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→∞ (2x³ + 5x − 7)/(5x³ + 3x + 6).

f(x) = (2x³ + 5x − 7)/(5x³ + 3x + 6)x → ∞

L =

2.ПределыСложная

Найдите предел L = lim_x→0 (e^1,5x − 1 − 1,5x)/x².

f(x) = (e^1,5x − 1 − 1,5x)/x²x → 0

L =

3.ПроизводныеСредняя

Пусть f(x) = x³·e^−0,5x. Найдите f′(1,5).

f(x) = x³·e^−0,5xx = 1,5

f′(1.5) =

4.ПроизводныеСложная

Касательная к f(x) = 0,5x² − x − 5 в точке x = 2 пересекает ось y в точке y = b. Найдите b.

f(x) = 0,5x² − x − 5x = 2

b =

5.ОптимизацияСредняя

Прямоугольный участок площадью 800 m² огорожен со всех четырёх сторон. Сторона вдоль улицы длиной x стоит €20 за метр, остальные три стороны — €12 за метр. Найдите минимальную общую стоимость C.

A = 800 m²€20/m€12/m

C = €

6.ОптимизацияСложная

Небольшая фирма продаёт продукцию по фиксированной рыночной цене €80 за единицу. Производство q единиц стоит C(q) = 600 + 64q + 0,02q² евро. Найдите объём выпуска q, максимизирующий прибыль.

p = €80C = 600 + 64q + 0,02q²

q = ед.

7.ИнтегралыСредняя

Вычислите I = ∫₀² x·cos x dx (x в радианах).

∫₀² x·cos 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 = 0,4

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).

Разделите на старшую степень

(2 + 5/x² + (−7)/x³)/(5 + 3/x² + 6/x³)

Пусть x → ∞

L = 2/5 = 0,4

Ответ

L = 0,4

При равных степенях предел равен отношению старших коэффициентов.

2.Пределы

Ответ: L = 1,125

Первое применение

(1,5·e^1,5x − 1,5)/(2x) → 0/0

Второе применение

2,25·e^1,5x/2

Подставьте x = 0

L = 2,25·1/2 = 1,125

Ответ

L = 1,125

3.Производные

Ответ: f′(1.5) = 2,391

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.

Правило произведения

f′(x) = u′v + uv′ = e^−0,5x·(3x² + (−0,5)·x³)

Подставьте

f′(1,5) = 0,4724·(6,75 + (−1,688)) = 2,391

Ответ

f′(1,5) = 2,391

4.Производные

Ответ: b = −7

Точка и наклон

f(2) = −5

f′(x) = x − 1 → f′(2) = 1

Касательная при x = 0

b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −5 − 1·2 = −7

Ответ

b = −7

5.Оптимизация

Ответ: C = 1568 €

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) = 32x + 19200/x

Приравняйте производную к нулю

C″(x) = 38400/x³ > 0, поэтому это минимум.

x = √(19200/32) = 24,49 m

y = 800/24,49 = 32,66 m

Минимальная стоимость

C = 32·24,49 + 19200/24,49 = €1568

Ответ

C = €1568

6.Оптимизация

Ответ: q = 400 ед.

Функция прибыли

P(q) = 80q − (600 + 64q + 0,02q²) = −0,02q² + 16q − 600

Приравняйте производную к нулю

P″(q) = −0,04 < 0, поэтому это максимум.

16 − 0,04q = 0 → q = 400

Максимальная прибыль

P = 16·400 − 0,02·400² − 600 = €2600

Ответ

q = 400

7.Интегралы

Ответ: I = 0,4024

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

Первообразная

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

Пределы

(2·sin 2 + cos 2) − (0 + 1) = 0,4024

Ответ

I = 0,4024

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