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 + 4x) − x)

f(x) = √(x² + 4x) − xx → ∞

L =

2.ลิมิตยาก

จงหาลิมิต L = lim_x→0 (1 − cos 5x)/(2x²) เมื่อ x มีหน่วยเป็นเรเดียน

f(x) = (1 − cos 5x)/(2x²)x → 0

L =

3.อนุพันธ์ปานกลาง

ให้ f(x) = (−2x − 1)⁵ หา f′(−1)

f(x) = (−2x − 1)⁵x = −1

f′(−1) =

4.อนุพันธ์ยาก

เส้นสัมผัสของ f(x) = 2x² − x − 2 ที่ x = 2 ตัดแกน y ที่ y = b หา b

f(x) = 2x² − x − 2x = 2

b =

5.การหาค่าเหมาะที่สุดปานกลาง

กระป๋องทรงกระบอกปิด (มีทั้งฝาบนและก้น) ต้องจุ 750 cm³ โลหะที่ใช้เป็นสัดส่วนกับพื้นที่ผิวทั้งหมด จงหารัศมี r ที่ใช้วัสดุน้อยที่สุด

V = 750 cm³

r = cm

6.การหาค่าเหมาะที่สุดยาก

บริษัทขายสินค้า q หน่วยต่อสัปดาห์ ราคาที่ขายได้คือ p = 190 − 0.1q ยูโรต่อหน่วย และต้นทุนคือ C(q) = 1500 + 135q ยูโร จงหาราคา p ที่ทำให้กำไรสูงสุด

p = 190 − 0.1qC = 1500 + 135q

p = €

7.อินทิกรัลปานกลาง

คำนวณ I = ∫₀¹ 2x·(x² + 1)³ dx

f(x) = 2x·(x² + 1)³[0, 1]

I =

8.อินทิกรัลยาก

จงหาค่าของ I = ∫₀¹ x²·eˣ dx

∫₀¹ x²eˣ dx

I =

9.สมการเชิงอนุพันธ์ปานกลาง

น้ำอัดลมหนึ่งกระป๋องอุณหภูมิ 3 °C ถูกนำออกจากตู้เย็นมาไว้ในห้องที่มีอุณหภูมิ 25 °C เป็นไปตามกฎการเย็นตัวของนิวตัน dT/dt = −k·(T − Tₐ) เมื่อ k = 0.06 min⁻¹ จงหาอุณหภูมิ T หลังผ่านไป 19 min

T₀ = 3 °CT_a = 25 °Ck = 0.06 min⁻¹t = 19 min

T = °C

10.สมการเชิงอนุพันธ์ยาก

จงแก้ y′ + 2y = 5e^−3t โดย y(0) = 2 จงหา y(1)

y′ + 2y = 5e^−3ty(0) = 2

y(1) =

11.ลำดับและอนุกรมปานกลาง

ใช้การทดสอบอัตราส่วนกับ Σ_k=1^∞ k³·2ᵏ/3ᵏ จงหา L = lim |a_k+1/a_k|

a_k = k³·2ᵏ/3ᵏ

L =

12.ลำดับและอนุกรมยาก

ใช้พหุนามแมคคลอรินดีกรี 3 ของ f(x) = sin(2x) เพื่อประมาณ f(0.8) ให้ P₃(0.8)

f(x) = sin(2x)n = 3x = 0.8

P₃(0.8) =

3สารละลาย

1.ลิมิต

คำตอบ: L = 2

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) = 4x/(√(x² + 4x) + x)

หารด้วย x

f(x) = 4/(√(1 + 4/x) + 1)

ให้ x → ∞

L = 4/(1 + 1) = 2

คำตอบ

L = 2

2.ลิมิต

คำตอบ: L = 6.25

ใช้ครั้งแรก

5·sin 5x/(4x) → 0/0

ใช้ครั้งที่สอง

25·cos 5x/4

แทนค่า x = 0

L = 25/4 = 6.25

คำตอบ

L = 6.25

3.อนุพันธ์

คำตอบ: f′(−1) = −10

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

กฎลูกโซ่

f′(x) = 5·(−2x − 1)⁴·(−2)

แทนค่า

f′(−1) = 5·1⁴·(−2) = −10

คำตอบ

f′(−1) = −10

4.อนุพันธ์

คำตอบ: b = −10

จุดและความชัน

f(2) = 4

f′(x) = 4x − 1 → f′(2) = 7

เส้นสัมผัสที่ x = 0

b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 4 − 7·2 = −10

คำตอบ

b = −10

5.การหาค่าเหมาะที่สุด

คำตอบ: r = 4.924 cm

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

พื้นที่เป็นฟังก์ชันของ r

h = 750/(πr²)

A(r) = 2πr² + 1500/r

ให้อนุพันธ์เท่ากับศูนย์

A″(r) = 4π + 3000/r³ > 0 ดังนั้นนี่คือค่าต่ำสุด

4πr − 1500/r² = 0 → r = ∛(750/(2π)) = 4.924 cm

ความสูงและพื้นที่

h = 750/(π·4.924²) = 2r = 9.847 cm

A = 2π·4.924² + 1500/4.924 = 457 cm²

คำตอบ

r = 4.924 cm

กระป๋องปิดที่ประหยัดที่สุดมีความสูงเท่ากับความกว้าง: h = 2r

6.การหาค่าเหมาะที่สุด

คำตอบ: p = 162.5 €

ฟังก์ชันกำไร

P(q) = (190 − 0.1q)·q − (1500 + 135q) = −0.1q² + 55q − 1500

ให้อนุพันธ์เท่ากับศูนย์

P″(q) = −0.2 < 0 ดังนั้นนี่คือค่าสูงสุด

q = 55/0.2 = 275

ราคาและกำไร

p = 190 − 0.1·275 = €162.5

P = 55·275 − 0.1·275² − 1500 = €6063

คำตอบ

p = €162.5

7.อินทิกรัล

คำตอบ: I = 3.75

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

การแทนค่า

u = x² + 1, du = 2x dx

I = ∫₁² u³ du

อินทิเกรตและคำนวณค่า

I = [u⁴/4]₁² = (16 − 1)/4 = 3.75

คำตอบ

I = 3.75

8.อินทิกรัล

คำตอบ: I = 0.7183

การอินทิเกรตทีละส่วน: ∫u·dv = u·v − ∫v·du มาจากกฎผลคูณ เลือก u เป็นตัวประกอบที่ง่ายขึ้นเมื่อหาอนุพันธ์ (กำลังของ x หรือ ln x) และ dv เป็นตัวประกอบที่อินทิเกรตได้ (eˣ, sin x, cos x หรือ x เมื่อ u = ln x) สำหรับอินทิกรัลจำกัดเขต ให้คำนวณ u·v ที่ทั้งสองขอบเขต: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du ตัวประกอบ x² ต้องทำสองรอบ

รอบแรก

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

รอบที่สอง

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ

∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

ลิมิต

2.718·(1) − 1·2 = 0.7183

คำตอบ

I = 0.7183

9.สมการเชิงอนุพันธ์

คำตอบ: T = 17.96 °C

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

คำตอบของกฎการเย็นตัว

T(t) = 25 + (−22)·e^−0.06t

แทนค่า t

T(19) = 25 + (−22)·0.3198 = 17.96 °C

คำตอบ

T = 17.96 °C

10.สมการเชิงอนุพันธ์

คำตอบ: y(1) = 0.6984

ตัวประกอบอินทิเกรต

μ = e^2t

(e^2ty)′ = 5e^−t

คำตอบทั่วไป

y = 5/(−1)·e^−3t + C·e^−2t = −5·e^−3t + C·e^−2t

เงื่อนไขเริ่มต้น

2 = −5 + C → C = 7

คำนวณค่า

y(1) = −5·0.04979 + 7·0.1353 = 0.6984

คำตอบ

y(1) = 0.6984

11.ลำดับและอนุกรม

คำตอบ: L = 0.6667

อัตราส่วนของพจน์ที่ต่อเนื่องกัน

|a_k+1/a_k| = ((k + 1)/k)³·2/3 → 2/3

สรุป

L = 0.6667 < 1

คำตอบ

L = 0.6667

L < 1 ดังนั้นอนุกรมลู่เข้า

12.ลำดับและอนุกรม

คำตอบ: P₃(0.8) = 0.9173

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

P₃(x) = 2x − 1.333x³

แทนค่า

P₃(0.8) = 1.6 − 0.682667 = 0.9173

คำตอบ

P₃(0.8) = 0.9173

ค่าที่แท้จริงคือ f(0.8) = 0.999574; ความคลาดเคลื่อน 0.0822403 ลดลงเมื่อใช้พจน์มากขึ้นหรือจุดที่ใกล้ 0 มากขึ้น

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