Untuk jumlah pakai Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r), atau S = a₁/(1 − r) bila |r| < 1, dengan a₁ suku pertama dari jumlah itu.
Untuk kekonvergenan: uji suku ke-n dulu, lalu bandingkan dengan Σ1/kᵖ atau deret geometri, dan pakai uji rasio atau akar untuk faktorial dan pangkat ke-k.
Untuk polinom Taylor daftarkan f(a), f′(a), f″(a), …, bagi turunan ke-k dengan k!, dan batasi galat dengan M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.
Kalkulus multivariabel
Turunan parsial
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Gradien
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Turunan berarah
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Bidang singgung
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Aturan rantai
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Uji turunan kedua
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Integral lipat dua
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Koordinat kutub
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ
Metode
Untuk turunan parsial, anggap variabel lain sebagai konstanta dan pakai aturan satu variabel.
Untuk soal gradien hitung ∇f = (fx, fy) di titik itu; pakai |∇f| untuk kemiringan tercuram dan ∇f·u dengan vektor satuan u untuk turunan berarah.
Untuk ekstremum selesaikan fx = 0 dan fy = 0 bersama-sama, lalu klasifikasikan setiap titik dengan D = fxx·fyy − fxy².
Untuk integral lipat dua gambar daerahnya, pilih urutannya (atau koordinat kutub untuk cakram) agar batas dalam adalah kurva pembatas, dan integralkan bagian dalam lebih dulu.
Persamaan diferensial
Pertumbuhan/peluruhan eksponensial
dy/dt = ky → y = y0ekt
Waktu paruh
k = ln 2 / t½
Hukum pendinginan Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Faktor integrasi
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Tangki pencampuran
dm/dt = r·c − (r/V)·m
2Soal latihan
1.IntegralSedang
Hitung I = ∫₁1,5 x·ln x dx.
∫₁1,5 x ln x dx
I =
2.IntegralSulit
Daerah di antara garis y = 5x dan parabola y = 3x² diputar mengelilingi sumbu x. Cari volume V benda padat itu.
y = 5xy = 3x²
V =
3.Barisan & deretSedang
Deret pangkat Σk=1∞ (2k)!·(x − 3)ᵏ/(k!)² konvergen pada suatu interval di sekitar x₀ = 3. Carilah ujung kiri x interval itu.
Σ (2k)!·(x − 3)ᵏ/(k!)²x₀ = 3
x =
4.Barisan & deretSulit
f(x) = eˣ dihampiri oleh polinom Maclaurin berderajat 5 pada x = 0,3. Pakai batas galat Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! dengan M = e0,3 = 1,35 untuk mencari galat terbesar yang mungkin |R₅|.
f(x) = eˣn = 5x = 0,3M = 1,35
|R₅| =
5.Kalkulus multivariabelSedang
Bidang singgung z = x³y − 2x² − y² + 4xy di titik tempat (x, y) = (−1, −1) dapat ditulis sebagai z = px + qy + c. Carilah c.
f(x, y) = x³y − 2x² − y² + 4xy(a, b) = (−1, −1)
c =
6.Kalkulus multivariabelSulit
Titik-titik bertanda adalah titik kritis f(x, y) = x³ − 3x + y² + 6y. Klik minimum lokal.
f(x, y) = x³ − 3x + y² + 6y
1A (1, −3)
2B (−1, −3)
7.Persamaan diferensialSedang
Secangkir kopi bersuhu 90 °C dibiarkan di ruangan bersuhu 20 °C. Setelah 6 menit suhunya 69 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Berapa lama setelah awal, t, yang diperlukan untuk mencapai 80 °C?
T0 = 90 °CTa = 20 °CT(6) = 69 °CT = 80 °C
t = min
8.Persamaan diferensialSulit
Sebuah sistem memenuhi y″ + 4y′ + 8y = 40 untuk t ≥ 0, dimulai dari keadaan diam: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari nilai puncak ymax dari respons langkahnya.
y″ + 4y′ + 8y = 40y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3Larutan
1.Integral
Jawaban: I = 0,1436
Integrasi parsial: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, dari aturan perkalian. Pilih u sebagai faktor yang menjadi lebih sederhana saat diturunkan (pangkat x, atau ln x), dan dv sebagai faktor yang dapat Anda integralkan (eˣ, sin x, cos x, atau x bila u = ln x). Untuk integral tentu, hitung u·v pada kedua batas: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Faktor x² memerlukan dua putaran.
Pilih u dan dv
u = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2
Antiturunan
∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4
Limit
(1,125·ln 1,5 − 0,5625) − (0 − 0,25) = 0,1436
Jawaban
I = 0,1436
2.Integral
Jawaban: V = 48,48
Volume benda putar: memutar daerah di bawah y = f(x) dari x = a sampai x = b mengelilingi sumbu x menghasilkan benda padat yang penampangnya di x berupa cakram berjari-jari f(x). Menjumlahkan cakram-cakram itu memberi V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Bila daerah terletak di antara kurva luar R(x) dan kurva dalam r(x), setiap irisan berupa cincin (washer): V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Kuadratkan jari-jari sebelum Anda menguranginya.
Titik potong
5x = 3x² → x = 0, x = 1,667
Metode cincin (washer)
V = π∫₀1,667 ((5x)² − (3x²)²) dx
Integralkan
V = π(25·1,667³/3 − 9·1,667⁵/5) = π·15,43 = 48,48
Jawaban
V = 48,48
3.Barisan & deret
Jawaban: x = 2,75
Kekonvergenan: jika suku-sukunya tidak menuju 0, deret divergen (uji suku ke-n). Σ1/kᵖ konvergen hanya untuk p > 1, dan Σrᵏ hanya untuk |r| < 1. Bandingkan suatu deret dengan salah satunya bila suku-sukunya berperilaku seperti itu untuk k besar. Uji rasio: L = lim |ak+1/ak|; uji akar: L = lim |ak|1/k. L < 1 konvergen, L > 1 divergen, L = 1 tidak menentukan apa pun. Deret pangkat Σck(x − x₀)ᵏ konvergen untuk |x − x₀| < R dengan R = lim |ck/ck+1|; deret selang-seling dengan suku-suku yang menurun menuju 0 konvergen.
Koefisien
ck+1/ck = (2k + 2)(2k + 1)/(k + 1)² → 4, jadi R = 1/4
Jari-jari
R = 0,25
Selang
2,75 < x < 3,25
x = 2,75
Jawaban
x = 2,75
Uji rasio tidak mengatakan apa pun di kedua titik ujung; keduanya harus diperiksa secara terpisah.
4.Barisan & deret
Jawaban: |R₅| = 1,367 × 10⁻⁶
Polinom Taylor: di dekat x = a fungsi mulus didekati oleh Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; untuk a = 0 ini adalah polinom Maclaurin. Deret baku: 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. Batas galat Lagrange: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, dengan M nilai terbesar |f⁽ⁿ⁺¹⁾| di antara a dan x.
Batas turunan
M = e0,3 = 1,35
Batas Lagrange
|R₅| ≤ 1,35·0,3⁶/6! = 1,367 × 10⁻⁶
Jawaban
|R₅| = 1,367 × 10⁻⁶
Galat sebenarnya lebih kecil: |f(0,3) − P₅(0,3)| = 1,058 × 10⁻⁶.
5.Kalkulus multivariabel
Jawaban: c = −4
Gradien: ∇f = (fx, fy) menunjuk ke arah kenaikan tercuram, dan |∇f| adalah laju perubahan terbesar. Turunan berarah sepanjang arah v adalah Duf = ∇f·u dengan vektor satuan u = v/|v|. Bidang singgung di (a, b) adalah z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); bidang ini memberi hampiran linear f di dekat titik itu. Aturan rantai: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.
Nilai dan kemiringan di titik itu
f(−1, −1) = 2
fx = 3x²y − 4x + 4y → fx(−1, −1) = −3
fy = x³ − 2y + 4x → fy(−1, −1) = −3
Bidang singgung
z = 2 − 3(x + 1) − 3(y + 1)
z = −3x − 3y − 4
Suku konstanta
c = −4
Jawaban
c = −4
6.Kalkulus multivariabel
Jawaban: A (1, −3)
Titik kritis dan integral lipat dua: titik kritis memiliki fx = fy = 0. Uji turunan kedua dengan D = fxxfyy − fxy²: D > 0 dan fxx > 0 adalah minimum lokal, D > 0 dan fxx < 0 maksimum lokal, D < 0 titik pelana, dan D = 0 tidak menentukan apa pun. Untuk integral lipat dua pada daerah umum, jadikan batas dalam sebagai kurva yang membatasi daerah; untuk cakram dan juring pakai koordinat kutub, x = r cos θ, y = r sin θ dan dA = r dr dθ (jangan lupa faktor r).
Titik kritis
Selesaikan fx = 0 dan fy = 0 bersama-sama.
fx = (3x² − 3) = 0
fy = (2y + 6) = 0
(1, −3), (−1, −3)
Uji turunan kedua
(1, −3): fxx = 6, fyy = 2, fxy = 0, D = 12 → minimum lokal
(−1, −3): fxx = −6, fyy = 2, fxy = 0, D = −12 → titik pelana
Titiknya
A (1, −3): minimum lokal
Jawaban
A (1, −3)
7.Persamaan diferensial
Jawaban: t = 2,593 min
Persamaan diferensial orde satu: dy/dt = k·y memiliki penyelesaian y = y₀·ekt (pertumbuhan untuk k > 0, peluruhan untuk k < 0); waktu paruh T memberikan k = ln 2/T. Hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), memberikan T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Persamaan linear y′ + p(x)·y = q(x) diselesaikan dengan faktor integrasi μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, sehingga μy = ∫μq dx + C.
Konstanta pendinginan
k = ln(70/49)/6 = 0,05945 min⁻¹
Waktu untuk mencapai target
t = ln(70/60)/0,05945 = 2,593 min
Jawaban
t = 2,593 min
8.Persamaan diferensial
Jawaban: ymax = 5,216
Persamaan linear orde dua: untuk y″ + b·y′ + c·y = 0 coba y = ert: ini memberi persamaan karakteristik r² + b·r + c = 0. Dua akar real r₁ ≠ r₂ memberi y = A·er₁t + B·er₂t (redaman lebih); akar ganda r memberi y = (A + Bt)·ert (redaman kritis); akar kompleks −α ± jω memberi y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (redaman kurang, berosilasi). Nilai awal y(0) dan y′(0) menentukan A dan B. Ditulis sebagai y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn adalah frekuensi alami dan ζ rasio redaman: ζ < 1 berosilasi. Dengan masukan konstan, y″ + by′ + cy = c·K, penyelesaiannya adalah nilai tunak K ditambah respons bebas.