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
xy2y = 2x

Daerah di bawah y = 2x dari x = 0 sampai x = 2 diputar mengelilingi sumbu x. Cari volume V benda padat itu (sebuah kerucut).

y = 2x0 ≤ x ≤ 2
V =
2.IntegralSulit
xy2,5y = x²eˣ

Hitung I = ∫₀2,5 x²·eˣ dx.

∫₀2,5 x²eˣ dx
I =
3.Barisan & deretSedang
k|aₖ₊₁/aₖ|123456789101112

Terapkan uji rasio pada Σk=1∞ (k!)²·1ᵏ/(2k)!. Carilah L = lim |ak+1/ak|.

ak = (k!)²·1ᵏ/(2k)!
L =
4.Barisan & deretSulit

Carilah koefisien c₂ dari (x − 1)² dalam deret Taylor f(x) = √x di sekitar a = 1.

f(x) = √xa = 1k = 2
c₂ =
5.Kalkulus multivariabelSedang
xy10,5P

Pakai bidang singgung f(x, y) = 2 ln(x² + 2y²) di (1, 0,5) untuk menghampiri f(0,8, 0,7). Berikan hampiran linear L.

f(x, y) = 2 ln(x² + 2y²)(a, b) = (1, 0,5)(x, y) = (0,8, 0,7)
L =
6.Kalkulus multivariabelSulit
xy−202−101(1, 0)(−1, 0)

Carilah titik kritis f(x, y) = −x³ + 3x − y², klasifikasikan, dan berikan nilai fmax dari f pada maksimum lokalnya.

f(x, y) = −x³ + 3x − y²
fmax =
7.Persamaan diferensialSedang
tyy(0) = 2y(2) = ?

Selesaikan y″ + 4y′ + 4y = 0 dengan y(0) = 2 dan y′(0) = 4. Cari y(2).

y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 2y′(0) = 4
y(2) =
8.Persamaan diferensialSulit
tyy(0) = 1y(1,5) = ?

Selesaikan y″ + 4y′ + 20y = 0 dengan y(0) = 1 dan y′(0) = 0 (dilepas dari keadaan diam). Cari y(1,5); sudut dalam radian.

y″ + 4y′ + 20y = 0y(0) = 1y′(0) = 0
y(1.5) =

3Larutan

1.Integral

Jawaban: V = 33,51

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.

Metode cakram

V = π∫₀2 4x² dx

Integralkan

V = π·4·2³/3 = 33,51

Jawaban

V = 33,51

Periksa: kerucut berjari-jari 4 dan tinggi 2 memiliki (1/3)πr²h = 33,51.

2.Integral

Jawaban: I = 37,59

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.

Putaran pertama

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Putaran kedua

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

Limit

12,18·(3,25) − 1·2 = 37,59

Jawaban

I = 37,59
3.Barisan & deret

Jawaban: L = 0,25

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·(k + 1)²/((2k + 2)(2k + 1)) → 1/4

Kesimpulan

L = 0,25 < 1

Jawaban

L = 0,25

L < 1, jadi deret konvergen.

4.Barisan & deret

Jawaban: c₂ = −0,125

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⁽²⁾

f⁽²⁾(x) = −0,25·x1/2 − 2

Koefisien

c₂ = −0,25·11/2 − 2/2! = −0,125
c₂ = −0,125

Jawaban

c₂ = −0,125
5.Kalkulus multivariabel

Jawaban: L = 0,8109

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, 0,5) = 0,8109
fx = 4x/(x² + 2y²) → fx(1, 0,5) = 2,667
fy = 8y/(x² + 2y²) → fy(1, 0,5) = 2,667

Bidang singgung

z = 0,8109 + 2,667(x − 1) + 2,667(y − 0,5)
z = 2,667x + 2,667y − 3,189

Hampiran linear

L = 0,8109 + 2,667·(−0,2) + 2,667·0,2 = 0,8109

Jawaban

L = 0,8109

Nilai eksaknya f = 0,964852; bidang itu dekat karena langkahnya kecil.

6.Kalkulus multivariabel

Jawaban: fmax = 2

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) = 0
(1, 0), (−1, 0)

Uji turunan kedua

(1, 0): fxx = −6, fyy = −2, fxy = 0, D = 12 → maksimum lokal
(−1, 0): fxx = 6, fyy = −2, fxy = 0, D = −12 → titik pelana

Nilai pada ekstremum

f(1, 0) = 2

Jawaban

fmax = 2
7.Persamaan diferensial

Jawaban: y(2) = 0,3297

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 ganda

(r + 2)² = 0 → r = −2

Konstanta

A = y(0) = 2
y′(0) = B − 2A → B = 4 + 4 = 8

Hitung nilainya

y(2) = (2 + 8·2)·e−4 = 0,3297

Jawaban

y(2) = 0,3297
8.Persamaan diferensial

Jawaban: y(1.5) = 0,04085

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 kompleks

r = −2 ± 4j

Konstanta

A = 1, B = 2·1/4 = 0,5

Hitung nilainya

y(1,5) = e−3(1·cos 6 + 0,5·sin 6) = 0,04085

Jawaban

y(1,5) = 0,04085

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2