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 = ∫₀π/2 x·cos x dx (x dalam radian).
∫₀π/2 x·cos x dx
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
Kenali deretnya dan carilah jumlahnya: S = Σk=0∞ (−1)ᵏ·22k+1/(2k + 1)!.
ak = (−1)ᵏ·22k+1/(2k + 1)!
S =
5.Kalkulus multivariabelSedang
Untuk f(x, y) = −x²y³ − 3x² − xy, carilah turunan berarah Duf di (1, 1) ke arah v = (0, −1).
f(x, y) = −x²y³ − 3x² − xyP = (1, 1)v = (0, −1)
Duf =
6.Kalkulus multivariabelSulit
Carilah titik kritis f(x, y) = −x³ + 3x − y² − 6y, klasifikasikan, dan berikan nilai fmax dari f pada maksimum lokalnya.
f(x, y) = −x³ + 3x − y² − 6y
fmax =
7.Persamaan diferensialSedang
Sebuah komponen baja tempa bersuhu 420 °C dibiarkan mendingin di bengkel bersuhu 28 °C. Setelah 35 menit suhunya 223 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Berapa lama setelah awal, t, yang diperlukan untuk mencapai 96 °C?
T0 = 420 °CTa = 28 °CT(35) = 223 °CT = 96 °C
t = min
8.Persamaan diferensialSulit
Sebuah sistem memenuhi y″ + 2y′ + 26y = 52 untuk t ≥ 0, dimulai dari keadaan diam: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari y(0,5); sudut dalam radian.
y″ + 2y′ + 26y = 52y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =
3Larutan
1.Integral
Jawaban: I = 0,5708
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 = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x
Antiturunan
∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x
Limit
(π/2·sin π/2 + cos π/2) − (0 + 1) = 0,5708
Jawaban
I = 0,5708
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: S = 0,9093
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.
Deret baku
Σ (−1)ᵏx2k+1/(2k + 1)! = sin x
Substitusikan
x = 2
S = sin 2 = 0,9093
Jawaban
S = 0,9093
5.Kalkulus multivariabel
Jawaban: Duf = 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.
Gradien di titik itu
fx = −2xy³ − 6x − y → fx(1, 1) = −9
fy = −3x²y² − x → fy(1, 1) = −4
Vektor satuan
|v| = √(0² + (−1)²) = 1
u = (0, −1)
Hasil kali titik
Duf = (−9)·0 + (−4)·(−1) = 4
Jawaban
Duf = 4
6.Kalkulus multivariabel
Jawaban: fmax = 11
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 → maksimum lokal
(−1, −3): fxx = 6, fyy = −2, fxy = 0, D = −12 → titik pelana
Nilai pada ekstremum
f(1, −3) = 11
Jawaban
fmax = 11
7.Persamaan diferensial
Jawaban: t = 87,81 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(392/195)/35 = 0,01995 min⁻¹
Waktu untuk mencapai target
t = ln(392/68)/0,01995 = 87,81 min
Jawaban
t = 87,81 min
8.Persamaan diferensial
Jawaban: y(0.5) = 2,827
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.