Вычисление площади плоских фигур
Используя геометрический смысл определенного интеграла, вычисляется площадь фигуры, ограниченной графиками функций
,
и прямыми
, по формуле
.
1.29). Найти площадь, ограниченную параболой
и прямой
.
Решение. Решая систему данных уравнений, находим абсциссы двух точек пересечения прямой
и параболы
:
. По приведенной выше формуле
.
Интеграл с бесконечным промежутком интегрирования (несобственный интеграл)
Пусть функция
непрерывна на промежутке
. Интеграл по бесконечному промежутку
называется несобственным интегралом первого рода. Для вычисления этого интеграла используется формула
.
Интеграл
называется сходящимся, если в вышеуказанной формуле существует конечный предел
, в противном случае этот интеграл называется расходящимся.
Аналогично,
и
, где
.
1.30). Исследовать на сходимость и, если интеграл сходится, вычислить
.
По определению несобственного интеграла первого рода
. Таким образом, данный интеграл расходится.
1.31). Вычислить интеграл
или установить его расходимость.
По определению
. В случае
и при 
, т.е. существует конечный предел, значит, интеграл сходится и
. В случае
и при
,
. Таким образом, в этом случае интеграл расходится.
Задания для самостоятельного решения
1.50 – 1.63. Вычислить интегралы.
1.64. – 1.70. Вычислить площадь плоской фигуры, ограниченной данными линиями.
1.71. – 1.77. Вычислить интегралы или установить их расходимость.
1.50.
. 1.57.
. 1.64.
. 1.71.
.
1.51.
. 1.58.
. 1.65.
. 1.72.
.
1.52.
. 1.59.
. 1.66.
. 1.73.
.
1.53.
. 1.60.
. 1.67.
. 1.74.
.
1.54.
. 1.61.
. 1.68.
. 1.75.
.
1.55.
. 1.62.
. 1.69.
. 1.76.
.
1.56.
. 1.63.
. 1.70.
. 1.77.
.
Ответы.
1.50.
. 1.57.
. 1.64. 10,67. 1.71. Расходится.
1.51. 1. 1.58.
. 1.65.
. 1.72. 1.
1.52.
. 1.59. 1,57. 1.66. 1,23. 1.73.
.
1.53. 2,01. 1.60. 0,57 . 1.67. 29,87. 1.74. Расходится.
1.54. 0, 33. 1.61. 1,57. 1.68. 0,50. 1.75.
.
1.55. 1, 50. 1.62. -0, 25. 1.69. 2, 67. 1.76. Расходится.
1.56. 0,50. 1.63. 0,21. 1.70. 0,75. 1.77.
.
Контрольная работа № 1. Интегрирование.
1.- 8. Вычислить неопределенные интегралы.
9. Вычислить определенный интеграл.
10. Вычислить площадь фигуры, ограниченной данными линиями.
Вариант 1.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
. 7.
. 8.
. 9.
. 10.
.
Вариант 2.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
. 7.
. 8.
. 9.
. 10.
.
Вариант 3.
1.
.2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
. 7.
. 8.
. 9.
. 10.
.
Вариант 4.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
. 7.
. 8.
. 9.
. 10.
.
Вариант 5.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
.7.
. 8.
. 9.
. 10.
.
Вариант 6.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
. 7.
. 8.
. 9.
. 10.
.
Вариант 7.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
.7.
.8.
. 9.
. 10.
.
Вариант 8.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
.7.
.8.
. 9.
. 10.
.
Вариант 9.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
.7.
.8.
.9.
.10.
.
Вариант 10.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
.7.
.8.
.9.
.10.
.
Вариант 11.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
.7.
.8.
.9.
.10.
.
Вариант 12.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
.7.
.8.
.9.
.10.
.
Вариант 13.
.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
.7.
.8.
.9.
.10.
.
Вариант 14.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
.7.
.8.
.9.
.10
.
Вариант 15.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
6.
.7.
.8.
. 9.
.10.
.
Вариант 16.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
.5.
.
6.
.7.
.8.
.9.
.10.
.
Вариант 17.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
.7.
.8.
.9.
.10.
.
Вариант 18.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
.7.
.8.
. 9.
.10.
,
Вариант 19.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
.5.
.
6.
.7.
.8.
. 9.
.10.
.
Вариант 20.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
.5.
.
6.
.7.
.8.
. 9.
.10.
.
Вариант 21.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
.5.
.
6.
.7.
.8.
. 9.
.10.
.
Вариант 22.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
.5.
.
6.
.7.
.8.
. 9.
.10.
.
Вариант 23.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
.7.
.8.
. 9.
.10.
.
Вариант 24.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
.7.
.8.
. 9.
. 10.
.
Вариант 25.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
.7.
.8.
. 9.
.10.
.
Вариант 26.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
.5.
.
6.
.7.
.8.
.9.
.10.
.
Вариант 27.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
. 5.
.
6.
.7.
.8.
.9.
.10.
.
Вариант 28.
1.
. 2.
. 3.
.4.
.5.
.
6.
.7.
.8.
. 9.
.10.
.
Вариант 29.
1.
. 2.
. 3.
. 4.
.5.
.
6.
.7.
.8.
. 9.
.10.
.
Вариант 30.
1.
. 2.
. 3.
.4.
.5.
.
6.
.7.
.8.
.9.
.10. 
2. Функции нескольких переменных
2.1. Основные определения
Если каждой точке
из некоторого подмножества
пространства
по некоторому правилу или закону поставлено в соответствие единственное значение переменной
из множества
, то говорят, что задана функция нескольких переменных (
переменных):
. Подмножество
называется областью определения этой функции, а
- множеством ее значений.
Например,
- функция двух переменных,
- функция трех переменных. В этом разделе будут рассмотрены некоторые из понятий дифференциального исчисления функций двух переменных:
.
Графиком функции двух переменных
называется множество точек
трехмерного пространства
, таких, что
и
. Таким образом, график представляет собой поверхность - множество точек с координатами
в пространстве
.
2.1). Найти область определения функции
. Существование этой функции обеспечивает условие
, т.е.
. Таким образом, областью определения
данной функции является внутренность круга с центром в начале координат и радиусом 1.
Для построения поверхности – графика функции
используется метод сечений этой поверхности плоскостями, параллельными координатной плоскости
, т.е. системой плоскостей
, где произвольное число
. Пересечение поверхности
с плоскостью
определяется равенством
.
Линией уровняфункции двух переменных
называется множество точек плоскости
, удовлетворяющих равенству
. Число
здесь называют уровнем. Итак, для точек, принадлежащих одной линии уровня, функция принимает одно и то же значение, равное
.
2.2). Найти линии уровня функции
. Построить ее график. Линии уровня данной функции определяются уравнениями
, где
. Эти уравнения описывают множество концентрических окружностей в плоскости
с общим центром в начале координат с радиусами
. График этой функции представляет собой поверхность
, называемую параболоидом.
Число
называется пределом функции
в точке
(
), если для любого сколь угодно малого положительного числа
(
) найдется такое положительное число
(
), что для всех точек
, отстоящих от точки
на расстояние меньшее, чем
(такое множество точек называется
-окрестностью
точки
:
) , выполняется неравенство
. Если предел существует, то он не зависит от пути, по которому точка
стремится к точке
.
2.3).
.
2.4).
. Например, при
, т.е., если точка
стремится к точке
по прямой
, предел равен
. Если же
, т.е. точка
стремится к точке
по прямой
. В этом случае предел оказывается равен
. Итак, предел в этом примере не существует, так как при стремлении точки
к точке
по различным путям, он получается различным.
Функция
называется непрерывной в точке
, если
- функция
определена в точке
и в некоторой ее окрестности, - существует конечный предел
при стремлении точки
к точке
произвольным образом, -
.
Функция разрывна в точке
, если нарушено хотя бы одно из условий 1., 2., 3.
Функция
непрерывная в любой точке некоторой области
называется непрерывной в этой области.
2.5). Функция
определена во всех точках плоскости
, но не в точке
, поэтому разрывна в этой точке. В остальных точках плоскости она непрерывна.
2.6). Функция
разрывна в точке
, так как не имеет предела в этой точке.
2.7). Функция
разрывна в точке
, поскольку
.
Теорема. Если функция
непрерывна в ограниченной замкнутой области
, то
a) она в этой области ограничена, т.е. существует число
(
) такое, что для всех точек
выполняется неравенство
,
b) в области
имеются точки, в которых функция достигает своего наименьшего и наибольшего значений.
2.2.Частные производные функции двух переменных. Полный дифференциал.
Рассмотрим функцию
. Пусть
- область ее определения. Зафиксируем точку
. Придадим аргументам
и
приращения
и
соответственно. При этом
. Тогда разности
и
называются частными приращениями функции
по переменным
и
соответственно, а разность
- ее полным приращением.
Частными производными функции
по переменным
и
называются следующие пределы разностных отношений
.
Значение частной производной функции зависит от точки
, в которой она вычисляется, т.е. сама по себе частная производная является функцией точки
. Формулы и правила, используемые при вычислении производной функции одной переменной, справедливы также и для частных производных функции двух переменных. Главное в процессе вычисления частной производной функции по одной из ее переменных – помнить, что другая переменная при этом считается постоянной.
2.8). Вычислить частные производные функции
.
,
.
Частные производные, как функции тех же переменных, тоже в свою очередь могут иметь частные производные, которые называются частными производными второго порядка.
,
,
,
,
Смешанные производные
и
равны между собой, если они являются непрерывными функциями.
2.9). Вычислить частные производные второго порядка функции
.
Пользуясь уже имеющимися в примере 36) частными производными первого порядка, получаем
,
,
,
. Как видим,
.
Если функция
имеет в точке
непрерывные частные производные, то ее полное приращение может быт представлено в виде
, где
и
при
. Главная линейная часть
полного приращения
функции
называется ее полным дифференциалом
, с учетом того, что для независимых переменных
и
.
2.10). Полный дифференциал функции
записываем, следуя формуле

2.3.Производная по направлению. Градиент.
Пусть функция
определена в некоторой области
. Точка
,
- некоторое направление (вектор с началом в точке М), задаваемое единичным вектором (ортом)
, где
и
- косинусы углов, образуемых вектором
с осями координат, называемые направляющими косинусами. При перемещении из точки
в точку
по направлению
функция получает приращение
, называемое приращением функции в данном направлении
. Пусть
- величина перемещения. Предел отношения
при
, если он существует, называется производной функции
по направлению
и обозначается
, или
. Итак,
. Производная
характеризует изменения функции в направлении
. При заданных направляющих косинусах производная по направлению вычисляется по формуле
.
Градиентом функции
в точке
называется вектор
, координаты которого равны соответствующим частным производным
и
, вычисленным в точке
. Т.е.
, или
. Градиент, это вектор, указывающий направление наибольшего роста функции.
2.11). Вычислить производную функции
в точке
по направлению
.
Найдем длину вектора
:
. Тогда
. Таким образом, единичный орт
вектора
имеет координаты
. Используя частные производные
и
, запишем производную по направлению
в произвольной точке
:
. Итак, в точке
эта производная оказывается равной
.
2.12). Вычислить градиент функции
в точке
.
Градиент этой функции в произвольной точке
выглядит так
. В данной точке
.
2.4.Экстремум функции двух переменных.