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
xy03

Bereken I = ∫03 e2x dx.

f(x) = e2x[0, 3]
I =
2.IntegralenMoeilijk
xyy = 0,5x2​y = 2x

Bereken de oppervlakte A van het gebied ingesloten door y = 0,5x2 en y = 2x.

y = 0,5x2y = 2x
A =
3.Rijen & reeksenGemiddeld
AΣ k!/3ᵏk = 1 … ∞BΣ (−1)ᵏ/√kk = 1 … ∞CΣ (1 + 1/k)ᵏk = 1 … ∞DΣ (k + 1)/k²k = 1 … ∞

Precies één van de vier reeksen convergeert. Klik erop.

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

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

ak = (−1)k+1·0,2ᵏ/k
S =
5.Multivariabele analyseGemiddeld
xy−4−202024vP

Bepaal voor f(x, y) = x³y² − x³ − 5y² − 2xy de richtingsafgeleide Duf in (−1, 2) in de richting van v = (−2, 3).

f(x, y) = x³y² − x³ − 5y² − 2xyP = (−1, 2)v = (−2, 3)
Duf =
6.Multivariabele analyseMoeilijk
xy−202−20(2, −2)(−2, −2)

Bepaal de kritieke punten van f(x, y) = x³ − 12x + y² + 4y, classificeer ze en geef de waarde fmin van f in het lokale minimum.

f(x, y) = x³ − 12x + y² + 4y
fmin =
7.DifferentiaalvergelijkingenGemiddeld
t (min)T (°C)6Ta​10 °C7 °C

Een blikje frisdrank van 6 °C wordt uit de koelkast in een kamer van 27 °C gezet. Na 6 min is de temperatuur 10 °C. Het volgt de afkoelingswet van Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Hoe lang na de start, t, duurt het om 7 °C te bereiken?

T0 = 6 °CTa = 27 °CT(6) = 10 °CT = 7 °C
t = min
8.DifferentiaalvergelijkingenMoeilijk
tyK = 5y(0,25) = ?

Een systeem voldoet voor t ≥ 0 aan y″ + 3y′ + 11,25y = 56,25, startend uit rust: y(0) = 0, y′(0) = 0. Bepaal y(0,25); hoeken in radialen.

y″ + 3y′ + 11,25y = 56,25y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.25) =

3Oplossingen

1.Integralen

Antwoord: I = 201,2

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.

Primitieve

F(x) = e2x/2

Grenzen invullen

I = (e6 − 1)/2 = (403,4 − 1)/2 = 201,2

Antwoord

I = 201,2
2.Integralen

Antwoord: A = 5,333

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

0,5x2 = 2x → x = 0, x = 4

Bovenste min onderste integreren

A = [x2 − 0,1667x3]04 = 5,333

Antwoord

A = 5,333
3.Rijen & reeksen

Antwoord: B: Σ (−1)ᵏ/√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 k!/3ᵏ → Quotiëntcriterium: L = lim (k + 1)/3 = ∞, divergeert.
B: Σ (−1)ᵏ/√k → Alternerend, met 1/√k dalend naar 0: convergeert (voorwaardelijk).
C: Σ (1 + 1/k)ᵏ → De termen gaan naar e, niet naar 0: divergeert door de test op de n-de term.
D: Σ (k + 1)/k² → Gedraagt zich als 1/k voor grote k: divergeert door vergelijking met de harmonische reeks.

Het antwoord

B: Σ (−1)ᵏ/√k

Antwoord

B: Σ (−1)ᵏ/√k
4.Rijen & reeksen

Antwoord: S = 0,1823

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)k+1xᵏ/k = ln(1 + x)

Invullen

x = 0,2
S = ln 1,2 = 0,1823

Antwoord

S = 0,1823
5.Multivariabele analyse

Antwoord: Duf = −21,08

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 = 3x²y² − 3x² − 2y → fx(−1, 2) = 5
fy = 2x³y − 10y − 2x → fy(−1, 2) = −22

Eenheidsvector

|v| = √((−2)² + 3²) = 3,606
u = (−0,5547, 0,8321)

Inwendig product

Duf = 5·(−0,5547) + (−22)·0,8321 = −21,08

Antwoord

Duf = −21,08
6.Multivariabele analyse

Antwoord: fmin = −20

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 − 12) = 0
fy = (2y + 4) = 0
(2, −2), (−2, −2)

Tweede-afgeleidentest

(2, −2): fxx = 12, fyy = 2, fxy = 0, D = 24 → lokaal minimum
(−2, −2): fxx = −12, fyy = 2, fxy = 0, D = −24 → zadelpunt

Waarde in het extremum

f(2, −2) = −20

Antwoord

fmin = −20
7.Differentiaalvergelijkingen

Antwoord: t = 1,385 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(-21/-17)/6 = 0,03522 min⁻¹

Tijd tot de doeltemperatuur

t = ln(-21/(−20))/0,03522 = 1,385 min

Antwoord

t = 1,385 min
8.Differentiaalvergelijkingen

Antwoord: y(0.25) = 1,314

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 = −1,5 ± 3j

Constanten uit de beginwaarden

y(0) = 5 + A = 0 → A = −5
y′(0) = −1,5A + 3B = 0 → B = −2,5

Bereken

y(0,25) = 5·(1 − e−0,375(cos 0,75 + 0,5·sin 0,75)) = 1,314

Antwoord

y(0,25) = 1,314

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2