РефератыМатематикаРоРозв'язання рівнянь методом оберненої матриці та методом Гауса

Розв'язання рівнянь методом оберненої матриці та методом Гауса

Контрольна робота


З дисциплiни: Вища математика


За темою (роздiлом навчального плану)


Прізвище,ім’я, по батькові студента


Данiщук Мирослава Евгенiївна


Прiзвище та інiцiали викладача


Дюженкова Ольга Юріївна


Київ 2008 рiк.


Завдання 1

Систему рівнянь записати в матричній формі та розв’язати методом оберненої матриці та методом Гауса.


(*)


Розв’язання.


Запишемо дану систему рівнянь (*) в матричній формі:



= . (1)


Введемо позначення:


А≡ - матриця системи,


Х ≡ - вектор-стовпець з невідомих членів,


В ≡ - вектор-стовпець з вільних членів.


1) Розв’яжемо систему рівнянь (*) методом оберненої матриці.


Домноживши рівність (1) зліва на обернену матрицю A-1
одержимо:




Знайдемо обернену матрицю до даної:


A-1
= ,


де А11
= (-1) 2
‌·=10-24=-14,А12
= (-1) 3
‌·=- (-6+6) =0,А13
= (-


1) 4
‌·=-12+5=-7,А21
= (-1) 3
·=- (-2+4) =-2,А22
= (-1) 4


·=-6-1=-7,А23
= (-1) 5
‌·=- (-12-1) =13,А31
= (-1) 4
‌·=-


6+5=-1,А32
= (-1) 5
‌·=- (-18-3) =21,А33
= (-1) 6
‌·=-15-3=-18.


det A = = 30-6-12+5+6-72=-49.


Тому


A-1
= = - .


Отже, розв’язок даної системи в матричній формі запишеться так:


X = - ·=-=


=-=.


Тобто х1
=1,х2
=1,х3
=1.


2)
Розв’яжемо систему рівнянь методом Гауса.


Метод Гауса полягає в послідовному виключенні невідомих за допомогою елементарних перетворень.


Спочатку виключимо х1
з другого та третього рівнянь системи (*).


Помножимо друге рівняння системи (*) на - 1 і додамо його до першого - запишемо замість другого рівняння,


Помножимо третє рівняння на - 3 і додамо його до першого - запишемо замість третього рівняння:


(2)


Тепер виключимо х3
з третього рівняння отриманої системи (2). Для цього помножимо третє рівняння системи (2) на - 1 і додамо до другого - запишемо замість третього рівняння системи:


(3)


З рівняння (3) маємо:


х2
= 1,х2
= = 1,х3
= 5-3·1-1=1.


Відповідь. дана система в матричній формі:



= ,


її розв’язок (1; 1;1).


Завдання 2

Показати, що перші три вектори , , утворюють базис тривимірного векторного простору, і розкласти вектор за цим базисом (при розв’язанні системи лінійних рівнянь використати формули Крамера):


= (1,2,3), = (2,2,3), = (1,1,1), = (5,7,10)


Розв’язання.


Для того, щоб вектори , , утворювали базис, необхідно щоб вони були лінійно незалежними. Тобто має виконуватись рівність:


α +β +γ = 0,за умови, що α = β = γ = 0.


Тобто


α +β +γ = 0,


або


= .


Тоді, система:



повинна мати тільки нульове рішення. Це можливо тільки, якщо її визначник не дорівнює нулю.


Визначник системи:


А = , det A = 1*2*1+2*1*3+2*3*1-3*2*1-2*2*1-3*1*1=10.


Отже, вектори , , утворюють базис тривимірного векторного простору.


Тоді вектор є їх лінійною комбінацією:


= b1
+ b2
+ b3
.


Числа b1
, b2
, b3
будуть координатами вектора у базисі , , . Знайдемо їх, розв’язавши відповідну систему:



Систему лінійних рівнянь розв’яжемо, використовуючи формули Крамера:


b1 = ,


b2 =


b3 = .


= det = 5*2*1+2*1*10+7*3*1-10*2*1-7*2*1-3*1*5 = 2,= det = 1*7*1+5*1*3+2*10*1-3*7*1-5*2*1-10*1*1 = 1,= det =1*2*10+2*7*3+2*3*5-3*2*5-2*2*10-3*7*1 = 1.


Тоді b1 = 2,b2 = 1,b3 = 1.


Отримали вектор у базисі , , : = 2 + + .


Відповідь.
вектори , , утворюють базис тривимірного векторного простору, = 2 + + .


Завдання 3

Задано: координати трьох точок А, В, С. Записати рівняння сторін трикутника АВ, АС і ВС, висоти АК, знайти кут А і координати точки К.


A (0;


2), B (2;


3), С (1;


3).


Розв’язання.


рівняння АВ:


,


звідси рівняння прямої АВ: х - 2у + 4=0;


рівняння АС:


,


звідси рівняння прямої АС: х - у +2=0;


рівняння ВС:


,


звідси рівняння прямої ВС: у = 3.


2) З урахуванням перпендикулярності прямої ВС і висоти АK нормальний вектор прямої ВС є напрямним прямої АК: (0;


1) - нормальний вектор прямої ВС, (0;


1) - напрямний вектор прямої АК. Напишемо рівняння цієї прямої, враховуючи, що їй належить т. А (0;


2)

-


=0


х = 0 - рівняння прямої АК.


3) кут А - гострий кут між прямими АВ і АС:


∟A = ∟BAK - ∟CAK,


де ∟BAK = arctg (BK / AK) = arсtg (2/1) = arсtg 2,∟CAK=arctg (CK / AK) = arctg (1/1) = ,


тому ∟ A = arctg 2 - .


4) Знайдемо точку К - точку перетину висоти АК і прямої ВС, тобто координати т. К є розв’язком системи рівнянь даних прямих:



Маємо: К (0;


3).


Відповідь. (
АВ): х - 2у + 4=0, (АС): х - у +2=0;


(ВС): у = 3;


(АК): х=0;


∟ A = arctg 2 - ;


К (0;3).


Завдання 4

Знайти границі функцій (не використовуючи правило Лопіталя):


а) ;


б) ;


в)


Розв’язання:


а) Коли x прямує до нескінченності, молодшими степенями x можна нехтувати:


= ==-3;


б) Здійснимо заміну змінних y = x - 2:


== - ,


розпишемо синус за допомогою формули Тейлора:


sin у = y - +…


Тоді:


= - = - = - 1 - (-) +…=-1+0+…=-1;


в) Скористаємося визначенням числа e:


е =


і здійснимо заміну змінних y = - 2x - 1:


= = = =


= = е2
.


Відповідь. - 3; - 1; е2
.


Завдання 5


Знайти похідну функції:


у = еsin x
ln x


Розв’язання.


Скористаємося формулою диференціювання добутку і складної функції:


.


Відповідь.
.


Завдання 5

Дослідити функцію методами диференціального числення і побудувати її графік. Досліджувати функцію рекомендується за такою схемою:


1) знайти область визначення й область зміни функції;


2) дослідити функцію на неперервність, знайти точки розриву функції (якщо вони існують) і точки перетину її графіка з осями координат;


3) знайти інтервали зростання і спадання функції і точки її локального екстремуму;


4) знайти інтервали опуклості й угнутості графіка функції та точки перегину;


5) знайти асимптоти графіка функції.


у = .


Розв’язання.


1) Область визначення - вся числова вісь за винятком x = - 3 и x = +3, коли знаменник перетворюється в нуль:


х є (-∞; - 3) U (-3; +3) U (+3; +∞),


область значень функції - вся числова вісь за виключенням y = 0: у є (-∞; 0) U (0; +∞).


2) Точки розриву x = - 3 и x = +3, коли знаменник перетворюється в нуль;


функція перетинає вісь y при х = 0, у = - .


3) Інтервали зростання і спадання функції і точки її локального екстремуму:


знайдемо похідну функції:


,


похідна додатна при x < 0, тому функція при x <0 зростає,


похідна від’ємна при x > 0, тому функція при x > 0 спадає,


похідна дорівнює 0 при x = 0, тому функція при x = 0 досягає локального екстремуму;


знайдемо другу похідну функції:


,


друга похідна дорівнює - при x = 0, тобто від’ємна, тому даний локальний екстремум - це локальний максимум.


4) Знайдемо інтервали опуклості й угнутості графіка функції та точки перегину:


друга похідна додатна в інтервалах (-∞; - 3), (+3; +∞), тому в них функція випукла вниз;


друга похідна від’ємна в інтервалі (-3; +3), тому в ньому функція випукла вгору;


відповідно, точки x = - 3 и x = +3 - точки перегину


5) Знайдемо асимптоти графіка функції:


при х→-∞ і х→+∞ функція прямує до нуля, тому пряма y = 0 - горизонтальна асимптота;


точки x = - 3 и x = +3, коли знаменник перетворюється в нуль, визначає дві вертикальні асимптоти.


6) Побудуємо графік функції:



Відповідь.1) х є (-∞; - 3) U (-3; +3) U (+3; +∞), у є (-∞; 0) U (0; +∞);


2) точки розриву x = - 3 и x = +3;


функція перетинає вісь в т. (0; - );


3) функція при x <0 зростає,


функція при x > 0 спадає,


функція при x = 0 досягає локального екстремуму;


у=- при x = 0 - локальний максимум;


4) в інтервалах (-∞; - 3), (+3; +∞) функція випукла вниз;


в інтервалі (-3; +3) функція випукла вгору;


точки x = - 3 и x = +3 - точки перегину;


5) y = 0 - горизонтальна асимптота;


x = - 3 и x = +3 - вертикальні асимптоти.


Завдання 6

Знайти невизначені інтеграли:


а) , б) .


Розв’язання.


а) Здійснимо заміну змінних y = cos x - 4, dy = - sin x dx:


;


б) Скористаємося формулою інтегрування за частинами:


=


=-


Відповідь.
; .


Завдання 7

Знайти частинні похідні за обома змінними функції двох змінних:


z (x,y) =x ln y + y


Розв’язання.


Скористаємося формулою диференціювання і складної функції:


,



Відповідь.
; .

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Розв'язання рівнянь методом оберненої матриці та методом Гауса

Слов:1448
Символов:11017
Размер:21.52 Кб.