Математический анализ. 1.Числовая последовательность. Действия над числовыми последовательностями. Предел числовой последовательности. Примеры. Основные теоремы о пределах числовых последовательностей. 2. Предел функции. Определение предела функции по Гейне и по Коши. Примеры. Основные теоремы о пределах функции. 3. Замечательные пределы. 4. Непрерывность функции в точке. Свойства непрерывных функций. Понятие равномерной непрерывности. 5. Производная функции. Геометрический, физический и экономический смысл производной. Эластичность функции. Зависимость между дифференцируемостью и непрерывностью функции в точке. 6. Основные правила и приемы дифференцирования. Таблица производных элементарных функций. 7. Производная обратной функции, функции заданной параметрически, и функции заданной в неявном виде. 8. Дифференциал функции. Инвариантность формы первого дифференциала. Формула малых приращений. 9. Производные и дифференциалы высших порядков. 10. Логарифмическая производная. 11. Теоремы о среднем значении дифференциального исчисления. 12. Раскрытие неопределенностей. Правило Лопиталя. 13. Монотонность функции. Локальные экстремумы функции. Выпуклость точки перегиба. 14. Формула Тейлора. Остаточный член в форме Лагранжа и в форме Коши. Формула Маклорена. 15. Разложение элементарных функций в ряд Тейлора (е^х, sinx, cosx,ln(1+x),(1+x)^m). (^степень) 16. Первообразная для функции. Понятие неопределенного интеграла. Основные формулы и правила интегрирования. 17. Основные формулы и правила интегрирования. Метод замены переменных при интегрировании. 18. Основные формулы и правила интегрирования. Метод интегрирования по частям. 19. Основные формулы и правила интегрирования. Интегралы от элементарных функций. 20. Основные формулы и правила интегрирования. Интегрирование рациональных функций. 21. Основные формулы и правила интегрирования. Интегрирование иррациональных функций. 22. Интегрирование тригонометрических функций. Формулы приведения. 23. Понятие определенного интеграла. 1. Числовая последовательность – действительная функция натурального аргумента (f:N->R) An=f(n) Числовая посл {Xn} называется возраст/убыв, если каждый из ее челенов больше/меньше предшествующего. Неубыв/Невораст, если кажд ее член не меньше (не больше) предыд. (X1<=X2…Xn<=..) Пример: {n} – возр {1/n} – убыв Действия над ними: 1) {An}+ {Bn}={An+Bn} 2) C{An}={CAn} 3) Bn не равно 0, {An}/{Bn}= {An/Bn} 4) {An}*{Bn}={An*Bn} Если для любого сколь угодно малого положит числа E>0 найдется такой номер N (завис от Е N=N(E)), что для всех членов последоват с номерами n>N верно неравенство |An-A|<E. Расходящаяся- не имеющая конечного предела. Ограниченная – если все ее члены лежат в конечном интерв (-k;k) Теорема (о двух милиционерах): Пусть {An},{Bn},{Cn} – числов послед и An<=Bn<=Cn для кажд натур n. Если пределы числ посл {An} и {Cn} существ и lim An (n->беск)=lim Сn, то сущ предел числ посл {Bn} и lim Bn=A 2. Предел функции По Гейне: Число g явл пределом ф-ции f(x) при x, стремящ к Xо и обознач: lim (x->xo) f(x) = g, если для каждой послед {Xn} такой, что Xn не равно Xo и lim (n->бескон) Xn=Xo выполняется равенство lim (n->бескон) f(Xn) = g Т: Пусть f(x), фи (х) – функции, определенные в интервале (а,в) и Хо принадл (а,в). Если lim (x->xo) f(x) = g и lim (x->xo) фи(x) = h, причем g, h не равно +- бескон, то имеют место след равенства: 1) lim (x->xo) (f(x)+g(x))=g+h 2) lim (x->xo) (f(x)*g(x))=g*h 3) если С – действит число, то lim (x->xo) (сf(x)) = сg также: 1) lim (x->0) a^x=1 (a>o) 2) lim (x-> бескон) (1+1/x)^x = e 3) lim (x->0) sin x = 0, lim (x->0) cos x =1, lim (x->0) sinx/x = 1 3. Замечательные пределы Число e = lim (n->бескон) (1+1/n)^n E~=2,718281828.. e- трансцендентное число ( не является корнем алгебр многочл) Теорема: Если в некот числ послед {Rn} n принадл N все члены по абсол величине больше 1 и lim (n->бескон) |Rn| = бескон, то lim (n-> бескон) (1+Rn)^Rn= e Замечат пределы: 1) li, (x->0) sin x/x = 1 2) An= (1+1/n)^n {An} – возраст 4. Непрерывность функции в точке Пусть функция f(x) определена в окрестности точки Xo. Функция y=f(x) непрерывна в точке X=Xo, если lim (x->xo) f(x) = f(xo) Равномерно непрерыв: Ф-ция f(x), определенная в замкнутом интерв [a,b] непрерывна равномерн, если для произвольного E>0 можно так разбить замкн интерв [a,b] на конечное число интерв [ai,ai+1] i=1,…,n [ai,ai+1]= [a,b], что знач ф-ции в двух произв точках одного и того же интерв отлич меньше, чем на Е Св-ва: Ф-ция равномерно непрерывная в интерв [a,b]: 1) непрер в кажд точке интерв 2) равномерно непрер в этом интерв 3) ограничена в этом интерв T: Ф-ция, непрер в замкн интер,в приним в этом интерв все знач, заключ между наим и наиб ее знач Т: Если непрер в замкн интерв ф-ция положит на одном конце этого интерв и отриц на др, то в интерв сущ по крайней мере одна точка, в кот ф-ция обращ в 0 Т: Если ф-ция f(x) непрер в замкн интерв, то в этом интерв сущ по кр мере одна точка, в кот ф-ция приним наиб знач и , по крайней мере одна точка, в кот ф-ция приним наим знач 5. Производная ф-ции Пусть ф-ция y=f(x) определена в окресности точки X=Xo, X=X1, точка этой же окресн, причем X1 не равно Xo. Разность X=X1-Xo называется приращением независ перемен. Соответствующая разность y=f(x1)-f(xo) называется приращ завис перемен . Частное y/x = (f(xo+x)-f(xo))/x назыв разностным отношением. Производной ф-ции f(x) в точке x=xo называется предел разностного отнош f`(xo)= lim (x->o) (f(xo+x)-f(xo))/x Геом смысл: произв f`(xo) есть угловой коэф (tg угла наклона) касательной, проведенной к кривой y=f(x) в точке xo, т.е. k= f`(xo) Ур-е касат: y-f(xo)=f`(xo)(x-xo) Физ смысл: произв – это скорость изменения ф-ции относит некот исследуемого фактора Экон: предельные величины характеризуют не состояние, а процесс, изменение некот экон объекта. Функция f(x) называется дифференцируемой в точке x0, если ее производная f`(x0) в этой точке существует. Т: Если ф-я F(x) дифференц в точке x0, то f(x) непрерывна в точке x0. 6. Если ф-ция в точке x имеет конечную производную, то ф-ция назыв диффер в этой точке. Правила: 1) произв постоянной = 0 (с`=0) 2) произв аргум =1 (x`=1) 3) произв алгебр суммы конечного числа диффер ф-ций = такой же сумме произв этих ф-ций (u+v)` = u`+v` 4) (u/v)`= (u`v-uv`)/v^2 5) (uv)` = u`v + uv` Следствие1: постоянный множит можно вынос за знак производной (cu)`=cu` Сл2: (uvw)`=u`vw+uv`w+uvw` Таблица произв: 1) y=c; y`=0 2) y=1/x; y`=1/x^2 3) y=e^x; y`=e^x*x` 4) y=kor x; y`=1/2 kor x*x` 5) y=a^x; y`=a^xlns (a>0) 6) y=lnx; y`=1/x 7) y=logaX; y`=1/xlna*x` 8) y=tgx; y`= 1\cos^2x 9) y=sinx; y`=cosx 10) y=cosx; y`=-sinx 11) y=ctgx; y`=-1\sin^2x 12) y=arccosx; y`= -1\kor 1-x^2 13) y=arcsinx; y`=1\kor 1-x^2 14) y=arctgx; y`=1\1+x^2 15) y=arctg x; y`=-1\1+x^2 16) (cf(x)`=cf`(x) 17) Y=c\v ;y`=-c\v^2 18) Y=Cu; y`=cu` 19) Y=X; y`=1 20) Y=u\v; y`=u`v-uv`\v^2 21) Y=uvw; y`=u`vw+uv`w+uvw` 22) Y=uv; y`=u`v+uv` 23) Y=u+v; y`=u`+v` 7. Обратная ф-я. Рассмотрим y=f(x) и x= g(y) опред. в некоторой окрестности т. x0 и y0 и взимообратные, т.е. f(g(y))=y, g(f(x))=x =>(следовательно) f(x0)= y0 => g(y0)=x0, тогда f `(x0)g`(y0)=1 Док-во. g(f(x))=x g`(f(x))*f`(x)=1 x=x0=>g`(y0)*f`(x0)=1 Производная ф-я, заданной параметрически. Рассмотрим ф-ю y=y(x) заданную параметрически: {(фигурная скобка) y=f(t) { x=g(t), Тогда yt`=f`(t) Как сложная ф-я yt`= y`x*x`t=y`x*g`(t) y`x=y`t/x`t= f `(t)/ g`(t) производная ф-и заданной неявно. Пусть ф-я y=y(x) опред. уравнением F(x,y)=0 Чтобы найти производную ф-и y(x) необходимо продифференцировать F(x,y)`x=0, как сложную ф-ю от X, и полученное уравнение решить относительно y`. Пример. X3 + y3 +3x2 y=1 3x2 + 3y2 y` +6xy+3x2 y`=0 y`=(3x2+6xy)/ (3y2 +3x2),в ответе содержится как x, так и y. 8. Дифференциал ф-ции – главная линейная относит х часть приращения ф-ции, равная произведению производной на приращение незаис перемен dy=f`(x)x Св-ва: (аналог св-вам произв) Dc=0 D(cu)=cdu D(uv)=vdu+udv D(u+-v)=du+-dv D(u\v)= (vdu-udv)\v^2 Инвариантность (неизменность) Если y=f(u) и u= фи (х) –дифференуир-е ф-ции от своих аргументов, то dy=f`(u)du Формула малых приращ: y=~dy=f(x)dx 9. Производные высших порядков ( не облад св-вом инвар в отл от диф первого пор) Если ф-ция y=f(x) имеет перв произв по премен х, то произв этой произв по перемен х, если она сущ, наз-ся второй произв ф-ции f(x) п перемен х и обознач y``x^2, y``, d^2y\dx^2 n-ая произв ф-ции обознач y^(n) Диф n-ого пор равен произвед производной n-ого пор на n-ю степень диф зависим перемен F^(n)(x)=d^ny\dx^n 10. Логарифмич производная Пусть y=f(x)^фи(х); f(x)>0 Lny=фи(х)lnf(x) дифференцируя по х обе части равенства по перемен х, получим y`\y=фи`(x)lnf(x)+фи(x) * f`(x)\(x) (*) Выражение y`\y – логарифм произв ф-ции у Из (*) получаем y`x=f(x)^(фи(х)(фи`(x)lnf(x)+фи(х)*f`(x)\f(x)) – темп изменения функции 11. Теорема о среднем знач диф исчисл Если ф-ция y=f(x) непрерывн в замкн инт [a,b] и имеет произв в кжд внтур точке этого интерв, то сущ тета принадл (0,1) для кот (f(b)-f(a))\(b-a)=f`(a+teta(b-a)) Теорема Ферма: Если дифф-ая на промежутке х ф-ция y=f(x) достигает наиб или наим знач во внутр точке хо этого промежутка, то произв ф-ции в этой точке = 0, т.к. f`(xo)=0 Т Роля: Пусть ф-ция удовл след усл: 1) дифф-ма на интерв (а,в) 2) непрер на отрезке [a,b] 3) на концах отрезка приним равные знач, т.е. f(a)=f`(b) Тогда внутри отрезка сущ по крайней мере одна такая точка E принадл (a,b), в кот произв ф-ции равна 0, т.е F`(E)=0 Т Лагранжа: Пусть ф-ция y=f(x) удовл след усл 1)диф-ма на инт (а,в) 2) непрер на отрезке [a,b] Тогда внтури отрезка сущ по крайней мере одна такая точка E принадл (а,b), в кот производная равна чстному приращ аргумента на этом отрезке: f`(E)= (f(b)-f(a)\(b-a) 12, Раскрытие неопределнностей Т: Пусть ф-ции f(x),g(x) имеют первые производные в окрестн точки x=a (кроме а) и удовл соотн lim(x->a)f(x)=limg(x)=0 Тогда если сущ limf`(x)\g`(x), то сущ lim f(x)\g(x) и имеет место рав-во lim f(x)\g(x)=limf`(x)\g`(x) Т: Пусть ф-ции f(x),g(x) имеют первые произв в окресн точки x=a (кроме а) и удовл соотн limf(x)=limg(x)=+-бескон. Тогда если сущ lim f`(x)\g`(x) (или он = +- бескон), то сущ также lim f(x)\g(x) (или он = +- бескон) и имеет место рав-во: lim f(x)\g(x)=lim f`(x)\g`(x) 13, Монотонность Ф-ция f=f(x) назыв-ся возраст (убыв) на промеж х, если большему знач аргумента из этого промежутка соотв большее (меньшее) знач ф-ции. Функции, убыв и возраст наз монотон ф-циями Лок экстрем В некот точке ф-ция имеет лок макс(мин), если знач ф-ции в некот окресноти данной ф-ции не больше (не меньше) знач ф-ции в этой точке Т: (необх усл сущ экстрем): Если ф-ция y=f(x) имеет экстремум при х=хо, то произв фции f(x) в этой точке, если она сущ, обращ в 0. Выпуклость Ф-ция выпукла вниз на промежутке х, если для люб 2х знч х1,х2 принадл x из эотого промеж выполн нер-во f(x1+x2)\2<= (fx1)+(fx2)\2 Выпукла вверх: f(x1+x2)\2>= (fx1)+(fx2)\2 Т: Ф-ция выпукла вверх (вниз) на промеж х тогда и только тогда, когда ее первая произв на этом промеж монотонно возр (убыв) Точки перегиба Т.п графика непрер ф-ции наз-ся точка, разделяющая интерв, в кот ф-ция выпукла вниз и вверх Необх усл перегиба: Вторая произв f``(x) дважды дифф-мой ф-ции в точке перегиба хо равно 0, т.е. f``(x)=0 14 Ф Тейлора F(x)=f(xo)+f`(xo)(x-xo)+f``(xo)\2! * (x-xo)^2+..+f^(n)(xo)\n! * (x-xo)^n+ Rn(x) – остаточн член Ф Маклорена F(x)=f(0)+x\1! * f`(0)+ x^2\2! * f``(0)+…+ x^n-1\(n-1)! * f^(n-1)(0)+Rn(x), где R(n) имеет вид: 1)остат член в форме Коши Rn(x)=x^n\(n-1)! (1-тета`)^n-1*f^(n)(тета` x); 0<тета`<1 2) ост член в форме Лагранжа Rn(x)=x^n\n! F^(n)(тета x), 0<тета<1 Оба этих ост члена равны между собой и отлич только видом 15, Разложение элементарных функций 1) y=e^x Имеем f(x)=f`(x)=f``(x)=..=f^n(x)=e^x f(0)=f`(0)=f``(0)=..=f^n(0)=e^0=1 e^x=1+x+x^2\2!+x^3\3!+…+x^n\n!... Область сходимости ряда (-бескон;+бескон) 2) y=sinx Имеем f(x)=sinx, f`(x)=cosx, f``(x)=-sinx; f```(x)=-cosx, f````(x)=sinx f(0)=0, f`(0)=1, f``(0)=0. f```(0)=-1, f````(0)=0 Sinx=x-x^3\3!+x^5\5!+…+((-1)^n-1 * x^2n-1)\(2n-1)!+.. обл сход (-бескон;+бескон) 3) y=cosx cosx=1-x^2\2!+x^4\4!-…+ (-1)^n * x^2n)\(2n)!+.. 4) y=ln (1+x) ln(1+x)=x- x^2\2+x^3\3-…+ (-1)^n * x^n+1)\n+1+.. обл сход (-1;1] 5) y =(1+x)^m, где m- люб действит число (1+x)^m=1+mx+m(m-1)/2! *x^2 + m(m-1)(m-2)\3! * x^3 + m(m-1)(m-n+1)\n! x^n+… обл сход (-1;1) 16, Первообразная ф-ции Ф-ция F(x) наз-ся первообр ф-цией для ф-ции f(x) на промежутке х, если в кажд точке х этого промежутка F`(x)=f(x) Неопред интегр Совокупн всех первообр для ф-ции f(x) на промежутке х наз-ся неопред интегр от ф-ции f(x) и обознач S f(x)dx, где S – знак интеграла f(x) – подинтегр ф-ция, f(x)dx – подинтегр выражение S f(x)dx=F(x)+C – произв постоянная F(x)-первообр для f(x) Осн правила и формулы интегрирования 1) S0dx=c (сonst) 2) S1dx=Sdx=x+c 3) S dx\x=ln|x| +c 4) S e^x dx=e^x +c 5) S sin xdx=-cosx+c 6) Scosxdx=sinx+c 7) S dx\sin^2x=-ctgx+c 8) S dx\cos^2x=tgx+c 9) S dx\1+x^2 dx = arctgx+c 10) S dx\ kor 1-x^2=arcsinx+c 11) S af(x)dx=a Sf(x)dx 12) S sinmxdx = -1\mcosmx +c; m не равно 0 13) S cos mxdx= 1\m sinmx+c 14) S dx\x-a= ln |x-a| +c 17, Первообразная ф-ции Ф-ция F(x) наз-ся первообр ф-цией для ф-ции f(x) на промежутке х, если в кажд точке х этого промежутка F`(x)=f(x) Неопред интегр Совокупн всех первообр для ф-ции f(x) на промежутке х наз-ся неопред интегр от ф-ции f(x) и обознач S f(x)dx, где S – знак интеграла f(x) – подинтегр ф-ция, f(x)dx – подинтегр выражение S f(x)dx=F(x)+C – произв постоянная F(x)-первообр для f(x) Осн правила и формулы интегрирования 15) S0dx=c (сonst) 16) S1dx=Sdx=x+c 17) S dx\x=ln|x| +c 18) S e^x dx=e^x +c 19) S sin xdx=-cosx+c 20) Scosxdx=sinx+c 21) S dx\sin^2x=-ctgx+c 22) S dx\cos^2x=tgx+c 23) S dx\1+x^2 dx = arctgx+c 24) S dx\ kor 1-x^2=arcsinx+c 25) S af(x)dx=a Sf(x)dx 26) S sinmxdx = -1\mcosmx +c; m не равно 0 27) S cos mxdx= 1\m sinmx+c 28) S dx\x-a= ln |x-a| +c Метод замены переменной (метод подстановки) S(интегр) f(x)dx=S f(фи(t)) фи`(t)dt, где x=фи(t) – ф-ция дифференцируемая на рассматриваемом промежутке 18, Первообразная ф-ции Ф-ция F(x) наз-ся первообр ф-цией для ф-ции f(x) на промежутке х, если в кажд точке х этого промежутка F`(x)=f(x) Неопред интегр Совокупн всех первообр для ф-ции f(x) на промежутке х наз-ся неопред интегр от ф-ции f(x) и обознач S f(x)dx, где S – знак интеграла f(x) – подинтегр ф-ция, f(x)dx – подинтегр выражение S f(x)dx=F(x)+C – произв постоянная F(x)-первообр для f(x) Осн правила и формулы интегрирования 29) S(integral)0dx=c (сonst) 30) S1dx=Sdx=x+c 31) S dx\x=ln|x| +c 32) S e^x dx=e^x +c 33) S sin xdx=-cosx+c 34) Scosxdx=sinx+c 35) S dx\sin^2x=-ctgx+c 36) S dx\cos^2x=tgx+c 37) S dx\1+x^2 dx = arctgx+c 38) S dx\ kor 1-x^2=arcsinx+c 39) S af(x)dx=a Sf(x)dx 40) S sinmxdx = -1\mcosmx +c; m не равно 0 41) S cos mxdx= 1\m sinmx+c 42) S dx\x-a= ln |x-a| +c Метод интегр по частям Пусть u=u(v) и v=v(x) – дифференц-мые ф-ции. По св-ву диф d(uv)=vdu+udv или udv=d(uv)-vdu Интегрируя правую и левые части udv=d(uv)-vdu, получаем S(integr)udv=uv-S(integral)vdu 19, Каждая формула из таблицы производных элементарных ф-й дает формулу интеграла. Осн правила и формулы интегрирования 43) S0dx=c (сonst) 44) S(integr) xndx=(1/n+1)*xn+1+C,(n не = -1) 45) S1dx=Sdx=x+c 46) S dx\x=ln|x| +c 47) S e^x dx=e^x +c 48) S ax dx= (ax/ ln a)+c 49) S sin xdx=-cosx+c 50) S cosxdx=sinx+c 51) S dx\sin^2 x=-ctgx+c 52) S dx\cos^2 x=tgx+c 53) S dx\1+x^2 dx = arctgx+c 20, Рациональная ф-я – дробь вида P(x)/Q(x), где P(x) и Q(x)- некоторые многочлены от x, с действит коэф.Рациональная ф-я называется правильной рац. Дробью, если deg(степень) P(x)< deg Q(x). С помощью деления с остатком, интнгрирование произвольной рац. ф-и сводится к интегрированию многочлена и правильной рац. дроби. В общем случае для интегрирования правильной рац. дроби необходимо разложить ее в сумму прстейших рац. дробей и проинтегрировать каждую из полученных простейших дробей. Простейшими дробями называется – 1. Дроби вида A/x+a - I тип 2. A / (x+a )^n, n>1, - II тип 3. Ax + B / x^2 +px +q, p^2 -4q<0 - III тип 4. Ax + B / (x^2 +px +q)^n, n>1, p^2 -4q<0 –IV тип Разложение дроби в сумму простейших дробей можно искать методом неопред. коэффицентов. 21 § (x,y,…) – рациональная ф-я от x,y,…Подстановка рацианализирует подинтегральную ф-ю, если после подстановки получается интеграл от рациональной ф-ции. Интегрир-е ф-ций вида:R(x,(√αx+β ∕ √γx+υ)^n1,(√αx+β ∕ √γx+υ)^n1,…) Пусть m=Н.О.К корней, кот. здесь присутствуют (n1,n2,…) t=(√αx+β ∕ √γx+υ)^m=>t^m= αx+β ∕ γx+υ выразим x: x=υt^m-β ∕α-γt^m dx=((mυt)^m-1(α-γt^m)+mγt^m-1(υt^m-β) ∕ (α-γt^m)²)*dt (√αx+β ∕ √γx+υ)^n1=t^(m ∕ n1) (m/n1-целое) x=…-рац dx=(рац.ф.)dt 22, § (sinx,cosx) – рац.тригонометр. ф-я, а также приводящиеся к ним преобразованиями тригонометр. ф-ций. Любой интеграл такого вида можно рационализировать с помощью универсальной подстановки: t=tg(x/2) Убедимся в этом: sinx=2t / 1+t² , cosx=1-t² / 1+t² , x/2=arctgt, x=2arctgt, dx=2dt/1+t² Обычно, универс.тригонометр. подстановка приводит к очень сложным выражениям. Прежде, чем использовать универс.тригонометр. подстановку, следует попытаться упростить подинтегральную ф-ю и применить более простые подстановки (t=sinx, t=cosx, t=tgx, и т.д.). Полезны, также, бывают ф-лы приведения. 23, Определенный интеграл Пусть предел интегр суммы Сумм от n до i=1 f(Ei)xi при стремлении max xi к нулю существует, конечен и не зависит от способа выбора точек х1,х2,..и точек Е1,Е2,..Тогда этот предел наз-ся определ. интегр от ф-ции y=f(x) на [a,b], обознач-ся S от а до b f(x)dx Достаточное условие существования опред интегр (интегрируемости ф-ции) Если ф-ция y=f(x) непрерывна на отрезке [a,b], то она интегрируема на этом отрезке. Геом смысл:: y=f(x) – неотриц на отрезке [a,b], где a<b, S от b до a f(x)dx численно равен площади S под кривой y=f(x) на [a,b] Ф Ньютна-Лейбница Т:Пусть ф-ция y=f(x) непрерывна на отрезке [a,b] и F(x) – любая первообразная для f(x) на [a,b]. Тогда опред интегр от ф-ции f(x) на [a,b] равен приращению первообр F(x) на этом отрезке, т.е. S от b до a f(x)dx=F(b)-F(a)