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 − 1/x)^x. Дайте десятичное значение.

f(x) = (1 − 1/x)^xx → ∞

L =

2.ПределыСложная

Найдите предел L = lim_x→0 ln(1 + x)/sin(4x), где x в радианах.

f(x) = ln(1 + x)/sin(4x)x → 0

L =

3.ПроизводныеСредняя

Пусть f(x) = (3x + 5)⁵. Найдите f′(2).

f(x) = (3x + 5)⁵x = 2

f′(2) =

4.ПроизводныеСложная

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

f(x) = x³ + 3x² − 9x − 6

x =

5.ОптимизацияСредняя

Открытая коробка (без крышки) с квадратным дном должна вмещать 13500 cm³. Израсходуйте как можно меньше материала, то есть сделайте наименьшей площадь дна плюс четырёх стенок. Найдите высоту h.

V = 13500 cm³

h = cm

6.ОптимизацияСложная

Небольшая фирма продаёт продукцию по фиксированной рыночной цене €70 за единицу. Производство q единиц стоит C(q) = 1200 + 42q + 0,05q² евро. Найдите объём выпуска q, максимизирующий прибыль.

p = €70C = 1200 + 42q + 0,05q²

q = ед.

7.ИнтегралыСредняя

Область под y = √(2x) от x = 0 до x = 4 вращается вокруг оси x. Найдите объём V полученного тела (параболоида).

y = √(2x)0 ≤ x ≤ 4

V =

8.ИнтегралыСложная

Найдите площадь A области, ограниченной y = 0,5x² и y = 2x.

y = 0,5x²y = 2x

A =

3Растворы

1.Пределы

Ответ: L = 0,3679

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→∞ x·ln(1 − 1/x)

Вычислите

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

ln L = 1·(−1) = −1

Избавьтесь от логарифма

L = e⁻¹ = 0,3679

Ответ

L = 0,3679

2.Пределы

Ответ: L = 0,25

Правило Лопиталя

L = lim_x→0 [1/(1 + x)]/[4·cos 4x]

Подставьте x = 0

L = 1/4 = 0,25

Ответ

L = 0,25

3.Производные

Ответ: f′(2) = 219615

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

f′(x) = 5·(3x + 5)⁴·3

Подставьте

f′(2) = 5·11⁴·3 = 219615

Ответ

f′(2) = 219615

4.Производные

Ответ: x = 1

Производная

f′(x) = 3x² + 6x − 9 = 3·(x² + 2x − 3)

Решите f′(x) = 0

x = −3 или x = 1

Что есть что

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

f″(−3) = −12, f″(1) = 12

x = 1

Ответ

x = 1

5.Оптимизация

Ответ: h = 15 cm

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.

Площадь как функция x

S(x) = x² + 54000/x

Приравняйте производную к нулю

S″(x) = 2 + 108000/x³ > 0, поэтому это минимум.

x³ = 27000 → x = 30 cm

Высота и площадь

h = 13500/30² = 15 cm

S = 30² + 54000/30 = 2700 cm²

Ответ

h = 15 cm

Оптимальная открытая коробка вдвое ниже своей ширины.

6.Оптимизация

Ответ: q = 280 ед.

Функция прибыли

P(q) = 70q − (1200 + 42q + 0,05q²) = −0,05q² + 28q − 1200

Приравняйте производную к нулю

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

28 − 0,1q = 0 → q = 280

Максимальная прибыль

P = 28·280 − 0,05·280² − 1200 = €2720

Ответ

q = 280

7.Интегралы

Ответ: V = 50,27

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.

Метод дисков

V = π∫₀⁴ 2x dx

Интегрируйте

V = π·2·4²/2 = 50,27

Ответ

V = 50,27

8.Интегралы

Ответ: A = 5,333

Определённые интегралы: ∫ₐᵇ f(x) dx — это площадь со знаком между графиком и осью x от a до b. Найдите первообразную F (F′ = f) и вычислите F(b) − F(a). Степенное правило: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Площадь между двумя кривыми — ∫(верхняя − нижняя) dx.

Точки пересечения

0,5x² = 2x → x = 0, x = 4

Интегрируйте верхнюю минус нижнюю

A = [x² − 0,1667x³]₀⁴ = 5,333

Ответ

A = 5,333

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-1