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
xy2y = x·sin x

Bereken I = ∫₀2 x·sin x dx (x in radialen).

∫₀2 x·sin x dx
I =
2.IntegralenMoeilijk
xy1y = x²eˣ

Bereken I = ∫₀1 x²·eˣ dx.

∫₀1 x²eˣ dx
I =
3.Rijen & reeksenGemiddeld
AΣ (k + 5)/k²k = 1 … ∞BΣ (3/2)ᵏk = 1 … ∞CΣ 1/(k² + 9)k = 1 … ∞DΣ 2ᵏ/k²k = 1 … ∞

Precies één van de vier reeksen convergeert. Klik erop.

A: Σ (k + 5)/k²B: Σ (3/2)ᵏC: Σ 1/(k² + 9)D: Σ 2ᵏ/k²
  1. 1A: Σ (k + 5)/k²
  2. 2B: Σ (3/2)ᵏ
  3. 3C: Σ 1/(k² + 9)
  4. 4D: Σ 2ᵏ/k²
4.Rijen & reeksenMoeilijk

Herken de reeks en bepaal haar som: S = Σk=1∞ k·0,25ᵏ.

ak = k·0,25ᵏ
S =
5.Multivariabele analyseGemiddeld
xy−1−1P

Het raakvlak aan z = 4x³y² − 5x² + 3y³ + 2xy in het punt waar (x, y) = (−1, −1) kan worden geschreven als z = px + qy + c. Bepaal c.

f(x, y) = 4x³y² − 5x² + 3y³ + 2xy(a, b) = (−1, −1)
c =
6.Multivariabele analyseMoeilijk
xy05−2024(0, 0)(3, 3)

Bepaal de kritieke punten van f(x, y) = x³ + y³ − 9xy, classificeer ze en geef de waarde fmin van f in het lokale minimum.

f(x, y) = x³ + y³ − 9xy
fmin =
7.DifferentiaalvergelijkingenGemiddeld
t (min)T (°C)18Ta​T = ?

Een blikje frisdrank van 4 °C wordt uit de koelkast in een kamer van 30 °C gezet. Het volgt de afkoelingswet van Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Bereken met k = 0,08 min⁻¹ de temperatuur T na 18 min.

T0 = 4 °CTa = 30 °Ck = 0,08 min⁻¹t = 18 min
T = °C
8.DifferentiaalvergelijkingenMoeilijk
tyy(0) = 1y(1,5) = ?

Los y″ + 3y′ + 27,25y = 0 op met y(0) = 1 en y′(0) = 0 (losgelaten uit rust). Bepaal y(1,5); hoeken in radialen.

y″ + 3y′ + 27,25y = 0y(0) = 1y′(0) = 0
y(1.5) =

3Oplossingen

1.Integralen

Antwoord: I = 1,742

Partiële integratie: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, afgeleid uit de productregel. Kies voor u de factor die eenvoudiger wordt als je hem differentieert (een macht van x, of ln x), en voor dv de factor die je kunt integreren (eˣ, sin x, cos x, of x als u = ln x). Bereken bij een bepaalde integraal u·v op beide grenzen: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Een factor x² vraagt om twee rondes.

Kies u en dv

u = x, du = dx; dv = sin x dx, v = −cos x

Primitieve

∫x sin x dx = −x cos x + ∫cos x dx = −x cos x + sin x

Limieten

(−2·cos 2 + sin 2) − (0 + 0) = 1,742

Antwoord

I = 1,742
2.Integralen

Antwoord: I = 0,7183

Partiële integratie: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, afgeleid uit de productregel. Kies voor u de factor die eenvoudiger wordt als je hem differentieert (een macht van x, of ln x), en voor dv de factor die je kunt integreren (eˣ, sin x, cos x, of x als u = ln x). Bereken bij een bepaalde integraal u·v op beide grenzen: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Een factor x² vraagt om twee rondes.

Eerste ronde

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Tweede ronde

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

Limieten

2,718·(1) − 1·2 = 0,7183

Antwoord

I = 0,7183
3.Rijen & reeksen

Antwoord: C: Σ 1/(k² + 9)

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 (k + 5)/k² → Gedraagt zich als 1/k voor grote k: divergeert door vergelijking met de harmonische reeks.
B: Σ (3/2)ᵏ → Meetkundig met r = 3/2 > 1: de termen groeien, dus hij divergeert.
C: Σ 1/(k² + 9) → Kleiner dan 1/k², een convergente p-reeks: convergeert door vergelijking.
D: Σ 2ᵏ/k² → Quotiëntcriterium: L = 2 > 1, divergeert.

Het antwoord

C: Σ 1/(k² + 9)

Antwoord

C: Σ 1/(k² + 9)
4.Rijen & reeksen

Antwoord: S = 0,4444

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 k·xᵏ = x/(1 − x)²

Invullen

x = 0,25
S = 0,25/(1 − 0,25)² = 0,4444

Antwoord

S = 0,4444
5.Multivariabele analyse

Antwoord: c = 25

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, −1) = −10
fx = 12x²y² − 10x + 2y → fx(−1, −1) = 20
fy = 8x³y + 9y² + 2x → fy(−1, −1) = 15

Raakvlak

z = −10 + 20(x + 1) + 15(y + 1)
z = 20x + 15y + 25

Constante term

c = 25

Antwoord

c = 25
6.Multivariabele analyse

Antwoord: fmin = −27

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 − 9y = 0
fy = 3y² − 9x = 0
(0, 0), (3, 3)

Tweede-afgeleidentest

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −9, D = −81 → zadelpunt
(3, 3): fxx = 18, fyy = 18, fxy = −9, D = 243 → lokaal minimum

Waarde in het extremum

f(3, 3) = −27

Antwoord

fmin = −27
7.Differentiaalvergelijkingen

Antwoord: T = 23,84 °C

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.

Oplossing van de afkoelingswet

T(t) = 30 + (−26)·e−0,08t

Vul t in

T(18) = 30 + (−26)·0,2369 = 23,84 °C

Antwoord

T = 23,84 °C
8.Differentiaalvergelijkingen

Antwoord: y(1.5) = 0,06619

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.

Complexe wortels

r = −1,5 ± 5j

Constanten

A = 1, B = 1,5·1/5 = 0,3

Bereken

y(1,5) = e−2,25(1·cos 7,5 + 0,3·sin 7,5) = 0,06619

Antwoord

y(1,5) = 0,06619

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2