Шпаргалки по высшей математике (1 курс)

Основные понятия мат анализа. Матем-наука о простых формах и количеств отношений окружающего нас мира. Переменой величиной наз величина d ринимает различн числовые значения. величина значения d не меняется наз постоянной величиной. Совокупность всех числовых значений переменой величины наз областью изменения этой переменной. Окрестность х0 наз производный интервал (a;b) содержащий эту . If каждому значению переменной х э неd области соответствует 1 определенное значение др переменой у, то у есть f(х)=у. способы задания f. 1)таблица 2)графический совокупность M(х;у) не лежащих на прямой // оу, определяет зависимость у=f(х) 3)аналитический. Аналитическим выражением наз символическое обознач совокупности известных матем операций d производятся в определ последовательности над числами и буквами обозначающиеем постоянные и переменные величины. if f зависимость у=f(х) такова, что f обозначается аналитич выражением, то f задана аналитически. F f(х) наз периодической if $ t: "х f(х+t)=f(x). Четная, нечетная, монотонная f. Элементарные f. 1)постоянная у=с, с-действительное число; 2)степенная у=х^а, а-д.ч. 3)показательная у= f^х a>x a≠1 4)логорифмическая у=loga x a>x a≠1, 5)тригонометрические 6)обратные тригонометрические. Предел функции. (Коши) число а наз lim f f(х) в х0б if для " Е>0 $ б>0, такое что для всех х0 х э Ω, х ≠ 0 и удовлетвор |х-х0|<б верно |f(х)-А|<Е. (Гейне) число А наз lim f f(х), if " последовательности хn (хnÎW, хn­­­­­¹х0), сходящейся к · х0, соответствующая последовательность значений f сходится к числу А. Оба определения эквивалентна, т.е. if f f(х) имеет предел А в смысле определения I, то она имеет тот же предел А в смысле определения II, и наоборот. Замечание. if f(х)èв при хèа, так что х<а, то lim f(х)=в (хèа-0). Опр. If lim спр or сл =, то это будет lim в смысле данного выше опр. Для сущ lim f приемного отделения хèа не требуется чтобы f была опр в а. БМВ. F α(х) наз бмс хèа if α(х)=0 if для "Е $ б: |x-α|<бè |α(х)|<Е. св-ва 1) if α(х) и β(х)-бм f при хèх0, то их Σ α(х)+β(х) и произвед=бм f при хèх0 2)f(х)-ограниченая f α(х)*β(х)=бм f при хèх0 3)α(х)-бм при хèх0, f(х) имеет в х0 конечный предел, lim f(х)=А, то f α(х)*f(х) и α(х)/f(х)=бм при хèх0 4)if α(х) бм при хèа но не обращ в 0, то у=1/α(х)=∞. Основные Т о пределах. 1)lim Σ конечного числа f= Σ их lim, if они сущ. Д. (хèа) α1,α2-бм lim u1=a1, lim u2=a2, u=u1+u2, u1=a1+α1, u2=a2+α2; lim u=lim(u1+u2)=lim (a1+a2 +α1+α2) =a1+a2 2)lim произведения конечного числа f= произведению lim, if они сущ. Lim аналогично. Следствие: const множитель можно выносить за знак lim. 3)lim частного= частному lim, if знаменатель ≠ 0. Д.(хèа) lim (u(x)/v(x))=(lim u(x))/(;im v(x), lim v(x)≠0, Lim u=a1,lim v=a2≠0;u=a1+α, v=a2+β;α,β-бм;u/v=(a1+α)/(a2+β)=a1/a2+(a1+α)/(a2+β)–a1/a2= a1/a2 + (α*a2-β*a1)/(a2(a2+β)), u/v=a1/a2+γ, lim(u/v)=a1/a2 4) if для соответствующих значений 3 f u(x), z(x), v(x) выполняется неравенство u≤z≤v и lim u(x)=lim v(x)=b èlim z(x)=b Д. u-b≤z-b≤v-b "E $ б1 |x-a|<б1è|u(x)-b|<E, $ б2 |x-a|<б2è|v(x)-b|<E б=min(б1,б2), -E<u-b<E –E<u-b≤z-b≤v-b<E, -E<v-b<E –E<z-b<E |z-b|<E 5)if y≥0, lim y=bèb≥0 Д. b<0 |y-b|≥|b| E=|b|, $ < |y-b|<E=|b| пришли к противоречию. Замечание: if у>, то Т тоже выполняется в той же формулировке (b≥0). 6)if v≥u в неd окрестности а lim v≥lim u Д. v-u≥a èlim (v-u) ≥0èlim v-lim u≥0èlim v≥lim u Сравнение бмв. (xèa)О. if lim(α/β)≠0, lim(β/α)≠0, то α и β наз бмв одного порядка (zb x^2 и 2x^2). O if lim β/α=0, то β-бм é высокого порядка чем α.О бмв β наз бм n^го порядка относительно α, if lim β/αⁿ=A≠0. О. if lim β/α=1, то α,β –эквивалентные бмв. Т. If α, β-экивалентные бмв, то α-β-бмв é более высшего порядка, чем α и β. Д. lim ((α-β)/α)=lim(1-β/α)=1-1=0 1 Зам lim. S_ΔMOA<S_{сект MCA}<S_ΔCOA; S_ΔMOA=½OA*MB= ½ sin x; S_{сект MCA}= ½ x*1= ½ x; S_ΔCOA= ½ OA*AC= ½ tg x; sin x<x<tg x |:x; 1<x/sin x<1/cos x; 1>sin x/x>cos x; sin x/xè1; sin(-x)/-x=sin x/x; cos (-x)=cos x 2 зам lim. Т . переменная величина (1+ 1/n)ⁿ, при nè∞ имеет lim заключенный между числами 2 и 3. (1-1/n)ⁿ=1+n*1/n+n(n-1)/2n²+n(n-1)(n-1)/(2*3*n³)…=1+1+½(1-1/n){<1}+ 1/(1*2*3) (1-1/n{<1})(1-2/n{<1})+…+1/(1*2*…n)*(1-1/n{<1})*(1-2/n{<1})…(1-(n-1)/n). При переходе от n к n+1 добавляется 1 слагаемое, каждое слагаемое возрастает. Это выражение является é последовательностью. Полагаем, что она ограничена. {2<}(1+1/n)ⁿ<1+1+1/ (1*2)+1/(1*2*3){1/2²}+…+(1/(1*2*3…n)<1+2+½+1/2²+1/2^n-1=1+(2-(½ )^n-1)<3 é и огран последов. Непрерывность f. у=f(х) х=х0+Δх. Δf=f(х)-f(х0)=f(х0+Δх)-f(х0); f(х)=f(х0)+ Δf. О. f f(х) наз непрерывной в х0, if она опр в этой и в неd ее окрестности и lim Δf=0(Δхè0).( Δхè0) lim (f(х0+ Δх)-f(х0))=0, lim f(х0+ Δх)=f(х0). хèх0 lim f(х)=f(х0)è lim f в =значению в этой . Zb у=х² докажем, что f непрерывна в х0. Δf=(х0+ Δх)²-х0²=х0²+2х0Δх+(Δх)²-х0²=2х0Δх+(Δх)². lim Δf{xè0}=l (2x0Δx+(Δx)²)=0. Т. If f f1 и f2 непрерывны в х0, то их Σ тоже непрерывна в х0. Д. φ(х)=f1(х)+f2(х). {xèx0}lim φ(x)=lim(f1(x)+f2(x))=Lim f1(x)+lim f2(x)=f1(x0)+f2(x0)=φ(x0). Следствие:Т справедлива для " конечного числа слагаемых. Т1. произведение 2 непрерывных f будет есть непрерывная f. 2. частное 2 непрерывных f будет непрерывной f, if знаменатель не обращается в 0. 3. if f u=f(х)непрерывна в х0 и f f(u) непрерывна в u0=φ(х), то сложная f f(φ(u))непрерывна в х0. Т. Всякая элементарная f непрерывна в каждой в d она определена (sin,log…). О. if f f(х) непрерывна в каждой неd интервала (a;b), то говорят что она непрерывна на этом интервале. О. if f определена при х=а и lim f(х)=f(а) {xèa+}, то говорят что f непрерывна в а справа, аналогично слева. О. if f(х) непрерывна в каждой интервала (a;b), в а непрерывна справа, f в в слева(а<в ), то говорят, что f f непрерывна на отрезке (a;b). О. if в х0 не выполняется АО крайней мере 1 из условий непрерывной, т.е. if при х=х0 f неопределенна или не существует lim f(х){xèx0} or он ≠ значению f в , то говорят, что f разрывна в х0. х0 в э том случае разрыва f. Классификация разрыва. 1) if $ lim f(х), но f неопределенна в этой , либо нарушено условие lim f(х)≠f(x0){xèx0}, тогда х0 наз устранимого разрыва 2) не$ lim f(х){xèx0}, но $ lim справа и слева, lim f(x){xè x0+}≠lim f(x){xèx0-}-f имеет разрыв 1 рода.3)if хотя бы 1 lim не$ or =∞, то говорят, что f имеет разрыв 2 рода. Свойства непрерывной f. Т if f f(х) непрерывна на неd отрезке [а;в], то на этом отрезке найдется по крайней мере 1 х, такая, что значение f в этой будет удовлетворять соотношению: f(х1)≥f(х), где х-" др отрезка. Значение f(х1) наз наибольшим значением f f(х) на [a;b]. Т. Пусть f f(х) непрерывна на [a;b] и на концах этого отр принимает значение разных знаков, тогда между а и в найдется по крайнем мере 1 с, такая что она будет =0. Т. Пусть f f(х) определена и непрерывна на [a;b], if на концах этого отрезка f принимает ≠ значении А и В (A<B), то для " числа μ "MA≤M≤B $ c: f(c)=μ. Следствие: if f у=f(х) непрерывна на неd интервале, она принимает по крайней мере 1 раз ",заключенное между ее наибольшим и наименьшим значениями. Производная f.. Пусть f f=f(х) опред в неd внутренней интервала (а;в). Зададим аргументу х в х0 произвольное приращение Δх такое, что x0+ Δх также находится на (а;в). Тогда f у=f(х) получит приращение Δу=f(х0+Δх)-f(х0), d, является f приращения аргумента Δх при фиксированном х0. О. lim Δу/Δх при Δхè0 (if существует) наз производной f у=f(х) в х0 и обознач {Δxè0}lim Δу/Δх=lim (f(х0+Δх)-f(х0))/хΔ. Операция нах производной наз дифференцирование. Геометрический смысл производной. If М1èМ0 секущаяèзанять предельное значение. Прямая занимающая предельное положение наз касательной. Tg φ=Δf/Δx tg α={MnèM0}lim tg φ={Δxè0}lim Δf/Δx=f `(x). Значение произв в = tg < накл касательной к оси ох. F f(х) наз дифференцируемой в х, if Δf предоставлена в виде Δf=АΔх+α(Δх)*Δх, где А-число, α(х)-бмв при Δхè0. Т. Дифференцируемость f в эквивалентно существованию производной {Δxè0} lim Δf/Δx=lim (AΔx+α(Δx)Δx)/Δx=0(Δx)=lim (A+α(Δx))=A; Δf/Δx=f `(x)+α(Δx). Т. If дифференцируема в , то она непрерывна в этой . Д. f `(x)={Δxè0}lim Δf/Δx, Δf=f `(x)Δx+α(Δx)Δx, lim Δf=lim (f `(x)Δx{бмв}+α(Δx)Δx{бмв})=0 обратное неверно. Основные Т о производных. Т. Производная Σ конечного числа f = Σих произведений, if последние сществуют. Д. f(x)= u(x)+v(x), f(x+Δx)=f(x)+Δf, u(x+Δx)=u(x)+Δu; v(x+Δx)=v(x)+Δv; Δf=Δu+Δv; f(x+Δx)-f(x)=u(x+Δx)+v(x+Δx)-u(x)-v(x); f `={Δxè0} lim Δf/Δx=lim (Δu+Δv)/Δx=lim Δu/Δx+lim Δv/Δx=u`+v`. Т. If f=uvèf `=u`v+v`u, if u` и v` существуют. F(x+Δx)=u(x+Δx)v(x+Δx)=(u(x)+Δu)(v(x)+Δv)=u(x)v(x)+ u(x)Δv+Δuv(x)+ΔuΔv; Δf=u(x)v(x)+u(x)Δv+Δuv(x); f `(x)={Δxè0}lim (u(x)v(x)+u(x)Δv+Δuv(x))/Δx=lim (u(x)Δv)/Δx + lim v(x)*Δu/Δx+lim Δv*Δu/Δx=u(x)v`(x)+v(x)u`(x) Т.f= v(x)*u/v≠0 f `=(u`(x)-≠0 f `=(u`(x)-v`(x))/v<sup>2</sup>. Δf=u(Δx+x)/v(x+Δx) – u(x)/v(x)=u(x+Δx)/v(x+Δx)=u(x+Δx)/v(x+Δx)=(Δu+u(x))/(Δv+v(x)) – u(x)/v(x)=(v(x)Δu-u(x)Δv))/((Δv-v(x))v(x)). F `={Δxè0}lim [(v(x)Δu-u(x)Δv)/Δx]/(v(x)(Δv+v(x)))=lim [v(x)*Δu/Δx – u(x)*Δv/Δx]/(v(x)(Δv+v(x)))=(vu`-uv`)/v² Дифференциал. F у=f(х) наз дифференцируемой в х0, if ее приращение Δу=f(х0+ Δх0)-f(х0)в этой можно представить в виде Δу=А(х0)Δх-α(Δх), где А(х0) не зависит от Δх и α(Δх) f от Δх, такая что α(Δх)/Δхè0, при Δхè0. приращение f состоит из 2 частей: А(х0)Δх – главная часть приращения, линейно зависимая от приращение Δх аргумента, и α(Δх)-нелинейная f от аргумента Δх, d является бм высшего порядка малости по сравнению с Δх при Δхè0, т.е. α(Δх)=0(Δх). Для того чтобы f f(х) была дифференцируемой в х0, необходимо и достаточно, чтобы она имела конечную производную в этой , тогда А(х0)=f `(х0). Обозначается df(x0)=f `(x0)Δx. Дифференциал f у=f(х) обозначается dy. F`(x)=dy/dx, or y`=dy/dx. Производная и дифференциалы разл порядков. О. пусть f дифференцируемая на интервале (а;в). Производную f `(x) наз производной 1 порядка, или 1 производной f f(х). if f f `(x) дифференцируема на (а;в), то ее производную наз 2 производной, или производной 2 порядка f f(х) и обозначается f ``(x) or f<sup>(2)</sup>(x), f<sub>xx</sub>``(x), т.е. f ``(x)=(f`(x))`. Производная n-го порядка: f^(n)(x)=(f^(n-1)(х))`, if на интервале (а;в) существует дифференцируемая функция f^(n-1)(х). по определению полагают f<sup>(0)</sup>(х)=f(х), т.е. f f(х) наз нулевой производной. Физ смысл: if s=s(t)-закон прямолин движения маериальн , то s``(t) есть ускорение этой в момент времени t. Т. Ролля. If f f(х) непрерывна на отрезке [а;в] дифференцируется на интервале (а;в) и f(а)=f(в)=0, то внутри [а;в] $ с, в d производная=0.Дт.к. f f(х) непрерывна на отрезке [а;в], то она имеет на [а;в] наибольшее значение M и наименьшее значение m. If M=m, то f(х)=const f `(x)=0 " x. If M≠m, то по крайнем мере 1 из этих чисел =0. пусть для определения M>0 и f принимая max знач при х=с. f(c)=M; c≠a; c≠b, т.к. f(а)=0 и f(в)=0; F(c+Δx)-f(c)<0; (f(x+ Δx) –f(c)){<0, if Δx>0}/Δx{>0, if Δx<0} Δxè0. f `(c)≤0 f `(c)≥0èf `(c)=0. геометрическое истолкование. If непрерывная прямая имеющая в каждой касательную пересекающую ох, с абциссами а и в, то на этой прямой существует по крайней мере 1 , касс и d //ох. Замечание: 1) док Т для f, d на концах отрезка не обр в 0, но принимает = значения. 2) if f f такова, что f ` $ не во всяких отрезка, то утверждение Т может быть неверно. Т. Лагранжа. If f непрерывна на [а;в] и дифференцируема на (а;в), то внутри отрезка $ по крайней мере 1 с, такая что f(в)-f(а)=f `с(в-а); а=(f(в)-f(а))/в-а; F(х)=f(х)-f(а)-а(х-а). F(х) непрерывна на [а;в] дифференцируема на (а;в) и обр в 0 на концах отрезка. F(в)=f(в)-f(а)=(f(в)-f(а))(в-а)/(в-а)=0=F(х) выполн усл N Ролля. $ с: F`(с)=0; F`=f `(х)-Q; f `(x)- Q=0; f `(c)=(f(b)-f(a))/(b-a). рассмотрим хорду АВ: tg α=l=q (a;f(a)) y-f(a)=Q(x-a) AB: y=f(a)+Q(x-a). if во всех внутри [а;в] сущ касс, то $ с на дуге, касательная в d // хорде. Для хорд угловой коэффиц = Q. Т. Коши. If f(х) и φ(х) 2 f непрерывные на [а;в] и дифференцируемы, причем f ` нигде внутри отр не обращ в 0, то внутри отрезка [а;в] $ с: (f(в)-f(а))/(φ(в)-φ(а))=f `(c)/φ`(c); Q= (f(в)-f(а))/(φ(в)-φ(а))≠0, т.к. иначе f φ(х) удовлет бы усл Ролля. F`(c)=0. F(x)=f(x)-f `(a)-Q(φ(x)- φ(x)); F(a)=F(b)=0; F(x)-удовлетв всем условиям N Ролляè$ с из (а;в): F`(с) =0 F`(x)=f `(x)-Qiφ(x); f `(c)/φ`(c)=Q=(f(b)-f(a))/(φ(b)-φ(a); f `(c)=Qφ`(c)=0. Правило Лопиталя. Пусть f f(х) и φ(х) на [а;в] удовлетв условию Т Коши, обращаются в 0 в а; f(а)=φ(а)=0. Тогда $ lim f `(x)/φ`(x){xèa+}è$ lim f(x)/φ(x) {xèa}, применяем Т Коши: (f(х)-f(а))/(φ(х)-φ(а))=f `(ξ)/φ(ξ); f(x)/φ(x)=f `(ξ)/φ`(ξ) ξc(a;x). {xèa+}lim f(x)/φ(x)=lim f `(ξ)/φ`(ξ)={ξèa+}lim f `(ξ)/φ`(ξ)={xèa+}lim f `(x)/φ`(x). If на месте неd [с;а] тоож выполн условия Т для f и φ, то Т верна для хèа (для хèа- аналогично). Т имеет место if f и φ неопределеныпри х=а, но {xèa}lim f(х)=0 lim φ(х)=0. можно определ f f и φ в f, так чтобы они стали непрерывны в а1. f(а)=0 φ(а)=0 (по опр). Формула Тейлора. Предположим f f(х) имеет все производные до n+1 порядка включительно в неd промежутке, содержащим а. найдем многочлен Рn(х) в х 5 n, знач d в а и значение производных дл n порядка = значениям соответствующих производных от f f(х), т.е. Рn(а)=f(а)…Рnⁿ(a)=fⁿ(a) Pn(x)=C0+C1(x-a)+C2(x-a)²+Cn(x-a)ⁿ; Pn`(x)=C1+2C1(x-a)+…nCn(x-a)<sup>n-1</sup> Pn<sup>(n)</sup>(x)=n!Cn; f(a)=Pn(a)=C0; f `(a)=Pn`(a)=C1; f ``(a)=Pn``(a)=2C2; f<sup>n</sup>(a)=Pn<sup>(n)</sup>(a)=n!Cn; Ck=f<sup>(k)</sup>(a)/k! K=0,1…n; PN(x)=f(a)+f `(a)(x-a)+(x-a)²*f ``(a)/2! + …+(x-a)<sup>n</sup>*f<sup>(n)</sup>(a)/n!; Rn(x)=f(x)-Pn(x); f(x)=Pn(x)+Rn(x) Необходимое сущ экстремума. If диф f у=f(х) имеет в х1 max or min, то f `(x1)=0 Д. предположим для опр-ти, что max тогда f(x1+ Δx)<f(x1) Δxè0; (f(x1+Δx)-f(x1))/2 {<0 , Δx>0; >0, Δx<0} èf `(x)≥0{≤0}èf``(x1)=0. для min также, только с против знаками. Обратное не верно. If f `(х1)=0, не значит, что в этой будет экстремум. в d не$ or =0, такие наз критическими. Достаточное условие сущ экстремума. Пусть f(х) непрерывна в неd интервале, содержащим х1, и дифференциуема во всех этого интервала (кроме х1). If при переходе слева направо через х1 производная меняет знак с + на -, то х1-max, If c – на +, min. Д. пусть производная меняет знак с + на -, тогда для х достаточно близких к х1 f `(x)>0, x<x1 и f `(x)<0, x>x1. применим Т Лагранжа: f(x)-f(x1)=f `(c)(x-x1) 1)x<x1èc<x1, f `(c)=0,f `(c{>0}) (x-x1{>0}); f(x)-f(x1)<0 f(x)<f(x1) 2)x>x1èc>x1, f `(c)<0; f `(c{<0}0(x-x1{>0}) f(x)-f(x1)<0 f(x)<f(x1)è х1 - мах. Для min аналогично. if непрерывность не выполняется Т не верна. Выпуклость и вогнутость. О. говорят. Что кривая обращена выпуклостью вверх на интервале [а;в] if все кривой лежат ниже " ее касательной на этом интервале. Т. If во всех интервала [а;в] f ``(x)<0, то кривая у=f(х) выпукла вверх. У=f(х), неу=f(х0)+f `(х0)(х-х0), у-неу=f(х)-f(х0)-f ‘(х0)(х-х0)=f ‘(с)(х-х0)-f ‘(х0)(х-х0)=(f ‘(с)-f ‘(х0))(х-х0)=f ‘‘(с1)(с-х0)(х-х0) с1 э (х0;с) находится между 1)х>х0èx0<c1<c<xèx-x0>0, c-x0>0 f ``(c1)<0èy-ney<0 2)x<x0è x<c1<x0èx-x0<0, c-[0<0, f ``(c1)<0èy-ney<0èney>y. " кривой лежит ниже касательной этой кривой, " х и х0 из интервала [a;b] è кривая выпукла в вверх. Т. Пусть кривая определена Ур у=f(х), if f ``(a)=0 or f ``(a) ne$ и при переходе через а меняется знак, то а перегиба. Асимптоты. Прямая l наз F кривой, if расстояние Δ от переменой M кривой до этой прямой при удалении M в бесконечностьè0 1. вертикальная А. для того, чтобы прямая х=а являлась верт А гр f у=f(х) чтобы обращался в беск хотя бы 1 из lim: {xèa+0}lim f(х)=∞ {xèa-0}lim f(x)=∞ 2. наклонная А. для того чтобы y=kx+b была накл А надо чтобы сущ оба lim: k={xè∞}lim (f(x))/x; b={xè∞} lim(f(x)-kx). If lim сущ только при хè∞+(хè∞-) то А будет правосторон (левосторон). if k=0, то А -горизонтальная Производная сложной f. предположим в ур z=F(u,v) u и v f независимых переменных х и у. u=φ(x,y) v=ψ(x,y), z-сложная f, пусть f Пб ψ,φ имеют непрерывные частные производные по своим производным. зададим Δх,сохран у неизменным.Тогда Δ<sub>x</sub>u,Δ<sub>x</sub>v;Δz=∂F/∂u*Δ<sub>x</sub>u+ ∂F/∂v*Δ<sub>x</sub>v+γ1Δ<sub>x</sub>u+γ2Δ<sub>x</sub>v |:Δx Δz/Δx=∂F/∂u*Δ<sub>x</sub>u/Δx+∂F/∂u*Δ<sub>x</sub>v/Δx+γ1{è0}+γ2{è0}; ∂z/∂x={Δxè0}lim Δz/Δx=∂F/∂u*∂u/∂x+∂F/∂v*∂v/∂x; zb z=ln(u<sup>2</sup>+v) u= e^(x+y<sup>2</sup>) v=x<sup>2</sup>+y; ∂z/∂u=2u/(u<sup>2</sup>+v); ∂z/∂v=1/(u<sup>2</sup>+v); ∂u/∂x=e^(x+y<sup>2</sup>) ∂v/∂x=2x ∂z/∂x= e^(x+y<sup>2</sup>)*2u/(u<sup>2</sup>+v)+2x/(u<sup>2</sup>+v). Выражение полного дифференциала 1 порядк имеют тот же вид, являются ли u и v независимыми переменными от f независимых переменных (с формами дифференциала инварианта). Производная неявной функции Т. пусть непрерывная f у(х) задана неявно уравнением F(х,у)=0, где F, F‘х, F‘у непрерывные f в неd области Д содержащей (х,у), координаты d удовлетворяют этому уравнению. Кроме того F‘у≠0. y`x=- F`x/F`y. Частные производные различных порядков. Z=f(x;y)s ∂z/∂x=∂/∂x*(∂z/∂x); ∂<sup>2</sup>z/∂x∂y=∂/∂y*(∂z/∂x) ∂<sup>2</sup>z/∂y∂x=∂/∂x*(∂z/∂y); f=x<sup>2</sup>y+y<sup>3</sup>; ∂f/∂x =2xy ∂<sup>2</sup>f/∂x<sup>2</sup>=∂/∂x*(2xy)=2y; ∂f/∂y=x<sup>2</sup>+3y<sup>2</sup> ∂<sup>2</sup>f/∂y<sup>2</sup>=6y; ∂<sup>2</sup>f/∂x∂y=∂/∂y*(2xy)=2x; ∂<sup>2</sup>f/∂y∂x=∂/∂x*(x<sup>2</sup>+3y<sup>2</sup>)=2. T. if f f(х,у) и ее частные производные f `x, f `y, f ``xy, f ``yx, определены и непрерывны в и неd ее окрестности, то в этой ∂²f/∂x∂y=∂²f/∂y∂x. Производная по направлению. Проведем из M вектор S{в} направляющая косинус d S^o{в}(cos a,λ,β). Рассмотрим на векторе S на расстоянии ΔS от его начала М1(х+Δх,у+Δу, z+Δz). Пусть f u непрерывна и имеет непрерывные частные производные в Д. Δu=∂u/∂x*Δx+∂u/∂y*Δy+∂u/∂z*Δz+E1Δx+E2Δy+E3Δz{Ei-бмв}; Δu/ΔS=∂u/∂x*Δx/Δs+ ∂u/∂y* Δy/Δs+∂u/∂z*Δz/Δs+E1*Δx/Δs+E2*Δx/Δs+E3*Δx/Δs координаты вектора / на длину Δx/ΔS=cos x; Δy/ΔS=cos β; Δz/ΔS= cos λ; Δu/ΔS=∂u/∂x*cosα+∂u/∂y*cosβ+ ∂z/∂x*cos λ+E1cos α+E2cos β+E3cos λ; {ΔSè0}lim Δu/ΔxS=∂u/∂x*cosα+∂u/∂y*cosβ+∂z/∂x*cos λ=∂u/∂S{производная по направлению} Градиент. Gradu=∂u/∂x*i+ ∂u/∂y*j+∂u/∂z*k Т. Производная ∂u/∂S по направлению неd вектора S=проекции вектора-градиент u на вектор S. Д.рассмотрим единичный вектор S⁰; (gradu, S⁰)=∂u/∂x*cosα+∂u/∂y*cosβ+∂z/∂x*cos λ=∂u/∂S=проекции_S0 gradu, if ввести угол меду векторами φ ∂u/∂S=|gradu|cos φ. Св-ва.:1)производная в данной по направлению S{в} имеет наиб значение, if по направлению вектора S совпад с направ grad. Это наибольш знач =|gradu |2)производная по направл ветора перпендик grad=0 Матрица. Матрицей размера тХп называют прямоугольную таблицу, содержащую т строк и п столбцов. Элементы таких таблиц могут иметь произвольную природу, но в этой главе мы будем считать, что элементами матриц являются действительные числа. Строки и столбцы матрицы последовательно нумеруются, и элемент матрицы, расположенный на пересечении i-ой строки и j-го столбца, обозначается символом а. Сами матрицы обычно обозначают заглавными буквами латинского алфавита. Если число строк матрицы совпадает с числом столбцов (т = п), то матрицу называют квадратной и говорят, что квадратная матрица имеет порядок п Элементы а₁₁, а₂₂, ..., а_тm называются диагональными и образуют главную диагональ квадратной матрицы. Квадратная матрица называется треугольной, если равны нулю все ее элементы, расположенные ниже (выше) главной диагонали. Квадратная матрица называется диагональной, если равны нулю все ее элементы, расположенные вне главной диагонали. Диагональная матрица, у которой все диагональные элементы равны единице, называется единичной и обозначается буквой Е. Матричная форма записи. AX=B. Определитель. О. Определитель-квадратной матрицы 2 порядка наз число а11*а22-а12*а21. опр n порядка-а11*А11+а12*А12+..а1nА1n, где F-минор. Св-ва: 1) |А^Т|=|А| 2)if поменять местами 2 строки поменяется только знак 3)опр у d 2 строки =, опр=0 4)общий множитель строки можно вынести за знак определителя. 5)if эл строки =0, опр=0 6)if эл строки пропорциональны эл др строки, опр=0 7)if эл к-л стр представлены в виде 2 слагаемых, то определ может быть в виде суммы 2 соответствущ опр 8)опр не измен if к жл к-л строки прибавить соотв эл любой др строки, умноженное на 1 число 9)опр треугольн матр=произвед эл, располож на гл диагонали 10)опр произвед 2 кв матр =произвед их опред: |АВ|=|А||В|=|ВА|. Обратная матрица. Матрица А^-1 наз обратной if вып равенство: А^-1А=АА^-1=Е, Е-единичная матрица. Т. Обр матр существует когда она невырождена, т.е ≠0 Д. предположим А имеет обратную матр, но опр F=0, тогда |А^-1А|=|Е|=1, f с др стороны |A^-1A|=|A^-1||A|=|A^-1|*0=0, мы пришли к противоречию. Ранг матрицы наз число = наибольшему из порядков отличных от нуля миноров этой матрицы. Обозначается r(A) Т ранг матрицы не изменяется при элементарных преобразованиях матрицы. Ранг матрицы числу ненулевых строк матрицы после ее привдения к треугольному или трапецивидному виду. Т(Кронекер-капелли) система линейных уравнений совместа тогда и только тогда, когда ранг матрицы системы = рангу расширенной матрицы системы, т.е. r(A)=r(неA) Критерий существования нетривиальных решении. 1)однородная система линейных уравнений имеет единственное решение V ранг матрицы системы = числу неизвестных r(A)=n; 2)однородная система имеет хотя бы 1 нетривиальное значение. Линейные операции над векторами. 1)произведением вектора а на число t наз вектор ta, направление d совпадает с направлением вектора а, if t>0, и противоположное if t<0 Т. Не0 векторы а и в коллинеарны V, if сущ число t, такое что а=tв Д. if векторы а и в коллинеарны, то имея общую они будут иметь и общую линию действияèt=|а|/|в| or -|а|/|в| в зависимости сонаправлены векторы or нет. Единственность t очевидна: при умножении вектора в на разн числа получаются разл векторы. О. суммой а+в векторов наз диагональ треугольника or пар-мма. Св-ва 1)a+b=b+a 2)(a+b)+c= a+(b+c) 3)a+0=a 4) a+(-a)=0 5)1*a=a 6)λ(μ*a)=(λ*μ)*a; 7) (λ+μ)*a=λ*a+μ*a 8) λ(a+b)=λa+ λb. В математике принято называть линейным (или векторным пространством всякое множество, если 1) на элементах множества определены две операции: одн; из них, называемая суммой элементов, любым двум элемеитам мно жества ставит в соответствие по некоторому правилу третий элемен' этого множества, а вторая, называемая произведением на число, каж дому элементу множества и всякому числу ставит в соответстви( определенный элемент множества; 2) эти операции обладают всеми восьмью свойствами, пере численными выше. Линейная независимость и линейная зависимость векторов. О. векторы а1, а2, аn наз линейно независимыми if 0 =только их травиальная линейная комбинация О. векторы а1, а2, аn наз линейно зависимыми if сущ хотя бы 1 нетривиальная линейная комбинация этих векторов = 0. Т. Векторы а1, а2, аn будут линейно зависимыми if среди них имеется хотя бы 1 нулевой вектор. Д. Действительно, считая равными нулю коэффициенты линейной комбинации этих векторов перед ненулевыми векторами и отличными от нуля перед нулевыми векторами, получим равную нулю нетривиальную линейную комбинацию этих векторов. Т if среди векторов а1, а2, ..., ап имеется хотя бы 2 линейно-зависимых вектора, то тогда и все эти векторы будут линейно зависимыми. Д. Выделим среди рассматриваемых векторов линейно зависимые векторы и составим из них равную нулю нетривиальную линейную комбинацию. Если к ней присоединить любую тривиальную комбинацию оставшихся векторов, то получим равную нулю нетривиальную линейную комбинацию уже всех векторов. Поэтому они линейно зависимы Т. векторы а1, а2, аn линейно зависимы V 1 из них может быть разложен по оставшимся векторам. Единственность разложения вектора по базису. Д. Предположим что это не так и возможны 2 разных разложения вектора а по базису ē1,ē2, ēn. Пусть ā=а1 ē1+…+an* ēn ā=b1 ē1+…+bn* ēn è(a1-b1) ē1+…+(an-bn)ēn=0 Векторы базиса по определению линейно независимы, поэтому нулю может равняться только их тривиальная линейная комбинация, то есть все её коэффициенты должны быть нулями. Это возможно только в том случае, если a1=b1…an=bn. Значит неверно предположение о том, что разложение вектора по базису не единственно. Углом между двумя векторами будем называть тот угол между ними, который не превосходит П. Прямую линию с заданным на ней направлением называют осью. Обычно ось задается вектором, с линией действия и направле­нием которого она совпадает. Ось, задаваемую вектором а, будем называть осью а. Пусть произвольно заданы вектор АВ и ось b. Обозначим буквами А` и В' основания перпендикуляров, опущенных на ось b соответственно из точек А и В. Проекцией вектора АВ на ось b(символическое обозначение пр_b АВ) называют число, равное |А'В'|, если направления вектора А'В' и оси b совпадают и равное - |А'В'|, если эти направления противоположны. Проекцию вектора а на ось, определяемую вектором b, будем называть проекцией вектора а на вектор b. Cв-ва: 1. пр_ва - а •соs α, где α - угол между векторами а и b ;2. пр_ва не зависит от b ; 3. декартовы координаты вектора равны проекциям этого век­тора на соответствующие базисные вектора i, j, k. Скалярное произведение векторов. Наз число= произвед длин эти векторов на cоs угла между ними