История искусства Экология энергетики Инженерная графика и машиностроительное черчение Математика решение задач и примеров Курс лекций по физике и электротехнике
Векторная алгебра и аналитическая геометрия

Контрольная работа по математике примеры решений

Задание.  Вычислить интегралы с помощью вычетов.

а) ;

б) ;

в) .

Решение.

а) Сформулируем правило, позволяющее вычислять несобственные интегралы от рациональной функции действительного переменного с помощью теории функций комплексного переменного:

Пусть  - рациональная функция, , где   и  - многочлены степени  и  соответственно. Если функция  непрерывна на всей действительной оси и , т.е. степень знаменателя по крайней мере на две единицы больше степени числителя, то

где   означает сумму вычетов функции   по всем полюсам, расположенным в верхней полуплоскости.

Так как подынтегральная функция  четная, то =. Построим функцию , которая на действительной оси (при ) совпадает с подынтегральной функцией . Особые точки функции   - это точки  и . Из них в верхней полуплоскости находится точка , которая является полюсом второго порядка. Вычет функции  относительно полюса  равен =. Так как в верхней полуплоскости только одна особая точка, то . Следовательно, =.

б) Сформулируем правило, позволяющее вычислить рассматриваемый несобственный интеграл с помощью теории функций комплексного переменного:

Пусть   - рациональная функция, , где  и  - многочлены степени  и  соответственно. Если функция  непрерывна на всей действительной оси, ,  - произвольное действительное число, то

;

где   означает сумму вычетов функции   по всем полюсам, расположенным в верхней полуплоскости.

Так как подынтегральная функция  является четной, то =. Построим функцию = такую, что  на действительной оси (при ) совпадает с : . Отметим, что при  справедливо равенство . Функция  имеет в верхней полуплоскости полюс первого порядка в точке . Вычет функции   относительно этого полюса равен =. Следовательно, = и =.

в) Сформулируем правило, позволяющее вычислить определенный интеграл функции, зависящей рационально от тригонометрических функций с помощью теории функций комплексного переменного:

Пусть   - рациональная функция аргументов  и ,  и функция  непрерывна внутри промежутка интегрирования. Полагаем , тогда , , , . В этом случае

=

где   есть сумма вычетов функции  относительно полюсов, заключенных внутри окружности .

В рассматриваемом интеграле применим подстановку  и после преобразований получим: =. Внутри круга радиуса 1 с центром в начале координат содержится только одна особая точка подынтегральной функции  - это точка , которая является полюсом второго порядка. Вычет функции  относительно точки  равен =. Следовательно, =.

Несколько особенностей на промежутке интегрирования. Этот случай сводится к предыдущим. Пусть, например, функция имеет бесконечные пределы при стремлении аргумента к внутренним точкам c1, c2, c3 отрезка [a, b] (a < c1 < c2 < c3 < b) и правому концу b, и интегрируема по любому отрезку, не содержащему эти точки. Тогда несобственный интеграл определяется как . Здесь d1, d2, d3 - произвольные точки, удовлетворяющие неравенствам a < c1 < d1 < c2 < d2 < c3 < d3 < b.

Пример:
21.

, и интеграл расходится, так как все три предела бесконечны. Решение с применением формулы Ньютона-Лейбница: - расходится, так как первообразная обращается в бесконечность в точке x = -1.

 Признак Вейерштрасса равномерной сходимости функционального ряда: Если члены функционального рада  в некотором промежутке Е не превосходит по абс величине соотв членов сход числового ряда с положительными членами, т.е. если для всех , то данный ряд сходится в этом промежутке равномерно.
наибольшее и наименьшее значение функции