Материал: Задания и методические указания к типовому расчету Ряды. Кратные интегралы. Операционное исчисление по дисциплине «Математика» для студентов направления 15.03.01 «Машиностроение». Горбунов В.В., Костина Т.И

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 x2

1

3

 

 

 

 

 

 

 

(1 x 2 )

y

 

1x2

dx

 

(1 x 2 )(1 3x 2 )dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

5

 

 

1

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4x

 

 

3x

 

 

 

 

56 3

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

135

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычислить двойной

интеграл

Задание

 

 

 

 

6.

 

 

 

 

xy 2x2 dxdy

 

по

 

 

области D ,

 

ограниченной

линиями:

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y x 2 ,

 

y 0 , x y 2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение:

Для вычисления данного двойного интеграла получим соответствующий ему двукратный интеграл. Расстановка пределов интегрирования в двукратном интеграле зависит от того, как классифицируется область интегрирования D. Область D в данном примере классифицируется как правильная в направлении оси Ох. Последнее обстоятельство диктует расстановку пределов интегрирования, описываемых системой

 

0 y 1,

D:

 

 

y x 2 y.

 

Вычисление двукратного интеграла по области D, изображенной на рисунке 3, представлено ниже.

29

Рис. 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xy 2x2 dxdy dy

xy 2x2

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

0

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1 2 y 2 y

 

 

2 2 y 3

 

 

 

2

 

 

 

 

x2 y

 

2x3

 

2 y

 

 

 

 

y2

y3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

2

 

3

 

 

 

 

 

 

0

2

 

 

 

3

 

 

2

 

3

 

0

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 4 y 4 y2 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

16 24 y 12 y2 2 y3

 

 

 

y2

 

 

 

 

2 y3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y3 9 y2

36 y 32 2 y3

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

36 y 32 dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

9 y

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

6

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

2 y3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y3

 

 

 

 

y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 y 2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

y

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

36

 

 

 

32 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

4

 

 

3

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

9

 

 

36

 

 

 

 

4

 

 

 

88

 

 

4

 

 

 

 

 

 

403

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

4

 

3

 

 

 

2

 

 

 

 

 

15

 

 

 

24

 

 

15

 

 

 

 

120

 

 

 

 

 

 

 

30

Задание 7. Вычислить

криволинейный

интеграл

(x2 y 3x)dx ( y2 x 2 y)dy вдоль 1)

ломаной L ABC , если

L

 

 

 

точки заданы следующим образом:

A(1;0) , B(2;3) ,

C(2;5) ,

2) вдоль дуги эллипса x 3cost,

y 2sin t , (0 t / 2).

Решение.

1) Криволинейный интеграл вдоль ломаной L можно разбить на сумму двух интегралов: вдоль отрезков AB и BC. Получаем уравнение прямой AB

 

 

 

 

 

AB :

 

x 1

 

y 0

;

 

 

y 3(x 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1

3 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Находим производную

 

y 3.

 

Тогда криволинейный инте-

грал по участку AB приобретет вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x2 y 3x)dx ( y 2 x 2 y)dy (x2 y 3x) ( y 2 x 2 y) y dx

AB

 

 

 

 

 

 

3x 9(x 1)

 

 

AB

6) 3 dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2 (3x 3)

2 x 6x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(10x3 19x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

x4

 

x3 7x2

 

 

 

 

3

 

14x 6)dx 3

 

 

 

 

 

 

6x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

5 15

 

19 7

 

 

 

 

 

 

49

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

7 3 6

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнение

отрезка BC имеет

 

вид

x 2 .

В

этом

случае

dx 0,

 

3 y 5. Таким образом,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

244

 

 

 

1

 

 

 

 

 

(y 2 x 2 y)dy

(2 y 2 2y)dy

(

y3

y

2 )

5

 

81

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BC

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

3

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сложив значения криволинейного интеграла на двух

участках, получим ответ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x2 y 3x)dx ( y 2 x 2 y)dy

49

 

244

105

5

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

3

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Кривая задана параметрически. Найдем производные

31

xt 3sin t;

yt 2 cos t . Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x2 y 3x)dx ( y 2 x 2 y)dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(9 cos2 t 2sin t 9 cost) ( 3sin t) (4sin 2 t 3cost 4sin t) 2 cost) dt

 

2

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

15

sin 2

 

35

 

 

 

2

 

15

 

 

35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2t

 

sin 2t

 

dt

 

 

 

 

 

(1

cos4t)

 

sin 2t

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

0

 

 

4

 

 

2

 

 

 

15

 

35

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание № 8. Дано векторное поле F = x y; 2y; x 3z .

Пирамида V ограничена координатными плоскостями и плоскостью σ 2x y z 2 0 . Вычислить поток векторного поля

F через полную поверхность пирамиды V в направлении внешней нормали к ее поверхности, используя формулу Остроградского.

Решение. По теореме Остроградского поток векторного

поля F через замкнутую поверхность S , ограничивающую некоторый объем V, равен интегралу от дивергенции вектора распространенному по объему V.

 

 

П

 

n dS

 

 

 

F

divFdV .

 

 

 

 

S

V

 

 

 

Дивергенцией векторного поля

 

 

 

= X x, y, z ;Y x, y, z ; Z x, y, z называется скаляр

F

 

 

 

 

X (x, y, z)

Y (x, y, z)

Z (x, y, z) .

 

 

divF

 

 

 

 

 

 

x

y

z

В рассматриваемом примере

32

 

 

 

(x y)

 

(2 y)

(x 3z)

6

 

 

 

 

 

divF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

y

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

 

 

2 y 2x

 

П

F

 

 

dS

6 dV 6 dx

dy

dz

 

n

 

 

S

 

 

 

 

 

 

V

0

2x 2

 

 

0

 

 

 

 

 

1

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

6 dx (z

 

2 y

2x )dy 6 dx (2 y 2x)dy

 

 

 

0 2x 2

 

0

 

 

 

 

 

 

0

2x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

y

2

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

6 [(2- 2x) y

 

 

]

02x 2 dx 6 [(2x

2)2

(2x 2)2

]dx

 

 

 

2

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2)2 dx

1

1)2 dx 12

(x 1)

3

 

10 4(0 1) 4.

 

 

 

 

3 (2x

12 (x

 

 

 

3

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание № 9. Найти оригинал по заданному изображе-

нию F ( p)

p 2

.

 

 

p ( p 2

4 p 5)

 

 

Решение. Для отыскания функции-оригинала по данному изображению разложим функцию F (p) на простейшие дроби

F ( p)

p 2

 

A

 

Bp C

.

 

 

 

 

p ( p 2 4 p 5)

 

p

 

p 2 4 p 5

Приводим правую часть равенства к общему знаменате-

лю

p 2

 

A( p 2 4 p 5) Bp2 Cp

.

p ( p 2

4 p 5)

p ( p 2

4 p 5)

 

 

Тождественность равенства дробей требует, чтобы коэффициенты при соответствующих степенях р в числителях дробей слева и справа от знака равенства были равны. Это приводит к следующей системе уравнений для коэффициентов

А, В, С

p

2

 

0 A B,

 

 

 

 

p1

 

1 4 A C,

p 0

 

2 5A.

33

Источник: https://studfile.net/preview/16568464/