МатАнПрод:НейроРешенияКр2

Временная страница с нейросетевыми решениями КР2

Вариант №1

1. Вычислить значение величины $+2024$, если ${=}_{-}^{}(x^6-x^4-x^2+1)(3x)dx$.

Решение: Рассмотрим интеграл $$. Подынтегральная функция является произведением двух функций: $g(x)=x^6-x^4-x^2+1$ и $h(x)=(3x)$. $g(-x)=(-x{)}^6-(-x{)}^4-(-x{)}^2+1=x^6-x^4-x^2+1=g(x)$, следовательно, $g(x)$ — четная функция. $h(-x)=(3(-x))=(-3x)=-(3x)=-h(x)$, следовательно, $h(x)$ — нечетная функция. Произведение четной и нечетной функции является нечетной функцией. Интеграл от нечетной функции по симметричному промежутку $[-,]$ равен нулю. Таким образом, $=0$. Вычислим значение выражения: $+2024=(0)+2024=0+2024=2024$.

Ответ: 2024.

2. Вычислить значение выражения $$, если $\underset{253}{\overset{}{0}}f(x)dx$.

Решение: Рассмотрим интеграл в знаменателе: $I{=}^{″}{0}^{1/8}f(2024x)dx$. Сделаем замену переменной: $u=2024x$. Тогда $du=2024dx$, или $dx=$. Найдем новые пределы интегрирования: При $x=0$, $u=2024(0)=0$. При $x=1/8$, $u=2024(1/8)=253$. Подставляем замену в интеграл: $I{=}^{″}{0}^{253}f(u){=}^{″}{0}^{253}f(u)du$. Поскольку переменная интегрирования не влияет на значение определенного интеграла, $I{=}^{″}{0}^{253}f(x)dx$. Теперь вычислим значение исходного выражения: $=$. Так как $\underset{253}{\overset{}{0}}f(x)dx$, мы можем сократить этот интеграл: $=2024$.

Ответ: 2024.

3. Вычислить определённый интеграл ${506}^{1012}(f(x)+2)dx$, если известно, что ${506}^{2024}f(x)dx=2024$ и $\underset{2024}{\overset{}{1012}}f(x)dx=1012$.

Решение: Используем свойство аддитивности интеграла: ${506}^{2024}f(x)dx{=}^{″}{506}^{1012}f(x)dx{+}^{″}{1012}^{2024}f(x)dx$. Выразим интеграл, который нам нужен: ${506}^{1012}f(x)dx{=}^{″}{506}^{2024}f(x)dx{-}^{″}{1012}^{2024}f(x)dx$. Подставим известные значения: ${506}^{1012}f(x)dx=2024-1012=1012$. Теперь используем свойство линейности интеграла: ${506}^{1012}(f(x)+2)dx{=}^{″}{506}^{1012}f(x)dx{+}^{″}{506}^{1012}2dx$. Вычислим второй интеграл: ${506}^{1012}2dx=2^{″}{506}^{1012}=2(1012-506)=2=1012$. Итоговый результат: $\underset{1012}{\overset{}{506}}(f(x)+2)dx=1012+1012=2024$.

Ответ: 2024.

4. Пусть $t=f(x)$ – решение уравнения $t^{2023}+2023t=x,x$. Вычислить определённый интеграл $I{=}_0^{2024}f(x)dx$.

Решение: Функция $x=g(t)=t^{2023}+2023t$ является обратной к $f(x)$. Используем формулу для интеграла от обратной функции: $a^{b}f(x)dx=bf(b)-af(a){-}^{″}{f(a)}^{f(b)}g(t)dt$. Здесь $a=0,b=2024$. Найдем $f(0)$: $t^{2023}+2023t=0t(t^{2022}+2023)=0t=0$. Итак, $f(0)=0$. Найдем $f(2024)$: $t^{2023}+2023t=2024$. Легко видеть, что $t=1$ является решением: $1^{2023}+2023(1)=1+2023=2024$. Так как Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle g'(t) = 2023 t^{2022} + 2023 > 0} , функция $g(t)$ строго возрастает, и решение $t=1$ единственное. Итак, $f(2024)=1$. Применим формулу: $0^{2024}f(x)dx=2024f(2024)-0f(0){-}^{″}{f(0)}^{f(2024)}g(t)dt$ $0^{2024}f(x)dx=2024(1)-0{-}^{″}{0}^1(t^{2023}+2023t)dt$. Вычислим интеграл: $\underset{1}{\overset{}{0}}(t^{2023}+2023t)dt{=}^{″}{0}^1=(+)-(0)=+$. Тогда: $0^{2024}f(x)dx=2024-(+)$. Вычислим искомый интеграл $I$: $I=(2024--)$ $I=((2023+1)--)$ $I=(2023-+1-)$ $I=(+1-)$ $I=+(1-)$ $I=+()$ $I=+=+=+=$.

Ответ: $$.

5. Пусть $f(x)$ – дифференцируемая функция, Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle f(1)>0} , $f^2(x){=}_0^x(f^2(t)+(f^{\prime }(t){)}^2)dt+2023^2$. Вычислить значение $f()$.

Решение: Продифференцируем обе части равенства по $x$, используя теорему Ньютона-Лейбница: $(f^2(x))={(}_0^x(f^2(t)+(f^{\prime }(t){)}^2)dt+2023^2)$ $2f(x)f^{\prime }(x)=f^2(x)+(f^{\prime }(x){)}^2+0$. Перенесем все в одну сторону: $f^2(x)-2f(x)f^{\prime }(x)+(f^{\prime }(x){)}^2=0$. Это полный квадрат: $(f(x)-f^{\prime }(x){)}^2=0$. Отсюда следует $f(x)-f^{\prime }(x)=0$, то есть $f^{\prime }(x)=f(x)$. Общее решение этого дифференциального уравнения: $f(x)=C{e}^x$. Чтобы найти константу $C$, подставим $x=0$ в исходное уравнение: $f^2(0){=}_0^0(f^2(t)+(f^{\prime }(t){)}^2)dt+2023^2=0+2023^2$. $f(0)=$. Из общего решения $f(0)=C{e}^0=C$. Значит, $C=$. Имеем два возможных решения: $f(x)=2023e^x$ и $f(x)=-2023e^x$. Используем условие Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle f(1) > 0} : Если $f(x)=2023e^x$, то Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle f(1) = 2023 e > 0} . Это подходит. Если $f(x)=-2023e^x$, то Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle f(1) = -2023 e < 0} . Это не подходит. Следовательно, единственное решение $f(x)=2023e^x$. Вычислим $f()$: $f()=2023e^{}=2023$. $2023=2023(2023+1)=2023^2+2023=4092529+2023=4094552$.

Ответ: 4094552.

6. Пусть ${=}_0^{+}[x]e^{-x}dx$, где $[x]$– целая часть числа $x$. Вычислить значение выражения $()$.

Решение: Разобьем интеграл на сумму по отрезкам $[k,k+1)$: ${=}_{k=0}<sup{>}^{″}{k}^{k+1}[x]e^{-x}dx{=}^{″}k=0</sup{>}_k^{k+1}k{e}^{-x}dx$. При $k=0$, интеграл равен $0^{1}0e^{-x}dx=0$. Суммирование можно начать с $k=1$: ${=}^{″}{k^{″}=1}^k{k}^{k+1}{e}^{-x}dx$. Внутренний интеграл: $k^{k+1}{e}^{-x}dx=[-e^{-x}{]}^{″}{k}^{k+1}=-e^{-(k+1)}-(-e^{-k})=e^{-k}-e^{-k-1}=e^{-k}(1-e^{-1})$. Подставляем обратно: ${=}^{″}{k=1}^k[e^{-k}(1-e^{-1})]=(1-e^{-1}{)}^{″}{k=1}^k(e^-1)k$. Сумма ряда ${k=1}^k{y}^k=$ при Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle |y|&lt;1} . Здесь Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle y = e^{-1} = 1/e &lt; 1} . Сумма равна $===$. $=(1-e^{-1})==$. Вычислим выражение: $===e^{-2024}$. $()=(e^{-2024})=-2024$.

Ответ: -2024.

7. Пусть функция $y=f(x)$ такая, что $f^{\prime }{(}^{2}x)=x^x{e}^{2x}$ и $f(0)=2025$. Вычислить значение $f(1)$.

Решение: Упростим правую часть: $x^x=(e^x)x=e^(x)2$. $e^{2x}=e^(x2)=x^2$. Тогда $f^{\prime }{(}^{2}x)=e^(x)2x^2$. Пусть $u{=}^{2}x$. Тогда $f^{\prime }(u)=e^u{x}^2$. $x^2=e^{2x}$. Если Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle x&gt;1} , $x=$, $x^2=e^2$. Если Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle 0&lt;x&lt;1} , $x=-$, $x^2=e^{-2}$. Выражение $f^{\prime }(u)=e^u{e}^{2x}$ не однозначно зависит от $u$. Однако, $f^{\prime }{(}^{2}x)=e^(x)2e^{2x}=e2x+2x$. Если предположить, как в аналогичной задаче из варианта 2, что ищется функция вида $f(u)=e^{g(u)}+C$, и есть некоторое несоответствие в условии, можно попробовать $f(u)=e^{u+2}+C$ (предполагая $x=$). Используем $f(0)=2025$. $f(0)=e^{0+2}+C=e^0+C=1+C$. $1+C=2025C=2024$. Тогда $f(u)=e^{u+2}+2024$. Вычислим $f(1)$: $f(1)=e^{1+2}+2024=e^{1+2}+2024=e^3+2024$. (Примечание: Задача, вероятно, содержит неточность в условии, но при данном предположении ответ такой).

Ответ: $e^3+2024$.

8. Доказать неравенство $\underset{/2}{\overset{}{0}}{e}^{-x}dx$.

Решение: На отрезке $[0,/2]$ функция $y=x$ является вогнутой. Ее график лежит не ниже хорды, соединяющей точки $(0,)=(0,0)$ и $(/2,(/2))=(/2,1)$. Уравнение хорды: $y=x=x$. Следовательно, на $[0,/2]$ выполняется неравенство $xx$. Функция $g(t)=e^{-t}$ убывающая. Применение убывающей функции к неравенству меняет его знак: $e^{-x}{e}^{-(2/)x}$. Интегрируем обе части по отрезку $[0,/2]$. Знак неравенства сохраняется: $\underset{/2}{\overset{}{0}}{e}^{-x}d{x}_0^{/2}{e}^{-(2/)x}dx$. Вычислим правый интеграл: $\underset{/2}{\overset{}{0}}{e}^{-(2/)x}dx{=}_0^{/2}$ $=-(e^{-(2/)(/2)}-e^0)=-(e^{-1}-1)$ $=(1-e^{-1})==$. Таким образом, $\underset{/2}{\overset{}{0}}{e}^{-x}dx$, что и требовалось доказать.

9. Вычислить ${}_n(+++)$ с помощью интеграла.

Решение: Рассмотрим сумму $S_n=+++{=}^{″}{k=1}^n$. $S_n{=}^{″}{k=1}^n{=}^{″}{k=1}^n$. Эта сумма является интегральной суммой Римана для функции $f(x)=$ на отрезке $[0,1]$ с разбиением на $n$ равных частей $x=1/n$ и выбором правых точек $x_k=k/n$. $n{S}_n{=}_0^{1}dx$. $0^{1}dx=[|1+x|{]}^{″}{0}^1=(1+1)-(1+0)=-=$. Теперь вычислим искомый предел: $n{S}_n{=}^{″}n{S}_n=()=2024$.

Ответ: 2024.

10. Исследовать на сходимость интеграл $\underset{+}{\overset{}{0}}dx$ при Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle &gt; 0} .

Решение: Интеграл несобственный на $0$ и на $+$. Поведение при $x^{+}$: Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle e^x - x = (1+x+x^2/2+…) - x = 1 + x^2/2 + O(x^3)} . $(e^x-x)=(1+x^2/2+O(x^3))x^2/2$ (используем $(1+u)u$ при $u$). Подынтегральная функция $f(x)==x^{2-}$. Интеграл $\underset{c}{\overset{}{0}}{x}^{2-}dx$ сходится, если Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle 2-&gt; -1} , то есть Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle &lt; 3} . Поведение при $x+$: $e^x-x{e}^x$. $(e^x-x)=(e^x(1-xe-x))=(e^x)+(1-x{e}^{-x})=x+(1-x{e}^{-x})$. Так как $x{e}^{-x}$ при $x$, $(1-x{e}^{-x})$. Значит, $(e^x-x)x$. Подынтегральная функция $f(x)=x^{1-}$. Интеграл $\underset{+}{\overset{}{c}}{x}^{1-}dx$ сходится, если Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle 1-&lt; -1} , то есть Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle &gt; 2} . Вывод: Интеграл сходится тогда и только тогда, когда он сходится в окрестности $0$ и на $+$. Оба условия должны выполняться: Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle &lt; 3} и Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle &gt; 2} . Следовательно, интеграл сходится при Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle 2 &lt; &lt; 3} .

Ответ: Интеграл сходится при Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle 2 &lt; &lt; 3} .

11. Исследовать на сходимость и абсолютную сходимость интеграл $\underset{+}{\overset{}{0}}(e^x+x)(e^{2x})dx$.

Решение: Интеграл несобственный на $+$. Сходимость: Сделаем замену $u=e^{2x}$. Тогда $du=2e^{2x}dx=2udx$, $dx=$. Пределы: $x=0u=1$; $x+u+$. $e^x=u^{1/2}$, $x=u$. Интеграл преобразуется к виду: $I{=}_1^{+}(u^{1/2}+u)(u){=}_1^{+}(+)u,du$. $I{=}_1^{+}du{+}_1^{+}u,du$. Оба интеграла сходятся по признаку Дирихле: 1) $\underset{A}{\overset{}{1}}u,du=A-$ ограничена. Функция $g(u)=$ монотонно убывает к 0 при $u$. 2) $\underset{A}{\overset{}{1}}u,du$ ограничена. Функция $h(u)=$ монотонно убывает к 0 при $u$ (для Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle u&gt;e} , т.к. Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle h'(u) = &lt; 0} ). Следовательно, исходный интеграл сходится (как сумма двух сходящихся интегралов).

Абсолютная сходимость: Исследуем $\underset{+}{\overset{}{0}}|(e^x+x)(e^{2x})|dx$. После той же замены: $\underset{+}{\overset{}{1}}|+||u|,du$. Так как подынтегральная функция в скобках положительна при $u$, это равносильно $\underset{+}{\overset{}{1}}(+)|u|,du$. Используем неравенство $|u{|}^{2}u=$. $\underset{+}{\overset{}{1}}(+)|u|,d{u}_1^{+}(+),du$ ${=}_1^{+}(+)du{+}_1^{+}(+)(2u),du$. Второй интеграл сходится по признаку Дирихле (аналогично сходимости исходного интеграла). Рассмотрим первый интеграл: $\underset{+}{\overset{}{1}}(+)du{=}_1^{+}du{+}_1^{+}du$. Интеграл $\underset{+}{\overset{}{1}}du$ расходится ($p=1/2$). Интеграл $\underset{+}{\overset{}{1}}du$ также расходится (например, Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle &gt; } для Невозможно разобрать выражение (синтаксическая ошибка): {\textstyle u&gt;e} , а $du$ расходится). Поскольку $\underset{+}{\overset{}{1}}(+)du$ расходится, то и интеграл от абсолютного значения расходится по признаку сравнения.

Вывод: Интеграл сходится, но не абсолютно. Следовательно, он сходится условно.

Ответ: Интеграл сходится условно.

Вариант №2

1. Вычислить значение величины $\frac{\pi }{2024}\alpha +2025$, если $\alpha ={\int }_{-\pi }^{\pi }(x^6-x^4-x^2+1)\sin (3x)dx$.

Решение: Рассмотрим интеграл $\alpha$. Подынтегральная функция является произведением двух функций: $g(x)=x^6-x^4-x^2+1$ и $h(x)=\sin (3x)$. Проверим четность/нечетность этих функций: $g(-x)=(-x{)}^6-(-x{)}^4-(-x{)}^2+1=x^6-x^4-x^2+1=g(x)$. Функция $g(x)$ — четная. $h(-x)=\sin (3(-x))=\sin (-3x)=-\sin (3x)=-h(x)$. Функция $h(x)$ — нечетная. Произведение четной функции на нечетную является нечетной функцией: $g(-x)h(-x)=g(x)(-h(x))=-g(x)h(x)$. Интеграл от нечетной функции по симметричному промежутку $[-a,a]$ равен нулю. В нашем случае промежуток интегрирования $[-\pi ,\pi ]$ симметричен относительно нуля. Следовательно, $\alpha ={\int }_{-\pi }^{\pi }\underset{\text{четная}}{\underbrace{(x^6-x^4-x^2+1)}}\underset{\text{нечетная}}{\underbrace{\sin (3x)}}dx=0$. Теперь вычислим значение величины: $\frac{\pi }{2024}\alpha +2025=\frac{\pi }{2024}(0)+2025=2025$.

Ответ: 2025.

2. Вычислить значение выражения $\frac{\underset{0}{\overset{405}{\int }}f(x)dx}{\underset{0}{\overset{1/5}{\int }}f(2025x)dx}$, если ${\int }_0^{405}f(x)dx\ne 0$.

Решение: Рассмотрим интеграл в знаменателе: $I={\int }_0^{1/5}f(2025x)dx$. Сделаем замену переменной: $u=2025x$. Тогда $du=2025dx$, откуда $dx=\frac{du}{2025}$. Найдем новые пределы интегрирования: При $x=0$, $u=2025(0)=0$. При $x=1/5$, $u=2025(1/5)=405$. Подставим замену в интеграл: $I={\int }_0^{405}f(u)\frac{du}{2025}=\frac{1}{2025}{\int }_0^{405}f(u)du$. Поскольку переменная интегрирования не влияет на значение определенного интеграла, мы можем записать $I=\frac{1}{2025}{\int }_0^{405}f(x)dx$. Теперь вычислим значение исходного выражения: $\frac{\underset{0}{\overset{405}{\int }}f(x)dx}{\underset{0}{\overset{1/5}{\int }}f(2025x)dx}=\frac{\underset{0}{\overset{405}{\int }}f(x)dx}{\frac{1}{2025}\underset{0}{\overset{405}{\int }}f(x)dx}$. Так как ${\int }_0^{405}f(x)dx\ne 0$, мы можем сократить этот интеграл в числителе и знаменателе: $\frac{1}{1/2025}=2025$.

Ответ: 2025.

3. Вычислить определённый интеграл ${\int }_{81}^{405}(f(x)+1,25)dx$, если известно, что ${\int }_{81}^{2025}f(x)dx=405$ и ${\int }_{405}^{2025}f(x)dx=202,5$.

Решение: Используем свойство аддитивности определенного интеграла: ${\int }_{81}^{2025}f(x)dx={\int }_{81}^{405}f(x)dx+{\int }_{405}^{2025}f(x)dx$. Отсюда можем выразить искомый интеграл от $f(x)$: ${\int }_{81}^{405}f(x)dx={\int }_{81}^{2025}f(x)dx-{\int }_{405}^{2025}f(x)dx$. Подставим известные значения: ${\int }_{81}^{405}f(x)dx=405-202,5=202,5$. Теперь используем свойство линейности интеграла: ${\int }_{81}^{405}(f(x)+1,25)dx={\int }_{81}^{405}f(x)dx+{\int }_{81}^{405}1,25dx$. Вычислим второй интеграл: ${\int }_{81}^{405}1,25dx=1,25\times [x{]}_{81}^{405}=1,25\times (405-81)=1,25\times 324$. $1,25=5/4$, поэтому $1,25\times 324=\frac{5}{4}\times 324=5\times \frac{324}{4}=5\times 81=405$. Итоговый результат: ${\int }_{81}^{405}(f(x)+1,25)dx=202,5+405=607,5$.

Ответ: 607,5.

4. Пусть $t=f(x)$ – решение уравнения $t^{2025}+2024t=x,x\ge 0$. Вычислить определённый интеграл $I=\frac{1}{2025}{\int }_0^{2025}f(x)dx$.

Решение: Уравнение $t^{2025}+2024t=x$ определяет $t$ как функцию от $x$, т.е. $t=f(x)$. Функция $x=g(t)=t^{2025}+2024t$ является обратной к $f(x)$. Вычислим интеграл ${\int }_0^{2025}f(x)dx$. Используем формулу для интеграла от обратной функции: ${\int }_a^{b}f(x)dx=bf(b)-af(a)-{\int }_{f(a)}^{f(b)}g(y)dy$. Здесь $a=0,b=2025$. Найдем $f(0)$ и $f(2025)$. При $x=0$: $t^{2025}+2024t=0⟹t(t^{2024}+2024)=0$. Так как $t^{2024}+2024>0$, единственное решение $t=0$. Значит, $f(0)=0$. При $x=2025$: $t^{2025}+2024t=2025$. Заметим, что $t=1$ является решением: $1^{2025}+2024(1)=1+2024=2025$. Проверим, что это единственное решение. $g^{\prime }(t)=2025t^{2024}+2024$. Так как $t^{2024}\ge 0$, то $g^{\prime }(t)>0$ для всех $t$. Значит, $g(t)$ строго возрастающая функция, и решение $t=1$ единственное. Таким образом, $f(2025)=1$. Применим формулу: ${\int }_0^{2025}f(x)dx=2025f(2025)-0f(0)-{\int }_{f(0)}^{f(2025)}g(y)dy$ ${\int }_0^{2025}f(x)dx=2025(1)-0-{\int }_0^1(y^{2025}+2024y)dy$. Вычислим интеграл от $g(y)$: ${\int }_0^1(y^{2025}+2024y)dy={[\frac{y^{2026}}{2026}+2024\frac{y^2}{2}]}_0^1=(\frac{1^{2026}}{2026}+1012\cdot 1^2)-(0+0)=\frac{1}{2026}+1012$. Тогда: ${\int }_0^{2025}f(x)dx=2025-(\frac{1}{2026}+1012)=2025-1012-\frac{1}{2026}=1013-\frac{1}{2026}$. Вычислим искомую величину $I$: $I=\frac{1}{2025}{\int }_0^{2025}f(x)dx=\frac{1}{2025}(1013-\frac{1}{2026})=\frac{1013}{2025}-\frac{1}{2025\cdot 2026}$. Альтернативная форма ответа: $1013-\frac{1}{2026}=\frac{1013\cdot 2026-1}{2026}=\frac{(1012+1)(2025+1)-1}{2026}=\frac{1012\cdot 2025+1012+2025+1-1}{2026}=\frac{1012\cdot 2025+3037}{2026}$. Это не упрощает. Другая форма: $1013-\frac{1}{2026}=\frac{2025}{2026}+1012$. Проверим: $\frac{2025+1012\cdot 2026}{2026}=\frac{2025+1012(2025+1)}{2026}=\frac{2025+1012\cdot 2025+1012}{2026}=\frac{2025(1+1012)+1012}{2026}=\frac{2025\cdot 1013+1012}{2026}$. Эта форма тоже не выглядит проще. Используем $I=\frac{1}{2025}(\frac{2025}{2026}+1012)=\frac{1}{2026}+\frac{1012}{2025}$. Эта форма выглядит наиболее приемлемой.

Ответ: $\frac{1}{2026}+\frac{1012}{2025}$.

5. Пусть $f(x)$ – функция, тождественно не равная нулю и ${\int }_0^{x}f(t)dt=f^2(x)$. Вычислить значение $f(4048)$.

Решение: Продифференцируем обе части данного равенства по $x$, используя Основную теорему анализа (теорему Ньютона-Лейбница) для левой части и правило дифференцирования сложной функции для правой части: $\frac{d}{dx}{\int }_0^{x}f(t)dt=\frac{d}{dx}(f^2(x))$ $f(x)=2f(x)f^{\prime }(x)$. Перенесем все в одну сторону: $f(x)-2f(x)f^{\prime }(x)=0$ $f(x)(1-2f^{\prime }(x))=0$. Это уравнение имеет два типа решений: 1) $f(x)=0$ для всех $x$. Но по условию функция $f(x)$ тождественно не равна нулю, поэтому это решение не подходит. 2) $1-2f^{\prime }(x)=0$. Отсюда $f^{\prime }(x)=\frac{1}{2}$. Интегрируя $f^{\prime }(x)=1/2$, получаем $f(x)=\int \frac{1}{2}dx=\frac{1}{2}x+C$, где $C$ – константа интегрирования. Подставим найденную функцию $f(x)$ в исходное интегральное уравнение, чтобы найти $C$: ${\int }_0^x(\frac{1}{2}t+C)dt=(\frac{1}{2}x+C{)}^2$. Вычислим интеграл: ${[\frac{1}{4}{t}^2+Ct]}_0^x=(\frac{1}{2}x+C{)}^2$ $(\frac{1}{4}{x}^2+Cx)-(0+0)=\frac{1}{4}{x}^2+Cx+C^2$. $\frac{1}{4}{x}^2+Cx=\frac{1}{4}{x}^2+Cx+C^2$. Отсюда следует, что $C^2=0$, то есть $C=0$. Таким образом, функция $f(x)=\frac{1}{2}x$. Проверим, что она не равна тождественно нулю (верно) и удовлетворяет уравнению: ${\int }_0^x\frac{t}{2}dt=[\frac{t^2}{4}{]}_0^x=\frac{x^2}{4}$. $f^2(x)=(\frac{x}{2}{)}^2=\frac{x^2}{4}$. Уравнение выполняется. Найдем значение $f(4048)$: $f(4048)=\frac{1}{2}\times 4048=2024$.

Ответ: 2024.

6. Пусть $\alpha ={\int }_0^{+\mathrm{\infty }}[x]e^{-x}dx$, где $[x]$– целая часть числа $x$. Вычислить значение выражения $\ln (\frac{\alpha (e-1)}{e^{2025}})$.

Решение: Разобьем интеграл на сумму интегралов по промежуткам $[k,k+1)$, где $k$ - целое неотрицательное число. На каждом таком промежутке $[x]=k$. $\alpha ={\int }_0^{\mathrm{\infty }}[x]e^{-x}dx={\sum }_{k=0}^{\mathrm{\infty }}{\int }_k^{k+1}[x]e^{-x}dx={\sum }_{k=0}^{\mathrm{\infty }}{\int }_k^{k+1}k{e}^{-x}dx$. При $k=0$, интеграл равен ${\int }_0^{1}0\cdot e^{-x}dx=0$. Поэтому суммирование можно начать с $k=1$. $\alpha ={\sum }_{k=1}^{\mathrm{\infty }}k{\int }_k^{k+1}{e}^{-x}dx$. Вычислим внутренний интеграл: ${\int }_k^{k+1}{e}^{-x}dx=[-e^{-x}{]}_k^{k+1}=(-e^{-(k+1)})-(-e^{-k})=e^{-k}-e^{-k-1}=e^{-k}(1-e^{-1})$. Подставим обратно в сумму: $\alpha ={\sum }_{k=1}^{\mathrm{\infty }}k[e^{-k}(1-e^{-1})]=(1-e^{-1}){\sum }_{k=1}^{\mathrm{\infty }}k(e^{-1}{)}^k$. Рассмотрим ряд $S={\sum }_{k=1}^{\mathrm{\infty }}k{y}^k$, где $y=e^{-1}$. Это производная геометрической прогрессии. Известно, что ${\sum }_{k=0}^{\mathrm{\infty }}{y}^k=\frac{1}{1-y}$ при $|y|<1$. Дифференцируя по $y$: ${\sum }_{k=1}^{\mathrm{\infty }}k{y}^{k-1}=\frac{1}{(1-y{)}^2}$. Умножим на $y$: $S={\sum }_{k=1}^{\mathrm{\infty }}k{y}^k=\frac{y}{(1-y{)}^2}$. В нашем случае $y=e^{-1}=1/e$. Так как $0<1/e<1$, ряд сходится. $S=\frac{1/e}{(1-1/e{)}^2}=\frac{1/e}{(\frac{e-1}{e}{)}^2}=\frac{1/e}{(e-1{)}^2/e^2}=\frac{1}{e}\frac{e^2}{(e-1{)}^2}=\frac{e}{(e-1{)}^2}$. Теперь найдем $\alpha$: $\alpha =(1-e^{-1})S=(1-\frac{1}{e})\frac{e}{(e-1{)}^2}=\frac{e-1}{e}\frac{e}{(e-1{)}^2}=\frac{1}{e-1}$. Вычислим значение выражения: $\frac{\alpha (e-1)}{e^{2025}}=\frac{(\frac{1}{e-1})(e-1)}{e^{2025}}=\frac{1}{e^{2025}}=e^{-2025}$. $\ln (\frac{\alpha (e-1)}{e^{2025}})=\ln (e^{-2025})=-2025$.

Ответ: -2025.

7. Пусть функция $y=f(x)$ такая, что $f^{\prime }({\ln }^{2}x)=x^{\ln x}{e}^{2\ln x}$ и $f(0)=2025$. Вычислить значение $f(1)$.

Решение: Упростим правую часть уравнения для производной: $x^{\ln x}=(e^{\ln x}{)}^{\ln x}=e^{(\ln x{)}^2}$. $e^{2\ln x}=e^{\ln (x^2)}=x^2$. Тогда $f^{\prime }({\ln }^{2}x)=e^{(\ln x{)}^2}{x}^2$. Пусть $u={\ln }^{2}x$. Тогда $\sqrt{u}=|\ln x|$. Если $x>1$, то $\ln x>0$, $\ln x=\sqrt{u}$, и $x=e^{\sqrt{u}}$. Если $0<x<1$, то $\ln x<0$, $\ln x=-\sqrt{u}$, и $x=e^{-\sqrt{u}}$. В обоих случаях $x^2=(e^{\pm \sqrt{u}}{)}^2=e^{\pm 2\sqrt{u}}$. Но $x^2=(e^{\ln x}{)}^2=e^{2\ln x}$. Замена $x^2$ через $u$ неоднозначна без знания знака $\ln x$. Однако, $x^2=e^{2\ln x}$. Подставим это в выражение для $f^{\prime }$: $f^{\prime }({\ln }^{2}x)=e^{(\ln x{)}^2}{e}^{2\ln x}=e^{{\ln }^{}x+2\ln x}$. Пусть $t=\ln x$. Тогда $u=t^2$. Уравнение принимает вид: $f^{\prime }(t^2)=e^{t^2+2t}$. То есть $f^{\prime }(u)=e^{u+2t}=e^{u\pm 2\sqrt{u}}$.

Рассмотрим функцию $g(u)=e^{u+2\sqrt{u}}$. Найдем ее производную по $u$, считая $u>0$. $g^{\prime }(u)=e^{u+2\sqrt{u}}\cdot \frac{d}{du}(u+2\sqrt{u})=e^{u+2\sqrt{u}}(1+2\cdot \frac{1}{2\sqrt{u}})=e^{u+2\sqrt{u}}(1+\frac{1}{\sqrt{u}})$. Это не совпадает с $e^{u+2\sqrt{u}}$.

Рассмотрим функцию $f(u)=e^{u+2\sqrt{u}}+C$. Мы видели, что ее производная не совпадает с $e^{u+2\sqrt{u}}$. Возможно, в задаче имеется в виду, что $f(u)=e^{u+2\sqrt{u}}$ (для $u\ge 0$) является антипроизводной для некоторой части выражения.

Давайте используем цепное правило: $\frac{d}{dx}f({\ln }^{2}x)=f^{\prime }({\ln }^{2}x)\cdot \frac{d}{dx}({\ln }^{2}x)=f^{\prime }({\ln }^{2}x)\cdot 2\ln x\cdot \frac{1}{x}$. Подставим данное выражение для $f^{\prime }({\ln }^{2}x)$: $\frac{d}{dx}f({\ln }^{2}x)=(e^{{\ln }^{2}x}{x}^2)\cdot \frac{2\ln x}{x}=2x\ln x{e}^{{\ln }^{}x}$. Теперь, чтобы найти $f({\ln }^{2}x)$, нужно проинтегрировать это выражение по $x$: $f({\ln }^{2}x)=\int 2x\ln x{e}^{{\ln }^{}x}dx+C$. Сделаем замену $v={\ln }^{2}x$. Тогда $dv=\frac{2\ln x}{x}dx$. Интеграл $\int 2x\ln x{e}^{{\ln }^{}x}dx=\int x^2{e}^{{\ln }^{}x}(\frac{2\ln x}{x}dx)=\int x^2{e}^{v}dv$. Так как $x=e^{\pm \sqrt{v}}$, то $x^2=e^{\pm 2\sqrt{v}}$. Интеграл становится $\int e^{\pm 2\sqrt{v}}{e}^{v}dv=\int e^{v\pm 2\sqrt{v}}dv$. Этот интеграл не берется в элементарных функциях.

Предположим, что имеется простое решение. Возможно, функция имеет вид $f(u)=e^u+C$. Тогда $f^{\prime }(u)=e^u$. $f^{\prime }({\ln }^{2}x)=e^{{\ln }^{2}x}$. Приравнивая это к данному выражению: $e^{{\ln }^{2}x}=e^{{\ln }^{2}x}{x}^2$. Это требует $x^2=1$, что неверно для всех $x$.

Рассмотрим функцию $f(u)=e^{u+2\sqrt{u}}$. Как мы видели, $f^{\prime }(u)=e^{u+2\sqrt{u}}(1+1/\sqrt{u})$. Возможно, задача составлена так, что $f(u)=e^{u+2\sqrt{u}}+C$ является искомой функцией, несмотря на несоответствие производной. Проверим начальное условие $f(0)=2025$. $f(0)=e^{0+2\sqrt{0}}+C=e^0+C=1+C$. $1+C=2025⟹C=2024$. Тогда $f(u)=e^{u+2\sqrt{u}}+2024$. Требуется найти $f(1)$. $f(1)=e^{1+2\sqrt{1}}+2024=e^{1+2}+2024=e^3+2024$.

Примем этот результат, осознавая возможное несоответствие в условии задачи.

Ответ: $e^3+2024$.

8. Доказать неравенство ${\int }_0^{\pi /2}{e}^{-\sin x}dx\le \frac{\pi (e-1)}{2e}$.

Решение: На отрезке $[0,\pi /2]$ функция $\sin x$ является вогнутой. График вогнутой функции лежит не ниже хорды, соединяющей концы графика. Хорда, соединяющая точки $(0,\sin 0)=(0,0)$ и $(\pi /2,\sin (\pi /2))=(\pi /2,1)$, задается уравнением $y=kx+b$. $0=k(0)+b⟹b=0$. $1=k(\pi /2)⟹k=2/\pi$. Уравнение хорды: $y=\frac{2}{\pi }x$. Следовательно, на отрезке $[0,\pi /2]$ выполняется неравенство $\sin x\ge \frac{2}{\pi }x$. Функция $g(t)=e^{-t}$ является убывающей. Применение убывающей функции к обеим частям неравенства меняет знак неравенства: $e^{-\sin x}\le e^{-(2/\pi )x}$. Интегрируем обе части неравенства по отрезку $[0,\pi /2]$. Свойство монотонности интеграла сохраняет знак неравенства: ${\int }_0^{\pi /2}{e}^{-\sin x}dx\le {\int }_0^{\pi /2}{e}^{-(2/\pi )x}dx$. Вычислим интеграл в правой части: ${\int }_0^{\pi /2}{e}^{-(2/\pi )x}dx={[-\frac{\pi }{2}{e}^{-(2/\pi )x}]}_0^{\pi /2}$ $=-\frac{\pi }{2}(e^{-(2/\pi )(\pi /2)}-e^{-(2/\pi )(0)})$ $=-\frac{\pi }{2}(e^{-1}-e^0)=-\frac{\pi }{2}(\frac{1}{e}-1)$ $=\frac{\pi }{2}(1-\frac{1}{e})=\frac{\pi }{2}\frac{e-1}{e}=\frac{\pi (e-1)}{2e}$. Таким образом, мы доказали, что ${\int }_0^{\pi /2}{e}^{-\sin x}dx\le \frac{\pi (e-1)}{2e}$. Что и требовалось доказать.

9. Вычислить $\underset{n\to \mathrm{\infty }}{\lim }\frac{2025}{\ln 2}(\frac{1}{n+1}+\frac{1}{n+2}+\dots +\frac{1}{2n})$ с помощью интеграла.

Решение: Рассмотрим сумму $S_n=\frac{1}{n+1}+\frac{1}{n+2}+\dots +\frac{1}{2n}$. $S_n={\sum }_{k=1}^n\frac{1}{n+k}$. Вынесем $1/n$ из каждого слагаемого в знаменателе: $S_n={\sum }_{k=1}^n\frac{1}{n(1+k/n)}=\frac{1}{n}{\sum }_{k=1}^n\frac{1}{1+k/n}$. Эта сумма является интегральной суммой Римана для функции $f(x)=\frac{1}{1+x}$ на отрезке $[0,1]$ с разбиением на $n$ равных частей и выбором правых точек ($x_k=k/n$). Шаг разбиения $\mathrm{\Delta }x=1/n$. Сумма Римана: ${\sum }_{k=1}^{n}f(x_k)\mathrm{\Delta }x={\sum }_{k=1}^n\frac{1}{1+k/n}\cdot \frac{1}{n}=S_n$. Следовательно, предел суммы при $n\to \mathrm{\infty }$ равен определенному интегралу: $\underset{n\to \mathrm{\infty }}{\lim }{S}_n={\int }_0^1\frac{1}{1+x}dx$. Вычислим интеграл: ${\int }_0^1\frac{1}{1+x}dx=[\ln |1+x|{]}_0^1=\ln (1+1)-\ln (1+0)=\ln 2-\ln 1=\ln 2$. Теперь вычислим искомый предел: $\underset{n\to \mathrm{\infty }}{\lim }\frac{2025}{\ln 2}{S}_n=\frac{2025}{\ln 2}\underset{n\to \mathrm{\infty }}{\lim }{S}_n=\frac{2025}{\ln 2}(\ln 2)=2025$.

Ответ: 2025.

10. Исследовать на сходимость интеграл ${\int }_0^{+\mathrm{\infty }}\frac{\ln (1+x^{\alpha })}{\sqrt{x}+\sqrt[3]{x}}dx$ при $\alpha >0$.

Решение: Интеграл является несобственным из-за верхнего предела $+\mathrm{\infty }$ и возможной особенности в точке $x=0$. Исследуем поведение подынтегральной функции $f(x)=\frac{\ln (1+x^{\alpha })}{\sqrt{x}+\sqrt[3]{x}}$ вблизи $0$ и на $+\mathrm{\infty }$.

Поведение вблизи $x=0$ ($x\to 0^{+}$): При $x\to 0^{+}$: $\sqrt{x}+\sqrt[3]{x}=x^{1/2}+x^{1/3}$. Так как $1/3<1/2$, то $x^{1/3}$ является главным членом: $\sqrt{x}+\sqrt[3]{x}\sim x^{1/3}$. $\ln (1+x^{\alpha })$. Так как $\alpha >0$, то $x^{\alpha }\to 0$ при $x\to 0^{+}$. Используем эквивалентность $\ln (1+u)\sim u$ при $u\to 0$. Получаем $\ln (1+x^{\alpha })\sim x^{\alpha }$. Тогда $f(x)\sim \frac{x^{\alpha }}{x^{1/3}}=x^{\alpha -1/3}$ при $x\to 0^{+}$. Интеграл ${\int }_0^c{x}^{p}dx$ сходится при $p>-1$. В нашем случае $p=\alpha -1/3$. Условие сходимости: $\alpha -1/3>-1⟹\alpha >-2/3$. Поскольку по условию $\alpha >0$, это условие всегда выполнено. Интеграл сходится в окрестности нуля для всех $\alpha >0$.

Поведение на $+\mathrm{\infty }$ ($x\to +\mathrm{\infty }$): При $x\to +\mathrm{\infty }$: $\sqrt{x}+\sqrt[3]{x}=x^{1/2}+x^{1/3}$. Так как $1/2>1/3$, то $x^{1/2}$ является главным членом: $\sqrt{x}+\sqrt[3]{x}\sim \sqrt{x}=x^{1/2}$. $\ln (1+x^{\alpha })$. Так как $\alpha >0$, то $x^{\alpha }\to +\mathrm{\infty }$ при $x\to +\mathrm{\infty }$. $\ln (1+x^{\alpha })=\ln (x^{\alpha }(1+x^{-\alpha }))=\ln (x^{\alpha })+\ln (1+x^{-\alpha })=\alpha \ln x+\ln (1+x^{-\alpha })$. При $x\to +\mathrm{\infty }$, $x^{-\alpha }\to 0$, поэтому $\ln (1+x^{-\alpha })\to \ln 1=0$. Следовательно, $\ln (1+x^{\alpha })\sim \alpha \ln x$ при $x\to +\mathrm{\infty }$. Тогда $f(x)\sim \frac{\alpha \ln x}{x^{1/2}}$ при $x\to +\mathrm{\infty }$. Исследуем сходимость интеграла ${\int }_c^{+\mathrm{\infty }}\frac{\alpha \ln x}{x^{1/2}}dx$. Используем признак сравнения. Интеграл ${\int }_c^{+\mathrm{\infty }}\frac{1}{x^p}dx$ сходится при $p>1$ и расходится при $p\le 1$. Рассмотрим интеграл ${\int }_c^{+\mathrm{\infty }}\frac{1}{x^{1/2}}dx$. Здесь $p=1/2\le 1$, поэтому он расходится. Так как $\alpha >0$ и $\ln x\to +\mathrm{\infty }$ при $x\to +\mathrm{\infty }$, то для достаточно больших $x$ выполняется $\alpha \ln x>1$. Тогда $\frac{\alpha \ln x}{x^{1/2}}>\frac{1}{x^{1/2}}$ для больших $x$. Поскольку ${\int }_c^{+\mathrm{\infty }}\frac{1}{x^{1/2}}dx$ расходится, по признаку сравнения интеграл ${\int }_c^{+\mathrm{\infty }}\frac{\alpha \ln x}{x^{1/2}}dx$ также расходится для всех $\alpha >0$.

Вывод: Интеграл ${\int }_0^{c}f(x)dx$ сходится для всех $\alpha >0$. Интеграл ${\int }_c^{+\mathrm{\infty }}f(x)dx$ расходится для всех $\alpha >0$. Следовательно, исходный интеграл ${\int }_0^{+\mathrm{\infty }}f(x)dx$ расходится для всех $\alpha >0$.

Ответ: Интеграл расходится при всех $\alpha >0$.

11. Исследовать на сходимость интеграл ${\int }_9^{+\mathrm{\infty }}\frac{\cos x}{\sqrt{x}-\cos x}dx$.

Решение: Интеграл является несобственным на $+\mathrm{\infty }$. Нижний предел $x=9$. При $x\ge 9$, $\sqrt{x}\ge \sqrt{9}=3$. Так как $-1\le \cos x\le 1$, то знаменатель $\sqrt{x}-\cos x\ge 3-1=2>0$. Знаменатель не обращается в ноль и положителен на $[9,+\mathrm{\infty })$. Рассмотрим поведение подынтегральной функции $f(x)=\frac{\cos x}{\sqrt{x}-\cos x}$ при $x\to +\mathrm{\infty }$. $f(x)=\frac{\cos x}{\sqrt{x}(1-\frac{\cos x}{\sqrt{x}})}$. При $x\to +\mathrm{\infty }$, $\frac{\cos x}{\sqrt{x}}\to 0$. Используем разложение $\frac{1}{1-u}=1+u+O(u^2)$ при $u\to 0$. Пусть $u=\frac{\cos x}{\sqrt{x}}$. $f(x)=\frac{\cos x}{\sqrt{x}}(1+\frac{\cos x}{\sqrt{x}}+O\left(\frac{1}{x}\right))$ $f(x)=\frac{\cos x}{\sqrt{x}}+\frac{{\cos }^{2}x}{x}+O\left(\frac{|\cos x|}{x^{3/2}}\right)$. $f(x)=\frac{\cos x}{\sqrt{x}}+\frac{1+\cos (2x)}{2x}+O(x^{-3/2})$ $f(x)=\frac{\cos x}{\sqrt{x}}+\frac{1}{2x}+\frac{\cos (2x)}{2x}+O(x^{-3/2})$. Исследуем сходимость интеграла от каждого слагаемого на $[9,+\mathrm{\infty })$: 1) ${\int }_9^{+\mathrm{\infty }}\frac{\cos x}{\sqrt{x}}dx$: Сходится по признаку Дирихле, так как ${\int }_9^A\cos xdx=[\sin x{]}_9^A=\sin A-\sin 9$ ограничена ($|\sin A-\sin 9|\le 2$), а функция $g(x)=\frac{1}{\sqrt{x}}$ монотонно убывает до 0 при $x\to +\mathrm{\infty }$. 2) ${\int }_9^{+\mathrm{\infty }}\frac{1}{2x}dx$: Расходится, так как это интеграл вида ${\int }_c^{+\mathrm{\infty }}\frac{1}{x^p}dx$ с $p=1$. 3) ${\int }_9^{+\mathrm{\infty }}\frac{\cos (2x)}{2x}dx$: Сходится по признаку Дирихле, так как ${\int }_9^A\cos (2x)dx=[\frac{1}{2}\sin (2x){]}_9^A=\frac{1}{2}(\sin (2A)-\sin (18))$ ограничена, а функция $h(x)=\frac{1}{2x}$ монотонно убывает до 0. 4) ${\int }_9^{+\mathrm{\infty }}O(x^{-3/2})dx$: Сходится, так как интеграл ${\int }_c^{+\mathrm{\infty }}\frac{1}{x^p}dx$ сходится при $p>1$, а $3/2>1$.

Подынтегральная функция является суммой слагаемых, интегралы от которых ведут себя по-разному. Поскольку одно из слагаемых ($\frac{1}{2x}$) дает расходящийся интеграл, а остальные дают сходящиеся интегралы, то интеграл от суммы расходится.

Ответ: Интеграл расходится.