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 = ∫01 e−0,5x dx.
f(x) = e−0,5x[0, 1]
I =
2.IntegralSulit
Daerah di antara garis y = 2x dan parabola y = 0,5x² diputar mengelilingi sumbu x. Cari volume V benda padat itu.
y = 2xy = 0,5x²
V =
3.Barisan & deretSedang
Deret pangkat Σk=1∞ k!·(x + 1)ᵏ/kᵏ konvergen pada suatu interval di sekitar x₀ = −1. Carilah ujung kiri x interval itu.
Σ k!·(x + 1)ᵏ/kᵏx₀ = −1
x =
4.Barisan & deretSulit
f(x) = eˣ dihampiri oleh polinom Maclaurin berderajat 4 pada x = 0,8. Pakai batas galat Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! dengan M = e0,8 = 2,226 untuk mencari galat terbesar yang mungkin |R₄|.
f(x) = eˣn = 4x = 0,8M = 2,226
|R₄| =
5.Kalkulus multivariabelSedang
Untuk f(x, y) = 5xy² + 2x² + y² − 2xy, carilah laju perubahan maksimum f di titik (2, 2), yaitu |∇f|.
f(x, y) = 5xy² + 2x² + y² − 2xyP = (2, 2)
|∇f| =
6.Kalkulus multivariabelSulit
f(x, y) = x³ − 3x + y² + 6y memiliki titik kritis di (1, −3). Hitung diskriminan D = fxxfyy − fxy² di sana.
f(x, y) = x³ − 3x + y² + 6yP = (1, −3)
D =
7.Persamaan diferensialSedang
Secangkir kopi bersuhu 90 °C dibiarkan di ruangan bersuhu 20 °C. Setelah 29 menit suhunya 36 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Cari konstanta k dalam min⁻¹.
T0 = 90 °CTa = 20 °CT(29) = 36 °C
k = min⁻¹
8.Persamaan diferensialSulit
Sebuah sistem memenuhi y″ + 3y′ + 18,25y = 18,25 untuk t ≥ 0, dimulai dari keadaan diam: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari nilai puncak ymax dari respons langkahnya.
y″ + 3y′ + 18,25y = 18,25y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3Larutan
1.Integral
Jawaban: I = 0,7869
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.
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
2x = 0,5x² → x = 0, x = 4
Metode cincin (washer)
V = π∫₀4 ((2x)² − (0,5x²)²) dx
Integralkan
V = π(4·4³/3 − 0,25·4⁵/5) = π·34,13 = 107,2
Jawaban
V = 107,2
3.Barisan & deret
Jawaban: x = −3,718
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/ck+1 = (1 + 1/k)ᵏ → e
Jari-jari
R = 2,718
Selang
−3,718 < x < 1,718
x = −3,718
Jawaban
x = −3,718
Uji rasio tidak mengatakan apa pun di kedua titik ujung; keduanya harus diperiksa secara terpisah.
4.Barisan & deret
Jawaban: |R₄| = 0,006077
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 = e0,8 = 2,226
Batas Lagrange
|R₄| ≤ 2,226·0,8⁵/5! = 0,006077
Jawaban
|R₄| = 0,006077
Galat sebenarnya lebih kecil: |f(0,8) − P₄(0,8)| = 0,003141.
5.Kalkulus multivariabel
Jawaban: |∇f| = 46,65
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.
Turunan parsial
fx = 5y² + 4x − 2y → fx(2, 2) = 24
fy = 10xy + 2y − 2x → fy(2, 2) = 40
Panjang gradien
|∇f| = √(24² + 40²) = 46,65
Jawaban
|∇f| = 46,65
6.Kalkulus multivariabel
Jawaban: D = 12
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 = 6, fyy = 2, fxy = 0
Diskriminan
D = 6·2 − 0² = 12
→ minimum lokal
Jawaban
D = 12
7.Persamaan diferensial
Jawaban: k = 0,05089 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−29k = 16/70
Selesaikan untuk k
k = ln(70/16)/29 = 0,05089 min⁻¹
Jawaban
k = 0,05089 min⁻¹
8.Persamaan diferensial
Jawaban: ymax = 1,308
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.