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 = √(4x)

Het gebied onder y = √(4x) van x = 0 tot x = 3 wordt om de x-as gewenteld. Bepaal het volume V van het lichaam (een paraboloïde).

y = √(4x)0 ≤ x ≤ 3
V =
2.IntegralenMoeilijk
xyy = x2​y = x

Bereken de oppervlakte A van het gebied ingesloten door y = x2 en y = x.

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

Precies één van de vier reeksen divergeert. Klik erop.

A: Σ 1/(3ᵏ + k)B: Σ (k + 2)/k²C: Σ (−1)ᵏ/√kD: Σ (3/5)ᵏ
  1. 1A: Σ 1/(3ᵏ + k)
  2. 2B: Σ (k + 2)/k²
  3. 3C: Σ (−1)ᵏ/√k
  4. 4D: Σ (3/5)ᵏ
4.Rijen & reeksenMoeilijk
xyfP₅2,5

Gebruik het Maclaurinpolynoom van graad 5 van f(x) = sin x om f(2,5) te benaderen. Geef P₅(2,5).

f(x) = sin xn = 5x = 2,5
P₅(2.5) =
5.Multivariabele analyseGemiddeld

z = 3x³y² − 5x³ − 4y² − 3xy met x = t en y = t² + 2. Gebruik de kettingregel om dz/dt te bepalen bij t = 1.

z = 3x³y² − 5x³ − 4y² − 3xyx = ty = t² + 2t = 1
dz/dt =
6.Multivariabele analyseMoeilijk
xy−20202(2, 2)(−2, 2)

f(x, y) = x³ − 12x + y² − 4y heeft een kritiek punt in (−2, 2). Bereken daar de discriminant D = fxxfyy − fxy².

f(x, y) = x³ − 12x + y² − 4yP = (−2, 2)
D =
7.DifferentiaalvergelijkingenGemiddeld
t (min)T (°C)14Ta​T = ?

Een kop koffie van 92 °C wordt achtergelaten in een kamer van 20 °C. Het volgt de afkoelingswet van Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Bereken met k = 0,1 min⁻¹ de temperatuur T na 14 min.

T0 = 92 °CTa = 20 °Ck = 0,1 min⁻¹t = 14 min
T = °C
8.DifferentiaalvergelijkingenMoeilijk
ty1,5y(1,5) = ?

Los y′ + 2y = 7e−t op met y(0) = 5. Bereken y(1,5).

y′ + 2y = 7e−ty(0) = 5
y(1.5) =

3Oplossingen

1.Integralen

Antwoord: V = 56,55

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 4x dx

Integreren

V = π·4·3²/2 = 56,55

Antwoord

V = 56,55
2.Integralen

Antwoord: A = 0,1667

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 = x → x = 0, x = 1

Bovenste min onderste integreren

A = [0,5x2 − 0,3333x3]01 = 0,1667

Antwoord

A = 0,1667
3.Rijen & reeksen

Antwoord: B: Σ (k + 2)/k²

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/(3ᵏ + k) → Kleiner dan (1/3)ᵏ, een convergente meetkundige reeks: convergeert door vergelijking.
B: Σ (k + 2)/k² → Gedraagt zich als 1/k voor grote k: divergeert door vergelijking met de harmonische reeks.
C: Σ (−1)ᵏ/√k → Alternerend, met 1/√k dalend naar 0: convergeert (voorwaardelijk).
D: Σ (3/5)ᵏ → Meetkundig met r = 3/5, |r| < 1: convergeert.

Het antwoord

B: Σ (k + 2)/k²

Antwoord

B: Σ (k + 2)/k²
4.Rijen & reeksen

Antwoord: P₅(2.5) = 0,7096

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.

Maclaurinpolynoom

P₅(x) = x − 0,1667x³ + 0,008333x⁵

Invullen

P₅(2,5) = 2,5 − 2,604167 + 0,813802 = 0,7096

Antwoord

P₅(2,5) = 0,7096

De exacte waarde is f(2,5) = 0,598472; de fout −0,111163 wordt kleiner als je meer termen neemt of een punt dichter bij 0.

5.Multivariabele analyse

Antwoord: dz/dt = 39

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.

Punt en snelheden

x(1) = 1, y(1) = 3
dx/dt = 1, dy/dt = 2t = 2

Partiële afgeleiden

fx = 9x²y² − 15x² − 3y = 57
fy = 6x³y − 8y − 3x = −9

Kettingregel

dz/dt = 57·1 + (−9)·2 = 39

Antwoord

dz/dt = 39
6.Multivariabele analyse

Antwoord: D = −24

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).

Tweede afgeleiden

fxx = −12, fyy = 2, fxy = 0

Discriminant

D = (−12)·2 − 0² = −24
→ zadelpunt

Antwoord

D = −24
7.Differentiaalvergelijkingen

Antwoord: T = 37,75 °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) = 20 + 72·e−0,1t

Vul t in

T(14) = 20 + 72·0,2466 = 37,75 °C

Antwoord

T = 37,75 °C
8.Differentiaalvergelijkingen

Antwoord: y(1.5) = 1,462

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 = e2t
(e2ty)′ = 7et

Algemene oplossing

y = 7/1·e−t + C·e−2t = 7·e−t + C·e−2t

Beginvoorwaarde

5 = 7 + C → C = −2

Bereken

y(1,5) = 7·0,2231 + (−2)·0,04979 = 1,462

Antwoord

y(1,5) = 1,462

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2