Kalkulus 2: pek ulang kaji kilat

Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 8 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.

Soalan baharuKembali ke kursus

Dalam tetingkap cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan pada peranti anda.

1Formula dan kaedah

Kamiran

Petua kuasa
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Kamiran tentu
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Kamiran lazim
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Luas antara lengkung
∫ab (f − g) dx

Kaedah

  1. Tulis semula kamiran sebagai hasil tambah sebutan ringkas jika boleh.
  2. Gunakan petua kuasa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), dan kamiran piawai untuk ex, 1/x, sin dan cos.
  3. Gunakan penggantian apabila anda melihat satu fungsi dan terbitannya bersama.
  4. Untuk kamiran tentu, nilaikan F(b) − F(a).

Jujukan & siri

Jujukan aritmetik
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Jujukan geometri
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Siri geometri tak terhingga
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
Siri-p
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Ujian nisbah
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Jejari penumpuan
R = lim |ck/ck+1|
Polinomial Taylor
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Siri Maclaurin
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Had ralat Lagrange
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Kaedah

  1. Kenal pasti jenisnya: aritmetik (beza malar), geometri (nisbah malar), siri piawai, siri kuasa atau polinomial Taylor.
  2. Untuk hasil tambah gunakan Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r), atau S = a₁/(1 − r) apabila |r| < 1, dengan a₁ ialah sebutan pertama hasil tambah.
  3. Untuk penumpuan: ujian sebutan ke-n dahulu, kemudian bandingkan dengan Σ1/kᵖ atau siri geometri, dan gunakan ujian nisbah atau punca untuk faktorial dan kuasa k.
  4. Untuk polinomial Taylor senaraikan f(a), f′(a), f″(a), …, bahagi terbitan ke-k dengan k!, dan beri had ralat dengan M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

Kalkulus multipemboleh ubah

Terbitan separa
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Kecerunan
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Terbitan arah
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Satah tangen
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Petua rantai
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Ujian terbitan kedua
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Kamiran berganda
∬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

Kaedah

  1. Untuk terbitan separa, anggap pemboleh ubah yang satu lagi sebagai pemalar dan gunakan petua satu pemboleh ubah.
  2. Untuk soalan kecerunan hitung ∇f = (fx, fy) pada titik itu; gunakan |∇f| untuk cerun paling curam dan ∇f·u dengan vektor unit u untuk terbitan arah.
  3. Untuk ekstrem selesaikan fx = 0 dan fy = 0 bersama-sama, kemudian kelaskan setiap titik dengan D = fxx·fyy − fxy².
  4. Untuk kamiran berganda lakar rantau itu, pilih susunan (atau koordinat kutub untuk cakera) supaya had dalam ialah lengkung pembatas, dan kamirkan bahagian dalam dahulu.

Persamaan pembezaan

Pertumbuhan/pereputan eksponen
dy/dt = ky → y = y0ekt
Separuh hayat
k = ln 2 / t½
Hukum penyejukan Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Faktor pengamiran
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Tangki pencampuran
dm/dt = r·c − (r/V)·m

2Soalan latihan

1.KamiranSederhana
xy15

Nilaikan I = ∫15 3/x dx.

f(x) = 3/x[1, 5]
I =
2.KamiranSukar
xyy = x2​y = 4x

Cari luas A kawasan yang dikelilingi oleh y = x2 dan y = 4x.

y = x2y = 4x
A =
3.Jujukan & siriSederhana
AΣ k/5ᵏk = 1 … ∞BΣ (5/4)ᵏk = 1 … ∞CΣ 1/(3ᵏ + k)k = 1 … ∞DΣ 5/k⁴k = 1 … ∞

Tepat satu daripada empat siri mencapah. Klik siri itu.

A: Σ k/5ᵏB: Σ (5/4)ᵏC: Σ 1/(3ᵏ + k)D: Σ 5/k⁴
  1. 1A: Σ k/5ᵏ
  2. 2B: Σ (5/4)ᵏ
  3. 3C: Σ 1/(3ᵏ + k)
  4. 4D: Σ 5/k⁴
4.Jujukan & siriSukar

Kenali siri itu dan cari hasil tambahnya: S = Σk=0∞ (−1)ᵏ·1.52k+1/(2k + 1)!.

ak = (−1)ᵏ·1.52k+1/(2k + 1)!
S =
5.Kalkulus multipemboleh ubahSederhana
xy32∇fP

Bagi f(x, y) = 4xy + x³, cari kadar perubahan maksimum f pada titik (3, 2), iaitu |∇f|.

f(x, y) = 4xy + x³P = (3, 2)
|∇f| =
6.Kalkulus multipemboleh ubahSukar
xyx = 2y = 3x26

Nilaikan I = ∬T (4x − 2y) dA ke atas segi tiga T yang dibatasi oleh y = 0, x = 2 dan y = 3x.

f = 4x − 2y0 ≤ x ≤ 20 ≤ y ≤ 3x
I =
7.Persamaan pembezaanSederhana
t (min)T (°C)28Ta​27 °C

Secawan kopi pada 86 °C ditinggalkan di dalam bilik pada 24 °C. Selepas 28 min suhunya ialah 27 °C. Ia mengikut hukum penyejukan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Cari pemalar k dalam min⁻¹.

T0 = 86 °CTa = 24 °CT(28) = 27 °C
k = min⁻¹
8.Persamaan pembezaanSukar
t (min)m (kg)t = ?15 kg

Sebuah tangki mengandungi 200 L air yang di dalamnya terlarut 20 kg garam. Air garam dengan 0.05 kg garam setiap liter mengalir masuk pada 5 L/min, dan larutan yang bercampur sekata mengalir keluar pada kadar yang sama. Selepas berapa minit t tangki mengandungi 15 kg garam?

V = 200 Lm0 = 20 kgc = 0.05 kg/Lr = 5 L/min
t = min

3Larutan

1.Kamiran

Jawapan: I = 4.828

Kamiran tentu: ∫ₐᵇ f(x) dx ialah luas bertanda antara graf dan paksi-x dari a hingga b. Cari antiterbitan F (dengan F′ = f) dan nilaikan F(b) − F(a). Petua kuasa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Luas antara dua lengkung ialah ∫(atas − bawah) dx.

Antiterbitan

F(x) = 3·ln x

Nilaikan pada had

I = 3·(ln 5 − ln 1) = 3·ln 5 = 4.828

Jawapan

I = 4.828
2.Kamiran

Jawapan: A = 10.67

Kamiran tentu: ∫ₐᵇ f(x) dx ialah luas bertanda antara graf dan paksi-x dari a hingga b. Cari antiterbitan F (dengan F′ = f) dan nilaikan F(b) − F(a). Petua kuasa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Luas antara dua lengkung ialah ∫(atas − bawah) dx.

Titik persilangan

x2 = 4x → x = 0, x = 4

Kamirkan atas tolak bawah

A = [2x2 − 0.3333x3]04 = 10.67

Jawapan

A = 10.67
3.Jujukan & siri

Jawapan: B: Σ (5/4)ᵏ

Penumpuan: jika sebutan tidak menuju 0, siri itu mencapah (ujian sebutan ke-n). Σ1/kᵖ menumpu hanya untuk p > 1, dan Σrᵏ hanya untuk |r| < 1. Bandingkan siri dengan salah satu daripadanya apabila sebutannya berkelakuan seperti itu bagi k yang besar. Ujian nisbah: L = lim |ak+1/ak|; ujian punca: L = lim |ak|1/k. L < 1 menumpu, L > 1 mencapah, L = 1 tidak menentukan apa-apa. Siri kuasa Σck(x − x₀)ᵏ menumpu untuk |x − x₀| < R dengan R = lim |ck/ck+1|; siri berselang-seli dengan sebutan menurun kepada 0 menumpu.

Uji setiap siri

A: Σ k/5ᵏ → Ujian nisbah: L = 1/5 < 1, menumpu.
B: Σ (5/4)ᵏ → Geometri dengan r = 5/4 > 1: sebutan membesar, maka ia mencapah.
C: Σ 1/(3ᵏ + k) → Lebih kecil daripada (1/3)ᵏ, siri geometri yang menumpu: menumpu melalui perbandingan.
D: Σ 5/k⁴ → Siri-p dengan p = 4 > 1: menumpu.

Jawapannya

B: Σ (5/4)ᵏ

Jawapan

B: Σ (5/4)ᵏ
4.Jujukan & siri

Jawapan: S = 0.9975

Polinomial Taylor: berhampiran x = a, fungsi licin dianggarkan 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 ialah polinomial Maclaurin. Siri piawai: 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. Had ralat Lagrange: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, dengan M ialah nilai terbesar |f⁽ⁿ⁺¹⁾| antara a dengan x.

Siri piawai

Σ (−1)ᵏx2k+1/(2k + 1)! = sin x

Gantikan

x = 1.5
S = sin 1.5 = 0.9975

Jawapan

S = 0.9975
5.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: |∇f| = 37

Kecerunan: ∇f = (fx, fy) menunjuk ke arah menaik paling curam, dan |∇f| ialah kadar perubahan terbesar. Terbitan arah sepanjang arah v ialah Duf = ∇f·u dengan vektor unit u = v/|v|. Satah tangen pada (a, b) ialah z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); ia memberi hampiran linear bagi f berhampiran titik itu. Petua rantai: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Terbitan separa

fx = 4y + 3x² → fx(3, 2) = 35
fy = 4x → fy(3, 2) = 12

Panjang kecerunan

|∇f| = √(35² + 12²) = 37

Jawapan

|∇f| = 37
6.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: I = 8

Titik genting dan kamiran berganda: titik genting mempunyai fx = fy = 0. Ujian terbitan kedua dengan D = fxxfyy − fxy²: D > 0 dan fxx > 0 ialah minimum tempatan, D > 0 dan fxx < 0 maksimum tempatan, D < 0 titik pelana, dan D = 0 tidak menentukan apa-apa. Untuk kamiran berganda ke atas rantau am, jadikan had dalam sebagai lengkung yang mengelilingi rantau itu; untuk cakera dan sektor gunakan koordinat kutub, x = r cos θ, y = r sin θ dan dA = r dr dθ (jangan lupa faktor r).

Had

0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 3x

Kamiran dalam

∫03x (4x − 2y) dy = 4x·3x − 2·(3x)²/2 = 3x²

Kamiran luar

I = 3·2³/3 = 8

Jawapan

I = 8
7.Persamaan pembezaan

Jawapan: k = 0.1082 min⁻¹

Persamaan pembezaan peringkat pertama: dy/dt = k·y mempunyai penyelesaian y = y₀·ekt (pertumbuhan bagi k > 0, pereputan bagi k < 0); separuh hayat T memberikan k = ln 2/T. Hukum penyejukan 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 pengamiran μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, maka μy = ∫μq dx + C.

Nisbah beza suhu

e−28k = 3/62

Selesaikan untuk k

k = ln(62/3)/28 = 0.1082 min⁻¹

Jawapan

k = 0.1082 min⁻¹
8.Persamaan pembezaan

Jawapan: t = 27.73 min

Persamaan pembezaan peringkat pertama: dy/dt = k·y mempunyai penyelesaian y = y₀·ekt (pertumbuhan bagi k > 0, pereputan bagi k < 0); separuh hayat T memberikan k = ln 2/T. Hukum penyejukan 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 pengamiran μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, maka μy = ∫μq dx + C.

Keputusan

m(t) = 10 + 10·e−t/40

Selesaikan untuk t

e−t/40 = (10 − 15)/(10 − 20) = 0.5
t = 40·ln(2) = 27.73 min

Jawapan

t = 27.73 min

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2