مسائل تدريب AP Calculus: حزمة المراجعة المكثفة

أوراق القوانين، وأهم خطوات الحل لكل موضوع، و12 مسألة تدريبية، مع الحلول الكاملة في الخلف.

مسائل جديدة العودة إلى المقرّر

في نافذة الطباعة اختر «حفظ بصيغة PDF» لحفظ نسخة على جهازك.

1القوانين وطرق الحل

النهايات

التعويض المباشر: جرّب x = a أولًا؛ 0/0 يعني أنه يجب التبسيط
حلّل واختصر: xⁿ − aⁿ = (x − a)(xⁿ⁻¹ + a·xⁿ⁻² + … + aⁿ⁻¹)
المرافق: (√x − √a)(√x + √a) = x − a
النهايات عند اللانهاية: اقسم على أعلى قوة لـ x؛ الدرجات المتساوية تعطي نسبة المعاملات الرئيسية
نهاية خاصة: lim_x→∞ (1 + a/x)^bx = e^ab
قاعدة لوبيتال: lim f/g = lim f′/g′ (0/0 or ∞/∞)

المشتقات

قاعدة القوة: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹
قاعدة الضرب: (uv)′ = u′v + uv′
قاعدة القسمة: (u/v)′ = (u′v − uv′)/v²
قاعدة السلسلة: f(g(x))′ = f′(g(x))·g′(x)
مشتقات شائعة: (eˣ)′ = eˣ, (ln x)′ = 1/x, (sin x)′ = cos x, (cos x)′ = −sin x

الطريقة

حدّد البنية: مجموع، أو ضرب، أو قسمة، أو تركيب.
طبّق قاعدة القوة على كل قوة لـ x.
استخدم قاعدة الضرب أو القسمة أو السلسلة حيث يلزم.
بسّط، وعوّض عند النقطة إذا طُلب ذلك.

التحسين (القيم القصوى)

الطريقة: اكتب Q(x) بمتغيّر واحد، وحلّ Q′(x) = 0، وتحقّق من Q″ أو من نقاط الطرفين
القيمة العظمى: Q′(x) = 0, Q″(x) < 0
القيمة الصغرى: Q′(x) = 0, Q″(x) > 0
أسطوانة مغلقة: V = πr²h, A = 2πr² + 2πrh
الربح: P = R − C, R = p·q, maximum where MR = MC

التكاملات

قاعدة القوة: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
التكامل المحدد: ∫_a^b f dx = F(b) − F(a)
تكاملات شائعة: ∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
المساحة بين منحنيين: ∫_a^b (f − g) dx

الطريقة

أعد كتابة الدالة المكاملة كمجموع حدود بسيطة حيثما أمكن.
طبّق قاعدة القوة: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1)، والتكاملات القياسية لـ e^x و 1/x و sin و cos.
استخدم التعويض عندما ترى دالة ومشتقتها معًا.
للتكامل المحدود احسب F(b) − F(a).

المعادلات التفاضلية

النمو/الاضمحلال الأسّي: dy/dt = ky → y = y₀e^kt
عمر النصف: k = ln 2 / t_½
قانون نيوتن للتبريد: T(t) = T_a + (T₀ − T_a)e^−kt
عامل التكامل: y′ + p(x)y = q(x): μ = e^{∫p dx}, (μy)′ = μq
خزان الخلط: dm/dt = r·c − (r/V)·m

المتتاليات والمتسلسلات

متتالية حسابية: aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
متتالية هندسية: aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
المتسلسلة الهندسية اللانهائية: S = a₁/(1 − r), |r| < 1
متسلسلة p: Σ1/kᵖ converges only for p > 1
اختبار النسبة: L = lim |a_k+1/a_k|: L < 1 converges, L > 1 diverges
نصف قطر التقارب: R = lim |c_k/c_k+1|
كثيرة حدود تايلور: Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
متسلسلة ماكلورين: eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
حد خطأ لاغرانج: |Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

الطريقة

حدد النوع: حسابية (فرق ثابت)، أو هندسية (نسبة ثابتة)، أو متسلسلة معيارية، أو متسلسلة قوى، أو كثيرة حدود تايلور.
للمجاميع استخدم Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2، أو Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)، أو S = a₁/(1 − r) عندما |r| < 1، حيث a₁ الحد الأول في المجموع.
للتقارب: اختبار الحد النوني أولًا، ثم قارن مع Σ1/kᵖ أو متسلسلة هندسية، واستخدم اختبار النسبة أو الجذر للمضروبات والقوى النونية.
لكثيرات حدود تايلور اسرد f(a) و f′(a) و f″(a) و …، واقسم المشتقة النونية على k!، وحدّ الخطأ بـ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

2مسائل تدريبية

1.النهاياتمتوسطة

أوجد النهاية L = lim_x→∞ (√(9x² − 3x) − 3x).

f(x) = √(9x² − 3x) − 3xx → ∞

L =

2.النهاياتصعبة

أوجد النهاية L = lim_x→0 (1 − cos 5x)/(2x²)، مع x بالراديان.

f(x) = (1 − cos 5x)/(2x²)x → 0

L =

3.المشتقاتمتوسطة

لتكن f(x) = x·sin(x)، حيث x بالراديان. أوجد f′(1,5).

f(x) = x·sin(x)x = 1,5 rad

f′(1.5) =

4.المشتقاتصعبة

لتكن f(x) = x³ + 9x² + 24x + 4. أوجد الإحداثي x x للقيمة العظمى المحلية.

f(x) = x³ + 9x² + 24x + 4

x =

5.التحسين (القيم القصوى)متوسطة

علبة أسطوانية مغلقة (لها غطاء وقاع) يجب أن تتّسع لـ 500 cm³. المعدن المستخدم يتناسب مع المساحة السطحية الكلية. أوجد نصف القطر r الذي يستهلك أقل كمية من المادة.

V = 500 cm³

r = cm

6.التحسين (القيم القصوى)صعبة

شركة تبيع q وحدة أسبوعيًا. السعر الذي تستطيع البيع به p = 110 − 0,1q يورو للوحدة، والتكلفة C(q) = 2500 + 60q يورو. أوجد أقصى ربح أسبوعي P.

p = 110 − 0,1qC = 2500 + 60q

P = €

7.التكاملاتمتوسطة

احسب I = ∫₁³ 4/x dx.

f(x) = 4/x[1, 3]

I =

8.التكاملاتصعبة

أوجد المساحة A للمنطقة بين القطع المكافئ y = 9 − x² والمحور x.

y = 9 − x²

A =

9.المعادلات التفاضليةمتوسطة

علبة مشروب غازي عند 6 °C أُخرجت من الثلاجة إلى غرفة عند 22 °C. بعد 22 min تكون درجة حرارتها 18 °C. تتبع قانون نيوتن للتبريد، dT/dt = −k·(T − Tₐ). أوجد الثابت k بالـ min⁻¹.

T₀ = 6 °CT_a = 22 °CT(22) = 18 °C

k = min⁻¹

10.المعادلات التفاضليةصعبة

يخضع نظام للمعادلة y″ + y′ + 25,25y = 50,5 عندما t ≥ 0، بادئًا من السكون: y(0) = 0 وy′(0) = 0. أوجد القيمة العظمى y_max لاستجابته للدخل الدرجي.

y″ + y′ + 25,25y = 50,5y(0) = 0y′(0) = 0

y_max =

11.المتتاليات والمتسلسلاتمتوسطة

جد نصف قطر التقارب R لمتسلسلة القوى Σ_k=1^∞ (x − 3)ᵏ/(k²·3ᵏ).

Σ (x − 3)ᵏ/(k²·3ᵏ)x₀ = 3

R =

12.المتتاليات والمتسلسلاتصعبة

تعرّف على المتسلسلة وجد مجموعها: S = Σ_k=0^∞ (−1)ᵏ·0,8^2k+1/(2k + 1)!.

a_k = (−1)ᵏ·0,8^2k+1/(2k + 1)!

S =

3المحاليل

1.النهايات

الإجابة: L = −0,5

النهايات: جرّب أولًا التعويض المباشر. إذا أعطى 0/0، فبسّط أولًا: حلّل واختصر العامل المشترك، أو اضرب في المرافق. عندما x → ∞، اقسم البسط والمقام على أعلى قوة لـ x. قاعدة لوبيتال: إذا أعطت f/g الصيغة 0/0 أو ∞/∞، فإن lim f/g = lim f′/g′، باشتقاق البسط والمقام كلٌّ على حدة (لا بقاعدة القسمة).

اضرب في المرافق

f(x) = −3x/(√(9x² − 3x) + 3x)

اقسم على x

f(x) = −3/(√(9 + (−3)/x) + 3)

اجعل x → ∞

L = −3/(3 + 3) = −0,5

الإجابة

L = −0,5

2.النهايات

الإجابة: L = 6,25

التطبيق الأول

5·sin 5x/(4x) → 0/0

التطبيق الثاني

25·cos 5x/4

عوّض x = 0

L = 25/4 = 6,25

الإجابة

L = 6,25

3.المشتقات

الإجابة: f′(1.5) = 1,104

الاشتقاق: المشتقة f′(x) هي ميل المنحنى عند x. قاعدة القوة: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. قاعدة الضرب: (uv)′ = u′v + uv′. قاعدة السلسلة: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). حيث f′(x) = 0 يكون للمنحنى مماس أفقي: قيمة عظمى أو صغرى أو نقطة سرج.

قاعدتا الضرب والسلسلة

f′(x) = sin(x) + x·cos(x)

عوّض

f′(1,5) = 0,9975 + 1,5·0,07074 = 1,104

الإجابة

f′(1,5) = 1,104

4.المشتقات

الإجابة: x = −4

المشتقة

f′(x) = 3x² + 18x + 24 = 3·(x² + 6x + 8)

حُلّ f′(x) = 0

x = −4 أو x = −2

أيهما أي

f″(x) = 6x + 18: سالبة عند القيمة العظمى، وموجبة عند الصغرى.

f″(−4) = −6, f″(−2) = 6

x = −4

الإجابة

x = −4

5.التحسين (القيم القصوى)

الإجابة: r = 4,301 cm

التحسين (القيم القصوى): اكتب الكمية المراد تحسينها كدالة في متغيّر واحد، مستخدمًا القيد لحذف المتغيّر الآخر. اجعل المشتقة صفرًا وحلّ. تحقّق من أن النقطة الحرجة قيمة عظمى أو صغرى (بالمشتقة الثانية أو بتغيّر إشارة المشتقة الأولى) وأنها تقع داخل المجال المسموح؛ فنقطة طرفية مثل ضلع طوله صفر ليست هي الإجابة.

المساحة كدالة في r

h = 500/(πr²)

A(r) = 2πr² + 1000/r

ساوِ المشتقة بالصفر

A″(r) = 4π + 2000/r³ > 0، لذا هذه قيمة صغرى.

4πr − 1000/r² = 0 → r = ∛(500/(2π)) = 4,301 cm

الارتفاع والمساحة

h = 500/(π·4,301²) = 2r = 8,603 cm

A = 2π·4,301² + 1000/4,301 = 348,7 cm²

الإجابة

r = 4,301 cm

أرخص علبة مغلقة ارتفاعها يساوي عرضها: h = 2r.

6.التحسين (القيم القصوى)

الإجابة: P = 3750 €

دالة الربح

P(q) = (110 − 0,1q)·q − (2500 + 60q) = −0,1q² + 50q − 2500

ساوِ المشتقة بالصفر

P″(q) = −0,2 < 0، لذا هذه قيمة عظمى.

q = 50/0,2 = 250

السعر والربح

p = 110 − 0,1·250 = €85

P = 50·250 − 0,1·250² − 2500 = €3750

الإجابة

P = €3750

7.التكاملات

الإجابة: I = 4,394

التكاملات المحددة: ∫ₐᵇ f(x) dx هو المساحة ذات الإشارة بين المنحنى والمحور x من a إلى b. أوجد دالة أصلية F (حيث F′ = f) واحسب F(b) − F(a). قاعدة القوة: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). المساحة بين منحنيين هي ∫(العلوي − السفلي) dx.

الدالة الأصلية

F(x) = 4·ln x

عوّض الحدود

I = 4·(ln 3 − ln 1) = 4·ln 3 = 4,394

الإجابة

I = 4,394

8.التكاملات

الإجابة: A = 36

الأصفار

9 − x² = 0 → x = ±3

كامل

A = [9x − x³/3]₋₃³ = 18 − (−18) = 36

الإجابة

A = 36

9.المعادلات التفاضلية

الإجابة: k = 0,06301 min⁻¹

المعادلات التفاضلية من الرتبة الأولى: للمعادلة dy/dt = k·y الحل y = y₀·e^kt (نمو عندما k > 0، واضمحلال عندما k < 0)؛ وعمر النصف T يعطي k = ln 2/T. قانون نيوتن للتبريد dT/dt = −k·(T − Tₐ) يعطي T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e^−kt. المعادلة الخطية y′ + p(x)·y = q(x) تُحلّ بعامل التكامل μ = e^{∫p dx}: (μy)′ = μq، لذا μy = ∫μq dx + C.

نسبة فروق درجات الحرارة

e^−22k = -4/-16

حلّ لإيجاد k

k = ln(-16/-4)/22 = 0,06301 min⁻¹

الإجابة

k = 0,06301 min⁻¹

10.المعادلات التفاضلية

الإجابة: y_max = 3,461

المعادلات الخطية من الرتبة الثانية: للمعادلة y″ + b·y′ + c·y = 0 جرّب y = e^rt: فتحصل على المعادلة المميِّزة r² + b·r + c = 0. جذران حقيقيان r₁ ≠ r₂ يعطيان y = A·e^r₁t + B·e^r₂t (فوق التخميد)؛ وجذر مضاعف r يعطي y = (A + Bt)·e^rt (تخميد حرج)؛ وجذران مركّبان −α ± jω يعطيان y = e^−αt(A cos ωt + B sin ωt) (تحت التخميد، متذبذب). تحدد القيمتان الابتدائيتان y(0) وy′(0) الثابتين A وB. وعند كتابتها y″ + 2ζω_ny′ + ω_n²y = 0 تكون ω_n التردد الطبيعي وζ نسبة التخميد: ζ < 1 يعني تذبذبًا. ومع دخل ثابت y″ + by′ + cy = c·K يكون الحل القيمة المستقرة K زائد الاستجابة الحرة.

القيمة المستقرة والجذور

y_ss = 2, r = −0,5 ± 5j

الثابتان من القيم الابتدائية

y(0) = 2 + A = 0 → A = −2

y′(0) = −0,5A + 5B = 0 → B = −0,2

الذروة

t = π/5 = 0,6283

y_max = 2·(1 + e^−0,5·π/5) = 3,461

الإجابة

y_max = 3,461

11.المتتاليات والمتسلسلات

الإجابة: R = 3

المعاملات

c_k/c_k+1 = 3·((k + 1)/k)² → 3

نصف القطر

R = 3

الإجابة

R = 3

لا يقول اختبار النسبة شيئًا عند الطرفين؛ ويجب فحصهما على حدة.

12.المتتاليات والمتسلسلات

الإجابة: S = 0,7174

كثيرات حدود تايلور: قرب x = a تُقرَّب دالة ملساء بـ Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!؛ وعندما a = 0 تكون هذه كثيرة حدود ماكلورين. المتسلسلات المعيارية: eˣ = Σxᵏ/k!، sin x = x − x³/3! + x⁵/5! − …، cos x = 1 − x²/2! + x⁴/4! − …، ln(1 + x) = x − x²/2 + x³/3 − …، 1/(1 − x) = Σxᵏ. حد الخطأ للاغرانج: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!، حيث M أكبر قيمة لـ |f⁽ⁿ⁺¹⁾| بين a و x.

المتسلسلات المعيارية

Σ (−1)ᵏx^2k+1/(2k + 1)! = sin x

عوّض

x = 0,8

S = sin 0,8 = 0,7174

الإجابة

S = 0,7174

ExamProblems · examproblems.com/courses/ap-calculus-practice