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 = ∫02 2x·(x² + 1)2 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)2[0, 2]
I =
2.IntegralSulit
Tentukan luas A daerah antara parabola y = 9 − x² dan sumbu x.
y = 9 − x²
A =
3.Barisan & deretSedang
Terapkan uji rasio pada Σk=1∞ kᵏ/(5ᵏ·k!). Carilah L = lim |ak+1/ak|.
ak = kᵏ/(5ᵏ·k!)
L =
4.Barisan & deretSulit
f(x) = eˣ dihampiri pada x = 1 oleh polinom Maclaurin berderajat n. Dengan batas Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! dan M = 3, carilah derajat terkecil n yang menjamin galat di bawah 0,0005.
f(x) = eˣx = 1M = 3ε = 0,0005
n =
5.Kalkulus multivariabelSedang
Untuk f(x, y) = −4x³y² − 3x³, carilah turunan berarah Duf di P(3, −1) ke arah Q(−1, −5).
f(x, y) = −4x³y² − 3x³P = (3, −1)Q = (−1, −5)
Duf =
6.Kalkulus multivariabelSulit
f(x, y) = x² − xy + 2y² + 3x + 9y − 2 memiliki titik kritis di (−3, −3). Hitung diskriminan D = fxxfyy − fxy² di sana.
f(x, y) = x² − xy + 2y² + 3x + 9y − 2P = (−3, −3)
D =
7.Persamaan diferensialSedang
Selesaikan y″ + 7y′ + 12y = 0 dengan y(0) = 4 dan y′(0) = -2. Cari y(1).
y″ + 7y′ + 12y = 0y(0) = 4y′(0) = -2
y(1) =
8.Persamaan diferensialSulit
Sebuah tangki berisi 200 L air yang melarutkan 5 kg garam. Air garam dengan 0,2 kg garam per liter mengalir masuk dengan laju 4 L/menit, dan larutan yang tercampur rata mengalir keluar dengan laju yang sama. Berapa banyak garam m di dalam tangki setelah 20 menit?
V = 200 Lm0 = 5 kgc = 0,2 kg/Lr = 4 L/min
m = kg
3Larutan
1.Integral
Jawaban: I = 41,33
Integral tentu: ∫ₐᵇ f(x) dx adalah luas bertanda antara grafik dan sumbu x dari a ke b. Cari antiturunan F (dengan F′ = f) dan hitung F(b) − F(a). Aturan pangkat: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Luas antara dua kurva adalah ∫(atas − bawah) dx.
Substitusi
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u2 du
Integralkan dan substitusikan batas
I = [u3/3]15 = (125 − 1)/3 = 41,33
Jawaban
I = 41,33
2.Integral
Jawaban: A = 36
Integral tentu: ∫ₐᵇ f(x) dx adalah luas bertanda antara grafik dan sumbu x dari a ke b. Cari antiturunan F (dengan F′ = f) dan hitung F(b) − F(a). Aturan pangkat: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Luas antara dua kurva adalah ∫(atas − bawah) dx.
Pembuat nol
9 − x² = 0 → x = ±3
Integralkan
A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36
Jawaban
A = 36
3.Barisan & deret
Jawaban: L = 0,5437
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.
Rasio suku-suku berurutan
|ak+1/ak| = (1 + 1/k)ᵏ/5 → e/5
Kesimpulan
L = 0,5437 < 1
Jawaban
L = 0,5437
L < 1, jadi deret konvergen.
4.Barisan & deret
Jawaban: n = 7
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 untuk n yang membesar
n = 6: 0,0005952 ≥ 0,0005
n = 7: 7,44 × 10⁻⁵ < 0,0005
Derajat terkecil
n = 7
Jawaban
n = 7
5.Kalkulus multivariabel
Jawaban: Duf = −19,09
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.
Gradien di titik itu
fx = −12x²y² − 9x² → fx(3, −1) = −189
fy = −8x³y → fy(3, −1) = 216
Vektor satuan
|v| = √((−4)² + (−4)²) = 5,657
u = (−0,7071, −0,7071)
Hasil kali titik
Duf = (−189)·(−0,7071) + 216·(−0,7071) = −19,09
Jawaban
Duf = −19,09
6.Kalkulus multivariabel
Jawaban: D = 7
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).
Turunan kedua
fxx = 2, fyy = 4, fxy = −1
Diskriminan
D = 2·4 − (−1)² = 7
→ minimum lokal
Jawaban
D = 7
7.Persamaan diferensial
Jawaban: y(1) = 0,5139
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.
Akar karakteristik
(r + 3)(r + 4) = 0 → r = −3, −4
Konstanta dari nilai awal
A + B = 4, −3A − 4B = -2
A = 14, B = −10
Hitung nilainya
y(1) = 14·e−3 + (−10)·e−4 = 0,5139
Jawaban
y(1) = 0,5139
8.Persamaan diferensial
Jawaban: m = 16,54 kg
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.