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
xyπy = x·cos x

Bereken I = ∫₀π x·cos x dx (x in radialen).

∫₀π x·cos x dx
I =
2.IntegralenMoeilijk
xy1,5y = x²eˣ

Bereken I = ∫₀1,5 x²·eˣ dx.

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

Precies één van de vier reeksen divergeert. Klik erop.

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

f(x) = sin x wordt in x = 1 benaderd door zijn Maclaurinpolynoom van graad n. Bepaal met de Lagrange-grens M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! en M = 1 de kleinste graad n die een fout kleiner dan 0,0005 garandeert.

f(x) = sin xx = 1M = 1ε = 0,0005
n =
5.Multivariabele analyseGemiddeld
xy024−2024vP

Bepaal voor f(x, y) = 2 sin(−x − 2y) de richtingsafgeleide Duf in (2, 0,5) in de richting van v = (3, 3).

f(x, y) = 2 sin(−x − 2y)P = (2, 0,5)v = (3, 3)
Duf =
6.Multivariabele analyseMoeilijk
xyy = 1,2y = x1,21,2

De integraal I = ∫01,2 ∫x1,2 sin(y²) dy dx kan niet in deze volgorde worden uitgerekend. Keer de volgorde van integratie om en bereken haar.

f = sin(y²)0 ≤ x ≤ y ≤ 1,2
I =
7.DifferentiaalvergelijkingenGemiddeld
t (min)T (°C)20Ta​44 °C

Een kop koffie van 86 °C wordt achtergelaten in een kamer van 20 °C. Na 20 min is de temperatuur 44 °C. Het volgt de afkoelingswet van Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Bereken de constante k in min⁻¹.

T0 = 86 °CTa = 20 °CT(20) = 44 °C
k = min⁻¹
8.DifferentiaalvergelijkingenMoeilijk
tyK = 5y(0,5) = ?

Een systeem voldoet voor t ≥ 0 aan y″ + 4y′ + 29y = 145, startend uit rust: y(0) = 0, y′(0) = 0. Bepaal y(0,5); hoeken in radialen.

y″ + 4y′ + 29y = 145y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =

3Oplossingen

1.Integralen

Antwoord: I = −2

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 = cos x dx, v = sin x

Primitieve

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

Limieten

(π·sin π + cos π) − (0 + 1) = −2

Antwoord

I = −2
2.Integralen

Antwoord: I = 3,602

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

4,482·(1,25) − 1·2 = 3,602

Antwoord

I = 3,602
3.Rijen & reeksen

Antwoord: C: Σ (5/3)ᵏ

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 + 1)) → Kleiner dan 1/k²: convergeert door vergelijking.
B: Σ k²/5ᵏ → Quotiëntcriterium: L = 1/5 < 1, convergeert.
C: Σ (5/3)ᵏ → Meetkundig met r = 5/3 > 1: de termen groeien, dus hij divergeert.
D: Σ (1/3)ᵏ → Meetkundig met r = 1/3, |r| < 1: convergeert.

Het antwoord

C: Σ (5/3)ᵏ

Antwoord

C: Σ (5/3)ᵏ
4.Rijen & reeksen

Antwoord: n = 6

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.

n(n + 1)!grens011120,5260,16673240,0416741200,00833357200,001389650400,0001984

Grenzen voor toenemende n

n = 5: 0,001389 ≥ 0,0005
n = 6: 0,0001984 < 0,0005

Kleinste graad

n = 6

Antwoord

n = 6
5.Multivariabele analyse

Antwoord: Duf = 4,2

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 = −2 cos(−x − 2y) → fx(2, 0,5) = 1,98
fy = −4 cos(−x − 2y) → fy(2, 0,5) = 3,96

Eenheidsvector

|v| = √(3² + 3²) = 4,243
u = (0,7071, 0,7071)

Inwendig product

Duf = 1,98·0,7071 + 3,96·0,7071 = 4,2

Antwoord

Duf = 4,2
6.Multivariabele analyse

Antwoord: I = 0,4348

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).

Gebied

0 ≤ x ≤ y, 0 ≤ y ≤ 1,2

Omgekeerde volgorde

I = ∫01,2 ∫0y sin(y²) dx dy = ∫01,2 y·sin(y²) dy

Substitutie u = y²

I = [−cos(y²)/2]01,2 = 0,4348

Antwoord

I = 0,4348
7.Differentiaalvergelijkingen

Antwoord: k = 0,05058 min⁻¹

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.

Verhouding van de temperatuurverschillen

e−20k = 24/66

Los op naar k

k = ln(66/24)/20 = 0,05058 min⁻¹

Antwoord

k = 0,05058 min⁻¹
8.Differentiaalvergelijkingen

Antwoord: y(0.5) = 6,033

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.

Stationaire waarde en wortels

yss = 5, r = −2 ± 5j

Constanten uit de beginwaarden

y(0) = 5 + A = 0 → A = −5
y′(0) = −2A + 5B = 0 → B = −2

Bereken

y(0,5) = 5·(1 − e−1(cos 2,5 + 0,4·sin 2,5)) = 6,033

Antwoord

y(0,5) = 6,033

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2