AP Calculus uždaviniai: pasiruošimo paketas

Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 12 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.

Nauji uždaviniai Atgal į kursą

Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.

1Formulės ir metodai

Ribos

Tiesioginis įstatymas: pirmiausia įstatykite x = a; 0/0 reiškia, kad reikia suprastinti
Išskaidykite dauginamaisiais ir suprastinkite: xⁿ − aⁿ = (x − a)(xⁿ⁻¹ + a·xⁿ⁻² + … + aⁿ⁻¹)
Jungtinis reiškinys: (√x − √a)(√x + √a) = x − a
Ribos begalybėje: dalykite iš aukščiausio x laipsnio; kai laipsniai lygūs, riba lygi vyriausiųjų koeficientų santykiui
Ypatingoji riba: lim_x→∞ (1 + a/x)^bx = e^ab
Lopitalio taisyklė: lim f/g = lim f′/g′ (0/0 or ∞/∞)

Išvestinės

Laipsnio išvestinė: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹
Sandaugos taisyklė: (uv)′ = u′v + uv′
Dalmens išvestinė: (u/v)′ = (u′v − uv′)/v²
Grandinės taisyklė: f(g(x))′ = f′(g(x))·g′(x)
Pagrindinės išvestinės: (eˣ)′ = eˣ, (ln x)′ = 1/x, (sin x)′ = cos x, (cos x)′ = −sin x

Metodas

Nustatykite struktūrą: suma, sandauga, dalmuo ar sudėtinė funkcija.
Kiekvienam x laipsniui taikykite laipsninės funkcijos išvestinės taisyklę.
Kur reikia, taikykite sandaugos, dalmens arba sudėtinės funkcijos išvestinės taisyklę.
Suprastinkite ir, jei prašoma, apskaičiuokite reikšmę taške.

Optimizavimas

Metodas: užrašykite Q(x) su vienu kintamuoju, išspręskite Q′(x) = 0, patikrinkite Q″ arba intervalo galus
Maksimumas: Q′(x) = 0, Q″(x) < 0
Minimumas: Q′(x) = 0, Q″(x) > 0
Uždaras cilindras: V = πr²h, A = 2πr² + 2πrh
Pelnas: P = R − C, R = p·q, maximum where MR = MC

Integralai

Laipsnio išvestinė: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Apibrėžtinis integralas: ∫_a^b f dx = F(b) − F(a)
Pagrindiniai integralai: ∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Plotas tarp kreivių: ∫_a^b (f − g) dx

Metodas

Kai įmanoma, pointegralinę funkciją perrašykite kaip paprastų narių sumą.
Taikykite laipsninės funkcijos taisyklę: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), o e^x, 1/x, sin ir cos – lentelinius integralus.
Keitinį naudokite, kai matote funkciją kartu su jos išvestine.
Apibrėžtiniam integralui apskaičiuokite F(b) − F(a).

Diferencialinės lygtys

Eksponentinis augimas / mažėjimas: dy/dt = ky → y = y₀e^kt
Pusėjimo trukmė: k = ln 2 / t_½
Niutono aušimo dėsnis: T(t) = T_a + (T₀ − T_a)e^−kt
Integruojantysis daugiklis: y′ + p(x)y = q(x): μ = e^{∫p dx}, (μy)′ = μq
Maišymo talpa: dm/dt = r·c − (r/V)·m

Sekos ir eilutės

Aritmetinė seka: aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Geometrinė seka: aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Begalinė geometrinė eilutė: S = a₁/(1 − r), |r| < 1
p eilutė: Σ1/kᵖ converges only for p > 1
D’Alambero kriterijus: L = lim |a_k+1/a_k|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Konvergavimo spindulys: R = lim |c_k/c_k+1|
Teiloro polinomas: Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Maklorino eilutė: eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Lagranžo paklaidos įvertis: |Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Metodas

Nustatykite tipą: aritmetinė (pastovus skirtumas), geometrinė (pastovus daugiklis), standartinė eilutė, laipsninė eilutė arba Teiloro polinomas.
Sumoms naudokite Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r) arba S = a₁/(1 − r), kai |r| < 1, kur a₁ yra pirmasis sumos narys.
Konvergavimui: pirmiausia būtinoji sąlyga, tada palyginkite su Σ1/kᵖ ar geometrine eilute, o faktorialams ir k-tiesiems laipsniams naudokite d’Alambero ar Koši kriterijų.
Teiloro polinomams išvardykite f(a), f′(a), f″(a), …, k-ąją išvestinę padalykite iš k! ir paklaidą įvertinkite M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

2Uždaviniai

1.RibosVidutinis

Raskite ribą L = lim_x→∞ (−3x³ + 3x + 6)/(x³ + 4x + 4).

f(x) = (−3x³ + 3x + 6)/(x³ + 4x + 4)x → ∞

L =

2.RibosSunkus

Raskite ribą L = lim_x→0 (1 − cos 5x)/(3x²), kai x radianais.

f(x) = (1 − cos 5x)/(3x²)x → 0

L =

3.IšvestinėsVidutinis

Tegu f(x) = x³·e^−x. Raskite f′(0,5).

f(x) = x³·e^−xx = 0,5

f′(0.5) =

4.IšvestinėsSunkus

Tegu f(x) = x³ − 10,5x² + 30x − 1. Raskite lokaliojo minimumo x koordinatę x.

f(x) = x³ − 10,5x² + 30x − 1

x =

5.OptimizavimasVidutinis

400 m² stačiakampis sklypas aptveriamas iš visų keturių pusių. Gatvės pusės, kurios ilgis x, tvora kainuoja €40 už metrą; kitų trijų pusių – €12 už metrą. Raskite gatvės pusės ilgį x, kuriam esant kaina mažiausia.

A = 400 m²€40/m€12/m

x = m

6.OptimizavimasSunkus

Teatras per spektaklį parduoda 340 bilietų po €15. Rinkos tyrimas rodo, kad kiekvienas bilieto kainos padidinimas €1 reiškia 10 mažiau parduotų bilietų (o kiekvienas sumažinimas €1 – 10 daugiau). Raskite didžiausias pajamas R per spektaklį.

340 × €1510 / €1

R = €

7.IntegralaiVidutinis

Apskaičiuokite I = ∫₀² e^2x dx.

f(x) = e^2x[0, 2]

I =

8.IntegralaiSunkus

Sritis tarp tiesės y = 3x ir parabolės y = x² sukama apie x ašį. Raskite kūno tūrį V.

y = 3xy = x²

V =

9.Diferencialinės lygtysVidutinis

Išspręskite y″ + 6y′ + 8y = 0, kai y(0) = 3 ir y′(0) = -2. Raskite y(0,5).

y″ + 6y′ + 8y = 0y(0) = 3y′(0) = -2

y(0.5) =

10.Diferencialinės lygtysSunkus

Išspręskite Koši uždavinį y′ + y/x = 1, kai x > 0, su y(1) = −2. Raskite y(2).

y′ + y/x = 1y(1) = −2

y(2) =

11.Sekos ir eilutėsVidutinis

Raskite sumą S = Σ_k=1^∞ 1/(k(k + 1)).

a_k = 1/(k(k + 1))

S =

12.Sekos ir eilutėsSunkus

f(x) = cos x aproksimuojama 5 laipsnio Maklorino polinomu taške x = −0,5. Naudodami Lagranžo paklaidos įvertį M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! su M = 1, raskite didžiausią galimą paklaidą |R₅|.

f(x) = cos xn = 5x = −0,5M = 1

|R₅| =

3Tirpalai

1.Ribos

Atsakymas: L = −3

Ribos: pirmiausia pabandykite tiesiogiai įstatyti. Jei gaunate 0/0, pirmiausia suprastinkite: išskaidykite dauginamaisiais ir suprastinkite bendrą daugiklį arba padauginkite iš jungtinio reiškinio. Kai x → ∞, skaitiklį ir vardiklį padalykite iš aukščiausio x laipsnio. Lopitalio taisyklė: jei f/g duoda 0/0 arba ∞/∞, tai lim f/g = lim f′/g′, skaitiklį ir vardiklį diferencijuojant atskirai (ne pagal dalmens išvestinės taisyklę).

Padalykite iš aukščiausio laipsnio

(−3 + 3/x² + 6/x³)/(1 + 4/x² + 4/x³)

Tegu x → ∞

L = −3/1 = −3

Atsakymas

L = −3

Kai laipsniai lygūs, riba lygi vyriausiųjų koeficientų santykiui.

2.Ribos

Atsakymas: L = 4,167

Pirmasis taikymas

5·sin 5x/(6x) → 0/0

Antrasis taikymas

25·cos 5x/6

Įstatykite x = 0

L = 25/6 = 4,167

Atsakymas

L = 4,167

3.Išvestinės

Atsakymas: f′(0.5) = 0,3791

Diferencijavimas: išvestinė f′(x) – tai grafiko krypties koeficientas taške x. Laipsnio taisyklė: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Sandaugos taisyklė: (uv)′ = u′v + uv′. Grandinės taisyklė: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Kur f′(x) = 0, grafikas turi horizontalią liestinę: maksimumą, minimumą arba balno tašką.

Sandaugos taisyklė

f′(x) = u′v + uv′ = e^−x·(3x² + (−1)·x³)

Įstatykite

f′(0,5) = 0,6065·(0,75 + (−0,125)) = 0,3791

Atsakymas

f′(0,5) = 0,3791

4.Išvestinės

Atsakymas: x = 5

Išvestinė

f′(x) = 3x² − 21x + 30 = 3·(x² − 7x + 10)

Išspręskite f′(x) = 0

x = 2 arba x = 5

Kuris yra kuris

f″(x) = 6x − 21: neigiama maksimume, teigiama minimume.

f″(2) = −9, f″(5) = 9

x = 5

Atsakymas

x = 5

5.Optimizavimas

Atsakymas: x = 13,59 m

Optimizavimas: optimizuojamą dydį užrašykite kaip vieno kintamojo funkciją, kitą kintamąjį pašalindami pagal ribojimą. Išvestinę prilyginkite nuliui ir išspręskite. Patikrinkite, ar kritinis taškas yra maksimumas ar minimumas (pagal antrąją išvestinę arba pirmosios išvestinės ženklo pokytį) ir ar jis yra leistinoje srityje; galinis taškas, pavyzdžiui, nulinio ilgio kraštinė, nėra atsakymas.

Kaina kaip x funkcija

C(x) = 52x + 9600/x

Prilyginkite išvestinę nuliui

C″(x) = 19200/x³ > 0, todėl tai minimumas.

x = √(9600/52) = 13,59 m

y = 400/13,59 = 29,44 m

Mažiausia kaina

C = 52·13,59 + 9600/13,59 = €1413

Atsakymas

x = 13,59 m

6.Optimizavimas

Atsakymas: R = 6003 €

Pajamos kaip kainos funkcija

n(p) = 490 − 10p

R(p) = 490p − 10p²

Prilyginkite išvestinę nuliui

R″(p) = −20 < 0, todėl tai maksimumas.

p = 490/20 = €24,5

Didžiausios pajamos

n = 490 − 10·24,5 = 245

R = 24,5·245 = €6003

Atsakymas

R = €6003

7.Integralai

Atsakymas: I = 26,8

Apibrėžtiniai integralai: ∫ₐᵇ f(x) dx – tai ženklą turintis plotas tarp grafiko ir x ašies nuo a iki b. Raskite pirmykštę funkciją F (F′ = f) ir apskaičiuokite F(b) − F(a). Laipsnio taisyklė: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Plotas tarp dviejų kreivių yra ∫(viršutinė − apatinė) dx.

Pirmykštė funkcija

F(x) = e^2x/2

Įstatykite rėžius

I = (e⁴ − 1)/2 = (54,6 − 1)/2 = 26,8

Atsakymas

I = 26,8

8.Integralai

Atsakymas: V = 101,8

Sukimosi kūnų tūriai: sritį po kreive y = f(x) nuo x = a iki x = b sukant apie x ašį, gaunamas kūnas, kurio pjūvis ties x yra skritulys, kurio spindulys f(x). Sudėjus skritulius, gaunama V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Kai sritis yra tarp išorinės kreivės R(x) ir vidinės kreivės r(x), kiekvienas sluoksnis yra žiedas: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Spindulius pakelkite kvadratu prieš atimdami.

Susikirtimo taškai

3x = 1x² → x = 0, x = 3

Žiedų metodas

V = π∫₀³ ((3x)² − (1x²)²) dx

Integruokite

V = π(9·3³/3 − 1·3⁵/5) = π·32,4 = 101,8

Atsakymas

V = 101,8

9.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(0.5) = 1,569

Antros eilės tiesinės lygtys: lygčiai y″ + b·y′ + c·y = 0 bandykite y = e^rt: gaunama charakteristinė lygtis r² + b·r + c = 0. Dvi skirtingos realiosios šaknys r₁ ≠ r₂ duoda y = A·e^r₁t + B·e^r₂t (viršslopinamas atvejis); dviguba šaknis r duoda y = (A + Bt)·e^rt (kritinis slopinimas); kompleksinės šaknys −α ± jω duoda y = e^−αt(A cos ωt + B sin ωt) (nepakankamas slopinimas, virpesiai). Pradinės vertės y(0) ir y′(0) nustato A ir B. Užrašius y″ + 2ζω_ny′ + ω_n²y = 0, ω_n yra savasis dažnis, o ζ – slopinimo santykis: kai ζ < 1, atsiranda virpesių. Esant pastoviam įėjimui, y″ + by′ + cy = c·K, sprendinys yra nusistovėjusi vertė K plius laisvoji dedamoji.

Charakteristinės šaknys

(r + 2)(r + 4) = 0 → r = −2, −4

Konstantos pagal pradines vertes

A + B = 3, −2A − 4B = -2

A = 5, B = −2

Apskaičiuokite

y(0,5) = 5·e⁻¹ + (−2)·e⁻² = 1,569

Atsakymas

y(0,5) = 1,569

10.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(2) = −0,25

Pirmos eilės diferencialinės lygtys: lygties dy/dt = k·y sprendinys yra y = y₀·e^kt (augimas, kai k > 0, mažėjimas, kai k < 0); pusėjimo trukmė T duoda k = ln 2/T. Niutono aušimo dėsnis dT/dt = −k·(T − Tₐ) duoda T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e^−kt. Tiesinė lygtis y′ + p(x)·y = q(x) sprendžiama su integruojančiuoju daugikliu μ = e^{∫p dx}: (μy)′ = μq, todėl μy = ∫μq dx + C.

Integruojantysis daugiklis

μ = e^{∫1/x dx} = x¹

Integruokite

(x¹y)′ = x → x¹y = 1x²/2 + C

Pradinė sąlyga

−2 = 1/2 + C → C = −2,5

Apskaičiuokite

y(2) = (1·2²/2 + (−2,5))/2¹ = −0,25

Atsakymas

y(2) = −0,25

11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: S = 1

Konvergavimas: jei nariai nesiekia 0, eilutė diverguoja (būtinoji sąlyga). Σ1/kᵖ konverguoja tik kai p > 1, o Σrᵏ – tik kai |r| < 1. Eilutę palyginkite su viena iš šių, kai jos nariai dideliems k elgiasi panašiai. D’Alambero kriterijus: L = lim |a_k+1/a_k|; Koši šaknies kriterijus: L = lim |a_k|^1/k. L < 1 konverguoja, L > 1 diverguoja, L = 1 nieko nenusprendžia. Laipsninė eilutė Σc_k(x − x₀)ᵏ konverguoja, kai |x − x₀| < R, kur R = lim |c_k/c_k+1|; alternuojančioji eilutė, kurios nariai mažėja iki 0, konverguoja.

Paprastosios trupmenos

1/(k(k + 1)) = 1·(1/k − 1/(k + 1))

Atšaukti

S = 1·1 = 1

Atsakymas

S = 1

12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: |R₅| = 2,17 × 10⁻⁵

Teiloro polinomai: prie x = a glodi funkcija aproksimuojama Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; kai a = 0, tai Maklorino polinomas. Standartinės eilutės: 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. Lagranžo paklaidos įvertis: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, kur M yra didžiausia |f⁽ⁿ⁺¹⁾| reikšmė tarp a ir x.

Išvestinės įvertis

M = 1

Lagranžo įvertis

|R₅| ≤ 1·0,5⁶/6! = 2,17 × 10⁻⁵

Atsakymas

|R₅| = 2,17 × 10⁻⁵

Tikroji paklaida mažesnė: |f(−0,5) − P₅(−0,5)| = 2,16 × 10⁻⁵.

ExamProblems · examproblems.com/courses/ap-calculus-practice