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→∞ (x³ + 3x + 8)/(4x³ + 2x + 9).

f(x) = (x³ + 3x + 8)/(4x³ + 2x + 9)x → ∞

L =

2.ПределыСложная

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

f(x) = (1 − cos 4x)/(x²)x → 0

L =

3.ПроизводныеСредняя

Пусть f(x) = x·sin(x), x в радианах. Найдите f′(2).

f(x) = x·sin(x)x = 2 rad

f′(2) =

4.ПроизводныеСложная

Пусть f(x) = x³ + 4,5x² − 6. Найдите x-координату x локального максимума.

f(x) = x³ + 4,5x² − 6

x =

5.ОптимизацияСредняя

Открытая коробка (без крышки) с квадратным дном должна вмещать 62500 cm³. Израсходуйте как можно меньше материала, то есть сделайте наименьшей площадь дна плюс четырёх стенок. Найдите минимальную площадь поверхности S.

V = 62500 cm³

S = cm²

6.ОптимизацияСложная

Небольшая фирма продаёт продукцию по фиксированной рыночной цене €30 за единицу. Производство q единиц стоит C(q) = 200 + 6q + 0,25q² евро. Найдите максимальную прибыль P.

p = €30C = 200 + 6q + 0,25q²

P = €

7.ИнтегралыСредняя

Вычислите I = ∫₀¹ e^−0,5x dx.

f(x) = e^−0,5x[0, 1]

I =

8.ИнтегралыСложная

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

y = 2x²y = 2x

A =

3Растворы

1.Пределы

Ответ: L = 0,25

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

(1 + 3/x² + 8/x³)/(4 + 2/x² + 9/x³)

Пусть x → ∞

L = 1/4 = 0,25

Ответ

L = 0,25

При равных степенях предел равен отношению старших коэффициентов.

2.Пределы

Ответ: L = 8

Первое применение

4·sin 4x/(2x) → 0/0

Второе применение

16·cos 4x/2

Подставьте x = 0

L = 16/2 = 8

Ответ

L = 8

3.Производные

Ответ: f′(2) = 0,077

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.

Правила произведения и цепное

f′(x) = sin(x) + x·cos(x)

Подставьте

f′(2) = 0,9093 + 2·(−0,4161) = 0,077

Ответ

f′(2) = 0,077

4.Производные

Ответ: x = −3

Производная

f′(x) = 3x² + 9x = 3·(x² + 3x)

Решите f′(x) = 0

x = −3 или x = 0

Что есть что

f″(x) = 6x + 9: отрицательна в максимуме, положительна в минимуме.

f″(−3) = −9, f″(0) = 9

x = −3

Ответ

x = −3

5.Оптимизация

Ответ: S = 7500 cm²

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 + 250000/x

Приравняйте производную к нулю

S″(x) = 2 + 500000/x³ > 0, поэтому это минимум.

x³ = 125000 → x = 50 cm

Высота и площадь

h = 62500/50² = 25 cm

S = 50² + 250000/50 = 7500 cm²

Ответ

S = 7500 cm²

Оптимальная открытая коробка вдвое ниже своей ширины.

6.Оптимизация

Ответ: P = 376 €

Функция прибыли

P(q) = 30q − (200 + 6q + 0,25q²) = −0,25q² + 24q − 200

Приравняйте производную к нулю

P″(q) = −0,5 < 0, поэтому это максимум.

24 − 0,5q = 0 → q = 48

Максимальная прибыль

P = 24·48 − 0,25·48² − 200 = €376

Ответ

P = €376

7.Интегралы

Ответ: I = 0,7869

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.

Первообразная

F(x) = e^−0,5x/(−0,5)

Подставьте пределы

I = (e^−0,5 − 1)/(−0,5) = (0,6065 − 1)/(−0,5) = 0,7869

Ответ

I = 0,7869

8.Интегралы

Ответ: A = 0,3333

Точки пересечения

2x² = 2x → x = 0, x = 1

Интегрируйте верхнюю минус нижнюю

A = [x² − 0,6667x³]₀¹ = 0,3333

Ответ

A = 0,3333

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-1