Математический анализ 1: шпаргалка-пакет

Листы формул, ключевые шаги методов по каждой теме и тренировочные задачи (8) с полными решениями в конце.

Новые задачи Назад к курсу

В окне печати выберите «Сохранить как PDF», чтобы сохранить копию на своём устройстве.

1Формулы и методы

Пределы

Прямая подстановка: сначала подставьте x = a; 0/0 означает, что нужно упростить
Разложение на множители и сокращение: xⁿ − aⁿ = (x − a)(xⁿ⁻¹ + a·xⁿ⁻² + … + aⁿ⁻¹)
Сопряжённое выражение: (√x − √a)(√x + √a) = x − a
Пределы на бесконечности: разделите на старшую степень x; при равных степенях предел равен отношению старших коэффициентов
Замечательный предел: lim_x→∞ (1 + a/x)^bx = e^ab
Правило Лопиталя: lim f/g = lim f′/g′ (0/0 or ∞/∞)

Производные

Производная степени: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹
Правило произведения: (uv)′ = u′v + uv′
Производная частного: (u/v)′ = (u′v − uv′)/v²
Цепное правило: f(g(x))′ = f′(g(x))·g′(x)
Основные производные: (eˣ)′ = eˣ, (ln x)′ = 1/x, (sin x)′ = cos x, (cos x)′ = −sin x

Метод

Определите структуру: сумма, произведение, частное или композиция.
Примените правило степени к каждой степени x.
Где нужно, используйте правила дифференцирования произведения, частного или сложной функции.
Упростите и, если требуется, вычислите значение в точке.

Оптимизация

Метод: запишите Q(x) через одну переменную, решите Q′(x) = 0, проверьте Q″ или концы отрезка
Максимум: Q′(x) = 0, Q″(x) < 0
Минимум: Q′(x) = 0, Q″(x) > 0
Закрытый цилиндр: V = πr²h, A = 2πr² + 2πrh
Прибыль: P = R − C, R = p·q, maximum where MR = MC

Интегралы

Производная степени: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Определённый интеграл: ∫_a^b f dx = F(b) − F(a)
Основные интегралы: ∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Площадь между кривыми: ∫_a^b (f − g) dx

Метод

Где возможно, представьте подынтегральную функцию суммой простых слагаемых.
Примените правило степени: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), и табличные интегралы для e^x, 1/x, sin и cos.
Используйте замену переменной, когда видите функцию вместе с её производной.
Для определённого интеграла вычислите F(b) − F(a).

2Тренировочные задачи

1.ПределыСредняя

Найдите предел L = lim_x→∞ (1 + 0,5/x)^3x. Дайте десятичное значение.

f(x) = (1 + 0,5/x)^3xx → ∞

L =

2.ПределыСложная

Найдите предел L = lim_x→0 (1 − cos 5x)/(4x²), где x в радианах.

f(x) = (1 − cos 5x)/(4x²)x → 0

L =

3.ПроизводныеСредняя

Пусть f(x) = ln(2x² + 1). Найдите f′(−2).

f(x) = ln(2x² + 1)x = −2

f′(−2) =

4.ПроизводныеСложная

Пусть f(x) = x³ − 6x² + 9x + 3. Найдите x-координату x локального максимума.

f(x) = x³ − 6x² + 9x + 3

x =

5.ОптимизацияСредняя

Прямоугольный участок площадью 300 m² огорожен со всех четырёх сторон. Сторона вдоль улицы длиной x стоит €15 за метр, остальные три стороны — €8 за метр. Найдите минимальную общую стоимость C.

A = 300 m²€15/m€8/m

C = €

6.ОптимизацияСложная

Небольшая фирма продаёт продукцию по фиксированной рыночной цене €60 за единицу. Производство q единиц стоит C(q) = 2900 + 6q + 0,05q² евро. Найдите максимальную прибыль P.

p = €60C = 2900 + 6q + 0,05q²

P = €

7.ИнтегралыСредняя

Вычислите I = ∫₁² x·ln x dx.

∫₁² x ln x dx

I =

8.ИнтегралыСложная

Область между прямой y = 3x и параболой y = 2x² вращается вокруг оси x. Найдите объём V полученного тела.

y = 3xy = 2x²

V =

3Растворы

1.Пределы

Ответ: L = 4,482

Пределы: сначала попробуйте прямую подстановку. Если получается 0/0, сначала упростите: разложите на множители и сократите общий множитель или умножьте на сопряжённое выражение. При x → ∞ разделите числитель и знаменатель на старшую степень x. Правило Лопиталя: если f/g даёт 0/0 или ∞/∞, то lim f/g = lim f′/g′, причём числитель и знаменатель дифференцируются по отдельности (а не по правилу для частного).

Возьмите логарифм

ln L = lim_x→∞ 3·x·ln(1 + 0,5/x)

Вычислите

ln(1 + u)/u → 1 при u → 0, поэтому x·ln(1 + a/x) → a.

ln L = 3·0,5 = 1,5

Избавьтесь от логарифма

L = e^1,5 = 4,482

Ответ

L = 4,482

2.Пределы

Ответ: L = 3,125

Первое применение

5·sin 5x/(8x) → 0/0

Второе применение

25·cos 5x/8

Подставьте x = 0

L = 25/8 = 3,125

Ответ

L = 3,125

3.Производные

Ответ: f′(−2) = −0,8889

Дифференцирование: производная f′(x) — это наклон графика в точке x. Степенное правило: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Правило произведения: (uv)′ = u′v + uv′. Цепное правило: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Где f′(x) = 0, у графика горизонтальная касательная: максимум, минимум или седловая точка.

Цепное правило для логарифма

f′(x) = 4x/(2x² + 1)

Подставьте

f′(−2) = −8/9 = −0,8889

Ответ

f′(−2) = −0,8889

4.Производные

Ответ: x = 1

Производная

f′(x) = 3x² − 12x + 9 = 3·(x² − 4x + 3)

Решите f′(x) = 0

x = 1 или x = 3

Что есть что

f″(x) = 6x − 12: отрицательна в максимуме, положительна в минимуме.

f″(1) = −6, f″(3) = 6

x = 1

Ответ

x = 1

5.Оптимизация

Ответ: C = 664,5 €

Оптимизация: запишите оптимизируемую величину как функцию одной переменной, исключив другую с помощью ограничения. Приравняйте производную к нулю и решите уравнение. Проверьте, что критическая точка — максимум или минимум (по второй производной или по смене знака первой) и что она лежит в допустимой области; конец промежутка, например нулевая длина стороны, ответом не является.

Стоимость как функция x

C(x) = 23x + 4800/x

Приравняйте производную к нулю

C″(x) = 9600/x³ > 0, поэтому это минимум.

x = √(4800/23) = 14,45 m

y = 300/14,45 = 20,77 m

Минимальная стоимость

C = 23·14,45 + 4800/14,45 = €664,5

Ответ

C = €664,5

6.Оптимизация

Ответ: P = 11680 €

Функция прибыли

P(q) = 60q − (2900 + 6q + 0,05q²) = −0,05q² + 54q − 2900

Приравняйте производную к нулю

P″(q) = −0,1 < 0, поэтому это максимум.

54 − 0,1q = 0 → q = 540

Максимальная прибыль

P = 54·540 − 0,05·540² − 2900 = €11680

Ответ

P = €11680

7.Интегралы

Ответ: I = 0,6363

Интегрирование по частям: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, из правила произведения. Выбирайте u как множитель, который упрощается при дифференцировании (степень x или ln x), а dv — как множитель, который можно проинтегрировать (eˣ, sin x, cos x или x, когда u = ln x). Для определённого интеграла вычисляйте u·v на обоих пределах: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Множитель x² требует двух шагов.

Выберите u и dv

u = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2

Первообразная

∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4

Пределы

(2·ln 2 − 1) − (0 − 0,25) = 0,6363

Ответ

I = 0,6363

8.Интегралы

Ответ: V = 12,72

Объёмы тел вращения: вращение области под y = f(x) от x = a до x = b вокруг оси x даёт тело, сечение которого при x — круг радиуса f(x). Суммирование кругов даёт V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Когда область лежит между внешней кривой R(x) и внутренней кривой r(x), каждый слой — кольцо (шайба): V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Возводите радиусы в квадрат до вычитания.

Точки пересечения

3x = 2x² → x = 0, x = 1,5

Метод колец (шайб)

V = π∫₀^1,5 ((3x)² − (2x²)²) dx

Интегрируйте

V = π(9·1,5³/3 − 4·1,5⁵/5) = π·4,05 = 12,72

Ответ

V = 12,72

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-1