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

หาลิมิต L = lim_x→∞ (5x³ − 2x + 1)/(2x³ + 2x + 7)

f(x) = (5x³ − 2x + 1)/(2x³ + 2x + 7)x → ∞

L =

2.ลิมิตยาก

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

f(x) = (1 − cos 4x)/(3x²)x → 0

L =

3.อนุพันธ์ปานกลาง

ให้ f(x) = ln(2x² + 1) หา f′(−2)

f(x) = ln(2x² + 1)x = −2

f′(−2) =

4.อนุพันธ์ยาก

ให้ f(x) = x³ − 15x² + 63x − 3 หาพิกัด x x ของจุดสูงสุดสัมพัทธ์

f(x) = x³ − 15x² + 63x − 3

x =

5.การหาค่าเหมาะที่สุดปานกลาง

กระป๋องทรงกระบอกปิด (มีทั้งฝาบนและก้น) ต้องจุ 500 cm³ โลหะที่ใช้เป็นสัดส่วนกับพื้นที่ผิวทั้งหมด จงหาพื้นที่ผิวน้อยที่สุดที่เป็นไปได้ A

V = 500 cm³

A = cm²

6.การหาค่าเหมาะที่สุดยาก

ธุรกิจขนาดเล็กขายสินค้าในราคาตลาดคงที่ €75 ต่อหน่วย การผลิต q หน่วยมีต้นทุน C(q) = 2300 + 32q + 0.1q² ยูโร จงหากำไรสูงสุด P

p = €75C = 2300 + 32q + 0.1q²

P = €

7.อินทิกรัลปานกลาง

คำนวณ I = ∫₁³ 2/x dx

f(x) = 2/x[1, 3]

I =

8.อินทิกรัลยาก

หาพื้นที่ A ของบริเวณที่ล้อมรอบด้วย y = 0.5x² และ y = 3x

y = 0.5x²y = 3x

A =

9.สมการเชิงอนุพันธ์ปานกลาง

น้ำอัดลมหนึ่งกระป๋องอุณหภูมิ 4 °C ถูกนำออกจากตู้เย็นมาไว้ในห้องที่มีอุณหภูมิ 22 °C หลังผ่านไป 29 min อุณหภูมิเท่ากับ 14 °C เป็นไปตามกฎการเย็นตัวของนิวตัน dT/dt = −k·(T − Tₐ) หลังจากเริ่มต้นนานเท่าใด t จึงจะถึง 20 °C

T₀ = 4 °CT_a = 22 °CT(29) = 14 °CT = 20 °C

t = min

10.สมการเชิงอนุพันธ์ยาก

จงแก้ y″ + 4y′ + 29y = 0 โดย y(0) = 1 และ y′(0) = 0 (ปล่อยจากหยุดนิ่ง) จงหา y(1) มุมเป็นเรเดียน

y″ + 4y′ + 29y = 0y(0) = 1y′(0) = 0

y(1) =

11.ลำดับและอนุกรมปานกลาง

มีเพียงหนึ่งในสี่อนุกรมเท่านั้นที่ลู่ออก ให้คลิกอนุกรมนั้น

A: Σ 1/(2k + 3)B: Σ 1/(k(k + 3))C: Σ (−1)ᵏ/kD: Σ (3/4)ᵏ

1A: Σ 1/(2k + 3)
2B: Σ 1/(k(k + 3))
3C: Σ (−1)ᵏ/k
4D: Σ (3/4)ᵏ

12.ลำดับและอนุกรมยาก

ใช้พหุนามแมคคลอรินดีกรี 4 ของ f(x) = 1/(1 + x) เพื่อประมาณ f(0.5) ให้ P₄(0.5)

f(x) = 1/(1 + x)n = 4x = 0.5

P₄(0.5) =

3สารละลาย

1.ลิมิต

คำตอบ: L = 2.5

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)

หารด้วยกำลังสูงสุด

(5 + (−2)/x² + 1/x³)/(2 + 2/x² + 7/x³)

ให้ x → ∞

L = 5/2 = 2.5

คำตอบ

L = 2.5

เมื่อดีกรีเท่ากัน ลิมิตเท่ากับอัตราส่วนของสัมประสิทธิ์นำ

2.ลิมิต

คำตอบ: L = 2.667

ใช้ครั้งแรก

4·sin 4x/(6x) → 0/0

ใช้ครั้งที่สอง

16·cos 4x/6

แทนค่า x = 0

L = 16/6 = 2.667

คำตอบ

L = 2.667

3.อนุพันธ์

คำตอบ: f′(−2) = −0.8889

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

กฎลูกโซ่สำหรับลอการิทึม

f′(x) = 4x/(2x² + 1)

แทนค่า

f′(−2) = −8/9 = −0.8889

คำตอบ

f′(−2) = −0.8889

4.อนุพันธ์

คำตอบ: x = 3

อนุพันธ์

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

แก้สมการ f′(x) = 0

x = 3 หรือ x = 7

อันไหนคืออันไหน

f″(x) = 6x − 30: เป็นลบที่จุดสูงสุด เป็นบวกที่จุดต่ำสุด

f″(3) = −12, f″(7) = 12

x = 3

คำตอบ

x = 3

5.การหาค่าเหมาะที่สุด

คำตอบ: A = 348.7 cm²

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

พื้นที่เป็นฟังก์ชันของ r

h = 500/(πr²)

A(r) = 2πr² + 1000/r

ให้อนุพันธ์เท่ากับศูนย์

A″(r) = 4π + 2000/r³ > 0 ดังนั้นนี่คือค่าต่ำสุด

4πr − 1000/r² = 0 → r = ∛(500/(2π)) = 4.301 cm

ความสูงและพื้นที่

h = 500/(π·4.301²) = 2r = 8.603 cm

A = 2π·4.301² + 1000/4.301 = 348.7 cm²

คำตอบ

A = 348.7 cm²

กระป๋องปิดที่ประหยัดที่สุดมีความสูงเท่ากับความกว้าง: h = 2r

6.การหาค่าเหมาะที่สุด

คำตอบ: P = 2323 €

ฟังก์ชันกำไร

P(q) = 75q − (2300 + 32q + 0.1q²) = −0.1q² + 43q − 2300

ให้อนุพันธ์เท่ากับศูนย์

P″(q) = −0.2 < 0 ดังนั้นนี่คือค่าสูงสุด

43 − 0.2q = 0 → q = 215

กำไรสูงสุด

P = 43·215 − 0.1·215² − 2300 = €2323

คำตอบ

P = €2323

7.อินทิกรัล

คำตอบ: I = 2.197

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) = 2·ln x

คำนวณที่ค่าขอบเขต

I = 2·(ln 3 − ln 1) = 2·ln 3 = 2.197

คำตอบ

I = 2.197

8.อินทิกรัล

คำตอบ: A = 18

จุดตัด

0.5x² = 3x → x = 0, x = 6

อินทิเกรตบนลบล่าง

A = [1.5x² − 0.1667x³]₀⁶ = 18

คำตอบ

A = 18

9.สมการเชิงอนุพันธ์

คำตอบ: t = 78.58 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(-18/-8)/29 = 0.02796 min⁻¹

เวลาที่ถึงเป้าหมาย

t = ln(-18/(−2))/0.02796 = 78.58 min

คำตอบ

t = 78.58 min

10.สมการเชิงอนุพันธ์

คำตอบ: y(1) = −0.01352

สมการเชิงเส้นอันดับสอง: สำหรับ y″ + b·y′ + c·y = 0 ลองใช้ y = e^rt: ได้สมการลักษณะเฉพาะ r² + b·r + c = 0 รากจริงสองค่า r₁ ≠ r₂ ให้ y = A·e^r₁t + B·e^r₂t (หน่วงเกิน) รากซ้ำ r ให้ y = (A + Bt)·e^rt (หน่วงวิกฤต) รากเชิงซ้อน −α ± jω ให้ y = e^−αt(A cos ωt + B sin ωt) (หน่วงน้อย สั่น) ค่าเริ่มต้น y(0) และ y′(0) กำหนด A และ B เมื่อเขียนเป็น y″ + 2ζω_ny′ + ω_n²y = 0 โดย ω_n คือความถี่ธรรมชาติและ ζ คืออัตราส่วนการหน่วง: ζ < 1 จะสั่น เมื่อมีอินพุตคงที่ y″ + by′ + cy = c·K คำตอบคือค่าคงตัว K บวกการตอบสนองอิสระ

รากเชิงซ้อน

r = −2 ± 5j

ค่าคงที่

A = 1, B = 2·1/5 = 0.4

คำนวณค่า

y(1) = e⁻²(1·cos 5 + 0.4·sin 5) = −0.01352

คำตอบ

y(1) = −0.01352

11.ลำดับและอนุกรม

คำตอบ: A: Σ 1/(2k + 3)

ทดสอบแต่ละอนุกรม

A: Σ 1/(2k + 3) → มีพฤติกรรมเหมือน 1/(2k) สำหรับ k ขนาดใหญ่ เมื่อเปรียบเทียบกับอนุกรมฮาร์มอนิกจะลู่ออก

B: Σ 1/(k(k + 3)) → น้อยกว่า 1/k²: ลู่เข้าโดยการเปรียบเทียบ

C: Σ (−1)ᵏ/k → อนุกรมสลับ โดย 1/k ลดลงสู่ 0: ลู่เข้า (แบบมีเงื่อนไข)

D: Σ (3/4)ᵏ → อนุกรมเรขาคณิตที่ r = 3/4, |r| < 1: ลู่เข้า

คำตอบ

A: Σ 1/(2k + 3)

คำตอบ

A: Σ 1/(2k + 3)

12.ลำดับและอนุกรม

คำตอบ: P₄(0.5) = 0.6875

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

พหุนามแมคคลอริน

P₄(x) = 1 − x + x² − x³ + x⁴

แทนค่า

P₄(0.5) = 1 − 0.5 + 0.25 − 0.125 + 0.0625 = 0.6875

คำตอบ

P₄(0.5) = 0.6875

ค่าที่แท้จริงคือ f(0.5) = 0.666667; ความคลาดเคลื่อน −0.0208333 ลดลงเมื่อใช้พจน์มากขึ้นหรือจุดที่ใกล้ 0 มากขึ้น

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