แคลคูลัส 1: ชุดสรุปเร่งรัด

สรุปสูตร ขั้นตอนวิธีทำที่สำคัญของทุกหัวข้อ และโจทย์ฝึก 8 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)

2โจทย์ฝึก

1.ลิมิตปานกลาง

จงหาลิมิต L = lim_x→∞ (√(x² + 9x) − x)

f(x) = √(x² + 9x) − xx → ∞

L =

2.ลิมิตยาก

จงหาลิมิต L = lim_x→0 (e^x − 1 − x)/x²

f(x) = (e^x − 1 − x)/x²x → 0

L =

3.อนุพันธ์ปานกลาง

ให้ f(x) = x·sin(x) โดย x เป็นเรเดียน หา f′(1)

f(x) = x·sin(x)x = 1 rad

f′(1) =

4.อนุพันธ์ยาก

ให้ f(x) = x³ − 3x² − 9x หาพิกัด x x ของจุดสูงสุดสัมพัทธ์

f(x) = x³ − 3x² − 9x

x =

5.การหาค่าเหมาะที่สุดปานกลาง

ที่ดินรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าพื้นที่ 800 m² ล้อมรั้วทั้งสี่ด้าน ด้านที่ติดถนนยาว x มีราคาเมตรละ €20 ส่วนอีกสามด้านมีราคาเมตรละ €10 จงหาต้นทุนรวมต่ำสุด C

A = 800 m²€20/m€10/m

C = €

6.การหาค่าเหมาะที่สุดยาก

ธุรกิจขนาดเล็กขายสินค้าในราคาตลาดคงที่ €25 ต่อหน่วย การผลิต q หน่วยมีต้นทุน C(q) = 100 + 12q + 0.1q² ยูโร จงหากำไรสูงสุด P

p = €25C = 100 + 12q + 0.1q²

P = €

7.อินทิกรัลปานกลาง

บริเวณใต้ y = 0.5x จาก x = 0 ถึง x = 3 ถูกหมุนรอบแกน x จงหาปริมาตร V ของของแข็ง (กรวย)

y = 0.5x0 ≤ x ≤ 3

V =

8.อินทิกรัลยาก

จงหาค่าของ I = ∫₀³ x²·eˣ dx

∫₀³ x²eˣ dx

I =

3สารละลาย

1.ลิมิต

คำตอบ: L = 4.5

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)

คูณด้วยสังยุค

f(x) = 9x/(√(x² + 9x) + x)

หารด้วย x

f(x) = 9/(√(1 + 9/x) + 1)

ให้ x → ∞

L = 9/(1 + 1) = 4.5

คำตอบ

L = 4.5

2.ลิมิต

คำตอบ: L = 0.5

ใช้ครั้งแรก

(1·e^x − 1)/(2x) → 0/0

ใช้ครั้งที่สอง

1·e^x/2

แทนค่า x = 0

L = 1·1/2 = 0.5

คำตอบ

L = 0.5

3.อนุพันธ์

คำตอบ: f′(1) = 1.382

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

กฎผลคูณและกฎลูกโซ่

f′(x) = sin(x) + x·cos(x)

แทนค่า

f′(1) = 0.8415 + 1·0.5403 = 1.382

คำตอบ

f′(1) = 1.382

4.อนุพันธ์

คำตอบ: x = −1

อนุพันธ์

f′(x) = 3x² − 6x − 9 = 3·(x² − 2x − 3)

แก้สมการ f′(x) = 0

x = −1 หรือ x = 3

อันไหนคืออันไหน

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

f″(−1) = −12, f″(3) = 12

x = −1

คำตอบ

x = −1

5.การหาค่าเหมาะที่สุด

คำตอบ: C = 1386 €

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

ต้นทุนเป็นฟังก์ชันของ x

C(x) = 30x + 16000/x

ให้อนุพันธ์เท่ากับศูนย์

C″(x) = 32000/x³ > 0 ดังนั้นนี่คือค่าต่ำสุด

x = √(16000/30) = 23.09 m

y = 800/23.09 = 34.64 m

ต้นทุนต่ำสุด

C = 30·23.09 + 16000/23.09 = €1386

คำตอบ

C = €1386

6.การหาค่าเหมาะที่สุด

คำตอบ: P = 322.5 €

ฟังก์ชันกำไร

P(q) = 25q − (100 + 12q + 0.1q²) = −0.1q² + 13q − 100

ให้อนุพันธ์เท่ากับศูนย์

P″(q) = −0.2 < 0 ดังนั้นนี่คือค่าสูงสุด

13 − 0.2q = 0 → q = 65

กำไรสูงสุด

P = 13·65 − 0.1·65² − 100 = €322.5

คำตอบ

P = €322.5

7.อินทิกรัล

คำตอบ: V = 7.069

ปริมาตรของแข็งที่เกิดจากการหมุน: การหมุนบริเวณใต้ y = f(x) จาก x = a ถึง x = b รอบแกน x ได้ของแข็งที่หน้าตัดที่ x เป็นจานรัศมี f(x) การรวมจานเหล่านั้นให้ V = π∫ₐᵇ f(x)² dx เมื่อบริเวณอยู่ระหว่างเส้นโค้งนอก R(x) และเส้นโค้งใน r(x) แต่ละชิ้นเป็นวงแหวน: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx ยกกำลังสองรัศมีก่อนลบกัน

วิธีจาน

V = π∫₀³ 0.25x² dx

อินทิเกรต

V = π·0.25·3³/3 = 7.069

คำตอบ

V = 7.069

ตรวจสอบ: กรวยรัศมี 1.5 และสูง 3 มี (1/3)πr²h = 7.069

8.อินทิกรัล

คำตอบ: I = 98.43

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

20.09·(5) − 1·2 = 98.43

คำตอบ

I = 98.43

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-1