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
xy28

Nilaikan I = ∫28 3/x dx.

f(x) = 3/x[2, 8]
I =
2.KamiranSukar
xyy = x2​y = x

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

y = x2y = x
A =
3.Jujukan & siriSederhana
AΣ (1/2)ᵏk = 1 … ∞BΣ 2ᵏ/k!k = 1 … ∞CΣ k!/3ᵏk = 1 … ∞DΣ (−1)ᵏ/√kk = 1 … ∞

Tepat satu daripada empat siri mencapah. Klik siri itu.

A: Σ (1/2)ᵏB: Σ 2ᵏ/k!C: Σ k!/3ᵏD: Σ (−1)ᵏ/√k
  1. 1A: Σ (1/2)ᵏ
  2. 2B: Σ 2ᵏ/k!
  3. 3C: Σ k!/3ᵏ
  4. 4D: Σ (−1)ᵏ/√k
4.Jujukan & siriSukar

f(x) = eˣ dianggarkan oleh polinomial Maclaurin berdarjah 3 pada x = 0.5. Gunakan had ralat Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! dengan M = e0.5 = 1.649 untuk mencari ralat terbesar yang mungkin |R₃|.

f(x) = eˣn = 3x = 0.5M = 1.649
|R₃| =
5.Kalkulus multipemboleh ubahSederhana

z = 4x³y − 2x³ + y³ dengan x = −2t dan y = t² − 2. Gunakan petua rantai untuk mencari dz/dt pada t = 2.

z = 4x³y − 2x³ + y³x = −2ty = t² − 2t = 2
dz/dt =
6.Kalkulus multipemboleh ubahSukar
xyy = 2xy = x²24

Nilaikan I = ∬R y dA, dengan R ialah rantau antara parabola y = x² dengan garis y = 2x.

y = x²y = 2xf = y
I =
7.Persamaan pembezaanSederhana
t (min)T (°C)30Ta​T = ?

Sebuah bahagian keluli tempaan pada 420 °C dibiarkan sejuk di dalam bengkel pada 27 °C. Ia mengikut hukum penyejukan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Dengan k = 0.05 min⁻¹, cari suhunya T selepas 30 min.

T0 = 420 °CTa = 27 °Ck = 0.05 min⁻¹t = 30 min
T = °C
8.Persamaan pembezaanSukar
t (min)m (kg)t = ?14 kg

Sebuah tangki mengandungi 200 L air yang di dalamnya terlarut 5 kg garam. Air garam dengan 0.1 kg garam setiap liter mengalir masuk pada 20 L/min, dan larutan yang bercampur sekata mengalir keluar pada kadar yang sama. Selepas berapa minit t tangki mengandungi 14 kg garam?

V = 200 Lm0 = 5 kgc = 0.1 kg/Lr = 20 L/min
t = min

3Larutan

1.Kamiran

Jawapan: I = 4.159

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 8 − ln 2) = 3·ln 4 = 4.159

Jawapan

I = 4.159
2.Kamiran

Jawapan: A = 0.1667

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 = x → x = 0, x = 1

Kamirkan atas tolak bawah

A = [0.5x2 − 0.3333x3]01 = 0.1667

Jawapan

A = 0.1667
3.Jujukan & siri

Jawapan: C: Σ k!/3ᵏ

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 (1/2)ᵏ → Geometri dengan r = 1/2, |r| < 1: menumpu.
B: Σ 2ᵏ/k! → Ujian nisbah: L = lim 2/(k + 1) = 0 < 1, menumpu.
C: Σ k!/3ᵏ → Ujian nisbah: L = lim (k + 1)/3 = ∞, mencapah.
D: Σ (−1)ᵏ/√k → Berselang-seli, dengan 1/√k menurun kepada 0: menumpu (secara bersyarat).

Jawapannya

C: Σ k!/3ᵏ

Jawapan

C: Σ k!/3ᵏ
4.Jujukan & siri

Jawapan: |R₃| = 0.004294

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.

Had pada terbitan

M = e0.5 = 1.649

Had Lagrange

|R₃| ≤ 1.649·0.5⁴/4! = 0.004294

Jawapan

|R₃| = 0.004294

Ralat sebenar lebih kecil: |f(0.5) − P₃(0.5)| = 0.002888.

5.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: dz/dt = −1552

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.

Titik dan kadar

x(2) = −4, y(2) = 2
dx/dt = −2, dy/dt = 2t = 4

Terbitan separa

fx = 12x²y − 6x² = 288
fy = 4x³ + 3y² = −244

Petua rantai

dz/dt = 288·(−2) + (−244)·4 = −1552

Jawapan

dz/dt = −1552
6.Kalkulus multipemboleh ubah

Jawapan: I = 2.133

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).

Titik persilangan

x² = 2x → x = 0, x = 2

Kamiran dalam

∫x²2x y dy = [y²/2] = (4x² − x⁴)/2

Kamiran luar

I = ∫02 (4x² − x⁴)/2 dx = 2.133

Jawapan

I = 2.133
7.Persamaan pembezaan

Jawapan: T = 114.7 °C

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.

Penyelesaian hukum penyejukan

T(t) = 27 + 393·e−0.05t

Gantikan t

T(30) = 27 + 393·0.2231 = 114.7 °C

Jawapan

T = 114.7 °C
8.Persamaan pembezaan

Jawapan: t = 9.163 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) = 20 + (−15)·e−t/10

Selesaikan untuk t

e−t/10 = (20 − 14)/(20 − 5) = 0.4
t = 10·ln(2.5) = 9.163 min

Jawapan

t = 9.163 min

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2