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
Tulis semula kamiran sebagai hasil tambah sebutan ringkas jika boleh.
Gunakan petua kuasa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), dan kamiran piawai untuk ex, 1/x, sin dan cos.
Gunakan penggantian apabila anda melihat satu fungsi dan terbitannya bersama.
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
Kenal pasti jenisnya: aritmetik (beza malar), geometri (nisbah malar), siri piawai, siri kuasa atau polinomial Taylor.
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.
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.
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
Untuk terbitan separa, anggap pemboleh ubah yang satu lagi sebagai pemalar dan gunakan petua satu pemboleh ubah.
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.
Untuk ekstrem selesaikan fx = 0 dan fy = 0 bersama-sama, kemudian kelaskan setiap titik dengan D = fxx·fyy − fxy².
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
Nilaikan I = ∫01 2x·(x² + 1)3 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)3[0, 1]
I =
2.KamiranSukar
Rantau antara garis y = 6x dan parabola y = 3x² diputarkan pada paksi-x. Cari isi padu V pepejal itu.
y = 6xy = 3x²
V =
3.Jujukan & siriSederhana
Tepat satu daripada empat siri menumpu. Klik siri itu.
f(x) = ln(1 + x) dianggarkan oleh polinomial Maclaurin berdarjah 3 pada x = 0.2. Gunakan had ralat Lagrange M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! dengan M = 3! = 6 untuk mencari ralat terbesar yang mungkin |R₃|.
f(x) = ln(1 + x)n = 3x = 0.2M = 6
|R₃| =
5.Kalkulus multipemboleh ubahSederhana
z = −4x²y − 3x³ + y² − 2xy dengan x = −3t + 1 dan y = 2t² − 1. Gunakan petua rantai untuk mencari dz/dt pada t = −1.
Cari titik genting bagi f(x, y) = x³ + y³ + 6xy, kelaskannya, dan beri nilai fmax bagi f pada maksimum tempatannya.
f(x, y) = x³ + y³ + 6xy
fmax =
7.Persamaan pembezaanSederhana
Secawan kopi pada 89 °C ditinggalkan di dalam bilik pada 23 °C. Selepas 6 min suhunya ialah 78 °C. Ia mengikut hukum penyejukan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Berapa lama selepas permulaan, t, untuk mencapai 45 °C?
T0 = 89 °CTa = 23 °CT(6) = 78 °CT = 45 °C
t = min
8.Persamaan pembezaanSukar
Selesaikan masalah nilai awal y′ + 2y/x = 4 bagi x > 0, dengan y(1) = 0. Cari y(3).
y′ + 2y/x = 4y(1) = 0
y(3) =
3Larutan
1.Kamiran
Jawapan: I = 3.75
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.
Penggantian
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫12 u3 du
Kamirkan dan nilaikan
I = [u4/4]12 = (16 − 1)/4 = 3.75
Jawapan
I = 3.75
2.Kamiran
Jawapan: V = 120.6
Isi padu kisaran: memutarkan rantau di bawah y = f(x) dari x = a ke x = b pada paksi-x menghasilkan pepejal yang keratan rentasnya pada x ialah cakera berjejari f(x). Menjumlahkan cakera itu memberikan V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Apabila rantau terletak antara lengkung luar R(x) dan lengkung dalam r(x), setiap hirisan ialah sesendal: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Kuasa duakan jejari sebelum anda menolaknya.
Titik persilangan
6x = 3x² → x = 0, x = 2
Kaedah sesendal
V = π∫₀2 ((6x)² − (3x²)²) dx
Kamirkan
V = π(36·2³/3 − 9·2⁵/5) = π·38.4 = 120.6
Jawapan
V = 120.6
3.Jujukan & siri
Jawapan: B: Σ 1/(k² + 7)
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/(3k + 4) → Berkelakuan seperti 1/(3k) untuk k yang besar; berbanding siri harmonik, ia mencapah.
B: Σ 1/(k² + 7) → Lebih kecil daripada 1/k², siri-p yang menumpu: menumpu melalui perbandingan.
C: Σ (5/3)ᵏ → Geometri dengan r = 5/3 > 1: sebutan membesar, maka ia mencapah.
D: Σ (2k + 1)/(k + 2) → Sebutan menuju 2, bukan 0: mencapah melalui ujian sebutan ke-n.
Jawapannya
B: Σ 1/(k² + 7)
Jawapan
B: Σ 1/(k² + 7)
4.Jujukan & siri
Jawapan: |R₃| = 0.0004
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 = 3! = 6
Had Lagrange
|R₃| ≤ 6·0.2⁴/4! = 0.0004
Jawapan
|R₃| = 0.0004
Ralat sebenar lebih kecil: |f(0.2) − P₃(0.2)| = 0.0003451.
5.Kalkulus multipemboleh ubah
Jawapan: dz/dt = 814
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(−1) = 4, y(−1) = 1
dx/dt = −3, dy/dt = 4t = −4
Terbitan separa
fx = −8xy − 9x² − 2y = −178
fy = −4x² + 2y − 2x = −70
Petua rantai
dz/dt = (−178)·(−3) + (−70)·(−4) = 814
Jawapan
dz/dt = 814
6.Kalkulus multipemboleh ubah
Jawapan: fmax = 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).
Titik genting
Selesaikan fx = 0 dan fy = 0 bersama-sama.
fx = 3x² + 6y = 0
fy = 3y² + 6x = 0
(0, 0), (−2, −2)
Ujian terbitan kedua
(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = 6, D = −36 → titik pelana
(−2, −2): fxx = −12, fyy = −12, fxy = 6, D = 108 → maksimum tempatan
Nilai pada ekstrem
f(−2, −2) = 8
Jawapan
fmax = 8
7.Persamaan pembezaan
Jawapan: t = 36.15 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.
Pemalar penyejukan
k = ln(66/55)/6 = 0.03039 min⁻¹
Masa untuk mencapai sasaran
t = ln(66/22)/0.03039 = 36.15 min
Jawapan
t = 36.15 min
8.Persamaan pembezaan
Jawapan: y(3) = 3.852
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.