Контрольная работа по математике Несобственные интегралы второго рода Площадь поверхности вращения Приближённые вычисления с помощью дифференциала Определение градиента и стационарных точек функции

Дисциплина "Интегральные уравнения" Ряды Фурье и специальные функции 1. Ряды Фурье в n-мерном пространстве. Сигнал, спектры сигнала, энергия сигналов. 2. Задача Штурма -Лиувилля в n-мерном пространстве. 3. Задача Штурма -Лиувилля (обычный случай, особый случай). 4. Простейшие специальные функции. Полиномы Лежандра, Чебышёва-Эрмита, Чебышева- Лагерра. 5. Уравнение Бесселя. Задача Штурма-Лиувилля для уравнения Бесселя. Ряды Фурье-Бесселя. 6. Задача Штурма -Лиувилля в n-мерном пространстве для уравнений эллиптического типа. 7. Колебание мембраны.

Частные производные высших порядков

Мы уже заметили, что частные производные первого порядка $ \displaystyle{\frac{\partial f}{\partial x_i}}$ мы можем рассматривать, в предположении их существования, как функции, заданные в некоторой области пространства $ n$ переменных $ x_1,\ \dots,\ x_n$ . От каждой из этих функций $ \displaystyle{\frac{\partial f}{\partial x_i}}$ , в свою очередь, можно найти частные производные: $ n$ производных от $ \displaystyle{\frac{\partial f}{\partial x_1}}$ :

 

$\displaystyle \frac{\partial}{\partial x_1}(\frac{\partial f}{\partial x_1});\ ...
...1});\ %
\dots\ \frac{\partial}{\partial x_n}(\frac{\partial f}{\partial x_1}),$

$ n$ производных от $ \displaystyle{\frac{\partial f}{\partial x_2}}$ :

 

$\displaystyle \frac{\partial}{\partial x_1}(\frac{\partial f}{\partial x_2});\ ...
...2});\ %
\dots\ \frac{\partial}{\partial x_n}(\frac{\partial f}{\partial x_2}),$

и так далее до $ \displaystyle{\frac{\partial}{\partial x_n}}(\displaystyle{\frac{\partial f}{\partial x_n}})$ ; всего получается $ n^2$ производных $ \displaystyle{\frac{\partial}{\partial x_i}}(\displaystyle{\frac{\partial f}{\partial x_j}}),$ где $ i,j=1,\dots,n$ . Производная $ \displaystyle{\frac{\partial}{\partial x_i}}(\displaystyle{\frac{\partial f}{\partial x_j}})$ обозначается также $ \frac{\textstyle{\partial^2f}}{\textstyle{\partial x_i\partial x_j}}$ или $ f''_{x_ix_j}$ . Эти производные называются частными производными второго порядка от функции $ f$ .

Если $ i=j$ , то есть если второе дифференцирование ведётся по той же переменной $ x_i$ , что и первое, то частная производная второго порядка $ \frac{\textstyle{\partial^2f}}{\textstyle{\partial x_i\partial x_i}}$ называется чистой частной производной второго порядка по переменной $ x_i$ и более кратко обозначается $ \frac{\textstyle{\partial^2f}}{\textstyle{\partial x_i^2}}$ .

Если же $ i\ne j$ , то частная производная второго порядка $ \frac{\textstyle{\partial^2f}}{\textstyle{\partial x_i\partial x_j}}$ называется смешанной частной производной второго порядка.

Итак, для функции $ f$ можно отыскать $ n$ чистых частных производных второго порядка и $ n^2-n$ смешанных. Ниже мы увидим, что при некоторых дополнительных предположениях смешанные частные производные $ \frac{\textstyle{\partial^2f}}{\textstyle{\partial x_i\partial x_j}}$ и $ \frac{\textstyle{\partial^2f}}{\textstyle{\partial x_j\partial x_i}}$ , отличающиеся порядком дифференцирований, совпадают, так что различных смешанных производных второго порядка оказывается не $ n^2-n$ , а вдвое меньше.

Найдём частные производные второго порядка

Дифференцируемость функции и дифференциал

Определение

Связь дифференциала с частными производными

Пример Найдём дифференциал функции трёх переменных

Теорема Пусть функция $ f(x)$ имеет в некоторой окрестности точки $ x^0$ частные производные $ \displaystyle{\frac{\partial f}{\partial x_i}}(x)$

Замечание

Производная сложной функции

Пусть координаты $ x_1,x_2,x_3$ зависят от $ u_1,u_2$ следующим образом: $\displaystyle x_1=\sin^2u_1; x_2=\sin u_1\cos u_2; x_3=\cos^2u_2.$

Инвариантность дифференциала

Равенство смешанных частных производных

Следствие Пусть даны две частные производные

Если две производных $\displaystyle \frac{\pat^5f}{\pat x_5\pat x_2\pat x_5\pat x_1\pat x_2}$ и $\displaystyle \frac{\pat^5f}{\pat x_1\pat x_2^2\pat x_5^2}$

Теорема о неявной функции

Рассмотрим уравнение $\displaystyle g(x;y)=x^2+y^2=0$

Пример Равенство $\displaystyle g(x;y)=x^2-y^2=0$

Приложения определенного интеграла. Как известно, криволинейной трапецией, соответствующей неотрицательной и непрерывной на отрезке [a;b] функции f(x), называется область, ограниченная графиком функции y=f(x), осью OX и двумя вертикальными прямыми x=a, x=b. Коротко это можно записать так:  

Геометрический смысл определенного интеграла заключается в том, что площадь такой криволинейной трапеции вычисляется по формуле

  (5.7)

Если область на плоскости имеет вид  (см. рис.4), причем от обеих функций требуется только непрерывность, то справедлива формула

 . (5.8)

          

Рис. 3 Рис. 4

Элементы аналитической геометрии Декартовы координаты на плоскости. Уравнение линии. Алгебраические линии 1-го порядка (прямые). Окружность, эллипс, гипербола, парабола и их канонические уравнения. Декартовы координаты в пространстве. Уравнение поверхности. Уравнения линии в пространстве. Векторы на плоскости и в пространстве. Операции сложения векторов и умножения вектора на число. Разложение вектора по осевым ортам, координаты вектора. Проекция вектора на ось, свойства проекций. Скалярное произведение векторов. Векторное произведение. Смешанное произведение. Плоскость в пространстве. Уравнение плоскости. Уравнения прямой в пространстве (общие уравнения, канонические уравнения, параметрические уравнения). Системы координат, отличные от декартовых : полярные координаты на плоскости, сферические координаты в пространстве.

Формула замены переменного в определённом интеграле