Математичний аналіз 1: шпаргалка-підсумок

Аркуші з формулами, ключові кроки методів для кожної теми та 8 задач для практики, з повними розв’язками наприкінці.

Нові задачіНазад до курсу

У вікні друку виберіть «Зберегти як PDF», щоб зберегти копію на пристрої.

1Формули та методи

Границі

Пряма підстановка
спершу спробуйте x = a; 0/0 означає, що треба спростити
Розкладіть на множники й скоротіть
xⁿ − aⁿ = (x − a)(xⁿ⁻¹ + a·xⁿ⁻² + … + aⁿ⁻¹)
Спряжений вираз
(√x − √a)(√x + √a) = x − a
Границі на нескінченності
поділіть на найвищий степінь x; однакові степені дають відношення старших коефіцієнтів
Особлива границя
limx→∞ (1 + a/x)bx = eab
Правило Лопіталя
lim f/g = lim f′/g′ (0/0 or ∞/∞)

Похідні

Похідна степеня
(xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹
Правило добутку
(uv)′ = u′v + uv′
Похідна частки
(u/v)′ = (u′v − uv′)/v²
Ланцюгове правило
f(g(x))′ = f′(g(x))·g′(x)
Основні похідні
(eˣ)′ = eˣ, (ln x)′ = 1/x, (sin x)′ = cos x, (cos x)′ = −sin x

Метод

  1. Визначте структуру: сума, добуток, частка чи композиція.
  2. Застосуйте степеневе правило до кожного степеня x.
  3. За потреби використайте правило добутку, частки або ланцюгове правило.
  4. Спростіть і, якщо треба, обчисліть значення в точці.

Оптимізація

Метод
запишіть Q(x) через одну змінну, розв’яжіть Q′(x) = 0, перевірте Q″ або кінці проміжку
Максимум
Q′(x) = 0, Q″(x) < 0
Мінімум
Q′(x) = 0, Q″(x) > 0
Закритий циліндр
V = πr²h, A = 2πr² + 2πrh
Прибуток
P = R − C, R = p·q, maximum where MR = MC

Інтеграли

Похідна степеня
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Визначений інтеграл
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Основні інтеграли
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Площа між кривими
∫ab (f − g) dx

Метод

  1. Якщо можливо, перепишіть підінтегральну функцію як суму простих доданків.
  2. Застосуйте степеневе правило: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), і табличні інтеграли для ex, 1/x, sin і cos.
  3. Використовуйте підстановку, коли бачите функцію разом з її похідною.
  4. Для визначеного інтеграла обчисліть F(b) − F(a).

2Задачі для практики

1.ГраниціСередня
xyy = L

Знайдіть границю L = limx→∞ (√(9x2 − 2x) − 3x).

f(x) = √(9x2 − 2x) − 3xx → ∞
L =
2.ГраниціСкладна
xyx = 0

Знайдіть границю L = limx→0 ln(1 + 5x)/sin(3x), де x у радіанах.

f(x) = ln(1 + 5x)/sin(3x)x → 0
L =
3.ПохідніСередня
xyx = 1,5

Нехай f(x) = x3·e0,5x. Знайдіть f′(1,5).

f(x) = x3·e0,5xx = 1,5
f′(1.5) =
4.ПохідніСкладна
xy

Нехай f(x) = x3 − 3x2 − 9x + 2. Знайдіть x-координату x локального максимуму.

f(x) = x3 − 3x2 − 9x + 2
x =
5.ОптимізаціяСередня
бік до вулиці: €15/m€12/myyx

Прямокутну ділянку площею 400 m² огороджують з усіх чотирьох боків. Сторона вздовж вулиці довжиною x коштує €15 за метр; інші три сторони — €12 за метр. Знайдіть мінімальну загальну вартість C.

A = 400 m²€15/m€12/m
C = €
6.ОптимізаціяСкладна
qP(q)максимум

Невелика фірма продає свою продукцію за фіксованою ринковою ціною €70 за одиницю. Виробництво q одиниць коштує C(q) = 600 + 52q + 0,05q² євро. Знайдіть максимальний прибуток P.

p = €70C = 600 + 52q + 0,05q²
P = €
7.ІнтегралиСередня
xy02

Обчисліть I = ∫02 e−0,5x dx.

f(x) = e−0,5x[0, 2]
I =
8.ІнтегралиСкладна
xy1y = 3xy = 3x²

Область між прямою y = 3x і параболою y = 3x² обертається навколо осі x. Знайдіть об’єм V цього тіла.

y = 3xy = 3x²
V =

3Розчини

1.Границі

Відповідь: L = −0,3333

Границі: спершу спробуйте пряму підстановку. Якщо виходить 0/0, спочатку спростіть: розкладіть на множники й скоротіть спільний множник або помножте на спряжений вираз. При x → ∞ поділіть чисельник і знаменник на найвищий степінь x. Правило Лопіталя: якщо f/g дає 0/0 або ∞/∞, то lim f/g = lim f′/g′, причому чисельник і знаменник диференціюють окремо (а не за правилом частки).

Помножте на спряжений вираз

f(x) = −2x/(√(9x2 − 2x) + 3x)

Поділіть на x

f(x) = −2/(√(9 + (−2)/x) + 3)

Нехай x → ∞

L = −2/(3 + 3) = −0,3333

Відповідь

L = −0,3333
2.Границі

Відповідь: L = 1,667

Границі: спершу спробуйте пряму підстановку. Якщо виходить 0/0, спочатку спростіть: розкладіть на множники й скоротіть спільний множник або помножте на спряжений вираз. При x → ∞ поділіть чисельник і знаменник на найвищий степінь x. Правило Лопіталя: якщо f/g дає 0/0 або ∞/∞, то lim f/g = lim f′/g′, причому чисельник і знаменник диференціюють окремо (а не за правилом частки).

Правило Лопіталя

L = limx→0 [5/(1 + 5x)]/[3·cos 3x]

Підставте x = 0

L = 5/3 = 1,667

Відповідь

L = 1,667
3.Похідні

Відповідь: f′(1.5) = 17,86

Диференціювання: похідна f′(x) — це нахил графіка в точці x. Степеневе правило: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Правило добутку: (uv)′ = u′v + uv′. Ланцюгове правило: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Де f′(x) = 0, графік має горизонтальну дотичну: максимум, мінімум або сідлову точку.

Правило добутку

f′(x) = u′v + uv′ = e0,5x·(3x2 + 0,5·x3)

Підставте

f′(1,5) = 2,117·(6,75 + 1,688) = 17,86

Відповідь

f′(1,5) = 17,86
4.Похідні

Відповідь: x = −1

Диференціювання: похідна f′(x) — це нахил графіка в точці x. Степеневе правило: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Правило добутку: (uv)′ = u′v + uv′. Ланцюгове правило: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Де f′(x) = 0, графік має горизонтальну дотичну: максимум, мінімум або сідлову точку.

Похідна

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

Розв'яжіть f′(x) = 0

x = −1 або x = 3

Що є що

f″(x) = 6x − 6: від'ємна в максимумі, додатна в мінімумі.

f″(−1) = −12, f″(3) = 12
x = −1

Відповідь

x = −1
5.Оптимізація

Відповідь: C = 1018 €

Оптимізація: запишіть величину, яку треба оптимізувати, як функцію однієї змінної, виключивши іншу за допомогою обмеження. Прирівняйте похідну до нуля й розв’яжіть. Перевірте, що критична точка — максимум або мінімум (друга похідна або зміна знака першої похідної) і що вона лежить у допустимому проміжку; кінцева точка, як-от нульова довжина сторони, не є відповіддю.

Вартість як функція x

C(x) = 27x + 9600/x

Прирівняйте похідну до нуля

C″(x) = 19200/x³ > 0, тож це мінімум.

x = √(9600/27) = 18,86 m
y = 400/18,86 = 21,21 m

Мінімальна вартість

C = 27·18,86 + 9600/18,86 = €1018

Відповідь

C = €1018
6.Оптимізація

Відповідь: P = 1020 €

Оптимізація: запишіть величину, яку треба оптимізувати, як функцію однієї змінної, виключивши іншу за допомогою обмеження. Прирівняйте похідну до нуля й розв’яжіть. Перевірте, що критична точка — максимум або мінімум (друга похідна або зміна знака першої похідної) і що вона лежить у допустимому проміжку; кінцева точка, як-от нульова довжина сторони, не є відповіддю.

Функція прибутку

P(q) = 70q − (600 + 52q + 0,05q²) = −0,05q2 + 18q − 600

Прирівняйте похідну до нуля

P″(q) = −0,1 < 0, тож це максимум.

18 − 0,1q = 0 → q = 180

Максимальний прибуток

P = 18·180 − 0,05·180² − 600 = €1020

Відповідь

P = €1020
7.Інтеграли

Відповідь: I = 1,264

Визначені інтеграли: ∫ₐᵇ f(x) dx — це площа зі знаком між графіком і віссю x від a до b. Знайдіть первісну F (F′ = f) і обчисліть F(b) − F(a). Степеневе правило: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Площа між двома кривими — це ∫(верхня − нижня) dx.

Первісна

F(x) = e−0,5x/(−0,5)

Підставте межі

I = (e−1 − 1)/(−0,5) = (0,3679 − 1)/(−0,5) = 1,264

Відповідь

I = 1,264
8.Інтеграли

Відповідь: V = 3,77

Об’єми тіл обертання: обертання області під y = f(x) від x = a до x = b навколо осі x дає тіло, поперечний переріз якого в точці x — круг радіуса f(x). Сума кругів дає V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Якщо область лежить між зовнішньою кривою R(x) і внутрішньою r(x), кожен зріз — шайба: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Радіуси підносьте до квадрата до віднімання.

Точки перетину

3x = 3x² → x = 0, x = 1

Метод шайб

V = π∫₀1 ((3x)² − (3x²)²) dx

Інтегруйте

V = π(9·1³/3 − 9·1⁵/5) = π·1,2 = 3,77

Відповідь

V = 3,77

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-1