Визначений інтеграл. Формула Ньютона-Лейбніца. Невласні інтеграли. Ряд Фур’є
Якщо функція
неперервна на
, тоді вона інтегровна на ньому, тобто існує визначений інтеграл:
, де числа
і
називаються нижньою і верхньою межею інтегрування функції
відповідно. Відзначимо деякі основні властивості визначеного інтеграла, а саме:
(29)
Щоб обчислити визначений інтеграл, скористаємось основною формулою інтегрального числення (формула Ньютона-Лейбніца)
(30)
де
– первісна функції
.
Приклад 1.Обчислити інтеграл 

Приклад 2.Обчислити інтеграл 

Зробивши заміну в підінтегральному виразі, ми одразу змінили межі інтегрування: коли
і при 
Приклад 3.Обчислити площу фігури, яка обмежена графіками функцій
і 
Якщо фігура обмежена графіками неперервних функцій
і
то її площа може бути обрахована за формулою:
(31)
Знайдемо спочатку абсциси точок перетину цих функцій, які і будуть межами інтегрування:
і
За формулою (31) маємо:
.
Приклад 4.Визначити роботу, необхідну для запуску супутника масою т з поверхні Землі вертикально вверх на висоту
.
Робота змінної сили
по переміщенню тіла з початкової точки
в кінцеву точку
визначається за формулою:
(32)
Згідно із законом Ньютона, сила притягання супутника Землею визначається за формулою
, де
– гравітаційна стала, М – маса Землі, х – відстань від супутника до центра Землі:
де
– радіус Землі. За формулою (32) маємо:

Тут ми врахували той факт, що при
сила притягання супутника Землею дорівнює його вазі, тобто:
(прискорення вільного падіння біля поверхні Землі).
Нехай функція
визначена, наприклад, на проміжку
та інтегровна на будь-якому відрізку
Тоді скінчену границю
(33)
називають невласним інтегралом першого роду.
Приклад 5.Обчислити інтеграл 

Приклад 6.Обрахувати роботу, необхідну для виведення супутника в міжпланетний простір. Це означає, що
(див. приклад 4). Отже, 
Нехай функція
визначена, наприклад, на проміжку
Точку
будемо називати особливою, якщо функція
не обмежена в будь-якому її околі, але обмежена та інтегровна на відрізку
. Тоді скінчену границю
(34)
називають невласним інтегралом другого роду.
Приклад 7. Обчислити інтеграл 
Точка
є особливою для підінтегральної функції. Згідно з формулою (34) маємо:


Окремо дослідимо поведінку інтеграла при
:

(інтеграл розбігається).
Нехай функція
визначена та інтегровна на
. Тоді числа
(35)
при
(п – цілі числа), (36)
(37)
називають коефіцієнтами Фур’є, а ряд
(38)
називається рядом Фур’є функції
.
Якщо функція
парна, тоді при її інтегруванні за симетричними межами справедлива формула:
(39)
Якщо функція
непарна, тоді інтеграл від неї за симетричними межами тотожно дорівнює нулю.
Зауваження.Якщо функція
парна, тоді коефіцієнти
, а якщо непарна, тоді коефіцієнти
.
Приклад 8.Розкласти в ряд Фур’є на
функцію
. Оскільки функція
є парною
тоді
і 

Отже, шуканий ряд Фур’є функції
має такий вигляд:

Завдання для самостійної роботи
1. Доведіть, що 
2. Доведіть, що: 1)


3. Доведіть, що послідовність
має границю, рівну 2.
4. Доведіть, що 
У задачах 5 – 18 знайдіть границі:
5.
8. 
9.

12. 
14. 
16. 
Шляхом порівняння з гармонічним рядом або зі спадною геометричною прогресією дослідіть збіжність рядів:
19. 
За допомогою ознаки Даламбера дослідіть на збіжність рядів:
22. 
Дослідіть збіжність рядів:
24. 
Дослідіть на абсолютну та умовну збіжність такі ряди:

33. 
Знайти радіус та інтервал збіжності ряду і дослідити його збіжність на межах інтервалу:
34. 
У задачах 38 – 42 знайдіть область визначення функцій, які задані формулами:
38. 
41. 
Знайдіть границі:
43.
46. 
47. 
50. 
У задачах 52 – 54 знайдіть, яка з функцій є парною, непарною і яка не є ні парною, ні непарною:
52. 
У задачах 55 – 56 знайдіть період функцій:
55. 
У задачах 57 – 68 знайдіть похідні функцій:




68. 
69. Складіть рівняння дотичної до графіків функцій:
1)
– у точках перетину з віссю Ох;
2)
– у точці перетину з віссю Ох;
3)
– у точці перетину з віссю Оу.
70. Коло задано рівнянням
Знайдіть рівняння дотичних до кола в точках його перетину з віссю Ох.
У задачах 71 – 75 знайдіть диференціали функцій:
71.
74. 
75. 
У задачах 76 – 78 знайдіть похідну другого порядку від функцій:
76. 
У задачах 79 – 81 знайдіть похідну третього порядку від функцій:
79. 
У задачах 82 –90 знайдіть границі за правилом Лопіталя:



91. Розкладіть многочлен
за степенями
за формулою Тейлора.
92. Розкладіть функцію
за формулою Маклорена до члену з
включно.
93. Розкладіть функції за формулою Маклорена:
1)
до члена з
включно; 2)
до члена з
;
3)
до члена з
; 4)
до члена з
.
У задачах 94 – 99 розкладіть функції в ряд Маклорена і знайдіть їх інтервали збіжності:
94.
97. 
98. 
У задачах 100 – 104, використавши розклад Маклорена для відповідних функцій, знайдіть границі:
100.
102. 
103. 
105. Знайдіть максимуми та мінімуми функцій:


106. Знайти точки перегину графіка функцій:


107. Знайдіть асимптоти графіків функцій:


У задачах 108 – 115 побудуйте графіки функцій:
108. 
112. 
У задачах 116 – 121 знайдіть частинні похідні від функцій:
116. 
119. 
122. Для функції
доведіть, що 
123. Знайдіть похідну за напрямком функції
Розгляньте напрямок, паралельний бісектрисі першого координатного кута.
124. Знайдіть похідну функції
у точці
за напрямком вектора
, де
– точка з координатами 
У задачах 125 – 128 знайти
:
125.
у точці 
126.
у точці 
127.
у точці 
128.
у точці 
У задачах 129 – 132 знайдіть частинні похідні другого порядку:
129. 
.
133. Для функції
доведіть, що 
У задачах 134 – 137 знайдіть екстремуми функцій:
134. 
136. 
138. Нехай у результаті експерименту отримано п’ять значень шуканої функції у при п’яти значеннях її аргументу х:
| х | -2 | ||||
| у | 0.5 | 1.5 |
Знайдіть функціональну залежність між х та у у вигляді лінійної функції 
У задачах 139 – 141, безпосередньо інтегруючи, знайдіть інтеграли:

У задачах 142 – 155 за методом підстановки знайдіть інтеграли:
142.
143.
144. 
145.
146.
147. 
148.
149.
150. 
151.
152.
153. 
154.
155. 
У задачах 156 – 161 за допомогою методу інтегрування частинами знайдіть інтеграли:
156.
157. 
158.
159.
160. 
161. 
У задачах 162 – 193 обчисліть інтеграли:
162.
163.
164. 
165.
166.
167. 
168.
169.
170. 
171.
172.
173. 
174.
175.
176. 
177.
178.
179. 
180.
181. 
182.
183. 
184.
185.
186. 
187.
188.
189. 
190.
191.
192. 
193. 
У задачах 194 – 201 обчисліть визначені інтеграли:
194.
195.
196. 
197.
198.
199. 
200.
201. 
У задачах 202 – 206 знайдіть площу фігур, обмежених лініями:
202.
203. 
204. 
205.
206. 
У задачах 207 – 217 дослідіть збіжність інтегралів:
207.
208.
209. 
210.
211.
212. 
213.
214.
215. 
216.
217. 
У задачах 218 – 220 розкладіть функції в ряд Фур’є на відрізку
:
218.
219.
220. 
У задачах 221 – 222 розкладіть функції в ряд Фур’є на відрізку
:
221.
222. 