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
Schrijf de integrand waar mogelijk als een som van eenvoudige termen.
Pas de machtsregel toe: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), en de standaardintegralen voor ex, 1/x, sin en cos.
Gebruik substitutie als je een functie en haar afgeleide samen ziet.
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
Bepaal het type: rekenkundig (constant verschil), meetkundig (constante reden), een standaardreeks, een machtreeks of een Taylorpolynoom.
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.
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.
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
Behandel bij een partiële afgeleide de andere variabele als constante en gebruik de regels voor één variabele.
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.
Los voor extrema fx = 0 en fy = 0 samen op en classificeer dan elk punt met D = fxx·fyy − fxy².
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
Bereken I = ∫02 2x·(x² + 1)2 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)2[0, 2]
I =
2.IntegralenMoeilijk
Bereken de oppervlakte A van het gebied ingesloten door y = x2 en y = 2x.
y = x2y = 2x
A =
3.Rijen & reeksenGemiddeld
Precies één van de vier reeksen divergeert. Klik erop.
A: Σ (−1)ᵏ/√kB: Σ 3ᵏ/k³C: Σ k/2ᵏD: Σ 1/(k² + 4)
1A: Σ (−1)ᵏ/√k
2B: Σ 3ᵏ/k³
3C: Σ k/2ᵏ
4D: Σ 1/(k² + 4)
4.Rijen & reeksenMoeilijk
f(x) = eˣ wordt benaderd door zijn Maclaurinpolynoom van graad 4 in x = 1,5. Gebruik de Lagrange-foutgrens M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! met M = e1,5 = 4,482 om de grootst mogelijke fout |R₄| te vinden.
f(x) = eˣn = 4x = 1,5M = 4,482
|R₄| =
5.Multivariabele analyseGemiddeld
Het raakvlak aan z = −4x²y³ + 3x³ − 5y² − xy in het punt waar (x, y) = (−1, 3) kan worden geschreven als z = px + qy + c. Bepaal c.
f(x, y) = −4x²y³ + 3x³ − 5y² − xy(a, b) = (−1, 3)
c =
6.Multivariabele analyseMoeilijk
Bereken I = ∬R xy dA, waarbij R het gebied is tussen de parabool y = x² en de lijn y = 4x.
y = x²y = 4xf = xy
I =
7.DifferentiaalvergelijkingenGemiddeld
Los y″ + 7y′ + 10y = 0 op met y(0) = 5 en y′(0) = -4. Bepaal y(1).
y″ + 7y′ + 10y = 0y(0) = 5y′(0) = -4
y(1) =
8.DifferentiaalvergelijkingenMoeilijk
Los het beginwaardeprobleem y′ + y/x = 3 op voor x > 0, met y(1) = −2. Bereken y(2).
y′ + y/x = 3y(1) = −2
y(2) =
3Oplossingen
1.Integralen
Antwoord: I = 41,33
Bepaalde integralen: ∫ₐᵇ f(x) dx is de georiënteerde oppervlakte tussen de grafiek en de x-as van a tot b. Zoek een primitieve F (met F′ = f) en bereken F(b) − F(a). Machtsregel: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). De oppervlakte tussen twee krommen is ∫(bovenste − onderste) dx.
Substitutie
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u2 du
Integreren en invullen
I = [u3/3]15 = (125 − 1)/3 = 41,33
Antwoord
I = 41,33
2.Integralen
Antwoord: A = 1,333
Bepaalde integralen: ∫ₐᵇ f(x) dx is de georiënteerde oppervlakte tussen de grafiek en de x-as van a tot b. Zoek een primitieve F (met F′ = f) en bereken F(b) − F(a). Machtsregel: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). De oppervlakte tussen twee krommen is ∫(bovenste − onderste) dx.
Snijpunten
x2 = 2x → x = 0, x = 2
Bovenste min onderste integreren
A = [x2 − 0,3333x3]02 = 1,333
Antwoord
A = 1,333
3.Rijen & reeksen
Antwoord: B: Σ 3ᵏ/k³
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.
Test elke reeks
A: Σ (−1)ᵏ/√k → Alternerend, met 1/√k dalend naar 0: convergeert (voorwaardelijk).
D: Σ 1/(k² + 4) → Kleiner dan 1/k², een convergente p-reeks: convergeert door vergelijking.
Het antwoord
B: Σ 3ᵏ/k³
Antwoord
B: Σ 3ᵏ/k³
4.Rijen & reeksen
Antwoord: |R₄| = 0,2836
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.
Grens op de afgeleide
M = e1,5 = 4,482
Lagrange-grens
|R₄| ≤ 4,482·1,5⁵/5! = 0,2836
Antwoord
|R₄| = 0,2836
De werkelijke fout is kleiner: |f(1,5) − P₄(1,5)| = 0,08325.
5.Multivariabele analyse
Antwoord: c = 480
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.
Waarde en hellingen in het punt
f(−1, 3) = −153
fx = −8xy³ + 9x² − y → fx(−1, 3) = 222
fy = −12x²y² − 10y − x → fy(−1, 3) = −137
Raakvlak
z = −153 + 222(x + 1) − 137(y − 3)
z = 222x − 137y + 480
Constante term
c = 480
Antwoord
c = 480
6.Multivariabele analyse
Antwoord: I = 170,7
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).
Snijpunten
x² = 4x → x = 0, x = 4
Binnenste integraal
∫x²4x xy dy = x·(16x² − x⁴)/2
Buitenste integraal
I = ∫04 (16x³ − x⁵)/2 dx = 170,7
Antwoord
I = 170,7
7.Differentiaalvergelijkingen
Antwoord: y(1) = 0,9339
Lineaire tweede-ordevergelijkingen: probeer voor y″ + b·y′ + c·y = 0 y = ert: dit geeft de karakteristieke vergelijking r² + b·r + c = 0. Twee reële wortels r₁ ≠ r₂ geven y = A·er₁t + B·er₂t (overgedempt); een dubbele wortel r geeft y = (A + Bt)·ert (kritisch gedempt); complexe wortels −α ± jω geven y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (ondergedempt, oscillerend). De beginwaarden y(0) en y′(0) leggen A en B vast. Geschreven als y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 is ωn de eigenfrequentie en ζ de dempingsfactor: bij ζ < 1 oscilleert de oplossing. Bij een constante ingang, y″ + by′ + cy = c·K, is de oplossing de eindwaarde K plus de vrije respons.
Karakteristieke wortels
(r + 2)(r + 5) = 0 → r = −2, −5
Constanten uit de beginwaarden
A + B = 5, −2A − 5B = -4
A = 7, B = −2
Bereken
y(1) = 7·e−2 + (−2)·e−5 = 0,9339
Antwoord
y(1) = 0,9339
8.Differentiaalvergelijkingen
Antwoord: y(2) = 1,25
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.