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→∞ (1 − 2/x)^x. Pateikite dešimtainę reikšmę.

f(x) = (1 − 2/x)^xx → ∞

L =

2.RibosSunkus

Raskite ribą L = lim_x→0 ln(1 + x)/sin(2x), kai x radianais.

f(x) = ln(1 + x)/sin(2x)x → 0

L =

3.IšvestinėsVidutinis

Tegu f(x) = x·sin(3x), x radianais. Raskite f′(1,5).

f(x) = x·sin(3x)x = 1,5 rad

f′(1.5) =

4.IšvestinėsSunkus

Funkcijos f(x) = 2x² + x − 4 liestinė taške x = 1 kerta y ašį taške y = b. Raskite b.

f(x) = 2x² + x − 4x = 1

b =

5.OptimizavimasVidutinis

300 m² stačiakampis sklypas aptveriamas iš visų keturių pusių. Gatvės pusės, kurios ilgis x, tvora kainuoja €25 už metrą; kitų trijų pusių – €8 už metrą. Raskite mažiausią bendrą kainą C.

A = 300 m²€25/m€8/m

C = €

6.OptimizavimasSunkus

Įmonė per savaitę parduoda q vienetų. Kaina, už kurią juos galima parduoti, yra p = 130 − 1q eurų už vienetą, o sąnaudos C(q) = 2200 + 10q eurų. Raskite savaitės gamybos apimtį q, kuriai esant pelnas didžiausias.

p = 130 − 1qC = 2200 + 10q

q = vnt.

7.IntegralaiVidutinis

Apskaičiuokite I = ∫₀² 2x·(x² + 1)¹ dx.

f(x) = 2x·(x² + 1)¹[0, 2]

I =

8.IntegralaiSunkus

Apskaičiuokite I = ∫₀^2,5 x²·eˣ dx.

∫₀^2,5 x²eˣ dx

I =

9.Diferencialinės lygtysVidutinis

Išspręskite y″ + 5y′ + 4y = 0, kai y(0) = 5 ir y′(0) = 4. Raskite y(1,5).

y″ + 5y′ + 4y = 0y(0) = 5y′(0) = 4

y(1.5) =

10.Diferencialinės lygtysSunkus

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

y′ + 2y = 4e^−3ty(0) = 3

y(2) =

11.Sekos ir eilutėsVidutinis

Taikykite Koši šaknies kriterijų eilutei Σ_k=1^∞ ((2k + 5)/(5k + 2))ᵏ. Raskite L = lim |a_k|^1/k.

a_k = ((2k + 5)/(5k + 2))ᵏ

L =

12.Sekos ir eilutėsSunkus

Atpažinkite eilutę ir raskite jos sumą: S = Σ_k=1^∞ k·0,2ᵏ.

a_k = k·0,2ᵏ

S =

3Tirpalai

1.Ribos

Atsakymas: L = 0,1353

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).

Logaritmuokite

ln L = lim_x→∞ x·ln(1 − 2/x)

Apskaičiuokite

ln(1 + u)/u → 1, kai u → 0, todėl x·ln(1 + a/x) → a.

ln L = 1·(−2) = −2

Grįžkite nuo logaritmo

L = e⁻² = 0,1353

Atsakymas

L = 0,1353

2.Ribos

Atsakymas: L = 0,5

Lopitalio taisyklė

L = lim_x→0 [1/(1 + x)]/[2·cos 2x]

Įstatykite x = 0

L = 1/2 = 0,5

Atsakymas

L = 0,5

3.Išvestinės

Atsakymas: f′(1.5) = −1,926

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 ir grandinės taisyklės

f′(x) = sin(3x) + 3x·cos(3x)

Įstatykite

f′(1,5) = −0,9775 + 4,5·(−0,2108) = −1,926

Atsakymas

f′(1,5) = −1,926

4.Išvestinės

Atsakymas: b = −6

Taškas ir krypties koeficientas

f(1) = −1

f′(x) = 4x + 1 → f′(1) = 5

Liestinė, kai x = 0

b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −1 − 5·1 = −6

Atsakymas

b = −6

5.Optimizavimas

Atsakymas: C = 796 €

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) = 33x + 4800/x

Prilyginkite išvestinę nuliui

C″(x) = 9600/x³ > 0, todėl tai minimumas.

x = √(4800/33) = 12,06 m

y = 300/12,06 = 24,87 m

Mažiausia kaina

C = 33·12,06 + 4800/12,06 = €796

Atsakymas

C = €796

6.Optimizavimas

Atsakymas: q = 60 vnt.

Pelno funkcija

P(q) = (130 − 1q)·q − (2200 + 10q) = −q² + 120q − 2200

Prilyginkite išvestinę nuliui

P″(q) = −2 < 0, todėl tai maksimumas.

q = 120/2 = 60

Kaina ir pelnas

p = 130 − 1·60 = €70

P = 120·60 − 1·60² − 2200 = €1400

Atsakymas

q = 60

7.Integralai

Atsakymas: I = 12

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 = ∫₁⁵ u¹ du

Integruokite ir įstatykite rėžius

I = [u²/2]₁⁵ = (25 − 1)/2 = 12

Atsakymas

I = 12

8.Integralai

Atsakymas: I = 37,59

Integravimas dalimis: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, išplaukia iš sandaugos diferencijavimo taisyklės. Kaip u rinkitės dauginamąjį, kuris diferencijuojant tampa paprastesnis (x laipsnį ar ln x), o kaip dv – dauginamąjį, kurį galite suintegruoti (eˣ, sin x, cos x arba x, kai u = ln x). Apibrėžtiniam integralui u·v apskaičiuokite abiejose ribose: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Dauginamajam x² reikia dviejų ciklų.

Pirmasis ciklas

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Antrasis ciklas

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ

∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

Ribos

12,18·(3,25) − 1·2 = 37,59

Atsakymas

I = 37,59

9.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(1.5) = 1,778

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 + 1)(r + 4) = 0 → r = −1, −4

Konstantos pagal pradines vertes

A + B = 5, −1A − 4B = 4

A = 8, B = −3

Apskaičiuokite

y(1,5) = 8·e^−1,5 + (−3)·e⁻⁶ = 1,778

Atsakymas

y(1,5) = 1,778

10.Diferencialinės lygtys

Atsakymas: y(2) = 0,1183

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^2t

(e^2ty)′ = 4e^−t

Bendrasis sprendinys

y = 4/(−1)·e^−3t + C·e^−2t = −4·e^−3t + C·e^−2t

Pradinė sąlyga

3 = −4 + C → C = 7

Apskaičiuokite

y(2) = −4·0,002479 + 7·0,01832 = 0,1183

Atsakymas

y(2) = 0,1183

11.Sekos ir eilutės

Atsakymas: L = 0,4

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.

Narių šaknis

|a_k|^1/k = (2k + 5)/(5k + 2) → 2/5

Išvada

L = 0,4 < 1

Atsakymas

L = 0,4

L < 1, todėl eilutė konverguoja.

12.Sekos ir eilutės

Atsakymas: S = 0,3125

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.

Standartinės eilutės

Σ k·xᵏ = x/(1 − x)²

Įstatykite

x = 0,2

S = 0,2/(1 − 0,2)² = 0,3125

Atsakymas

S = 0,3125

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