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→∞ (√(x² + 2x) − x).

f(x) = √(x² + 2x) − xx → ∞

L =

2.RibosSunkus

Raskite ribą L = lim_x→0 (e^0,5x − 1 − 0,5x)/x².

f(x) = (e^0,5x − 1 − 0,5x)/x²x → 0

L =

3.IšvestinėsVidutinis

Tegu f(x) = x³·e^0,5x. Raskite f′(1,5).

f(x) = x³·e^0,5xx = 1,5

f′(1.5) =

4.IšvestinėsSunkus

Tegu f(x) = x³ + 7,5x² + 18x. Raskite lokaliojo minimumo x koordinatę x.

f(x) = x³ + 7,5x² + 18x

x =

5.OptimizavimasVidutinis

Atvira dėžė (be dangčio) kvadratiniu dugnu turi talpinti 108000 cm³. Sunaudokite kuo mažiau medžiagos, t. y. dugno ir keturių šonų plotas turi būti mažiausias. Raskite mažiausią paviršiaus plotą S.

V = 108000 cm³

S = cm²

6.OptimizavimasSunkus

Maža įmonė savo produktą parduoda už pastovią rinkos kainą €80 už vienetą. q vienetų gamybos sąnaudos C(q) = 600 + 40q + 0,2q² eurų. Raskite didžiausią pelną P.

p = €80C = 600 + 40q + 0,2q²

P = €

7.IntegralaiVidutinis

Apskaičiuokite I = ∫₀¹ 2x·(x² + 1)¹ dx.

f(x) = 2x·(x² + 1)¹[0, 1]

I =

8.IntegralaiSunkus

Sritis tarp tiesės y = 5x ir parabolės y = 3x² sukama apie x ašį. Raskite kūno tūrį V.

y = 5xy = 3x²

V =

9.Diferencialinės lygtysVidutinis

90 °C kavos puodelis paliekamas 24 °C kambaryje. Po 11 min temperatūra yra 49 °C. Ji kinta pagal Niutono aušimo dėsnį dT/dt = −k·(T − Tₐ). Raskite konstantą k min⁻¹.

T₀ = 90 °CT_a = 24 °CT(11) = 49 °C

k = min⁻¹

10.Diferencialinės lygtysSunkus

Išspręskite y′ + 3y = 3e^−2t su y(0) = 4. Raskite y(1).

y′ + 3y = 3e^−2ty(0) = 4

y(1) =

11.Sekos ir eilutėsVidutinis

Raskite laipsninės eilutės Σ_k=1^∞ 16ᵏx²ᵏ/k konvergavimo spindulį R.

Σ 16ᵏx²ᵏ/kx₀ = 0

R =

12.Sekos ir eilutėsSunkus

f(x) = sin x taške x = 2 aproksimuojama n laipsnio Maklorino polinomu. Naudodami Lagranžo įvertį M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! su M = 1, raskite mažiausią laipsnį n, garantuojantį paklaidą, mažesnę nei 0,0001.

f(x) = sin xx = 2M = 1ε = 0,0001

n =

3Tirpalai

1.Ribos

Atsakymas: L = 1

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).

Padauginkite iš jungtinio reiškinio

f(x) = 2x/(√(x² + 2x) + x)

Padalykite iš x

f(x) = 2/(√(1 + 2/x) + 1)

Tegu x → ∞

L = 2/(1 + 1) = 1

Atsakymas

L = 1

2.Ribos

Atsakymas: L = 0,125

Pirmasis taikymas

(0,5·e^0,5x − 0,5)/(2x) → 0/0

Antrasis taikymas

0,25·e^0,5x/2

Įstatykite x = 0

L = 0,25·1/2 = 0,125

Atsakymas

L = 0,125

3.Išvestinės

Atsakymas: f′(1.5) = 17,86

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^0,5x·(3x² + 0,5·x³)

Įstatykite

f′(1,5) = 2,117·(6,75 + 1,688) = 17,86

Atsakymas

f′(1,5) = 17,86

4.Išvestinės

Atsakymas: x = −2

Išvestinė

f′(x) = 3x² + 15x + 18 = 3·(x² + 5x + 6)

Išspręskite f′(x) = 0

x = −3 arba x = −2

Kuris yra kuris

f″(x) = 6x + 15: neigiama maksimume, teigiama minimume.

f″(−3) = −3, f″(−2) = 3

x = −2

Atsakymas

x = −2

5.Optimizavimas

Atsakymas: S = 10800 cm²

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.

Plotas kaip x funkcija

S(x) = x² + 432000/x

Prilyginkite išvestinę nuliui

S″(x) = 2 + 864000/x³ > 0, todėl tai minimumas.

x³ = 216000 → x = 60 cm

Aukštis ir plotas

h = 108000/60² = 30 cm

S = 60² + 432000/60 = 10800 cm²

Atsakymas

S = 10800 cm²

Geriausios atviros dėžės aukštis lygus pusei jos pločio.

6.Optimizavimas

Atsakymas: P = 1400 €

Pelno funkcija

P(q) = 80q − (600 + 40q + 0,2q²) = −0,2q² + 40q − 600

Prilyginkite išvestinę nuliui

P″(q) = −0,4 < 0, todėl tai maksimumas.

40 − 0,4q = 0 → q = 100

Didžiausias pelnas

P = 40·100 − 0,2·100² − 600 = €1400

Atsakymas

P = €1400

7.Integralai

Atsakymas: I = 1,5

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.

Keitinys

u = x² + 1, du = 2x dx

I = ∫₁² u¹ du

Integruokite ir įstatykite rėžius

I = [u²/2]₁² = (4 − 1)/2 = 1,5

Atsakymas

I = 1,5

8.Integralai

Atsakymas: V = 48,48

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

5x = 3x² → x = 0, x = 1,667

Žiedų metodas

V = π∫₀^1,667 ((5x)² − (3x²)²) dx

Integruokite

V = π(25·1,667³/3 − 9·1,667⁵/5) = π·15,43 = 48,48

Atsakymas

V = 48,48

9.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: k = 0,08825 min⁻¹

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.

Temperatūrų skirtumų santykis

e^−11k = 25/66

Išspręskite k atžvilgiu

k = ln(66/25)/11 = 0,08825 min⁻¹

Atsakymas

k = 0,08825 min⁻¹

10.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(1) = 0,4558

Integruojantysis daugiklis

μ = e^3t

(e^3ty)′ = 3e^t

Bendrasis sprendinys

y = 3/1·e^−2t + C·e^−3t = 3·e^−2t + C·e^−3t

Pradinė sąlyga

4 = 3 + C → C = 1

Apskaičiuokite

y(1) = 3·0,1353 + 1·0,04979 = 0,4558

Atsakymas

y(1) = 0,4558

11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: R = 0,25

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.

Koeficientai

Eilutė yra pagal x²: ji konverguoja, kai 16·x² < 1, taigi |x| < 1/4.

Spindulys

R = 0,25

Atsakymas

R = 0,25

D’Alambero kriterijus nieko nesako apie du galinius taškus; juos reikia tikrinti atskirai.

12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: n = 10

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.

Įverčiai didėjant n

n = 9: 0,0002822 ≥ 0,0001

n = 10: 5,131 × 10⁻⁵ < 0,0001

Mažiausias laipsnis

n = 10

Atsakymas

n = 10

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