Kalkulus 2: paket kilat

Lembar rumus, langkah-langkah metode utama untuk setiap topik, dan 8 soal latihan, dengan pembahasan lengkap di bagian belakang.

Soal baruKembali ke mata kuliah

Di jendela cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan di perangkat Anda.

1Rumus dan metode

Integral

Aturan pangkat
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Integral tentu
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Integral umum
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Luas daerah antara kurva
∫ab (f − g) dx

Metode

  1. Tulis ulang integran sebagai jumlah suku-suku sederhana bila memungkinkan.
  2. Terapkan aturan pangkat: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), dan integral standar untuk ex, 1/x, sin, dan cos.
  3. Gunakan substitusi saat Anda melihat suatu fungsi bersama turunannya.
  4. Untuk integral tentu, hitung F(b) − F(a).

Barisan & deret

Barisan aritmetika
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Barisan geometri
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Deret geometri tak hingga
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
Deret-p
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Uji rasio
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Jari-jari kekonvergenan
R = lim |ck/ck+1|
Polinom Taylor
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Deret Maclaurin
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Batas galat Lagrange
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Metode

  1. Kenali jenisnya: aritmetika (beda tetap), geometri (rasio tetap), deret baku, deret pangkat, atau polinom Taylor.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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

  1. Untuk turunan parsial, anggap variabel lain sebagai konstanta dan pakai aturan satu variabel.
  2. 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.
  3. Untuk ekstremum selesaikan fx = 0 dan fy = 0 bersama-sama, lalu klasifikasikan setiap titik dengan D = fxx·fyy − fxy².
  4. 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
xy14y = x ln x

Hitung I = ∫₁4 x·ln x dx.

∫₁4 x ln x dx
I =
2.IntegralSulit
xyy = 0,5x2​y = 2x

Tentukan luas A daerah yang dibatasi oleh y = 0,5x2 dan y = 2x.

y = 0,5x2y = 2x
A =
3.Barisan & deretSedang
AΣ (−1)ᵏ/kk = 1 … ∞BΣ (1 + 1/k)ᵏk = 1 … ∞CΣ (3/2)ᵏk = 1 … ∞DΣ 1/√kk = 1 … ∞

Tepat satu dari keempat deret konvergen. Klik deret itu.

A: Σ (−1)ᵏ/kB: Σ (1 + 1/k)ᵏC: Σ (3/2)ᵏD: Σ 1/√k
  1. 1A: Σ (−1)ᵏ/k
  2. 2B: Σ (1 + 1/k)ᵏ
  3. 3C: Σ (3/2)ᵏ
  4. 4D: Σ 1/√k
4.Barisan & deretSulit

Carilah koefisien c₃ dari (x − 3)³ dalam deret Taylor f(x) = ln x di sekitar a = 3.

f(x) = ln xa = 3k = 3
c₃ =
5.Kalkulus multivariabelSedang
xy02024vP

Untuk f(x, y) = sin(−3x + y), carilah turunan berarah Duf di (1, 0,5) ke arah v = (2, 4).

f(x, y) = sin(−3x + y)P = (1, 0,5)v = (2, 4)
Duf =
6.Kalkulus multivariabelSulit
xy−202−202(0, 0)(2, 2)(−2, −2)

Carilah titik kritis f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy, klasifikasikan, dan berikan nilai fmin dari f pada minimum lokalnya.

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 16xy
fmin =
7.Persamaan diferensialSedang
t (min)T (°C)52Ta​191 °C

Sebuah komponen baja tempa bersuhu 500 °C dibiarkan mendingin di bengkel bersuhu 22 °C. Setelah 52 menit suhunya 191 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Cari konstanta k dalam min⁻¹.

T0 = 500 °CTa = 22 °CT(52) = 191 °C
k = min⁻¹
8.Persamaan diferensialSulit
tyK = 10y(0,75) = ?

Sebuah sistem memenuhi y″ + 3y′ + 18,25y = 182,5 untuk t ≥ 0, dimulai dari keadaan diam: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari y(0,75); sudut dalam radian.

y″ + 3y′ + 18,25y = 182,5y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.75) =

3Larutan

1.Integral

Jawaban: I = 7,34

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

(8·ln 4 − 4) − (0 − 0,25) = 7,34

Jawaban

I = 7,34
2.Integral

Jawaban: A = 5,333

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.

Titik potong

0,5x2 = 2x → x = 0, x = 4

Integralkan atas dikurangi bawah

A = [x2 − 0,1667x3]04 = 5,333

Jawaban

A = 5,333
3.Barisan & deret

Jawaban: A: Σ (−1)ᵏ/k

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.

Uji setiap deret

A: Σ (−1)ᵏ/k → Selang-seling, dengan 1/k menurun menuju 0: konvergen (bersyarat).
B: Σ (1 + 1/k)ᵏ → Suku-sukunya menuju e, bukan 0: divergen menurut uji suku ke-n.
C: Σ (3/2)ᵏ → Geometri dengan r = 3/2 > 1: suku-sukunya membesar, jadi divergen.
D: Σ 1/√k → Deret-p dengan p = 1/2 ≤ 1: divergen.

Jawabannya

A: Σ (−1)ᵏ/k

Jawaban

A: Σ (−1)ᵏ/k
4.Barisan & deret

Jawaban: c₃ = 0,01235

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.

Turunan f⁽³⁾

f⁽³⁾(x) = 2/x³

Koefisien

c₃ = f⁽³⁾(3)/3! = 2/(3³·6) = 0,01235
c₃ = 0,01235

Jawaban

c₃ = 0,01235
5.Kalkulus multivariabel

Jawaban: Duf = 0,3583

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 = −3 cos(−3x + y) → fx(1, 0,5) = 2,403
fy = 1 cos(−3x + y) → fy(1, 0,5) = −0,8011

Vektor satuan

|v| = √(2² + 4²) = 4,472
u = (0,4472, 0,8944)

Hasil kali titik

Duf = 2,403·0,4472 + (−0,8011)·0,8944 = 0,3583

Jawaban

Duf = 0,3583
6.Kalkulus multivariabel

Jawaban: fmin = −32

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 = 4x³ − 16y = 0
fy = 4y³ − 16x = 0
(0, 0), (2, 2), (−2, −2)

Uji turunan kedua

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −16, D = −256 → titik pelana
(2, 2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → minimum lokal
(−2, −2): fxx = 48, fyy = 48, fxy = −16, D = 2048 → minimum lokal

Nilai pada ekstremum

f(2, 2) = −32

Jawaban

fmin = −32
7.Persamaan diferensial

Jawaban: k = 0,01999 min⁻¹

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.

Rasio selisih suhu

e−52k = 169/478

Selesaikan untuk k

k = ln(478/169)/52 = 0,01999 min⁻¹

Jawaban

k = 0,01999 min⁻¹
8.Persamaan diferensial

Jawaban: y(0.75) = 13,04

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.

Nilai tunak dan akar-akar

yss = 10, r = −1,5 ± 4j

Konstanta dari nilai awal

y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −1,5A + 4B = 0 → B = −3,75

Hitung nilainya

y(0,75) = 10·(1 − e−1,125(cos 3 + 0,375·sin 3)) = 13,04

Jawaban

y(0,75) = 13,04

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2