2.5

Производные и дифференциалы высших порядков

[126/97%]
Показать
LaTeX
Задача 1111

Найти yy'', если: y=x1+x2y=x\sqrt{1+x^{2}}.

?
Задача 1112

Найти yy'', если: y=x1x2y=\dfrac {x}{\sqrt{1-x^{2}}}.

?
Задача 1113

Найти yy'', если: y=ex2y=e^{-x^{2}}.

?
Задача 1114

Найти yy'', если: y=tgxy=\tg x.

?
Задача 1115

Найти yy'', если: y=(1+x2)arctgxy=(1+x^{2})\arctg x.

?
Задача 1116

Найти yy'', если: y=arcsinx1x2y=\dfrac {\arcsin x}{\sqrt{1-x^{2}}}.

?
Задача 1117

Найти yy'', если: y=xlnxy=x\ln x.

?
Задача 1118

Найти yy'', если: y=lnf(x)y=\ln f(x).

?
Задача 1119

Найти yy'', если: y=x[sin(lnx)+cos(lnx)]y=x\left[\sin (\ln x)+\cos (\ln x)\right].

?
Задача 1120

Найти y(0)y(0), y(0)y'(0) и y(0)y''(0), если

y=esinxcos(sinx). y=e^{\sin x}\cos (\sin x).
?
Задача 1121

Пусть u=φ(x)u=\varphi (x) и v=ψ(x)v=\psi (x) — дважды дифференцируемые функции. Найти yy'', если y=u2y=u^{2}.

?
Задача 1122

Пусть u=φ(x)u=\varphi (x) и v=ψ(x)v=\psi (x) — дважды дифференцируемые функции. Найти yy'', если y=lnuvy=\ln \dfrac {u}{v}.

?
Задача 1123

Пусть u=φ(x)u=\varphi (x) и v=ψ(x)v=\psi (x) — дважды дифференцируемые функции. Найти yy'', если y=u2+v2y=\sqrt{u^{2}+v^{2}}.

?
Задача 1124

Пусть u=φ(x)u=\varphi (x) и v=ψ(x)v=\psi (x) — дважды дифференцируемые функции. Найти yy'', если y=uvy=u^{v} (u>0)(u>0).

?
Задача 1125

Пусть f(x)f(x) — трижды дифференцируемая функция. Найти yy' и yy''', если y=f(x2)y=f(x^{2}).

?
Задача 1126

Пусть f(x)f(x) — трижды дифференцируемая функция. Найти yy' и yy''', если y=f(1x)y=f\left(\dfrac {1}{x}\right).

?
Задача 1127

Пусть f(x)f(x) — трижды дифференцируемая функция. Найти yy' и yy''', если y=f(ex)y=f(e^{x}).

?
Задача 1128

Пусть f(x)f(x) — трижды дифференцируемая функция. Найти yy' и yy''', если y=f(lnx)y=f(\ln x).

?
Задача 1129

Найти yy' и yy''', если y=f(φ(x))y=f(\varphi (x)), где φ(x)\varphi (x) — достаточное число раз дифференцируемая функция.

?
Задача 1130

Найти d2yd^{2}y для функции y=exy=e^{x} в двух случаях:

?
(а)

xx — независимая переменная;

(б)

xx — промежуточный аргумент.

Задача 1131

Считая xx независимой переменной, найти d2yd^{2}y, если y=1+x2y=\sqrt{1+x^{2}}.

?
Задача 1132

Считая xx независимой переменной, найти d2yd^{2}y, если y=lnxxy=\dfrac {\ln x}{x}.

?
Задача 1133

Считая xx независимой переменной, найти d2yd^{2}y, если y=xxy=x^{x}.

?
Задача 1134

Пусть uu и vv — дважды дифференцируемые функции от переменной xx. Найти d2yd^{2}y, если y=uvy=uv.

?
Задача 1135

Пусть uu и vv — дважды дифференцируемые функции от переменной xx. Найти d2yd^{2}y, если y=uvy=\dfrac {u}{v}.

?
Задача 1136

Пусть uu и vv — дважды дифференцируемые функции от переменной xx. Найти d2yd^{2}y, если y=umvny=u^{m}v^{n} (mm и nn — постоянные).

?
Задача 1137

Пусть uu и vv — дважды дифференцируемые функции от переменной xx. Найти d2yd^{2}y, если y=auy=a^{u} (a>0)(a>0).

?
Задача 1138

Пусть uu и vv — дважды дифференцируемые функции от переменной xx. Найти d2yd^{2}y, если y=lnu2+v2y=\ln \sqrt{u^{2}+v^{2}}.

?
Задача 1139

Пусть uu и vv — дважды дифференцируемые функции от переменной xx. Найти d2yd^{2}y, если y=arctguvy=\arctg \dfrac {u}{v}.

?
Задача 1140

Найти производные yxy'_{x}, yx2y''_{x^{2}}, yx3y'''_{x^{3}} от функции y=y(x)y=y(x), заданной параметрически, если: x=2tt2x=2t-t^{2}, y=3tt3y=3t-t^{3}.

?
Задача 1141

Найти производные yxy'_{x}, yx2y''_{x^{2}}, yx3y'''_{x^{3}} от функции y=y(x)y=y(x), заданной параметрически, если: x=acostx=a\cos t, y=asinty=a\sin t.

?
Задача 1142

Найти производные yxy'_{x}, yx2y''_{x^{2}}, yx3y'''_{x^{3}} от функции y=y(x)y=y(x), заданной параметрически, если: x=a(tsint)x=a(t-\sin t), y=a(1cost)y=a(1-\cos t).

?
Задача 1143

Найти производные yxy'_{x}, yx2y''_{x^{2}}, yx3y'''_{x^{3}} от функции y=y(x)y=y(x), заданной параметрически, если: x=etcostx=e^{t}\cos t, y=etsinty=e^{t}\sin t.

?
Задача 1144

Найти производные yxy'_{x}, yx2y''_{x^{2}}, yx3y'''_{x^{3}} от функции y=y(x)y=y(x), заданной параметрически, если: x=f(t)x=f'(t), y=tf(t)f(t)y=tf'(t)-f(t).

?
Задача 1145

Пусть функция y=f(x)y=f(x) дифференцируема достаточное число раз. Найти производные xx', xx'', xx''', xIVx^{IV} обратной функции x=f1(y)x=f^{-1}(y), предполагая, что эти производные существуют.

?
Задача 1146

Найти yxy'_{x}, yx2y''_{x^{2}} и yx3y'''_{x^{3}} от функции y=y(x)y=y(x), заданной неявно: x2+y2=25x^{2}+y^{2}=25. Чему равны yy', yy'' и yy''' в точке M(3,4)M(3,4)?

?
Задача 1147

Найти yxy'_{x}, yx2y''_{x^{2}} и yx3y'''_{x^{3}} от функции y=y(x)y=y(x), заданной неявно: y2=2pxy^{2}=2px.

?
Задача 1148

Найти yxy'_{x}, yx2y''_{x^{2}} и yx3y'''_{x^{3}} от функции y=y(x)y=y(x), заданной неявно: x2xy+y2=1x^{2}-xy+y^{2}=1.

?
Задача 1149

Найти yxy'_{x} и yx2y''_{x^{2}}, если: y2+2lny=x4y^{2}+2\ln y=x^{4}.

?
Задача 1150

Найти yxy'_{x} и yx2y''_{x^{2}}, если: x2+y2=aearctgy/x\sqrt{x^{2}+y^{2}}=ae^{\arctg y/x} (a>0)(a>0).

?
Задача 1151

Пусть функция f(x)f(x) определена и дважды дифференцируема при xx0x \leq x_{0}. Как следует подобрать коэффициенты aa, bb и cc, чтобы функция

F(x)={f(x),если xx0;a(xx0)2+b(xx0)+c,если x>x0 F(x)=\begin{cases} f(x), & \text{если } x \leq x_{0}; \\ a(x-x_{0})^{2}+b(x-x_{0})+c, & \text{если } x>x_{0} \end{cases}

была дважды дифференцируема?

?
Задача 1152

Точка движется прямолинейно по закону

s=10+20t5t2. s=10+20t-5t^{2}.

Найти скорость и ускорение движения. Чему равны скорость и ускорение в момент времени t=2t=2?

?
Задача 1153

Точка M(x,y)M(x,y) равномерно движется по окружности x2+y2=a2x^{2}+y^{2}=a^{2}, делая один оборот за TT с. Найти скорость vv и ускорение jj проекции точки MM на ось OxOx, если при t=0t=0 точка занимала положение M0(a,0)M_{0}(a,0).

?
Задача 1154

Тяжелая материальная точка M(x,y)M(x,y) брошена в вертикальной плоскости OxyOxy под углом α\alpha к плоскости горизонта с начальной скоростью v0v_{0}. Составить (пренебрегая сопротивлением воздуха) уравнения движения и определить величину скорости vv и ускорения jj, а также траекторию движения. Чему равны наибольшая высота поднятия точки и дальность полета?

?
Задача 1155

Уравнения движения точки

x=4sinωt3cosωt,y=3sinωt+4cosωt x=4\sin \omega t-3\cos \omega t, \qquad y=3\sin \omega t+4\cos \omega t

(ω\omega — постоянно). Определить траекторию движения и величину скорости и ускорения.

?
Задача 1156

Найти производные указанного порядка: y=x(2x1)2(x+3)3y=x(2x-1)^{2}(x+3)^{3}; найти y(6)y^{(6)} и y(7)y^{(7)}.

?
Задача 1157

Найти производные указанного порядка: y=axmy=\dfrac {a}{x^{m}}; найти yy'''.

?
Задача 1158

Найти производные указанного порядка: y=xy=\sqrt{x}; найти y(10)y^{(10)}.

?
Задача 1159

Найти производные указанного порядка: y=x21xy=\dfrac {x^{2}}{1-x}; найти y(8)y^{(8)}.

?
Задача 1160

Найти производные указанного порядка: y=1+x1xy=\dfrac {1+x}{\sqrt{1-x}}; найти y(100)y^{(100)}.

?
Задача 1161

Найти производные указанного порядка: y=x2e2xy=x^{2}e^{2x}; найти y(20)y^{(20)}.

?
Задача 1162

Найти производные указанного порядка: y=exxy=\dfrac {e^{x}}{x}; найти y(10)y^{(10)}.

?
Задача 1163

Найти производные указанного порядка: y=xlnxy=x\ln x; найти y(5)y^{(5)}.

?
Задача 1164

Найти производные указанного порядка: y=lnxxy=\dfrac {\ln x}{x}; найти y(5)y^{(5)}.

?
Задача 1165

Найти производные указанного порядка: y=x2sin2xy=x^{2}\sin 2x; найти y(50)y^{(50)}.

?
Задача 1166

Найти производные указанного порядка: y=cos3x13x3y=\dfrac {\cos 3x}{\sqrt[3]{1-3x}}; найти yy'''.

?
Задача 1167

Найти производные указанного порядка: y=sinxsin2xsin3xy=\sin x\sin 2x\sin 3x; найти y(10)y^{(10)}.

?
Задача 1168

Найти производные указанного порядка: y=xshxy=x\sh x; найти y(100)y^{(100)}.

?
Задача 1169

Найти производные указанного порядка: y=excosxy=e^{x}\cos x; найти yIVy^{IV}.

?
Задача 1170

Найти производные указанного порядка: y=sin2xlnxy=\sin^{2}x\ln x; найти y(6)y^{(6)}.

?
Задача 1171

Считая xx независимой переменной, найти дифференциал указанного порядка: y=x5y=x^{5}; найти d5yd^{5}y.

?
Задача 1172

Считая xx независимой переменной, найти дифференциал указанного порядка: y=1/xy=1/\sqrt{x}; найти d3yd^{3}y.

?
Задача 1173

Считая xx независимой переменной, найти дифференциал указанного порядка: y=xcos2xy=x\cos 2x; найти d10yd^{10}y.

?
Задача 1174

Считая xx независимой переменной, найти дифференциал указанного порядка: y=exlnxy=e^{x}\ln x; найти d4yd^{4}y.

?
Задача 1175

Считая xx независимой переменной, найти дифференциал указанного порядка: y=cosxchxy=\cos x\cdot \ch x; найти d6yd^{6}y.

?
Задача 1176

Найти дифференциал указанного порядка, если uu — функция от xx, дифференцируемая достаточное число раз: y=u2y=u^{2}; найти d10yd^{10}y.

?
Задача 1177

Найти дифференциал указанного порядка, если uu — функция от xx, дифференцируемая достаточное число раз: y=euy=e^{u}; найти d4yd^{4}y.

?
Задача 1178

Найти дифференциал указанного порядка, если uu — функция от xx, дифференцируемая достаточное число раз: y=lnuy=\ln u; найти d3yd^{3}y.

?
Задача 1179

Найти d2yd^{2}y, d3yd^{3}y и d4yd^{4}y от функции y=f(x)y=f(x), считая xx функцией от некоторой независимой переменной.

?
Задача 1180

Выразить производные yy'' и yy''' от функции y=f(x)y=f(x) через последовательные дифференциалы переменных xx и yy, не предполагая xx независимой переменной.

?
Задача 1181

Показать, что функция y=C1cosx+C2sinxy=C_{1}\cos x+C_{2}\sin x, где C1C_{1} и C2C_{2} — произвольные постоянные, удовлетворяет уравнению

y+y=0. y''+y=0.
?
Задача 1182

Показать, что функция y=C1chx+C2shxy=C_{1}\ch x+C_{2}\sh x, где C1C_{1} и C2C_{2} — произвольные постоянные, удовлетворяет уравнению

yy=0. y''-y=0.
?
Задача 1183

Показать, что функция y=C1eλ1x+C2eλ2xy=C_{1}e^{\lambda_{1}x}+C_{2}e^{\lambda_{2}x}, где C1C_{1} и C2C_{2} — произвольные постоянные и λ1\lambda_{1}, λ2\lambda_{2} — постоянные, удовлетворяет уравнению

y(λ1+λ2)y+λ1λ2y=0. y''-(\lambda _{1}+\lambda _{2})y'+\lambda _{1}\lambda _{2}y=0.
?
Задача 1184

Показать, что функция

y=xn[C1cos(lnx)+C2sin(lnx)], y=x^{n}\left[C_{1}\cos (\ln x)+C_{2}\sin (\ln x)\right],

где C1C_{1} и C2C_{2} — произвольные постоянные и nn — постоянная, удовлетворяет уравнению

x2y+(12n)xy+(1+n2)y=0. x^{2}y''+(1-2n)xy'+(1+n^{2})y=0.
?
Задача 1185

Показать, что функция

y=ex/2(C1cosx2+C2sinx2)+ex/2(C3cosx2+C4sinx2), y=e^{x/\sqrt{2}}\left(C_{1}\cos \frac{x}{\sqrt{2}}+C_{2}\sin \frac{x}{\sqrt{2}}\right)+e^{-x/\sqrt{2}}\left(C_{3}\cos \frac{x}{\sqrt{2}}+C_{4}\sin \frac{x}{\sqrt{2}}\right),

где C1C_{1}, C2C_{2}, C3C_{3} и C4C_{4} — произвольные постоянные, удовлетворяет уравнению

yIV+y=0. y^{IV}+y=0.
?
Задача 1186

Доказать, что если функция f(x)f(x) имеет производную nn-го порядка, то

[f(ax+b)](n)=anf(n)(ax+b). \left[f(ax+b)\right]^{(n)}=a^{n}f^{(n)}(ax+b).
?
Задача 1187

Найти P(n)(x)P^{(n)}(x), если

P(x)=a0xn+a1xn1++an. P(x)=a_{0}x^{n}+a_{1}x^{n-1}+\ldots +a_{n}.
?
Задача 1188

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=ax+bcx+dy=\dfrac {ax+b}{cx+d}.

?
Задача 1189

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=1x(1x)y=\dfrac {1}{x(1-x)}.

?
Задача 1190

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=1x23x+2y=\dfrac {1}{x^{2}-3x+2}.

?
Примечание.
?

Указание. Разложить функцию на простейшие дроби.

Задача 1191

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=112xy=\dfrac {1}{\sqrt{1-2x}}.

?
Задача 1192

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=x1+x3y=\dfrac {x}{\sqrt[3]{1+x}}.

?
Задача 1193

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=sin2xy=\sin^{2}x.

?
Задача 1194

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=cos2xy=\cos^{2}x.

?
Задача 1195

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=sin3xy=\sin^{3}x.

?
Задача 1196

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=cos3xy=\cos^{3}x.

?
Задача 1197

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=sinaxsinbxy=\sin ax\sin bx.

?
Задача 1198

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=cosaxcosbxy=\cos ax\cos bx.

?
Задача 1199

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=sinaxcosbxy=\sin ax\cos bx.

?
Задача 1200

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=sin2axcosbxy=\sin^{2}ax\cos bx.

?
Задача 1201

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=sin4x+cos4xy=\sin^{4}x+\cos^{4}x.

?
Задача 1202

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=xcosaxy=x\cos ax.

?
Задача 1203

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=x2sinaxy=x^{2}\sin ax.

?
Задача 1204

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=(x2+2x+2)exy=(x^{2}+2x+2)e^{-x}.

?
Задача 1205

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=ex/xy=e^{x}/x.

?
Задача 1206

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=excosxy=e^{x}\cos x.

?
Задача 1207

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=exsinxy=e^{x}\sin x.

?
Задача 1208

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=lna+bxabxy=\ln \dfrac {a+bx}{a-bx}.

?
Задача 1209

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=eaxP(x)y=e^{ax}P(x), где P(x)P(x) — многочлен.

?
Задача 1210

Найти y(n)y^{(n)}, если: y=xshxy=x\sh x.

?
Задача 1211

Найти dnyd^{n}y, если: y=xnexy=x^{n}e^{x}.

?
Задача 1212

Найти dnyd^{n}y, если: y=lnxxy=\dfrac {\ln x}{x}.

?
Задача 1213

Доказать равенства:

?
(а)

[eaxsin(bx+c)](n)=eax(a2+b2)n/2sin(bx+c+nφ)\left[e^{ax}\sin (bx+c)\right]^{(n)}=e^{ax}(a^{2}+b^{2})^{n/2}\sin (bx+c+n\varphi );

(б)

[eaxcos(bx+c)](n)=eax(a2+b2)n/2cos(bx+c+nφ)\left[e^{ax}\cos (bx+c)\right]^{(n)}=e^{ax}(a^{2}+b^{2})^{n/2}\cos (bx+c+n\varphi ),

где

sinφ=ba2+b2иcosφ=aa2+b2. \sin \varphi =\frac{b}{\sqrt{a^{2}+b^{2}}} \quad \text{и} \quad \cos \varphi =\frac{a}{\sqrt{a^{2}+b^{2}}}.
Задача 1214

Найти y(n)y^{(n)}, если:

?
(а)

y=chaxcosbxy=\ch ax\cos bx;

(б)

y=chaxsinbxy=\ch ax\sin bx.

(в)
(г)
Задача 1215

Преобразовав функцию f(x)=sin2pxf(x)=\sin^{2p}x, где pp — натуральное число, в тригонометрический многочлен f(x)=k=0pAkcos2kxf(x)=\displaystyle \sum_{k=0}^{p}A_{k}\cos 2kx, найти f(n)(x)f^{(n)}(x).

?
Примечание.
?

Указание. Положить sinx=12i(ttˉ)\sin x=\dfrac {1}{2i}(t-\bar{t}), где t=cosx+isinxt=\cos x+i\sin x и tˉ=cosxisinx\bar{t}=\cos x-i\sin x, и воспользоваться формулой Муавра.

Задача 1216

Найти f(n)(x)f^{(n)}(x), если:

?
(а)

f(x)=sin2p+1xf(x)=\sin^{2p+1}x;

(б)

f(x)=cos2pxf(x)=\cos^{2p}x;

(в)

f(x)=cos2p+1xf(x)=\cos^{2p+1}x,

где pp — целое положительное число (см. предыдущую задачу).

Примечание.
?

Если f(x)=f1(x)+if2(x)f(x)=f_{1}(x)+if_{2}(x), где ii — мнимая единица и f1(x)f_{1}(x), f2(x)f_{2}(x) — действительные функции от действительной переменной xx, то по определению принимаем: f(x)=f1(x)+if2(x)f'(x)=f'_{1}(x)+if'_{2}(x).

Задача 1217

Используя тождество

1x2+1=12i(1xi1x+i), \frac{1}{x^{2}+1}=\frac{1}{2i}\left(\frac{1}{x-i}-\frac{1}{x+i}\right),

доказать, что

(1x2+1)(n)=(1)nn!(1+x2)(n+1)/2sin[(n+1)arcctgx]. \left(\frac{1}{x^{2}+1}\right)^{(n)}=\frac{(-1)^{n}n!}{(1+x^{2})^{(n+1)/2}}\sin \left[(n+1)\operatorname {arcctg}x\right].
?
Примечание.
?

Указание. Применить формулу Муавра.

Задача 1218

Найти nn-ю производную от функции

f(x)=arctgx. f(x)=\arctg x.
?
Задача 1219

Найти f(n)(0)f^{(n)}(0), если:

?
(а)

f(x)=1(12x)(1+x)f(x)=\dfrac {1}{(1-2x)(1+x)};

(б)

f(x)=x1xf(x)=\dfrac {x}{\sqrt{1-x}}.

Задача 1220

Найти f(n)(0)f^{(n)}(0), если:

?
(а)

f(x)=x2eaxf(x)=x^{2}e^{ax};

(б)

f(x)=arctgxf(x)=\arctg x;

(в)

f(x)=arcsinxf(x)=\arcsin x.

Задача 1221

Найти f(n)(0)f^{(n)}(0), если:

?
(а)

f(x)=cos(marcsinx)f(x)=\cos (m\arcsin x);

(б)

f(x)=sin(marcsinx)f(x)=\sin (m\arcsin x).

Задача 1222

Найти f(n)(0)f^{(n)}(0), если:

?
(а)

f(x)=(arctgx)2f(x)=(\arctg x)^{2};

(б)

f(x)=(arcsinx)2f(x)=(\arcsin x)^{2}.

Задача 1223

Найти f(n)(a)f^{(n)}(a), если

f(x)=(xa)nφ(x), f(x)=(x-a)^{n}\varphi (x),

где функция φ(x)\varphi (x) имеет непрерывную производную (n1)(n-1)-го порядка в окрестности точки aa.

?
Задача 1224

Доказать, что функция

f(x)={x2nsin1x,если x0,0,если x=0 f(x)=\begin{cases} x^{2n}\sin \dfrac {1}{x}, & \text{если } x\neq 0, \\ 0, & \text{если } x=0 \end{cases}

(nn — натуральное число) в точке x=0x=0 имеет производные до nn-го порядка включительно и не имеет производной (n+1)(n+1)-го порядка.

?
Задача 1225

Доказать, что функция

f(x)={e1/x2,если x0,0,если x=0 f(x)=\begin{cases} e^{-1/x^{2}}, & \text{если } x\neq 0, \\ 0, & \text{если } x=0 \end{cases}

бесконечно дифференцируема при x=0x=0. Построить график этой функции.

?
Задача 1226

Доказать, что многочлены Чебышева

Tm(x)=12m1cos(marccosx)(m=1,2,) T_{m}(x)=\frac{1}{2^{m-1}}\cos (m\arccos x) \quad (m=1,2,\ldots )

удовлетворяют уравнению

(1x2)Tm(x)xTm(x)+m2Tm(x)=0. (1-x^{2})T''_{m}(x)-xT'_{m}(x)+m^{2}T_{m}(x)=0.
?
Задача 1227

Доказать, что многочлены Лежандра

Pm(x)=12mm![(x21)m](m)(m=0,1,2,) P_{m}(x)=\frac{1}{2^{m}m!}\left[(x^{2}-1)^{m}\right]^{(m)} \quad (m=0,1,2,\ldots )

удовлетворяют уравнению

(1x2)Pm(x)2xPm(x)+m(m+1)Pm(x)=0. (1-x^{2})P''_{m}(x)-2xP'_{m}(x)+m(m+1)P_{m}(x)=0.
?
Примечание.
?

Указание. Продифференцировать m+1m+1 раз равенство (x21)u=2mxu(x^{2}-1)u'=2mxu, где u=(x21)mu=(x^{2}-1)^{m}.

Задача 1228

Многочлены Чебышева — Лагерра определяются формулой

Lm(x)=ex(xmex)(m)(m=0,1,2,). L_{m}(x)=e^{x}(x^{m}e^{-x})^{(m)} \quad (m=0,1,2,\ldots ).

Найти явное выражение для многочлена Lm(x)L_{m}(x). Доказать, что Lm(x)L_{m}(x) удовлетворяет уравнению

xLm(x)+(1x)Lm(x)+mL(x)=0. xL''_{m}(x)+(1-x)L'_{m}(x)+mL(x)=0.
?
Примечание.
?

Указание. Использовать равенство xu+(xm)u=0xu'+(x-m)u=0, где u=xmexu=x^{m}e^{-x}.

Задача 1229

Пусть y=f(u)y=f(u) и u=φ(x)u=\varphi (x), где f(u)f(u) и φ(x)\varphi (x)nn-кратно дифференцируемые функции. Доказать, что

dnydxn=k=1nAk(x)f(k)(u), \frac{d^{n}y}{dx^{n}}=\sum _{k=1}^{n}A_{k}(x)f^{(k)}(u),

где коэффициенты Ak(x)A_{k}(x) (k=0,1,,n)(k=0,1,\ldots ,n) не зависят от функции f(u)f(u).

?
Задача 1230

Доказать, что для nn-й производной сложной функции y=f(x2)y=f(x^{2}) справедлива формула

dnydxn=(2x)nf(n)(x2)+n(n1)1!(2x)n2f(n1)(x2)+n(n1)(n2)(n3)2!(2x)n4f(n2)(x2)+ \frac{d^{n}y}{dx^{n}}=(2x)^{n}f^{(n)}(x^{2})+\frac{n(n-1)}{1!}(2x)^{n-2}f^{(n-1)}(x^{2})+\frac{n(n-1)(n-2)(n-3)}{2!}(2x)^{n-4}f^{(n-2)}(x^{2})+\ldots
?
Задача 1231

Многочлены Чебышева — Эрмита определяются формулой

Hm(x)=(1)mex2(ex2)(m)(m=0,1,2,). H_{m}(x)=(-1)^{m}e^{x^{2}}(e^{-x^{2}})^{(m)} \quad (m=0,1,2,\ldots ).

Найти явное выражение многочленов Hm(x)H_{m}(x). Доказать, что Hm(x)H_{m}(x) удовлетворяет уравнению

Hm(x)2xHm(x)+2mHm(x)=0. H''_{m}(x)-2xH'_{m}(x)+2mH_{m}(x)=0.
?
Примечание.
?

Указание. Использовать равенство u+2xu=0u'+2xu=0, где u=ex2u=e^{-x^{2}}.

Задача 1232

Доказать равенство

(xn1e1/x)(n)=(1)nxn+1e1/x. (x^{n-1}e^{1/x})^{(n)}=\frac{(-1)^{n}}{x^{n+1}}e^{1/x}.
?
Примечание.
?

Указание. Применить метод математической индукции.

Задача 1232.1

Доказать формулу

dndxn(xnlnx)=n!(lnx+k=1n1k)(x>0). \frac{d^{n}}{dx^{n}}(x^{n}\ln x)=n!\left(\ln x+\sum _{k=1}^{n}\frac{1}{k}\right) \quad (x>0).
?
Задача 1232.2

Доказать формулу

d2ndx2n(sinxx)=(2n)!x2n+1[Cn(x)sinxSn(x)cosx], \frac{d^{2n}}{dx^{2n}}\left(\frac{\sin x}{x}\right)=\frac{(2n)!}{x^{2n+1}}\left[C_{n}(x)\sin x-S_{n}(x)\cos x\right],

где

Cn(x)=1x22!++(1)nx2n(2n)! C_{n}(x)=1-\frac{x^{2}}{2!}+\ldots +(-1)^{n}\frac{x^{2n}}{(2n)!}

и

Sn(x)=xx33!++(1)n1x2n1(2n1)!. S_{n}(x)=x-\frac{x^{3}}{3!}+\ldots +(-1)^{n-1}\frac{x^{2n-1}}{(2n-1)!}.
?
Задача 1233

Пусть ddx=D\dfrac {d}{dx}=D обозначает операцию дифференцирования и

f(D)=k=0npk(x)Dk f(D)=\sum _{k=0}^{n}p_{k}(x)D^{k}

— символический дифференциальный многочлен, где pk(x)p_{k}(x) (k=0,1,,n)(k=0,1,\ldots ,n) — некоторые непрерывные функции от xx. Доказать, что

f(D){eλxu(x)}=eλxf(D+λ)u(x), f(D)\left\{ e^{\lambda x}u(x)\right\} =e^{\lambda x}f(D+\lambda )u(x),

где λ\lambda — постоянно.

?
Задача 1234

Доказать, что если в уравнении

k=0nakxkyx(k)=0 \sum _{k=0}^{n}a_{k}x^{k}y_{x}^{(k)}=0

положить x=etx=e^{t}, где tt — независимая переменная, то это уравнение примет вид:

k=0nakD(D1)(Dk+1)y=0, \sum _{k=0}^{n}a_{k}D(D-1)\ldots (D-k+1)y=0,

где D=ddtD=\dfrac {d}{dt}.

?