решение. Получаем { } 3 ;1;2 − = с , 89 = с , 89 2 cos = α , 89 1 cos = β , 89 3 cos − = γ . Если ), , , ( ), , , ( ), , , ( z y x z y x z y x c c c c b b b b a a a a = = = то скалярное произведение , z z y y x x b a b a b a b a + + = ⋅ векторное произведение k b b a a j b b a a i b b a a b b b a a a k j i b a y x y x z x z x z y z y z y x z y x ⋅ + ⋅ − ⋅ = = × , смешанное произведение z y x z y x z y x c c c b b b a a a c b a = ⋅ ⋅ . Пример. Найти угол ϕ между векторами n p a 3 + = и n p b − = 2 , где p и n - единичные векторы, образующие угол 1200. Решение. ( ) ( ) 5,3 3 5 2 2 3 2 2 − = − ⋅ + = − ⋅ + = ⋅ n n p p n n n p b a ;