Математические методы моделирования

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Февраля 2013 в 16:15, реферат

Краткое описание

Рассмотрим некоторую ломаную, которая расположена достаточно близко к кривой у =f(x) на [а, b] (см. рис.2). Фигура под ломаной состоит из трапеций и прямоугольников, и ее площадь Sл (равная сумме площадей этих трапеций) может быть вычислена с использованием известных формул планиметрии. Поскольку ломаная выбрана достаточно близко к кривой y=f(x), то справедливо приближенное равенство .

Содержание

1.Понятие определенного интеграла, его геометрический и экономический смысл…………………………………………………………………………..…..2
1.1 Задача, приводящая к понятию определенного интеграла………………2
1.2 Понятие определенного интеграла…………………………………3
1.3 Геометрический смысл определенного интеграла…………………….....4
1.4 Экономический смысл определенного интеграла…………………………..6
2.Свойства определенного интеграла. Формула Ньютона-Лейбница………...7
2.1 Свойство определённого интеграла…………………………………….…7
2.2 Формула Ньютона-Лейбница………………………………………….......9
2.3 Замена переменной и формула интегрирования по частям а определенном интеграле………………………………………………………...11
3. Геометрические приложения определённого интеграла…………………...14
3.1 Вычисление площадей плоских фигур…………………………………...14
3.2 Вычисление объёмов тел вращения………………………………………21
3.3 Вычисление длины дуги плоской кривой………………………………..24
4. Несобственные интегралы…………………………………………………....26
5. Примеры и решение задач……………………………………………………31
5.1.Вычисление определенных интегралов по формуле
Ньютона-Лейбница……………………………………………………………...31
5.2 Замена переменной в определенном интеграле………………………….35
5.3 Метод интегрирования по частям в определенном интеграле………….38
6. Геометрические приложения определённого интеграла…………………...41

Вложенные файлы: 1 файл

Реф.doc

— 2.22 Мб (Скачать файл)

 

 

Если предел в правой части существует, то несобственный  интеграл сходится. Если же указанный предел не существует или бесконечен, то говорят, что интеграл расходится.

Аналогично, если функция  терпит бесконечный разрыв в точке х = а, то полагают

                           (5)

Если функция  терпит разрыв во внутренней точке с отрезка , то несобственный интеграл второго рода определяется формулой

 

В этом случае интеграл слева называют сходящимся, если оба несобственных интеграла, стоящих справа, сходятся.

В случае, когда  0 , несобственный интеграл второго рода (разрыв в точке ) можно истолковать геометрически как площадь бесконечно высокой криволинейной трапеции (см.рис.2).

Пример 4.       Вычислить 

Решение: При  функция терпит бесконечный разрыв;

интеграл расходится.

Сформулируем признаки сходимости для несобственных интегралов второго рода.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 5. Сходится ли интеграл

Решение: Функция  имеет на единственный разрыв в точке . Рассмотрим функцию . Интеграл

Расходится. И так как 

то интеграл также расходится.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Примеры и решение задач

 

 

5.1.Вычисление определенных интегралов по формуле Ньютона-Лейбница.

 

Задача 1  

Вычислить   

Решение:

Задача 2  

Вычислить   

Решение

 

Задача 3   

Вычислить

Решение

 

 

Задача 4          

Доказать тождество:

Решение.  Преобразуем левую часть:

Преобразуем правую часть:

2=2, значит, тождество  доказано.

Задача 5       

Вычислить

Решение        

Задача 6     

Вычислить

Решение 

Задача 7   

Вычислить 

Решение

 

Задача 8      

Вычислить 

Решение

Задача 9          

Вычислить 

 

 

Решение

Задача 10    

Вычислить  

Решение

согласно формулы понижения  степени =

Т.к. на интервале

, а не     , то раскроем модуль так:

Задача 11      

Вычислить 

Решение

Задача 12    

Вычислить 

Решение

 

 

Этот интеграл можно  также вычислить с помощью  замены переменной (см. задачу 17)

Задача 13      

Вычислить 

Решение

Задача 14       

Вычислить

Решение

Применяя формулы (24.3)и(24.10), получим

Задача 15   

Вычислить 

Решение 

Т.к.  ,

Применяем формулу (16)

 

 

  )

 

5.2 Замена переменной в определенном интеграле.

Задача 16.        

Вычислить

Пусть , т.к. интеграл вида находят с помощью подстановки

x=asint

Тогда dx=costdt.

Пересчитаем пределы  интегрирования:

Если x=0, то sint=0, t=0;

Если x=1, то sint=1,

Тогда

Применяем формулу понижения  степени, получим:

=

   Этот интеграл можно  вычислить интегрированием по частям (задаче 29)

 

Задача 17       

Вычислить

Решение.   Пусть  , тогда имеем:

, т.к. пересчитали пределы  интегрирования:

Если x=0, то

Если x=3, то

Задача 18.             

Вычислить 

 

Решение 

Положим , тогда

,

Найдем новые пределы  интегрирования:

Если  , то

Если  , то 

Поэтому

(т.к.

Задача 19.           

Вычислить      

Решение.     Пусть  , тогда , и

Найдем новые приделы интегрирования:

Если х=0, то

Если х=5, то

Задача 20.        

 Вычислить  

Решение. Т.к. интеграл вида находятся с помощью подстановки то положение , тогда

Найдем новые пределы  интегрирования:

Если  , то

Если  , то

Тогда

Задача 21        

Вычислить

Решение.  Пусть  ,

Тогда

Если  то

Если  , то

Применяя формулу понижения  степени, получим:

 

Задача 22.              

Вычислить   

Решение.   Пусть t=2x+ ,

Найдем новые пределы  интегрирования:

Если  то

Если  то

Тогда имеем:

Задача 23.               

Вычислить

Решение.    Пусть  тогда  

 а   (т.к. пересчитаем пределы интегрирования:

Если  то

Если  то

Тогда имеем:

 

5.3 Метод интегрирования по частям в определенном интеграле: 

 

Задача 24.           

Вычислить  

Решение.     Обозначим  , а , тогда

 

Задача 25.           

Вычислить       

Решение.     Положим 

 тогда 

     Поэтому

Задача 26.    

Вычислить 

Решение.         Положим 

 тогда  и

 
Задача 27.       

Вычислить

Решение.  Положим

  

 

Задача 28.           

Вычислить

Решение.    Положим 

 тогда 

Задача 29.          

 Вычислить  

Решение.    Пусть 

  тогда  

Последний интеграл совпадает с  исходным, поэтому имеем равенство:

 отсюда

Задача 30.       

Вычислить

Решение.  Положим  ,

  ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Геометрические приложения определённого интеграла.

 

а) Применение формулы (1)

, где    на .

Задача 1.       Вычислить площадь фигуры, ограниченной осью Ох, прямыми и параболой

                                      у


                                            9

 

 

 

 

 

 

                              -3   -1            2   3                  х

 

                                     Рис.1.

 

Решение:   Выполняем  рисунок (рис. 1). Надо вычислить площадь  заштрихованной фигуры.

Оба предела интегрирования заданы, поэтому:

Задача 2.       Разложить площадь фигуры, ограниченной линиями:

(рис.2).

                                       у


                             

                                       5                          х = 4

                                                                 

 

                                                                 

                                                   А

                                       1

                                                                                  х

                                       0      1   2           4

 

                                                Рис.2.

Решение:   для выполнения рисунка вспомним формулу для  вычисления вершины параболы:    В данном случае

Задача 3.       Вычислить площадь фигуры, ограниченной линиями

 

                                    у


                                     1

                                                                     

                                                                                                           х

                                                                                     

 

рис.3

 

Решение:   График функции  смещён вниз на единицы (рис.3)

Задача 4.       Найти площадь фигуры, ограниченной линиями:    

  (рис.4)

 

                                 у


         

                                 4

 

 

                                                      

 

                                 1

 

                                  0        1      2                                х

                                                 Рис.4

 

 

Решение:   Представим функцию  в виде , тогда

 

Задача .5.       Найти площадь фигуры, ограниченной линиями:

(рис.5.)


                                 у                     у = 8

                                                            

                                8

 

 

 

 

 

                                 1

                              

 

                                  0       1      2                                    х

 

                                                рис. 5

Решение: Так как дан  только нижний предел интегрирования , а верхний предел вычислим как абсциссу точки пересечения двух линий , решим уравнение . Следовательно,

Задача 6.       Найти площадь фигуры, ограниченной линиями:

(рис.6)


                               y

 

                                                          у = ln x


                                                                       у =1

                                 1


 


                                  0         1                                                   x

 

                  


 

                                                   рис.6

Решение:   Так как не «берётся» в элементарных функциях, то используем проецирование фигуры на ось ординат и будем интегрировать по переменной у . Перепишем уравнение в виде , тогда

б) Применение формулы (2)

 где  на .

Задача 7.        Найти площадь фигуры, ограниченной линиями :

, ,   (Рис.7)

                     у


 

 

                                        3

                      0                                           х

                           

                       6                         y = - 2x

     

                                                 

                                                      рис.7

 

Решение:   Так как  искомая фигура расположена в  нижней полуплоскости  (ниже оси  Ох), то применяем формулу (2). Найдём нижний предел интегрирования, решив  уравнение.

, , т.е.

 

Задачам 8.       Найти площадь фигуры, ограниченной графиком функции и отрезком (рис.8)


                     у

 

                      1

 

                                                                                              х

                  0                                                        

                     -1                                                             рис.8

 

Решение:  

 

 

Задача 9.       Найти  площадь фигуры, ограниченной линиями:


(рис.9)

 

                                       у

                                               1          

 

 

            

                                                                                                х

 

 

                                               -1     

 

                                       рис.9.

Решение:

в) Применение формулы (3)

, если  на

Задача 10.       Найти площадь фигуры, ограниченной линиями:

 

                                         у


 

                                          3

                                      

                                          2

                     

                                          1

                                                                                                         х

Информация о работе Математические методы моделирования