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 + 2/x)^x. Дайте десятичное значение.

f(x) = (1 + 2/x)^xx → ∞

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(3x), x в радианах. Найдите f′(0,5).

f(x) = x·sin(3x)x = 0,5 rad

f′(0.5) =

4.ПроизводныеСложная

Пусть f(x) = x³ + 7,5x² + 12x − 6. Найдите x-координату x локального минимума.

f(x) = x³ + 7,5x² + 12x − 6

x =

5.ОптимизацияСредняя

Прямоугольный участок площадью 400 m² огорожен со всех четырёх сторон. Сторона вдоль улицы длиной x стоит €40 за метр, остальные три стороны — €10 за метр. Найдите минимальную общую стоимость C.

A = 400 m²€40/m€10/m

C = €

6.ОптимизацияСложная

Компания продаёт q единиц в неделю. Цена, по которой их можно продать, p = 120 − 0,5q евро за единицу, а затраты C(q) = 100 + 90q евро. Найдите максимальную недельную прибыль P.

p = 120 − 0,5qC = 100 + 90q

P = €

7.ИнтегралыСредняя

Вычислите I = ∫₀^π/2 x·sin x dx (x в радианах).

∫₀^π/2 x·sin x dx

I =

8.ИнтегралыСложная

Вычислите I = ∫₀² x²·eˣ dx.

∫₀² x²eˣ dx

I =

3Растворы

1.Пределы

Ответ: L = 7,389

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 + 2/x)

Вычислите

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

ln L = 1·2 = 2

Избавьтесь от логарифма

L = e² = 7,389

Ответ

L = 7,389

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′(0.5) = 1,104

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(3x) + 3x·cos(3x)

Подставьте

f′(0,5) = 0,9975 + 1,5·0,07074 = 1,104

Ответ

f′(0,5) = 1,104

4.Производные

Ответ: x = −1

Производная

f′(x) = 3x² + 15x + 12 = 3·(x² + 5x + 4)

Решите f′(x) = 0

x = −4 или x = −1

Что есть что

f″(x) = 6x + 15: отрицательна в максимуме, положительна в минимуме.

f″(−4) = −9, f″(−1) = 9

x = −1

Ответ

x = −1

5.Оптимизация

Ответ: C = 1265 €

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) = 50x + 8000/x

Приравняйте производную к нулю

C″(x) = 16000/x³ > 0, поэтому это минимум.

x = √(8000/50) = 12,65 m

y = 400/12,65 = 31,62 m

Минимальная стоимость

C = 50·12,65 + 8000/12,65 = €1265

Ответ

C = €1265

6.Оптимизация

Ответ: P = 350 €

Функция прибыли

P(q) = (120 − 0,5q)·q − (100 + 90q) = −0,5q² + 30q − 100

Приравняйте производную к нулю

P″(q) = −1 < 0, поэтому это максимум.

q = 30/1 = 30

Цена и прибыль

p = 120 − 0,5·30 = €105

P = 30·30 − 0,5·30² − 100 = €350

Ответ

P = €350

7.Интегралы

Ответ: I = 1

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 = sin x dx, v = −cos x

Первообразная

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

Пределы

(−π/2·cos π/2 + sin π/2) − (0 + 0) = 1

Ответ

I = 1

8.Интегралы

Ответ: I = 12,78

Первый шаг

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Второй шаг

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ

∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

Пределы

7,389·(2) − 1·2 = 12,78

Ответ

I = 12,78

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-1