From 46a7fcafe26cb0efa778b3a171085cd3836995fa Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Remizov_Kirill Date: Thu, 20 Jun 2024 22:05:20 +0300 Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?=D0=9F=D0=BE=D0=BB=D0=BD=D0=BE=D1=86=D0=B5?= =?UTF-8?q?=D0=BD=D0=BD=D0=BE=20=D0=B3=D0=BE=D1=82=D0=BE=D0=B2=20=D0=92?= =?UTF-8?q?=D1=82=D0=BE=D1=80=D0=BE=D0=B9=20=D0=B1=D0=BB=D0=BE=D0=BA=20?= =?UTF-8?q?=D0=B1=D0=B8=D0=BB=D0=B5=D1=82=D0=BE=D0=B2?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/1.md | 46 ++++++ 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/10.md | 134 ++++++++++++++++ 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/2.md | 52 ++++++ 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/3.md | 79 +++++++++ 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/4.md | 67 ++++++++ 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/5.md | 140 ++++++++++++++++ 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/6.md | 81 ++++++++++ 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/7.md | 97 +++++++++++ 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/8.md | 150 ++++++++++++++++++ 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/9.md | 124 +++++++++++++++ 1 курс/2 семестр/Вышмат/Вопросы.md | 20 +-- 11 files changed, 980 insertions(+), 10 deletions(-) create mode 100644 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/1.md create mode 100644 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/10.md create mode 100644 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/2.md create mode 100644 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/3.md create mode 100644 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/4.md create mode 100644 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/5.md create mode 100644 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/6.md create mode 100644 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/7.md create mode 100644 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/8.md create mode 100644 1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/9.md diff --git a/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/1.md b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/1.md new file mode 100644 index 0000000..6f4ab10 --- /dev/null +++ b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/1.md @@ -0,0 +1,46 @@ +>Понятие функции двух переменных: + +Определение: + +Функцией двух переменных называется отображение, которое каждой паре значений $(x, y)$ из некоторого подмножества $D$ плоскости $R^2$ ставит в соответствие некоторое число $z$. Это число обозначается $z = f(x, y)$ и называется значением функции $f$ в точке $(x, y)$. Множество $D$ называется областью определения функции $f$. + + +$f: D \subseteq \mathbb{R}^2 \rightarrow \mathbb{R}, \quad (x, y) \mapsto z = f(x, y)$ + + +Примеры: + +1. $f(x, y) = x^2 + y^2$ +2. $f(x, y) = \sin(x + y)$ +3. $f(x, y) = xy^2 + 3x - 2y$ + +График функции двух переменных: + +Графиком функции $z = f(x, y)$ называется множество всех точек $(x, y, z)$ в пространстве $R^3$, координаты которых удовлетворяют уравнению $z = f(x, y)$. + + + +$G_f = \{(x, y, z) \in \mathbb{R}^3 \mid z = f(x, y), (x, y) \in D \}$ + +Область определения: + +Областью определения функции $f(x, y)$ называется множество всех таких пар $(x, y)$, для которых существует значение функции $f(x, y)$. + + +$D_f = \{(x, y) \in \mathbb{R}^2 \mid \exists f(x, y) \}$ + +Примеры областей определения: + +1. $f(x, y) = \sqrt{x^2 - y^2}$ + +Областью определения этой функции будет множество всех таких пар $(x, y)$, для которых $x^2 - y^2 \geq 0$. В LATEX это выглядит так: + + +$D_f = \{(x, y) \in \mathbb{R}^2 \mid x^2 - y^2 \geq 0 \}$ + +2. $f(x, y) = \ln(x + y)$ + +Областью определения этой функции будет множество всех таких пар $(x, y)$, для которых $x + y > 0$. В LATEX это выглядит так: + + +$D_f = \{(x, y) \in \mathbb{R}^2 \mid x + y > 0 \}$ diff --git a/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/10.md b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/10.md new file mode 100644 index 0000000..ed75c8b --- /dev/null +++ b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/10.md @@ -0,0 +1,134 @@ +>Определение экстремума функции двух переменных. Необходимое условие экстремума. Достаточное условие экстремума: + +Определение: + +Пусть $z = f(x, y)$ - функция двух переменных, заданная в некоторой области $D$. Точка $(x_0, y_0)$ из области $D$ называется точкой экстремума функции $f(x, y)$, если существует такая окрестность $U$ точки $(x_0, y_0)$, что для всех точек $(x, y)$ из этой окрестности выполняется одно из следующих условий: + +1. $f(x_0, y_0) \leq f(x, y)$ для всех $(x, y) \in U$ - точка $(x_0, y_0)$ называется точкой минимума функции $f(x, y)$; + +2. $f(x_0, y_0) \geq f(x, y)$ для всех $(x, y) \in U$ - точка $(x_0, y_0)$ называется точкой максимума функции $f(x, y)$. + +Если в некоторой окрестности точки $(x_0, y_0)$ выполняется одно из этих условий, но не выполняется другое, то точка $(x_0, y_0)$ называется точкой седловой точки функции $f(x, y)$. + +Необходимое условие экстремума: + +Теорема. Если точка $(x_0, y_0)$ является точкой экстремума функции $f(x, y)$, то необходимо, чтобы выполнялись следующие условия: + +1. $f'_x(x_0, y_0) = 0$; + +2. $f'_y(x_0, y_0) = 0$. + +$$ +f'_x(x_0, y_0) = 0, \quad f'_y(x_0, y_0) = 0 +$$ + +Замечание: + +Эти условия называются условиями первого порядка. Если они выполняются, то точка $(x_0, y_0)$ называется стационарной точкой функции $f(x, y)$. + +Достаточное условие экстремума: + +Теорема. Пусть точка $(x_0, y_0)$ является стационарной точкой функции $f(x, y)$, т.е. выполняются условия первого порядка: + +$$ +f'_x(x_0, y_0) = 0, \quad f'_y(x_0, y_0) = 0 +$$ + +Тогда: + +1. Если $f''_xx(x_0, y_0) > 0$ и $D = f''_xx(x_0, y_0)f''_yy(x_0, y_0) - f''_xy(x_0, y_0)^2 > 0$, то точка $(x_0, y_0)$ является точкой минимума функции $f(x, y)$. + +2. Если $f''_xx(x_0, y_0) < 0$ и $D = f''_xx(x_0, y_0)f''_yy(x_0, y_0) - f''_xy(x_0, y_0)^2 > 0$, то точка $(x_0, y_0)$ является точкой максимума функции $f(x, y)$. + +3. Если $D = f''_xx(x_0, y_0)f''_yy(x_0, y_0) - f''_xy(x_0, y_0)^2 < 0$, то точка $(x_0, y_0)$ является седловой точкой функции $f(x, y)$. + +4. Если $D = f''_xx(x_0, y_0)f''_yy(x_0, y_0) - f''_xy(x_0, y_0)^2 = 0$, то достаточного условия экстремума нет. + + +Примеры: + +1. Найти экстремумы функции $f(x, y) = x^2 + y^2 - 2x - 4y + 5$. + +Решение: + +Найдем частные производные первого порядка: + +$$ +f'_x(x, y) = 2x - 2, \quad f'_y(x, y) = 2y - 4 +$$ + +Найдем стационарные точки, решив систему уравнений: + +$$ +\begin{cases} +2x - 2 = 0, \\ +2y - 4 = 0 +\end{cases} +$$ + +Получим точку $(1, 2)$. + +Найдем частные производные второго порядка: + +$$ +f''\_xx(x, y) = 2, \quad f''\_yy(x, y) = 2, \quad f''\_xy(x, y) = 0 +$$ + +Вычислим определитель матрицы Гессе: + +$$ +D = f''\_xx(1, 2)f''\_yy(1, 2) - f''\_xy(1, 2)^2 = 2 \cdot 2 - 0^2 = 4 > 0 +$$ + +Так как $f''\_xx(1, 2) > 0$, то точка $(1, 2)$ является точкой минимума функции $f(x, y)$. + +Ответ: Точка $(1, 2)$ - точка минимума функции $f(x, y) = x^2 + y^2 - 2x - 4y + 5$. + +2. Найти экстремумы функции $f(x, y) = x^2 - y^2 + 2x + 4y - 5$. + +Решение: + +Найдем частные производные первого порядка: + +$$ +f'_x(x, y) = 2x + 2, \quad f'_y(x, y) = -2y + 4 +$$ + +Найдем стационарные точки, решив систему уравнений: + +$$ +\begin{cases} +2x + 2 = 0, \\ +-2y + 4 = 0 +\end{cases} +$$ + +Получим точку $(-1, 2)$. + +Найдем частные производные второго порядка: + +$$ +f''\_xx(x, y) = 2, \quad f''\_yy(x, y) = -2, \quad f''\_xy(x, y) = 0 +$$ + +Вычислим определитель матрицы Гессе: + +$$ +D = f''\_xx(-1, 2)f''\_yy(-1, 2) - f''\_xy(-1, 2)^2 = 2 \cdot (-2) - 0^2 = -4 < 0 +$$ + +Так как $D < 0$, то точка $(-1, 2)$ является седловой точкой функции $f(x, y)$. + +Ответ: Точка $(-1, 2)$ - седловая точка функции $f(x, y) = x^2 - y^2 + 2x + 4y - 5$. + +>Матрица Гессе - это квадратная матрица второго порядка, составленная из вторых частных производных функции нескольких переменных. Она названа в честь немецкого математика Отто Гессе. +>Пусть $f(x_1, x_2, ..., x_n)$ - функция $n$ переменных, заданная в некоторой области $D$. Тогда матрицей Гессе функции $f$ называется матрица $H(f)$, составленная из вторых частных производных функции $f$: +>$$ +H(f) = +\begin{pmatrix} +\frac{\partial^2 f}{\partial x\_1^2} & \frac{\partial^2 f}{\partial x\_1 \partial x\_2} & \dots & \frac{\partial^2 f}{\partial x\_1 \partial x\_n} \ +\frac{\partial^2 f}{\partial x\_2 \partial x\_1} & \frac{\partial^2 f}{\partial x\_2^2} & \dots & \frac{\partial^2 f}{\partial x\_2 \partial x\_n} \ +\vdots & \vdots & \ddots & \vdots \ +\frac{\partial^2 f}{\partial x\_n \partial x\_1} & \frac{\partial^2 f}{\partial x\_n \partial x\_2} & \dots & \frac{\partial^2 f}{\partial x\_n^2} +\end{pmatrix} +$$ \ No newline at end of file diff --git a/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/2.md b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/2.md new file mode 100644 index 0000000..eefebdd --- /dev/null +++ b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/2.md @@ -0,0 +1,52 @@ +> Определения предела функции двух переменных: + +Предел функции одной переменной определяется как значение, к которому функция стремится при приближении аргумента к некоторому значению. В случае функции двух переменных, предел определяется как значение, к которому функция стремится при приближении пары аргументов $(x, y)$ к некоторой точке $(x_0, y_0)$. + +Определение: + +Пусть $f(x, y)$ - функция двух переменных, заданная в некоторой окрестности точки $(x_0, y_0)$, кроме самой этой точки. Говорят, что функция $f(x, y)$ имеет предел $A$ при $(x, y) \rightarrow (x_0, y_0)$, если для любого $\epsilon > 0$ существует $\delta > 0$ такое, что для всех $(x, y)$ из окрестности точки $(x_0, y_0)$, удовлетворяющих неравенству $0 < \sqrt{(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2} < \delta$, выполняется неравенство $|f(x, y) - A| < \epsilon$. + +$\forall \epsilon > 0 \quad \exists \delta > 0 \quad \forall (x, y) \in D \quad 0 < \sqrt{(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2} < \delta \Rightarrow |f(x, y) - A| < \epsilon$ + +Замечание: + +Знак $\sqrt{(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2}$ называется расстоянием между точками $(x, y)$ и $(x_0, y_0)$. + +Примеры: + +1. Найти предел функции $f(x, y) = \frac{x^2 + y^2}{x^2 - y^2}$ при $(x, y) \rightarrow (0, 0)$. + +Решение: + +Заметим, что функция $f(x, y)$ не определена в точке $(0, 0)$. Поэтому мы должны найти предел функции при приближении к этой точке. Для этого рассмотрим полярные координаты: $x = r \cos \theta$, $y = r \sin \theta$. Тогда $f(x, y) = \frac{r^2}{r^2 \cos 2\theta} = \frac{1}{\cos 2\theta}$. При $(x, y) \rightarrow (0, 0)$ имеем $r \rightarrow 0$. Но при $r \rightarrow 0$ функция $f(x, y)$ не имеет предела, так как знаменатель стремится к нулю при $\theta = \frac{\pi}{4} + \frac{\pi}{2}k$, где $k \in \mathbb{Z}$. + +Поэтому предел функции $f(x, y) = \frac{x^2 + y^2}{x^2 - y^2}$ при $(x, y) \rightarrow (0, 0)$ не существует. + +2. Найти предел функции $f(x, y) = \frac{x^2 y}{x^4 + y^2}$ при $(x, y) \rightarrow (0, 0)$. + +Решение: + +Заметим, что функция $f(x, y)$ определена в точке $(0, 0)$ и равна нулю. Поэтому мы должны найти предел функции при приближении к этой точке. Для этого рассмотрим полярные координаты: $x = r \cos \theta$, $y = r \sin \theta$. Тогда $f(x, y) = \frac{r^3 \cos^2 \theta \sin \theta}{r^4 \cos^4 \theta + r^2 \sin^2 \theta} = \frac{r \cos^2 \theta \sin \theta}{r^2 \cos^4 \theta + \sin^2 \theta}$. При $(x, y) \rightarrow (0, 0)$ имеем $r \rightarrow 0$. Но при $r \rightarrow 0$ функция $f(x, y)$ стремится к нулю, так как $r$ в числителе имеет степень выше, чем в знаменателе. + +Поэтому предел функции $f(x, y) = \frac{x^2 y}{x^4 + y^2}$ при $(x, y) \rightarrow (0, 0)$ равен нулю. + +Замечание: + +Метод приведения декартовых координат к полярным состоит в следующем: + +1. Вычислить радиус-вектор точки $r$ по формуле: + +$$r = \sqrt{x^2 + y^2}$$ + +2. Вычислить угол $\theta$ между положительным направлением горизонтальной оси и радиус-вектором точки по формуле: + +$$ +\theta = \begin{cases} +\arctan\left(\frac{y}{x}\right), & \text{если } x > 0, \\ +\arctan\left(\frac{y}{x}\right) + \pi, & \text{если } x < 0, y \geq 0, \\ +\arctan\left(\frac{y}{x}\right) - \pi, & \text{если } x < 0, y < 0, \\ +\frac{\pi}{2}, & \text{если } x = 0, y > 0, \\ +-\frac{\pi}{2}, & \text{если } x = 0, y < 0, \\ +\text{не определено}, & \text{если } x = 0, y = 0. +\end{cases} +$$ \ No newline at end of file diff --git a/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/3.md b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/3.md new file mode 100644 index 0000000..4faca8f --- /dev/null +++ b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/3.md @@ -0,0 +1,79 @@ +> Арифметические свойства предела функции двух переменных + +Арифметические свойства предела функции двух переменных: + +1. Сумма пределов равна пределу суммы: + +$$ +\lim_{(x, y) \rightarrow (x_0, y_0)} (f(x, y) + g(x, y)) = \lim_{(x, y) \rightarrow (x_0, y_0)} f(x, y) + \lim_{(x, y) \rightarrow (x_0, y_0)} g(x, y) +$$ + +2. Произведение пределов равно пределу произведения: + +$$ +\lim_{(x, y) \rightarrow (x_0, y_0)} (f(x, y) \cdot g(x, y)) = \lim_{(x, y) \rightarrow (x_0, y_0)} f(x, y) \cdot \lim_{(x, y) \rightarrow (x_0, y_0)} g(x, y) +$$ + +3. Частное пределов равно пределу частного (при условии, что предел знаменателя не равен нулю): + +$$ +\lim_{(x, y) \rightarrow (x_0, y_0)} \frac{f(x, y)}{g(x, y)} = \frac{\lim_{(x, y) \rightarrow (x_0, y_0)} f(x, y)}{\lim_{(x, y) \rightarrow (x_0, y_0)} g(x, y)} +$$ + +4. Предел степени равен степени предела (при условии, что предел основания положителен): + +$$ +\lim_{(x, y) \rightarrow (x_0, y_0)} (f(x, y))^n = (\lim_{(x, y) \rightarrow (x_0, y_0)} f(x, y))^n +$$ + +5. Предел корня равен корню предела (при условии, что предел подкоренного выражения неотрицателен): + +$$ +\lim_{(x, y) \rightarrow (x_0, y_0)} \sqrt[n]{f(x, y)} = \sqrt[n]{\lim_{(x, y) \rightarrow (x_0, y_0)} f(x, y)} +$$ + +Примеры: + +1. Найти предел функции $f(x, y) = \frac{x^2 + y^2}{x^2 - y^2} + \frac{x^2 - y^2}{x^2 + y^2}$ при $(x, y) \rightarrow (0, 0)$. + +Решение: + +Заметим, что функция $f(x, y)$ не определена в точке $(0, 0)$. Поэтому мы должны найти предел функции при приближении к этой точке. Для этого воспользуемся арифметическими свойствами предела функции двух переменных: + +$$ +\lim_{(x, y) \rightarrow (0, 0)} f(x, y) = \lim_{(x, y) \rightarrow (0, 0)} \frac{x^2 + y^2}{x^2 - y^2} + \lim_{(x, y) \rightarrow (0, 0)} \frac{x^2 - y^2}{x^2 + y^2} +$$ + +Воспользуемся полярными координатами: $x = r \cos \theta$, $y = r \sin \theta$. Тогда + +$$ +\lim_{(x, y) \rightarrow (0, 0)} \frac{x^2 + y^2}{x^2 - y^2} = \lim_{r \rightarrow 0} \frac{r^2}{r^2 \cos 2\theta} = \lim_{r \rightarrow 0} \frac{1}{\cos 2\theta} +$$ + +$$ +\lim_{(x, y) \rightarrow (0, 0)} \frac{x^2 - y^2}{x^2 + y^2} = \lim_{r \rightarrow 0} \frac{r^2 \cos 2\theta}{r^2} = \lim_{r \rightarrow 0} \cos 2\theta +$$ + +Так как $\cos 2\theta$ - ограниченная функция, то предел $\lim_{r \rightarrow 0} \cos 2\theta$ не существует. Значит, предел $\lim_{(x, y) \rightarrow (0, 0)} f(x, y)$ также не существует. + +2. Найти предел функции $f(x, y) = \frac{x^2 y}{x^4 + y^2} + \frac{x y^2}{x^2 + y^4}$ при $(x, y) \rightarrow (0, 0)$. + +Решение: + +Заметим, что функция $f(x, y)$ определена в точке $(0, 0)$ и равна нулю. Поэтому мы должны найти предел функции при приближении к этой точке. Для этого воспользуемся арифметическими свойствами предела функции двух переменных: + +$$ +\lim_{(x, y) \rightarrow (0, 0)} f(x, y) = \lim_{(x, y) \rightarrow (0, 0)} \frac{x^2 y}{x^4 + y^2} + \lim_{(x, y) \rightarrow (0, 0)} \frac{x y^2}{x^2 + y^4} +$$ + +Воспользуемся полярными координатами: $x = r \cos \theta$, $y = r \sin \theta$. Тогда + +$$ +\lim_{(x, y) \rightarrow (0, 0)} \frac{x^2 y}{x^4 + y^2} = \lim_{r \rightarrow 0} \frac{r^3 \cos^2 \theta \sin \theta}{r^4 \cos^4 \theta + r^2 \sin^2 \theta} = \lim_{r \rightarrow 0} \frac{r \cos^2 \theta \sin \theta}{r^2 \cos^4 \theta + \sin^2 \theta} = 0 +$$ + +$$ +\lim_{(x, y) \rightarrow (0, 0)} \frac{x y^2}{x^2 + y^4} = \lim_{r \rightarrow 0} \frac{r^3 \cos \theta \sin^2 \theta}{r^2 \cos^2 \theta + r^4 \sin^4 \theta} = \lim_{r \rightarrow 0} \frac{r \cos \theta \sin^2 \theta}{r^2 \cos^2 \theta + r^4 \sin^4 \theta} = 0 +$$ + +Так как оба предела равны нулю, то предел $\lim_{(x, y) \rightarrow (0, 0)} f(x, y)$ также равен нулю. \ No newline at end of file diff --git a/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/4.md b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/4.md new file mode 100644 index 0000000..0ad87c3 --- /dev/null +++ b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/4.md @@ -0,0 +1,67 @@ +> Определение функции двух переменных, непрерывной в точке. Арифметические свойства непрерывных функций двух переменных. + +Определение: + +Функция $f(x, y)$ называется непрерывной в точке $(x_0, y_0)$, если для любого $\epsilon > 0$ существует $\delta > 0$ такое, что для всех $(x, y)$ из окрестности точки $(x_0, y_0)$, удовлетворяющих неравенству $0 < \sqrt{(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2} < \delta$, выполняется неравенство $|f(x, y) - f(x_0, y_0)| < \epsilon$. + +В LATEX это выглядит так: + +$$ +\forall \epsilon > 0 \quad \exists \delta > 0 \quad \forall (x, y) \in D \quad 0 < \sqrt{(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2} < \delta \Rightarrow |f(x, y) - f(x_0, y_0)| < \epsilon +$$ + +Замечание: + +Если функция $f(x, y)$ непрерывна в точке $(x\_0, y\_0)$, то ее значение в этой точке равно пределу функции при приближении к этой точке. + +Арифметические свойства непрерывных функций двух переменных: + +1. Сумма непрерывных функций является непрерывной функцией: + +$$ +f(x, y) \text{ и } g(x, y) \text{ непрерывны в точке } (x_0, y_0) \Rightarrow f(x, y) + g(x, y) \text{ непрерывна в точке } (x_0, y_0) +$$ + +2. Произведение непрерывных функций является непрерывной функцией: + +$$ +f(x, y) \text{ и } g(x, y) \text{ непрерывны в точке } (x_0, y_0) \Rightarrow f(x, y) \cdot g(x, y) \text{ непрерывна в точке } (x_0, y_0) +$$ + +3. Частное непрерывных функций является непрерывной функцией (при условии, что знаменатель не равен нулю в некоторой окрестности точки $(x_0, y_0)$): + +$$ +f(x, y) \text{ и } g(x, y) \text{ непрерывны в точке } (x_0, y_0), g(x, y) \neq 0 \text{ в некоторой окрестности точки } (x_0, y_0) \Rightarrow \frac{f(x, y)}{g(x, y)} \text{ непрерывна в точке } (x_0, y_0) +$$ + +4. Композиция непрерывных функций является непрерывной функцией: + +$$ +f(x, y) \text{ непрерывна в точке } (x_0, y_0), g(u) \text{ непрерывна в точке } u_0 = f(x_0, y_0) \Rightarrow g(f(x, y)) \text{ непрерывна в точке } (x_0, y_0) +$$ + +Примеры: + +1. Проверить непрерывность функции $f(x, y) = x^2 + y^2$ в точке $(1, 2)$. + +Решение: + +Заметим, что функция $f(x, y) = x^2 + y^2$ определена во всех точках плоскости. Поэтому мы можем найти ее предел в точке $(1, 2)$: + +$$ +\lim_{(x, y) \rightarrow (1, 2)} (x^2 + y^2) = 1^2 + 2^2 = 5 +$$ + +Так как предел функции в точке $(1, 2)$ существует и равен ее значению в этой точке, то функция $f(x, y) = x^2 + y^2$ непрерывна в точке $(1, 2)$. + +2. Проверить непрерывность функции $f(x, y) = \frac{x^2 - y^2}{x^2 + y^2}$ в точке $(1, 1)$. + +Решение: + +Заметим, что функция $f(x, y) = \frac{x^2 - y^2}{x^2 + y^2}$ не определена в точке $(0, 0)$. Поэтому мы должны найти ее предел в точке $(1, 1)$: + +$$ +\lim_{(x, y) \rightarrow (1, 1)} \frac{x^2 - y^2}{x^2 + y^2} = \frac{1^2 - 1^2}{1^2 + 1^2} = 0 +$$ + +Так как предел функции в точке $(1, 1)$ существует и равен ее значению в этой точке, то функция $f(x, y) = \frac{x^2 - y^2}{x^2 + y^2}$ непрерывна в точке $(1, 1)$. diff --git a/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/5.md b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/5.md new file mode 100644 index 0000000..23e0c16 --- /dev/null +++ b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/5.md @@ -0,0 +1,140 @@ +> Частные производные первого порядка, дифференциал первого порядка функции двух переменных: определения, арифметические свойства: + +Определение: + +Пусть $f(x, y)$ - функция двух переменных, заданная в некоторой окрестности точки $(x_0, y_0)$. Частной производной функции $f(x, y)$ по переменной $x$ в точке $(x_0, y_0)$ называется предел: + +$$ +\lim_{\Delta x \rightarrow 0} \frac{f(x_0 + \Delta x, y_0) - f(x_0, y_0)}{\Delta x} +$$ + +Обозначается она следующим образом: + +$$ +f'_x(x_0, y_0) \text{ или } \frac{\partial f}{\partial x}(x_0, y_0) +$$ + +Аналогично определяется частная производная функции $f(x, y)$ по переменной $y$ в точке $(x_0, y_0)$: + +$$ +\lim_{\Delta y \rightarrow 0} \frac{f(x_0, y_0 + \Delta y) - f(x_0, y_0)}{\Delta y} +$$ + +Обозначается она следующим образом: + +$$ +f'_y(x_0, y_0) \text{ или } \frac{\partial f}{\partial y}(x_0, y_0) +$$ + +Дифференциалом первого порядка функции $f(x, y)$ в точке $(x\_0, y\_0)$ называется линейная функция $\Delta z = f'_x(x_0, y_0) \Delta x + f'_y(x_0, y_0) \Delta y$, где $\Delta x$ и $\Delta y$ - приращения переменных $x$ и $y$ соответственно. + +$$ +\Delta z = f'_x(x_0, y_0) \Delta x + f'_y(x_0, y_0) \Delta y +$$ + +Арифметические свойства частных производных и дифференциала: + +1. Линейность частных производных: + +$$ +(kf(x, y))'_x = kf'_x(x, y), \quad (kf(x, y))'_y = kf'_y(x, y) +$$ + +$$ +(f(x, y) \pm g(x, y))'_x = f'_x(x, y) \pm g'_x(x, y), \quad (f(x, y) \pm g(x, y))'_y = f'_y(x, y) \pm g'_y(x, y) +$$ + +2. Произведение функций: + +$$ +(f(x, y) \cdot g(x, y))'_x = f'_x(x, y) \cdot g(x, y) + f(x, y) \cdot g'_x(x, y) +$$ + +$$ +(f(x, y) \cdot g(x, y))'_y = f'_y(x, y) \cdot g(x, y) + f(x, y) \cdot g'_y(x, y) +$$ + +3. Частное функций: + +$$ +\left(\frac{f(x, y)}{g(x, y)}\right)'_x = \frac{f'_x(x, y) \cdot g(x, y) - f(x, y) \cdot g'_x(x, y)}{g^2(x, y)} +$$ + +$$ +\left(\frac{f(x, y)}{g(x, y)}\right)'_y = \frac{f'_y(x, y) \cdot g(x, y) - f(x, y) \cdot g'_y(x, y)}{g^2(x, y)} +$$ + +4. Дифференциал суммы функций равен сумме дифференциалов: + +$$ +\Delta(f(x, y) + g(x, y)) = \Delta f(x, y) + \Delta g(x, y) +$$ + +5. Дифференциал произведения функций равен сумме произведений функций на дифференциалы: + +$$ +\Delta(f(x, y) \cdot g(x, y)) = f(x, y) \cdot \Delta g(x, y) + g(x, y) \cdot \Delta f(x, y) +$$ + +6. Дифференциал частного функций равен частному от разности произведений функций на дифференциалы на квадрат знаменателя: + +$$ +\Delta\left(\frac{f(x, y)}{g(x, y)}\right) = \frac{g(x, y) \cdot \Delta f(x, y) - f(x, y) \cdot \Delta g(x, y)}{g^2(x, y)} +$$ + +Примеры: + +1. Найти частные производные функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$ в точке $(1, 2)$. + +Решение: + +Найдем частную производную по переменной $x$: + +$$ +f'_x(x, y) = 2xy + 3y^2 +$$ + +Подставим значения $x = 1$ и $y = 2$: + +$$ +f'_x(1, 2) = 2 \cdot 1 \cdot 2 + 3 \cdot 2^2 = 16 +$$ + +Найдем частную производную по переменной $y$: + +$$ +f'_y(x, y) = x^2 + 6xy +$$ + +Подставим значения $x = 1$ и $y = 2$: + +$$ +f'_y(1, 2) = 1^2 + 6 \cdot 1 \cdot 2 = 13 +$$ + +Ответ: $f'_x(1, 2) = 16$, $f'_y(1, 2) = 13$. + +2. Найти дифференциал функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$ в точке $(1, 2)$. + +Решение: + +Найдем частные производные функции: + +$$ +f'_x(x, y) = 2xy + 3y^2, \quad f'_y(x, y) = x^2 + 6xy +$$ + +Подставим значения $x = 1$ и $y = 2$: + +$$ +f'_x(1, 2) = 16, \quad f'_y(1, 2) = 13 +$$ + +Найдем дифференциал функции: + +$$ +\Delta z = f'_x(1, 2) \Delta x + f'_y(1, 2) \Delta y = 16 \Delta x + 13 \Delta y +$$ + +Ответ: $\Delta z = 16 \Delta x + 13 \Delta y$. + diff --git a/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/6.md b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/6.md new file mode 100644 index 0000000..819b906 --- /dev/null +++ b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/6.md @@ -0,0 +1,81 @@ +>Уравнение касательной плоскости к поверхности: + +Определение: + +Пусть $z = f(x, y)$ - поверхность, заданная в некоторой окрестности точки $(x_0, y_0, z_0)$, где $z_0 = f(x_0, y_0)$. Касательной плоскостью к поверхности $z = f(x, y)$ в точке $(x_0, y_0, z_0)$ называется плоскость, проходящая через точку $(x_0, y_0, z_0)$ и имеющая направленный вектор, перпендикулярный вектору нормали к поверхности $z = f(x, y)$ в точке $(x_0, y_0, z_0)$. + +Вектор нормали к поверхности $z = f(x, y)$ в точке $(x_0, y_0, z_0)$ можно найти по формуле: + +$$ +\mathbf{n} = \left(f'_x(x_0, y_0), f'_y(x_0, y_0), -1\right) +$$ + +Уравнение касательной плоскости к поверхности $z = f(x, y)$ в точке $(x_0, y_0, z_0)$ можно записать в следующем виде: + +$$ +(x - x_0)f'_x(x_0, y_0) + (y - y_0)f'_y(x_0, y_0) - (z - z_0) = 0 +$$ + +Примеры: + +1. Найти уравнение касательной плоскости к поверхности $z = x^2 + y^2$ в точке $(1, 2, 5)$. + +Решение: + +Найдем частные производные функции $z = x^2 + y^2$: + +$$ +f'_x(x, y) = 2x, \quad f'_y(x, y) = 2y +$$ + +Подставим значения $x = 1$ и $y = 2$: + +$$ +f'_x(1, 2) = 2, \quad f'_y(1, 2) = 4 +$$ + +Найдем вектор нормали к поверхности $z = x^2 + y^2$ в точке $(1, 2, 5)$: + +$$ +\mathbf{n} = \left(f'_x(1, 2), f'_y(1, 2), -1\right) = \left(2, 4, -1\right) +$$ + +Найдем уравнение касательной плоскости к поверхности $z = x^2 + y^2$ в точке $(1, 2, 5)$: + +$$ +(x - 1) \cdot 2 + (y - 2) \cdot 4 - (z - 5) = 0 +$$ + +Раскроем скобки и приведем уравнение к каноническому виду: + +$$ +2x + 4y - z = 3 +$$ + +Ответ: $2x + 4y - z = 3$. + +2. Найти уравнение касательной плоскости к поверхности $z = \sin(x + y)$ в точке $(\pi/4, \pi/4, 1)$. + +Решение: + +Найдем частные производные функции $z = \sin(x + y)$: + +$$ +f'_x(x, y) = \cos(x + y), \quad f'_y(x, y) = \cos(x + y) +$$ + +Подставим значения $x = \pi/4$ и $y = \pi/4$: + +$$ +f'_x(\pi/4, \pi/4) = \cos(\pi/2) = 0, \quad f'_y(\pi/4, \pi/4) = \cos(\pi/2) = 0 +$$ + +Заметим, что частные производные функции $z = \sin(x + y)$ в точке $(\pi/4, \pi/4, 1)$ равны нулю. Это означает, что касательная плоскость к поверхности $z = \sin(x + y)$ в точке $(\pi/4, \pi/4, 1)$ горизонтальна. + +Найдем уравнение касательной плоскости к поверхности $z = \sin(x + y)$ в точке $(\pi/4, \pi/4, 1)$: + +$$ +z = 1 +$$ + +Ответ: $z = 1$. diff --git a/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/7.md b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/7.md new file mode 100644 index 0000000..832be68 --- /dev/null +++ b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/7.md @@ -0,0 +1,97 @@ +>Производная по направлению. Градиент: + +Определение: + +Пусть $z = f(x, y)$ - функция двух переменных, заданная в некоторой окрестности точки $(x_0, y_0)$. Производной функции $f(x, y)$ по направлению вектора $\mathbf{l} = (l_1, l_2)$ в точке $(x_0, y_0)$ называется предел: + +$$ +\lim_{t \rightarrow 0} \frac{f(x_0 + tl_1, y_0 + tl_2) - f(x_0, y_0)}{t} +$$ + +Обозначается она следующим образом: + +$$ +\frac{df}{dt}(x_0, y_0) \text{ или } \nabla f(x_0, y_0) \cdot \mathbf{l} +$$ + +Градиентом функции $f(x, y)$ в точке $(x_0, y_0)$ называется вектор, составленный из частных производных функции $f(x, y)$ по переменным $x$ и $y$ в точке $(x_0, y_0)$: + +$$ +\nabla f(x_0, y_0) = \left(f'_x(x_0, y_0), f'_y(x_0, y_0)\right) +$$ + +Свойства производной по направлению и градиента: + +1. Линейность производной по направлению: + +$$ +\frac{d(kf(x, y))}{dt} = k\frac{df(x, y)}{dt}, \quad \frac{d(f(x, y) \pm g(x, y))}{dt} = \frac{df(x, y)}{dt} \pm \frac{dg(x, y)}{dt} +$$ + +2. Произведение функций: + +$$ +\frac{d(f(x, y) \cdot g(x, y))}{dt} = f(x, y) \cdot \frac{dg(x, y)}{dt} + g(x, y) \cdot \frac{df(x, y)}{dt} +$$ + +3. Частное функций: + +$$ +\frac{d\left(\frac{f(x, y)}{g(x, y)}\right)}{dt} = \frac{g(x, y) \cdot \frac{df(x, y)}{dt} - f(x, y) \cdot \frac{dg(x, y)}{dt}}{g^2(x, y)} +$$ + +4. Связь производной по направлению и градиента: + +$$ +\frac{df}{dt}(x_0, y_0) = \nabla f(x_0, y_0) \cdot \mathbf{l} +$$ + +5. Направление максимального увеличения функции: + +Направление максимального увеличения функции $f(x, y)$ в точке $(x_0, y_0)$ задается вектором градиента $\nabla f(x_0, y_0)$. + +Примеры: + +1. Найти производную функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$ по направлению вектора $\mathbf{l} = (2, 3)$ в точке $(1, 2)$. + +Решение: + +Найдем частные производные функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$: + +$$ +f'_x(x, y) = 2xy + 3y^2, \quad f'_y(x, y) = x^2 + 6xy +$$ + +Подставим значения $x = 1$ и $y = 2$: + +$$ +f'_x(1, 2) = 16, \quad f'_y(1, 2) = 13 +$$ + +Найдем вектор градиента функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$ в точке $(1, 2)$: + +$$ +\nabla f(1, 2) = \left(f'_x(1, 2), f'_y(1, 2)\right) = \left(16, 13\right) +$$ + +Найдем производную функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$ по направлению вектора $\mathbf{l} = (2, 3)$ в точке $(1, 2)$: + +$$ +\frac{df}{dt}(1, 2) = \nabla f(1, 2) \cdot \mathbf{l} = \left(16, 13\right) \cdot \left(2, 3\right) = 32 + 39 = 71 +$$ + +Ответ: $\frac{df}{dt}(1, 2) = 71$. + +2. Найти направление максимального увеличения функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$ в точке $(1, 2)$. + +Решение: + +Найдем вектор градиента функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$ в точке $(1, 2)$: + +$$ +\nabla f(1, 2) = \left(f'_x(1, 2), f'_y(1, 2)\right) = \left(16, 13\right) +$$ + +Направление максимального увеличения функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$ в точке $(1, 2)$ задается вектором градиента $\nabla f(1, 2) = \left(16, 13\right)$. + +Ответ: $\nabla f(1, 2) = \left(16, 13\right)$. diff --git a/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/8.md b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/8.md new file mode 100644 index 0000000..0630437 --- /dev/null +++ b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/8.md @@ -0,0 +1,150 @@ +>Частные производные и дифференциалы высших порядков функции двух переменных. + +Определение: + +Пусть $z = f(x, y)$ - функция двух переменных, заданная в некоторой окрестности точки $(x_0, y_0)$. Частной производной функции $f(x, y)$ по переменной $x$ в точке $(x_0, y_0)$ называется предел: + +$$ +\lim_{\Delta x \rightarrow 0} \frac{f(x_0 + \Delta x, y_0) - f(x_0, y_0)}{\Delta x} +$$ + +Обозначается она следующим образом: + +$$ +f'_x(x_0, y_0) \text{ или } \frac{\partial f}{\partial x}(x_0, y_0) +$$ + +Аналогично определяется частная производная функции $f(x, y)$ по переменной $y$ в точке $(x_0, y_0)$: + +$$ +\lim_{\Delta y \rightarrow 0} \frac{f(x_0, y_0 + \Delta y) - f(x_0, y_0)}{\Delta y} +$$ + +Обозначается она следующим образом: + +$$ +f'_y(x_0, y_0) \text{ или } \frac{\partial f}{\partial y}(x_0, y_0) +$$ + +Дифференциалом первого порядка функции $f(x, y)$ в точке $(x\_0, y\_0)$ называется линейная функция $\Delta z = f'_x(x_0, y_0) \Delta x + f'_y(x_0, y_0) \Delta y$, где $\Delta x$ и $\Delta y$ - приращения переменных $x$ и $y$ соответственно. + +$$ +\Delta z = f'_x(x_0, y_0) \Delta x + f'_y(x_0, y_0) \Delta y +$$ + +Частные производные и дифференциалы высших порядков определяются аналогично. Например, вторыми частными производными функции $f(x, y)$ называются производные от частных производных первого порядка: + +$$ +f''_{xx}(x, y) = \frac{\partial^2 f}{\partial x^2}(x, y) +\quad f''_{xy}(x, y) = \frac{\partial^2 f}{\partial y \partial x}(x, y) +\quad f''_{yx}(x, y) = \frac{\partial^2 f}{\partial x \partial y}(x, y) +\quad f''_{yy}(x, y) = \frac{\partial^2 f}{\partial y^2}(x, y) +$$ + +Свойства частных производных и дифференциалов высших порядков: + +1. Линейность частных производных: + +$$ +(kf(x, y))''_{xx} = kf''_{xx}(x, y), \quad (kf(x, y))''_{xy} = kf''_{xy}(x, y), \quad (kf(x, y))''_{yx} = kf''_{yx}(x, y), \quad (kf(x, y))''_{yy} = kf''_{yy}(x, y) +$$ + +$$ +(f(x, y) \pm g(x, y))''_{xx} = f''_{xx}(x, y) \pm g''_{xx}(x, y), \quad (f(x, y) \pm g(x, y))''_{xy} = f''_{xy}(x, y) \pm g''_{xy}(x, y) +$$ + +$$ +(f(x, y) \pm g(x, y))''_{yx} = f''_{yx}(x, y) \pm g''_{yx}(x, y), \quad (f(x, y) \pm g(x, y))''_{yy} = f''_{yy}(x, y) \pm g''_{yy}(x, y) +$$ + +2. Произведение функций: + +$$ +(f(x, y) \cdot g(x, y))''_{xx} = f''_{xx}(x, y) \cdot g(x, y) + 2f'_x(x, y) \cdot g'_x(x, y) + f(x, y) \cdot g''_{xx}(x, y) +$$ + +$$ +(f(x, y) \cdot g(x, y))''_{xy} = f''_{xy}(x, y) \cdot g(x, y) + f'_x(x, y) \cdot g'_y(x, y) + f'_y(x, y) \cdot g'_x(x, y) + f(x, y) \cdot g''_{xy}(x, y) +$$ + +$$ +(f(x, y) \cdot g(x, y))''_{yx} = f''_{yx}(x, y) \cdot g(x, y) + f'_x(x, y) \cdot g'_y(x, y) + f'_y(x, y) \cdot g'_x(x, y) + f(x, y) \cdot g''_{yx}(x, y) +$$ + +$$ +(f(x, y) \cdot g(x, y))''_{yy} = f''_{yy}(x, y) \cdot g(x, y) + 2f'_y(x, y) \cdot g'_y(x, y) + f(x, y) \cdot g''_{yy}(x, y) +$$ + +3. Частные функций: + +$$ +\left(\frac{f(x, y)}{g(x, y)}\right)''_{xx} = \frac{g(x, y) \cdot f''_{xx}(x, y) - 2f'_x(x, y) \cdot g'_x(x, y) + f(x, y) \cdot g''_{xx}(x, y)}{g^2(x, y)} +$$ + +$$ +\left(\frac{f(x, y)}{g(x, y)}\right)''_{xy} = \frac{g(x, y) \cdot f''_{xy}(x, y) - f'_x(x, y) \cdot g'_y(x, y) - f'_y(x, y) \cdot g'_x(x, y) + f(x, y) \cdot g''_{xy}(x, y)}{g^2(x, y)} +$$ + +$$ +\left(\frac{f(x, y)}{g(x, y)}\right)''_{yx} = \frac{g(x, y) \cdot f''_{yx}(x, y) - f'_x(x, y) \cdot g'_y(x, y) - f'_y(x, y) \cdot g'_x(x, y) + f(x, y) \cdot g''_{yx}(x, y)}{g^2(x, y)} +$$ + +$$ +\left(\frac{f(x, y)}{g(x, y)}\right)''_{yy} = \frac{g(x, y) \cdot f''_{yy}(x, y) - 2f'_y(x, y) \cdot g'_y(x, y) + f(x, y) \cdot g''_{yy}(x, y)}{g^2(x, y)} +$$ + +4. Смешанные производные: + +$$ +f''_{xy}(x, y) = f''_{yx}(x, y) +$$ + +Примеры: + +1. Найти частные производные второго порядка функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$. + +Решение: + +Найдем частные производные первого порядка функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$: + +$$ +f'_x(x, y) = 2xy + 3y^2, \quad f'_y(x, y) = x^2 + 6xy +$$ + +Найдем частные производные второго порядка функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$: + +$$ +f''_{xx}(x, y) = 2y, \quad f''_{xy}(x, y) = 2x + 6y, \quad f''_{yx}(x, y) = 2x + 6y, \quad f''_{yy}(x, y) = 6x +$$ + +Ответ: $f''_{xx}(x, y) = 2y, f''_{xy}(x, y) = f''_{yx}(x, y) = 2x + 6y, f''_{yy}(x, y) = 6x$. + +2. Найти дифференциал второго порядка функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$ в точке $(1, 2)$. + +Решение: + +Найдем частные производные первого порядка функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$: + +$$ +f'_x(x, y) = 2xy + 3y^2, \quad f'_y(x, y) = x^2 + 6xy +$$ + +Найдем частные производные второго порядка функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$: + +$$ +f''_{xx}(x, y) = 2y, \quad f''_{xy}(x, y) = 2x + 6y, \quad f''_{yx}(x, y) = 2x + 6y, \quad f''_{yy}(x, y) = 6x +$$ + +Подставим значения $x = 1$ и $y = 2$: + +$$ +f'_x(1, 2) = 16, \quad f'_y(1, 2) = 13, \quad f''_{xx}(1, 2) = 4, \quad f''_{xy}(1, 2) = f''_{yx}(1, 2) = 16, \quad f''_{yy}(1, 2) = 6 +$$ + +Найдем дифференциал второго порядка функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$ в точке $(1, 2)$: + +$$ +d^2z = f''_{xx}(1, 2) dx^2 + 2f''_{xy}(1, 2) dx dy + f''_{yy}(1, 2) dy^2 = 4dx^2 + 32dxdy + 6dy^2 +$$ + +Ответ: $d^2z = 4dx^2 + 32dxdy + 6dy^2$. \ No newline at end of file diff --git a/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/9.md b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/9.md new file mode 100644 index 0000000..d83df22 --- /dev/null +++ b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/9.md @@ -0,0 +1,124 @@ +>Формула Тейлора для функции двух переменных с остаточным членом в форме Пеано. + +Определение: + +Пусть $z = f(x, y)$ - функция двух переменных, заданная в некоторой окрестности точки $(x_0, y_0)$. Формула Тейлора для функции $f(x, y)$ в точке $(x_0, y_0)$ с остаточным членом в форме Пеано имеет следующий вид: + +$$ +f(x, y) = f(x_0, y_0) + f'_x(x_0, y_0)(x - x_0) + f'_y(x_0, y_0)(y - y_0) + o(\sqrt{(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2}) +$$ + +Здесь $f'_x(x_0, y_0)$ и $f'_y(x_0, y_0)$ - частные производные функции $f(x, y)$ по переменным $x$ и $y$ соответственно в точке $(x_0, y_0)$, $o(\sqrt{(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2})$ - остаточный член в форме Пеано. + +Замечание: + +Остаточный член в форме Пеано означает, что существует такая функция $\alpha(x, y)$, что: + +$$ +o(\sqrt{(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2}) = \sqrt{(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2} \cdot \alpha(x, y) +$$ + +причем $\alpha(x, y) \rightarrow 0$ при $(x, y) \rightarrow (x\_0, y\_0)$. + +Свойства формулы Тейлора: + +1. Линейность: + +$$ +(kf(x, y))'_{x} = kf'_{x}(x, y), \quad (kf(x, y))'_{y} = kf'_{y}(x, y) +$$ + +$$ +(f(x, y) \pm g(x, y))'_{x} = f'_{x}(x, y) \pm g'_{x}(x, y), \quad (f(x, y) \pm g(x, y))'_{y} = f'_{y}(x, y) \pm g'_{y}(x, y) +$$ + +2. Произведение функций: + +$$ +(f(x, y) \cdot g(x, y))'_{x} = f'_{x}(x, y) \cdot g(x, y) + f(x, y) \cdot g'_{x}(x, y) +$$ + +$$ +(f(x, y) \cdot g(x, y))'_{y} = f'_{y}(x, y) \cdot g(x, y) + f(x, y) \cdot g'_{y}(x, y) +$$ + +3. Частное функций: + +$$ +\left(\frac{f(x, y)}{g(x, y)}\right)'_{x} = \frac{f'_{x}(x, y) \cdot g(x, y) - f(x, y) \cdot g'_{x}(x, y)}{g^2(x, y)} +$$ + +$$ +\left(\frac{f(x, y)}{g(x, y)}\right)'_{y} = \frac{f'_{y}(x, y) \cdot g(x, y) - f(x, y) \cdot g'_{y}(x, y)}{g^2(x, y)} +$$ + +4. Связь между частными производными и дифференциалами: + +$$ +df = f'_x(x, y)dx + f'_y(x, y)dy +$$ + +5. Формула Тейлора для функции двух переменных с остаточным членом в форме Пеано: + +$$ +f(x, y) = f(x_0, y_0) + f'_x(x_0, y_0)(x - x_0) + f'_y(x_0, y_0)(y - y_0) + o(\sqrt{(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2}) +$$ + +Примеры: + +1. Найти частные производные первого порядка и дифференциал функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$ в точке $(1, 2)$. + +Решение: + +Найдем частные производные первого порядка функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$: + +$$ +f'_x(x, y) = 2xy + 3y^2, \quad f'_y(x, y) = x^2 + 6xy +$$ + +Подставим значения $x = 1$ и $y = 2$: + +$$ +f'_x(1, 2) = 16, \quad f'_y(1, 2) = 13 +$$ + +Найдем дифференциал функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$ в точке $(1, 2)$: + +$$ +df = f'_x(1, 2)dx + f'_y(1, 2)dy = 16dx + 13dy +$$ + +Ответ: $f'_x(1, 2) = 16, f'_y(1, 2) = 13, df = 16dx + 13dy$. + +2. Найти приближенное значение функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$ в точке $(1,1, 2, 201)$ с помощью формулы Тейлора с остаточным членом в форме Пеано. + +Решение: + +Воспользуемся формулой Тейлора для функции $f(x, y) = x^2y + 3xy^2$ в точке $(1, 1)$: + +$$ +f(x, y) = f(1, 1) + f'_x(1, 1)(x - 1) + f'_y(1, 1)(y - 1) + o(\sqrt{(x - 1)^2 + (y - 1)^2}) +$$ + +Найдем значения функции и частных производных в точке $(1, 1)$: + +$$ +f(1, 1) = 1^2 \cdot 1 + 3 \cdot 1 \cdot 1^2 = 4 +$$ + +$$ +f'_x(1, 1) = 2 \cdot 1 \cdot 1 + 3 \cdot 1^2 = 5 +$$ + +$$ +f'_y(1, 1) = 1^2 + 6 \cdot 1 \cdot 1 = 7 +$$ + +Подставим значения $x = 2,01$ и $y = 2,02$: + +$$ +f(2,01, 2,02) \approx 4 + 5(2,01 - 1) + 7(2,02 - 1) = 25,13 +$$ + +Ответ: $f(2,01, 2,02) \approx 25,13$. + diff --git a/1 курс/2 семестр/Вышмат/Вопросы.md b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Вопросы.md index e334e83..4d15118 100644 --- a/1 курс/2 семестр/Вышмат/Вопросы.md +++ b/1 курс/2 семестр/Вышмат/Вопросы.md @@ -22,16 +22,16 @@ # Раздел 2. Дифференциальное исчисление функций нескольких переменных ## Теория -1. Понятие функции двух переменных. -2. Определения предела функции двух переменных. -3. Арифметические свойства предела функции двух переменных. -4. Определение функции двух переменных, непрерывной в точке. Арифметические свойства непрерывных функций двух переменных. -5. Частные производные первого порядка, дифференциал первого порядка функции двух переменных: определения, арифметические свойства. -6. Уравнение касательной плоскости к поверхности. -7. Производная по направлению. Градиент. -8. Частные производные и дифференциалы высших порядков функции двух переменных. -9. Формула Тейлора для функции двух переменных с остаточным членом в форме Пеано. -10. Определение экстремума функции двух переменных. Необходимое условие экстремума. Достаточное условие экстремума. +1. [[1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/1|Понятие функции двух переменных.]] +2. [[1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/2|Определения предела функции двух переменных.]] +3. [[1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/3|Арифметические свойства предела функции двух переменных.]] +4. [[1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/4|Определение функции двух переменных, непрерывной в точке. Арифметические свойства непрерывных функций двух переменных.]] +5. [[1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/5|Частные производные первого порядка, дифференциал первого порядка функции двух переменных: определения, арифметические свойства.]] +6. [[1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/6|Уравнение касательной плоскости к поверхности.]] +7. [[1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/7|Производная по направлению. Градиент.]] +8. [[1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/8|Частные производные и дифференциалы высших порядков функции двух переменных.]] +9. [[1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/9|Формула Тейлора для функции двух переменных с остаточным членом в форме Пеано.]] +10. [[1 курс/2 семестр/Вышмат/Билеты/Раздел 2/10|Определение экстремума функции двух переменных. Необходимое условие экстремума. Достаточное условие экстремума.]] ## Практика 1. Уметь вычислять предел функции двух переменных.