Контрольная работа: Свойства усредненной функции с сильной осцилляцией

1

Тема: Свойства усредненной функции с сильной осцилляцией

Содержание

Введение

§1. Свойства функции

§2. Свойства функции и ее производных.

2.1

2.2

2.3 где >0

2.4

§3. Поведение

3.1

3.2

3.3

3.4

§4. Поведение

4.1

4.2

4.3

4.4

Заключение

Литература

Введение

Пусть произвольная функция, определенная на , и при

Введем в рассмотрение функцию с помощью следующего равенства:

(1)

Назовем эту функцию усреднением функции

Это название оправдано так как из (1) и теоремы о среднем для интегралов можем заключить

§1. Свойства функции

Если , при , то при Доказательство:

, , N >0, :

(2)

(3)

Дифференцируя формулу (1) по dx получаем

(4)

(5)

§2. Свойства функции и ее производных

I) Рассмотрим вид функции для случаев когда :

2.1

2.2

2.3 где >0

Разделим интеграл на два интеграла и вычислим их отдельно.

Второй интеграл не оказывает влияния на первый, так как при функция стремится к 0.

Доказательство:

Рассматривая второй интеграл, мы получаем:

Рассматривая первый интеграл, получаем:

Последние два слагаемых полученных при интегрировании содержат в произведении , то есть при возрастании x эти слагаемые будут очень быстро уменьшатся и весь интеграл при становится очень малым по сравнению с первой частью. Поэтому можно считать что при

Следовательно:

2.4

Наложить на ограничение, такое чтобы присутствие не влияло на поведение функции.

Рассматривая полученное выражение можно заметить что

становится пренебрежительно малым по отношению к остальной части

как только . Ограничение №1

В тоже время

Становится бесконечно малым как только . граничение №2

Раскрывая в оставшейся части скобки, по Биному Ньютона получаем, что

должен быть очень малым при то есть

так как ограниченная функция, к 0 должен стремится .

Ограничение №3

Учитывая ограничения 1, 2, 3 получаем:

Следовательно, ограничение на удовлетворяющее поставленной задаче, при котором присутствие не влияет на поведение функции .

функция осциллирующий интеграл

§3. Рассмотрим поведение функции для случаев:

3.1

3.2

3.3

Вычислим отдельно интегральное выражение, стоящее в числителе:

=

=

рассматривая пределы при видим что на поведение функции оказывает влияние только главный член

Поведение данной функции при эквивалентно поведению функции

(*)

Вычислим интеграл в знаменателе:

=

(**)

Учитывая (*)и (**) получаем

Следовательно, по формуле (2) получаем

3.4

Отдельно вычислим числитель и знаменатель:

По ранее доказанному в пункте 2.4 мы можем сказать что второй интеграл не оказывает влияния на поведение функции. Поэтому мы можем утверждать, что числитель эквивалентен выражению:

Вычислим знаменатель:

Разделив интеграл на 2 интеграла, мы получаем:

По пункту 2.4 можем вывести что второй интеграл не влияет на поведение функции при

Следовательно, знаменатель:

§4. Рассмотрим поведение второй производной

Для облегчения вычислений введем обозначения:

При этом формула для примет вид

(6)

4.1

Виду того, что d(x) очень мал то будет несравним с d(x) т.е.

4.2

используя равенства, полученные в пункте 2.2 и 3.2, преобразуя данное равенство, приходим к выражению:

(Все выкладки приводить не буду в виду их громоздкости и сложности для восприятия. Добавлю только что все выкладки, примененные в данном пункте полностью повторяют ограничения и эквивалентные выражения, использованные в пунктах 2.2 и 3.2).

Отсюда следует что

4.3

Используя данные, полученные в п.3.3 получаем что

Возвращаясь к п. 3.3 находим:

Вычисляя по формуле 6, получаем:

и

4.4

и

Заключение

В результате проведенного исследования поведения усредненной функции в случае осциллирующих коэффициентов, получены данные приведенные в следующей таблице: