โจทย์ฝึก AP Calculus: ชุดสรุปเร่งรัด

สรุปสูตร ขั้นตอนวิธีทำที่สำคัญของทุกหัวข้อ และโจทย์ฝึก 12 ข้อ พร้อมเฉลยละเอียดไว้ท้ายเล่ม

โจทย์ใหม่กลับไปที่รายวิชา

ในหน้าต่างพิมพ์ ให้เลือก “บันทึกเป็น PDF” เพื่อเก็บสำเนาไว้ในอุปกรณ์ของคุณ

1สูตรและวิธีทำ

ลิมิต

การแทนค่าโดยตรง: ลองแทน x = a ก่อน ถ้าได้ 0/0 ให้ลดรูป
แยกตัวประกอบและตัดกัน: xⁿ − aⁿ = (x − a)(xⁿ⁻¹ + a·xⁿ⁻² + … + aⁿ⁻¹)
สังยุค: (√x − √a)(√x + √a) = x − a
ลิมิตที่อนันต์: หารด้วยกำลังสูงสุดของ x ถ้าดีกรีเท่ากันจะได้อัตราส่วนของสัมประสิทธิ์นำ
ลิมิตพิเศษ: lim_x→∞ (1 + a/x)^bx = e^ab
กฎของโลปีตาล: lim f/g = lim f′/g′ (0/0 or ∞/∞)

อนุพันธ์

กฎกำลัง: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹
กฎผลคูณ: (uv)′ = u′v + uv′
กฎผลหาร: (u/v)′ = (u′v − uv′)/v²
กฎลูกโซ่: f(g(x))′ = f′(g(x))·g′(x)
อนุพันธ์ที่พบบ่อย: (eˣ)′ = eˣ, (ln x)′ = 1/x, (sin x)′ = cos x, (cos x)′ = −sin x

วิธีการ

ระบุโครงสร้าง: ผลบวก ผลคูณ ผลหาร หรือฟังก์ชันประกอบ
ใช้กฎกำลังกับแต่ละกำลังของ x
ใช้กฎผลคูณ กฎผลหาร หรือกฎลูกโซ่ตามความจำเป็น
ลดรูป และคำนวณที่จุดนั้นถ้าโจทย์ถาม

การหาค่าเหมาะที่สุด

วิธีการ: เขียน Q(x) ด้วยตัวแปรเดียว แก้ Q′(x) = 0 ตรวจสอบ Q″ หรือจุดปลาย
สูงสุด: Q′(x) = 0, Q″(x) < 0
ต่ำสุด: Q′(x) = 0, Q″(x) > 0
ทรงกระบอกปิด: V = πr²h, A = 2πr² + 2πrh
กำไร: P = R − C, R = p·q, maximum where MR = MC

อินทิกรัล

กฎกำลัง: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
อินทิกรัลจำกัดเขต: ∫_a^b f dx = F(b) − F(a)
อินทิกรัลที่พบบ่อย: ∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
พื้นที่ระหว่างเส้นโค้ง: ∫_a^b (f − g) dx

วิธีการ

เขียนฟังก์ชันที่อินทิเกรตใหม่เป็นผลบวกของพจน์ง่าย ๆ เมื่อเป็นไปได้
ใช้กฎกำลัง: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) และอินทิกรัลมาตรฐานของ e^x, 1/x, sin และ cos
ใช้การแทนค่าเมื่อเห็นฟังก์ชันและอนุพันธ์ของมันอยู่ด้วยกัน
สำหรับอินทิกรัลจำกัดเขต คำนวณ F(b) − F(a)

สมการเชิงอนุพันธ์

การเติบโต/การสลายแบบเอกซ์โพเนนเชียล: dy/dt = ky → y = y₀e^kt
ครึ่งชีวิต: k = ln 2 / t_½
กฎการเย็นตัวของนิวตัน: T(t) = T_a + (T₀ − T_a)e^−kt
ตัวประกอบอินทิเกรต: y′ + p(x)y = q(x): μ = e^{∫p dx}, (μy)′ = μq
ถังผสม: dm/dt = r·c − (r/V)·m

ลำดับและอนุกรม

ลำดับเลขคณิต: aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
ลำดับเรขาคณิต: aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
อนุกรมเรขาคณิตอนันต์: S = a₁/(1 − r), |r| < 1
p-อนุกรม: Σ1/kᵖ converges only for p > 1
การทดสอบอัตราส่วน: L = lim |a_k+1/a_k|: L < 1 converges, L > 1 diverges
รัศมีการลู่เข้า: R = lim |c_k/c_k+1|
พหุนามเทย์เลอร์: Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
อนุกรมแมคคลอริน: eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
ขอบเขตความคลาดเคลื่อนของลากรองจ์: |Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

วิธีการ

ระบุชนิด: เลขคณิต (ผลต่างคงที่) เรขาคณิต (อัตราส่วนคงที่) อนุกรมมาตรฐาน อนุกรมกำลัง หรือพหุนามเทย์เลอร์
สำหรับผลบวกใช้ Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r) หรือ S = a₁/(1 − r) เมื่อ |r| < 1 โดย a₁ คือพจน์แรกของผลบวก
สำหรับการลู่เข้า: การทดสอบพจน์ที่ n ก่อน แล้วเปรียบเทียบกับ Σ1/kᵖ หรืออนุกรมเรขาคณิต และใช้การทดสอบอัตราส่วนหรือรากสำหรับแฟกทอเรียลและเลขยกกำลัง k
สำหรับพหุนามเทย์เลอร์ ให้เขียนรายการ f(a), f′(a), f″(a), … หารอนุพันธ์อันดับ k ด้วย k! และหาขอบเขตความคลาดเคลื่อนด้วย M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

2โจทย์ฝึก

1.ลิมิตปานกลาง

จงหาลิมิต L = lim_x→∞ (√(x² − 2x) − x)

f(x) = √(x² − 2x) − xx → ∞

L =

2.ลิมิตยาก

จงหาลิมิต L = lim_x→0 (1 − cos 3x)/(4x²) เมื่อ x มีหน่วยเป็นเรเดียน

f(x) = (1 − cos 3x)/(4x²)x → 0

L =

3.อนุพันธ์ปานกลาง

ให้ f(x) = x·e^−x หา f′(1.5)

f(x) = x·e^−xx = 1.5

f′(1.5) =

4.อนุพันธ์ยาก

ให้ f(x) = x³ + 1.5x² + 3 หาพิกัด x x ของจุดสูงสุดสัมพัทธ์

f(x) = x³ + 1.5x² + 3

x =

5.การหาค่าเหมาะที่สุดปานกลาง

กระป๋องทรงกระบอกปิด (มีทั้งฝาบนและก้น) ต้องจุ 330 cm³ โลหะที่ใช้เป็นสัดส่วนกับพื้นที่ผิวทั้งหมด จงหาความสูง h ของกระป๋องที่ใช้วัสดุน้อยที่สุด

V = 330 cm³

h = cm

6.การหาค่าเหมาะที่สุดยาก

บริษัทขายสินค้า q หน่วยต่อสัปดาห์ ราคาที่ขายได้คือ p = 150 − 2q ยูโรต่อหน่วย และต้นทุนคือ C(q) = 1100 + 15q ยูโร จงหากำไรสูงสุดต่อสัปดาห์ P

p = 150 − 2qC = 1100 + 15q

P = €

7.อินทิกรัลปานกลาง

คำนวณ I = ∫₀³ e^2x dx

f(x) = e^2x[0, 3]

I =

8.อินทิกรัลยาก

หาพื้นที่ A ของบริเวณที่ล้อมรอบด้วย y = 0.5x² และ y = 4x

y = 0.5x²y = 4x

A =

9.สมการเชิงอนุพันธ์ปานกลาง

น้ำอัดลมหนึ่งกระป๋องอุณหภูมิ 5 °C ถูกนำออกจากตู้เย็นมาไว้ในห้องที่มีอุณหภูมิ 22 °C หลังผ่านไป 29 min อุณหภูมิเท่ากับ 15 °C เป็นไปตามกฎการเย็นตัวของนิวตัน dT/dt = −k·(T − Tₐ) หลังจากเริ่มต้นนานเท่าใด t จึงจะถึง 20 °C

T₀ = 5 °CT_a = 22 °CT(29) = 15 °CT = 20 °C

t = min

10.สมการเชิงอนุพันธ์ยาก

ถังบรรจุน้ำ 200 L ซึ่งมีเกลือละลายอยู่ 5 kg น้ำเกลือที่มีเกลือ 0.2 kg ต่อลิตรไหลเข้าด้วยอัตรา 20 L/min และสารละลายที่ผสมเข้ากันดีไหลออกด้วยอัตราเท่ากัน ต้องใช้เวลากี่นาที t ในถังจึงมีเกลือ 26 kg

V = 200 Lm₀ = 5 kgc = 0.2 kg/Lr = 20 L/min

t = min

11.ลำดับและอนุกรมปานกลาง

จงหาผลบวก S = Σ_k=1^∞ 12/(k(k + 1))

a_k = 12/(k(k + 1))

S =

12.ลำดับและอนุกรมยาก

f(x) = cos x ถูกประมาณด้วยพหุนามแมคคลอรินดีกรี 3 ที่ x = 0.8 ใช้ขอบเขตความคลาดเคลื่อนของลากรองจ์ M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)! โดย M = 1 เพื่อหาความคลาดเคลื่อนสูงสุดที่เป็นไปได้ |R₃|

f(x) = cos xn = 3x = 0.8M = 1

|R₃| =

3สารละลาย

1.ลิมิต

คำตอบ: L = −1

ลิมิต: ลองแทนค่าโดยตรงก่อน ถ้าได้ 0/0 ให้ทำให้เรียบง่ายก่อน: แยกตัวประกอบแล้วตัดตัวประกอบร่วม หรือคูณด้วยสังยุค เมื่อ x → ∞ ให้หารทั้งตัวเศษและตัวส่วนด้วยกำลังสูงสุดของ x กฎโลปีตาล: ถ้า f/g ให้ 0/0 หรือ ∞/∞ แล้ว lim f/g = lim f′/g′ โดยหาอนุพันธ์ของตัวเศษและตัวส่วนแยกกัน (ไม่ใช้กฎผลหาร)

คูณด้วยสังยุค

f(x) = −2x/(√(x² − 2x) + x)

หารด้วย x

f(x) = −2/(√(1 + (−2)/x) + 1)

ให้ x → ∞

L = −2/(1 + 1) = −1

คำตอบ

L = −1

2.ลิมิต

คำตอบ: L = 1.125

ใช้ครั้งแรก

3·sin 3x/(8x) → 0/0

ใช้ครั้งที่สอง

9·cos 3x/8

แทนค่า x = 0

L = 9/8 = 1.125

คำตอบ

L = 1.125

3.อนุพันธ์

คำตอบ: f′(1.5) = −0.1116

การหาอนุพันธ์: อนุพันธ์ f′(x) คือความชันของกราฟที่ x กฎกำลัง: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹ กฎผลคูณ: (uv)′ = u′v + uv′ กฎลูกโซ่: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x) ตรงที่ f′(x) = 0 กราฟมีเส้นสัมผัสในแนวนอน ซึ่งเป็นจุดสูงสุด จุดต่ำสุด หรือจุดโค้งเว้า

กฎผลคูณ

f′(x) = u′v + uv′ = e^−x·(1 + (−1)·x)

แทนค่า

f′(1.5) = 0.2231·(1 + (−1.5)) = −0.1116

คำตอบ

f′(1.5) = −0.1116

4.อนุพันธ์

คำตอบ: x = −1

อนุพันธ์

f′(x) = 3x² + 3x = 3·(x² + x)

แก้สมการ f′(x) = 0

x = −1 หรือ x = 0

อันไหนคืออันไหน

f″(x) = 6x + 3: เป็นลบที่จุดสูงสุด เป็นบวกที่จุดต่ำสุด

f″(−1) = −3, f″(0) = 3

x = −1

คำตอบ

x = −1

5.การหาค่าเหมาะที่สุด

คำตอบ: h = 7.49 cm

การหาค่าเหมาะที่สุด: เขียนปริมาณที่ต้องการทำให้เหมาะที่สุดเป็นฟังก์ชันของตัวแปรเดียว โดยใช้เงื่อนไขบังคับกำจัดตัวแปรอีกตัว ตั้งอนุพันธ์เท่ากับศูนย์แล้วแก้สมการ ตรวจสอบว่าจุดวิกฤตเป็นค่าสูงสุดหรือต่ำสุด (ด้วยอนุพันธ์อันดับสองหรือการเปลี่ยนเครื่องหมายของอนุพันธ์อันดับหนึ่ง) และอยู่ในช่วงที่เป็นไปได้ จุดปลายช่วง เช่น ความยาวด้านเป็นศูนย์ ไม่ใช่คำตอบ

พื้นที่เป็นฟังก์ชันของ r

h = 330/(πr²)

A(r) = 2πr² + 660/r

ให้อนุพันธ์เท่ากับศูนย์

A″(r) = 4π + 1320/r³ > 0 ดังนั้นนี่คือค่าต่ำสุด

4πr − 660/r² = 0 → r = ∛(330/(2π)) = 3.745 cm

ความสูงและพื้นที่

h = 330/(π·3.745²) = 2r = 7.49 cm

A = 2π·3.745² + 660/3.745 = 264.4 cm²

คำตอบ

h = 7.49 cm

กระป๋องปิดที่ประหยัดที่สุดมีความสูงเท่ากับความกว้าง: h = 2r

6.การหาค่าเหมาะที่สุด

คำตอบ: P = 1178 €

ฟังก์ชันกำไร

P(q) = (150 − 2q)·q − (1100 + 15q) = −2q² + 135q − 1100

ให้อนุพันธ์เท่ากับศูนย์

P″(q) = −4 < 0 ดังนั้นนี่คือค่าสูงสุด

q = 135/4 = 33.75

ราคาและกำไร

p = 150 − 2·33.75 = €82.5

P = 135·33.75 − 2·33.75² − 1100 = €1178

คำตอบ

P = €1178

7.อินทิกรัล

คำตอบ: I = 201.2

อินทิกรัลจำกัดเขต: ∫ₐᵇ f(x) dx คือพื้นที่แบบมีเครื่องหมายระหว่างกราฟกับแกน x จาก a ถึง b หาปฏิยานุพันธ์ F (โดย F′ = f) แล้วคำนวณ F(b) − F(a) กฎกำลัง: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) พื้นที่ระหว่างเส้นโค้งสองเส้นคือ ∫(บน − ล่าง) dx

ปฏิยานุพันธ์

F(x) = e^2x/2

คำนวณที่ค่าขอบเขต

I = (e⁶ − 1)/2 = (403.4 − 1)/2 = 201.2

คำตอบ

I = 201.2

8.อินทิกรัล

คำตอบ: A = 42.67

จุดตัด

0.5x² = 4x → x = 0, x = 8

อินทิเกรตบนลบล่าง

A = [2x² − 0.1667x³]₀⁸ = 42.67

คำตอบ

A = 42.67

9.สมการเชิงอนุพันธ์

คำตอบ: t = 69.94 min

สมการเชิงอนุพันธ์อันดับหนึ่ง: dy/dt = k·y มีคำตอบ y = y₀·e^kt (เติบโตเมื่อ k > 0 สลายตัวเมื่อ k < 0) ครึ่งชีวิต T ให้ k = ln 2/T กฎการเย็นตัวของนิวตัน dT/dt = −k·(T − Tₐ) ให้ T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e^−kt สมการเชิงเส้น y′ + p(x)·y = q(x) แก้ด้วยตัวคูณอินทิเกรต μ = e^{∫p dx}: (μy)′ = μq ดังนั้น μy = ∫μq dx + C

ค่าคงที่การเย็นตัว

k = ln(-17/-7)/29 = 0.0306 min⁻¹

เวลาที่ถึงเป้าหมาย

t = ln(-17/(−2))/0.0306 = 69.94 min

คำตอบ

t = 69.94 min

10.สมการเชิงอนุพันธ์

คำตอบ: t = 9.163 min

ผลลัพธ์

m(t) = 40 + (−35)·e^−t/10

แก้หา t

e^−t/10 = (40 − 26)/(40 − 5) = 0.4

t = 10·ln(2.5) = 9.163 min

คำตอบ

t = 9.163 min

11.ลำดับและอนุกรม

คำตอบ: S = 12

เศษส่วนย่อย

12/(k(k + 1)) = 12·(1/k − 1/(k + 1))

ยกเลิก

S = 12·1 = 12

คำตอบ

S = 12

12.ลำดับและอนุกรม

คำตอบ: |R₃| = 0.01707

พหุนามเทย์เลอร์: ใกล้ x = a ฟังก์ชันเรียบประมาณได้ด้วย Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; สำหรับ a = 0 นี่คือพหุนามแมคคลอริน อนุกรมมาตรฐาน: eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + x⁵/5! − …, cos x = 1 − x²/2! + x⁴/4! − …, ln(1 + x) = x − x²/2 + x³/3 − …, 1/(1 − x) = Σxᵏ ขอบเขตความคลาดเคลื่อนของลากรองจ์: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)! โดย M คือค่าที่มากที่สุดของ |f⁽ⁿ⁺¹⁾| ระหว่าง a และ x

ขอบเขตของอนุพันธ์

M = 1

ขอบเขตของลากรองจ์

|R₃| ≤ 1·0.8⁴/4! = 0.01707

คำตอบ

|R₃| = 0.01707

ความคลาดเคลื่อนจริงน้อยกว่า: |f(0.8) − P₃(0.8)| = 0.01671

ExamProblems · examproblems.com/courses/ap-calculus-practice