Analyse 2: samenvattingspakket

Formuleoverzichten, de belangrijkste methodestappen voor elk onderwerp en 8 oefenopgaven, met volledige oplossingen achterin.

Nieuwe opgavenTerug naar het vak

Kies in het printvenster “Opslaan als pdf” om een kopie op je apparaat te bewaren.

1Formules en methoden

Integralen

Machtsregel
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Bepaalde integraal
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Standaardintegralen
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Oppervlakte tussen grafieken
∫ab (f − g) dx

Methode

  1. Schrijf de integrand waar mogelijk als een som van eenvoudige termen.
  2. Pas de machtsregel toe: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), en de standaardintegralen voor ex, 1/x, sin en cos.
  3. Gebruik substitutie als je een functie en haar afgeleide samen ziet.
  4. Bereken bij een bepaalde integraal F(b) − F(a).

Rijen & reeksen

Rekenkundige rij
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Meetkundige rij
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Oneindige meetkundige reeks
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
p-reeks
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Quotiëntcriterium
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Convergentiestraal
R = lim |ck/ck+1|
Taylorpolynoom
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Maclaurinreeks
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Lagrange-foutgrens
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

Methode

  1. Bepaal het type: rekenkundig (constant verschil), meetkundig (constante reden), een standaardreeks, een machtreeks of een Taylorpolynoom.
  2. Gebruik voor sommen Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r), of S = a₁/(1 − r) als |r| < 1, met a₁ de eerste term van de som.
  3. Gebruik voor convergentie eerst de test op de n-de term, vergelijk dan met Σ1/kᵖ of een meetkundige reeks, en gebruik het quotiënt- of wortelcriterium bij faculteiten en k-de machten.
  4. Noteer voor Taylorpolynomen f(a), f′(a), f″(a), …, deel de k-de afgeleide door k!, en begrens de fout met M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.

Multivariabele analyse

Partiële afgeleiden
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Gradiënt
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Richtingsafgeleide
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Raakvlak
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Kettingregel
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Tweede-afgeleidentest
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Dubbele integraal
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Poolcoördinaten
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Methode

  1. Behandel bij een partiële afgeleide de andere variabele als constante en gebruik de regels voor één variabele.
  2. Bereken bij gradiëntvragen ∇f = (fx, fy) in het punt; gebruik |∇f| voor de steilste helling en ∇f·u met een eenheidsvector u voor een richtingsafgeleide.
  3. Los voor extrema fx = 0 en fy = 0 samen op en classificeer dan elk punt met D = fxx·fyy − fxy².
  4. Schets bij een dubbele integraal het gebied, kies de volgorde (of poolcoördinaten voor schijven) zodat de binnenste grenzen de begrenzende krommen zijn, en integreer de binnenste eerst.

Differentiaalvergelijkingen

Exponentiële groei/afname
dy/dt = ky → y = y0ekt
Halveringstijd
k = ln 2 / t½
Afkoelingswet van Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Integrerende factor
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Mengtank
dm/dt = r·c − (r/V)·m

2Oefenopgaven

1.IntegralenGemiddeld
xy3y = √(2x)

Het gebied onder y = √(2x) van x = 0 tot x = 3 wordt om de x-as gewenteld. Bepaal het volume V van het lichaam (een paraboloïde).

y = √(2x)0 ≤ x ≤ 3
V =
2.IntegralenMoeilijk
xy4y = 4xy = x²

Het gebied tussen de lijn y = 4x en de parabool y = x² wordt om de x-as gewenteld. Bepaal het volume V van het lichaam.

y = 4xy = x²
V =
3.Rijen & reeksenGemiddeld
kSn​12345678910

Bepaal de som S = Σk=15 4/(k(k + 1)).

ak = 4/(k(k + 1))n = 5
S =
4.Rijen & reeksenMoeilijk

Herken de reeks en bepaal haar som: S = Σk=0∞ (−1)ᵏ·22k/(2k)!.

ak = (−1)ᵏ·22k/(2k)!
S =
5.Multivariabele analyseGemiddeld
xy02024vP

Bepaal voor f(x, y) = 4x²y + 2x³ − 2y³ − 4xy de richtingsafgeleide Duf in (1, 1) in de richting van v = (2, 4).

f(x, y) = 4x²y + 2x³ − 2y³ − 4xyP = (1, 1)v = (2, 4)
Duf =
6.Multivariabele analyseMoeilijk
xy−202−101AB

De gemarkeerde punten zijn de kritieke punten van f(x, y) = x³ − 3x + y². Klik op het lokale minimum.

f(x, y) = x³ − 3x + y²
  1. 1A (1, 0)
  2. 2B (−1, 0)
7.DifferentiaalvergelijkingenGemiddeld
t (min)T (°C)29Ta​18 °C24 °C

Een blikje frisdrank van 5 °C wordt uit de koelkast in een kamer van 27 °C gezet. Na 29 min is de temperatuur 18 °C. Het volgt de afkoelingswet van Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Hoe lang na de start, t, duurt het om 24 °C te bereiken?

T0 = 5 °CTa = 27 °CT(29) = 18 °CT = 24 °C
t = min
8.DifferentiaalvergelijkingenMoeilijk
ty1y(1) = ?

Los y′ + 3y = 4e−0,5t op met y(0) = 0. Bereken y(1).

y′ + 3y = 4e−0,5ty(0) = 0
y(1) =

3Oplossingen

1.Integralen

Antwoord: V = 28,27

Omwentelingslichamen: als je het gebied onder y = f(x) van x = a tot x = b om de x-as wentelt, ontstaat een lichaam waarvan de doorsnede bij x een schijf met straal f(x) is. Het optellen van de schijven geeft V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Ligt het gebied tussen een buitenste kromme R(x) en een binnenste kromme r(x), dan is elke plak een ring: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Kwadrateer de stralen voordat je ze van elkaar aftrekt.

Schijfmethode

V = π∫₀3 2x dx

Integreren

V = π·2·3²/2 = 28,27

Antwoord

V = 28,27
2.Integralen

Antwoord: V = 428,9

Omwentelingslichamen: als je het gebied onder y = f(x) van x = a tot x = b om de x-as wentelt, ontstaat een lichaam waarvan de doorsnede bij x een schijf met straal f(x) is. Het optellen van de schijven geeft V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Ligt het gebied tussen een buitenste kromme R(x) en een binnenste kromme r(x), dan is elke plak een ring: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Kwadrateer de stralen voordat je ze van elkaar aftrekt.

Snijpunten

4x = 1x² → x = 0, x = 4

Ringmethode

V = π∫₀4 ((4x)² − (1x²)²) dx

Integreren

V = π(16·4³/3 − 1·4⁵/5) = π·136,5 = 428,9

Antwoord

V = 428,9
3.Rijen & reeksen

Antwoord: S = 3,333

Convergentie: als de termen niet naar 0 gaan, divergeert de reeks (test op de n-de term). Σ1/kᵖ convergeert alleen voor p > 1, en Σrᵏ alleen voor |r| < 1. Vergelijk een reeks met een van deze als haar termen voor grote k zich zo gedragen. Quotiëntcriterium: L = lim |ak+1/ak|; wortelcriterium: L = lim |ak|1/k. L < 1 convergeert, L > 1 divergeert, L = 1 beslist niets. Een machtreeks Σck(x − x₀)ᵏ convergeert voor |x − x₀| < R met R = lim |ck/ck+1|; een alternerende reeks met termen die naar 0 afnemen convergeert.

Partieelbreuken

4/(k(k + 1)) = 4·(1/k − 1/(k + 1))

Annuleren

S = 4·(1 − 1/6) = 3,333

Antwoord

S = 3,333
4.Rijen & reeksen

Antwoord: S = −0,4161

Taylorpolynomen: nabij x = a wordt een gladde functie benaderd door Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; voor a = 0 is dit het Maclaurinpolynoom. Standaardreeksen: 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. Lagrange-foutgrens: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, waarbij M de grootste waarde van |f⁽ⁿ⁺¹⁾| tussen a en x is.

Standaardreeksen

Σ (−1)ᵏx2k/(2k)! = cos x

Invullen

x = 2
S = cos 2 = −0,4161

Antwoord

S = −0,4161
5.Multivariabele analyse

Antwoord: Duf = −0,8944

Gradiënt: ∇f = (fx, fy) wijst in de richting van de steilste stijging, en |∇f| is de grootste veranderingssnelheid. De richtingsafgeleide langs een richting v is Duf = ∇f·u met de eenheidsvector u = v/|v|. Het raakvlak in (a, b) is z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); het geeft de lineaire benadering van f nabij dat punt. Kettingregel: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Gradiënt in het punt

fx = 8xy + 6x² − 4y → fx(1, 1) = 10
fy = 4x² − 6y² − 4x → fy(1, 1) = −6

Eenheidsvector

|v| = √(2² + 4²) = 4,472
u = (0,4472, 0,8944)

Inwendig product

Duf = 10·0,4472 + (−6)·0,8944 = −0,8944

Antwoord

Duf = −0,8944
6.Multivariabele analyse

Antwoord: A (1, 0)

Kritieke punten en dubbele integralen: een kritiek punt heeft fx = fy = 0. Tweede-afgeleidentest met D = fxxfyy − fxy²: D > 0 en fxx > 0 is een lokaal minimum, D > 0 en fxx < 0 een lokaal maximum, D < 0 een zadelpunt, en D = 0 beslist niets. Laat bij een dubbele integraal over een algemeen gebied de binnenste grenzen de krommen zijn die het gebied begrenzen; gebruik voor schijven en sectoren poolcoördinaten, x = r cos θ, y = r sin θ en dA = r dr dθ (vergeet de factor r niet).

Kritieke punten

Los fx = 0 en fy = 0 samen op.

fx = (3x² − 3) = 0
fy = (2y) = 0
(1, 0), (−1, 0)

Tweede-afgeleidentest

(1, 0): fxx = 6, fyy = 2, fxy = 0, D = 12 → lokaal minimum
(−1, 0): fxx = −6, fyy = 2, fxy = 0, D = −12 → zadelpunt

Het punt

A (1, 0): lokaal minimum

Antwoord

A (1, 0)
7.Differentiaalvergelijkingen

Antwoord: t = 64,64 min

Eerste-orde differentiaalvergelijkingen: dy/dt = k·y heeft de oplossing y = y₀·ekt (groei voor k > 0, afname voor k < 0); een halveringstijd T geeft k = ln 2/T. De afkoelingswet van Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), geeft T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Een lineaire vergelijking y′ + p(x)·y = q(x) los je op met de integrerende factor μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, dus μy = ∫μq dx + C.

Afkoelingsconstante

k = ln(-22/-9)/29 = 0,03082 min⁻¹

Tijd tot de doeltemperatuur

t = ln(-22/(−3))/0,03082 = 64,64 min

Antwoord

t = 64,64 min
8.Differentiaalvergelijkingen

Antwoord: y(1) = 0,8908

Eerste-orde differentiaalvergelijkingen: dy/dt = k·y heeft de oplossing y = y₀·ekt (groei voor k > 0, afname voor k < 0); een halveringstijd T geeft k = ln 2/T. De afkoelingswet van Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), geeft T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Een lineaire vergelijking y′ + p(x)·y = q(x) los je op met de integrerende factor μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, dus μy = ∫μq dx + C.

Integrerende factor

μ = e3t
(e3ty)′ = 4e2,5t

Algemene oplossing

y = 4/2,5·e−0,5t + C·e−3t = 1,6·e−0,5t + C·e−3t

Beginvoorwaarde

0 = 1,6 + C → C = −1,6

Bereken

y(1) = 1,6·0,6065 + (−1,6)·0,04979 = 0,8908

Antwoord

y(1) = 0,8908

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2