7. Метод наименьших квадратов. Понятие об итерационных методах решения систем уравнений

Литература. [4], гл. VIII, § 19; [5], гл. X, § 3, п. 5°, задачи 3156, 3157.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется функцией двух переменных, ее областью определения? Дайте геометрическое истолкование этих понятий.

2. Что называется функцией трех переменных, ее областью определений? Как можно геометрически истолковать область определения функции трех переменных.

3. Что называется поверхностью уровня и линией уровня? Какие поверхности являются поверхностями уровня функции u=х²+у²+z²? Постройте линии уровня функции z=х²y.

4. Что называется пределом функции двух переменных в точке? В каком случае эта функция называется непрерывной в точке, в области?

5. Что называется точкой разрыва функции двух переменных? Приведите пример функции двух переменных, непрерывной всюду, кроме каждой точки окружности х²+у²=1.

6. Как определяются частные производные? Сформулируйте правила нахождения частных производных функций нескольких переменных. В чем состоит геометрический смысл частных производных функции двух переменных?

7. Когда функция z=f(x, у) называется дифференцируемой в данной точке? Что называется полным дифференциалом этой функции в данной точке? В чем состоит правило применения полного дифференциала для вычисления приближенного значения функции, близкого к известному?

8. Выведите уравнения касательной плоскости и нормали к поверхности в точке М₀. В чем состоит геометрический смысл полного дифференциала функции двух переменных?

9. Выведите формулы нахождения сложной функции.

10. Напишите формулу вычисления полной производной dz/dx сложной функции z=f(u, v), где u=u(х), v=v(x). Как записать эту формулу в случае u=х?

11. Выведите формулу дифференцирования неявной функции у=у(х), заданной уравнением F(х, у)=0.

12. Дайте определение частных производных высших порядков. Сформулируйте теорему о равенстве смешанных частных производных функций двух переменных.

13. Что называется производной функции u=u(х, у, z) в данной точке М₀ по направлению вектора s? Выведите формулу ее вычисления

14. Что называется градиентом скалярного поля u=u(х, у, z) в данной точке? Как выражается производная по направлению через градиент и единичный вектор? Сформулируйте известные вам свойства градиента.

15. Что называется максимумом (минимумом) функции двух переменных? Выведите необходимые условия и сформулируйте достаточные условия экстремума функции двух переменных.

16. Сформулируйте правила нахождения экстремумов функция двух переменных.

17. Выведите правило нахождения наибольшего и наименьшего значений функции двух переменных в замкнутой области.

18. Что называется условным экстремумом функции z=f(x, у)? Изложите метод нахождения условных экстремумов функции двух переменных, если эти переменные связаны одним условием.

19. В чем состоит метод наименьших квадратов при нахождении функции на основании экспериментальных данных?

20. В чем состоит метод итераций решения системы уравнений? После изучения темы X выполните контрольную работу 6.

Тема XI. Неопределенный интеграл

1. Определение и свойства неопределенного интеграла

Литература. [4], гл. X, § 1—3, упр. 2, 5, 7, 9, 11, 14, 16, 17, 25, 41, 46, 49, 58, 60, 66.

2. Основные методы интегрирования

Литература [4], гл. X, § 4, упр. 27, 28, 33, 37, 47, 51, 65, 72, 83, 89, 91, 94, 100, 101; § 6, упр. 127—131, 134, 135, 138, 140, 143, 145.

Можно использовать также [5], гл. IV, § 1—3.

3. Стандартные методы интегрирования некоторых классов функций

Литература. [4], гл. X, § 5, упр. 102, 105, 107, ПО, 112, ИЗ, 115, 116, 123, 125; § 7—9, упр. 156, 163, 164, 167, 169; § 10, упр. 170, 176, 177; § 12, упр. 196, 198, 203, 204, 209, 212, 214, 216; § 13, упр. 178, 180

Можно использовать также [5], гл. IV, § 4—10.

4. Использование таблиц интегралов

Литература. [4], гл. X, § 14.

Имеются элементарные функции, интегралы от которых хотя, конечно, и существуют, но не выражаются через элементарные функции Приведем несколько интегралов, «не берущихся в конечном виде».

Эти и подобные интегралы определяют новые виды функций, отличных от элементарных. Многие из этих функций имеют специальные названия: функция, определяемая первым из указанных интегралов, называется интегральным синусом, вторым — интегральным косинусом, третьим — интегральным логарифмом, четвертым и пятым — интегралами Френеля, последним — эллиптической функцией.

Заметим, что функции, определяемые с помощью интегралов, имеют обширные и важные применения в технике и естествознании. Для таких функций составлены таблицы их приближенных значений.

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение первообразной функции.

2. Укажите геометрический смысл совокупности первообразных функций. Что называется неопределенным интегралом?

3. Напишите таблицу основных интегралов.

4. Докажите простейшие свойства неопределенного интеграла.

5. Найдите ∫(2х—l)²dx двумя способами: а) непосредственно как интеграл от степенной функции со сложным аргументом; б) раскрыв скобки и проинтегрировав полученную сумму. Покажите, что полученные результаты не противоречат друг другу.

6. Выведите формулу замены переменной в неопределенном интеграле.

7. Выведите формулу интегрирования по частям для неопределенного интеграла. Укажите типы интегралов, вычисление которых целесообразно производить с помощью метода интегрирования по частям.

8. Изложите методы интегрирования простейших рациональных дробей I, II, III и IV типов.

9. Сформулируйте теорему о разложении многочлена на простершие множители. Изложите правило разложения правильной рациональной дроби на простейшие дроби в случае простых действительных корней знаменателя. Приведите примеры.

10. Изложите правило разложения правильной рациональной дроби на простейшие дроби в случае действительных кратных корней знаменателя. Приведите примеры.

11. Изложите правило разложения правильной рациональной дроби на простейшие дроби для случая, когда среди корней знаменателя имеются пары простых комплексно-сопряженных корней. Приведите пример.

12. Изложите правило разложения правильной рациональной дроби для случая, когда среди корней знаменателя имеется пара кратных комплексно-сопряженных корней. Приведите пример.

13. Изложите методы нахождения интегралов вида

где p, q,..., r — рациональные числа; R— рациональная функция. Приведите пример.

14. Изложите метод нахождения интегралов вида ∫R(sinx, cosх)dх, где R — рациональная функция. Приведите примеры.

15. В чем состоит общая идея метода рационализации при интегрировании иррациональных и трансцендентных функций?