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→∞ (√(x² − 9x) − x).

f(x) = √(x² − 9x) − xx → ∞

L =

2.ПределыСложная

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

f(x) = (e^−x − 1 + x)/x²x → 0

L =

3.ПроизводныеСредняя

Пусть f(x) = (4x + 1)³. Найдите f′(2).

f(x) = (4x + 1)³x = 2

f′(2) =

4.ПроизводныеСложная

Пусть f(x) = x³ − 15x² + 63x + 5. Найдите x-координату x локального минимума.

f(x) = x³ − 15x² + 63x + 5

x =

5.ОптимизацияСредняя

Открытая коробка (без крышки) с квадратным дном должна вмещать 32000 cm³. Израсходуйте как можно меньше материала, то есть сделайте наименьшей площадь дна плюс четырёх стенок. Найдите сторону дна x.

V = 32000 cm³

x = cm

6.ОптимизацияСложная

Компания продаёт q единиц в неделю. Цена, по которой их можно продать, p = 140 − 2q евро за единицу, а затраты C(q) = 100 + 105q евро. Найдите цену p, максимизирующую прибыль.

p = 140 − 2qC = 100 + 105q

p = €

7.ИнтегралыСредняя

Вычислите I = ∫₁⁴ 5/x dx.

f(x) = 5/x[1, 4]

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 = −4,5

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).

Умножьте на сопряжённое

f(x) = −9x/(√(x² − 9x) + x)

Разделите на x

f(x) = −9/(√(1 + (−9)/x) + 1)

Пусть x → ∞

L = −9/(1 + 1) = −4,5

Ответ

L = −4,5

2.Пределы

Ответ: L = 0,5

Первое применение

(−1·e^−x + 1)/(2x) → 0/0

Второе применение

1·e^−x/2

Подставьте x = 0

L = 1·1/2 = 0,5

Ответ

L = 0,5

3.Производные

Ответ: f′(2) = 972

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) = 3·(4x + 1)²·4

Подставьте

f′(2) = 3·9²·4 = 972

Ответ

f′(2) = 972

4.Производные

Ответ: x = 7

Производная

f′(x) = 3x² − 30x + 63 = 3·(x² − 10x + 21)

Решите f′(x) = 0

x = 3 или x = 7

Что есть что

f″(x) = 6x − 30: отрицательна в максимуме, положительна в минимуме.

f″(3) = −12, f″(7) = 12

x = 7

Ответ

x = 7

5.Оптимизация

Ответ: x = 40 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 + 128000/x

Приравняйте производную к нулю

S″(x) = 2 + 256000/x³ > 0, поэтому это минимум.

x³ = 64000 → x = 40 cm

Высота и площадь

h = 32000/40² = 20 cm

S = 40² + 128000/40 = 4800 cm²

Ответ

x = 40 cm

Оптимальная открытая коробка вдвое ниже своей ширины.

6.Оптимизация

Ответ: p = 122,5 €

Функция прибыли

P(q) = (140 − 2q)·q − (100 + 105q) = −2q² + 35q − 100

Приравняйте производную к нулю

P″(q) = −4 < 0, поэтому это максимум.

q = 35/4 = 8,75

Цена и прибыль

p = 140 − 2·8,75 = €122,5

P = 35·8,75 − 2·8,75² − 100 = €53,13

Ответ

p = €122,5

7.Интегралы

Ответ: I = 6,931

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) = 5·ln x

Подставьте пределы

I = 5·(ln 4 − ln 1) = 5·ln 4 = 6,931

Ответ

I = 6,931

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