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→∞ (√(4x2 + 10x) − 2x).

f(x) = √(4x2 + 10x) − 2xx → ∞
L =
2.ГраниціСкладна
xyx = 0

Знайдіть границю L = limx→0 (1 − cos 4x)/(2x²), де x у радіанах.

f(x) = (1 − cos 4x)/(2x²)x → 0
L =
3.ПохідніСередня
xyx = 2

Нехай f(x) = ln(3x2 + 2). Знайдіть f′(2).

f(x) = ln(3x2 + 2)x = 2
f′(2) =
4.ПохідніСкладна
xy

Нехай f(x) = x3 + 6x2 + 9x. Знайдіть x-координату x локального максимуму.

f(x) = x3 + 6x2 + 9x
x =
5.ОптимізаціяСередня
бік до вулиці: €15/m€12/myyx

Прямокутну ділянку площею 600 m² огороджують з усіх чотирьох боків. Сторона вздовж вулиці довжиною x коштує €15 за метр; інші три сторони — €12 за метр. Знайдіть довжину x сторони вздовж вулиці, за якої вартість мінімальна.

A = 600 m²€15/m€12/m
x = m
6.ОптимізаціяСкладна
p (€)R(p)15зараз

Театр продає 675 квитків на виставу по €15. Маркетингове дослідження показує, що кожне підвищення ціни квитка на €1 означає на 25 проданих квитків менше (а кожне зниження на €1 — на 25 більше). Знайдіть максимальну виручку R за виставу.

675 × €1525 / €1
R = €
7.ІнтегралиСередня
xy4y = √(2x)

Область під y = √(2x) від x = 0 до x = 4 обертається навколо осі x. Знайдіть об’єм V цього тіла (параболоїда).

y = √(2x)0 ≤ x ≤ 4
V =
8.ІнтегралиСкладна
xy1,5y = 3xy = 2x²

Область між прямою y = 3x і параболою y = 2x² обертається навколо осі x. Знайдіть об’єм V цього тіла.

y = 3xy = 2x²
V =

3Розчини

1.Границі

Відповідь: L = 2,5

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) = 10x/(√(4x2 + 10x) + 2x)

Поділіть на x

f(x) = 10/(√(4 + 10/x) + 2)

Нехай x → ∞

L = 10/(2 + 2) = 2,5

Відповідь

L = 2,5
2.Границі

Відповідь: L = 4

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).

Перше застосування

4·sin 4x/(4x) → 0/0

Друге застосування

16·cos 4x/4

Підставте x = 0

L = 16/4 = 4

Відповідь

L = 4
3.Похідні

Відповідь: f′(2) = 0,8571

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.

Ланцюгове правило для логарифма

f′(x) = 6x/(3x2 + 2)

Підставте

f′(2) = 12/14 = 0,8571

Відповідь

f′(2) = 0,8571
4.Похідні

Відповідь: x = −3

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 + 12x + 9 = 3·(x2 + 4x + 3)

Розв'яжіть f′(x) = 0

x = −3 або x = −1

Що є що

f″(x) = 6x + 12: від'ємна в максимумі, додатна в мінімумі.

f″(−3) = −6, f″(−1) = 6
x = −3

Відповідь

x = −3
5.Оптимізація

Відповідь: x = 23,09 m

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 + 14400/x

Прирівняйте похідну до нуля

C″(x) = 28800/x³ > 0, тож це мінімум.

x = √(14400/27) = 23,09 m
y = 600/23,09 = 25,98 m

Мінімальна вартість

C = 27·23,09 + 14400/23,09 = €1247

Відповідь

x = 23,09 m
6.Оптимізація

Відповідь: R = 11025 €

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.

Виручка як функція ціни

n(p) = 1050 − 25p
R(p) = 1050p − 25p²

Прирівняйте похідну до нуля

R″(p) = −50 < 0, тож це максимум.

p = 1050/50 = €21

Максимальна виручка

n = 1050 − 25·21 = 525
R = 21·525 = €11025

Відповідь

R = €11025
7.Інтеграли

Відповідь: V = 50,27

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.

Метод дисків

V = π∫₀4 2x dx

Інтегруйте

V = π·2·4²/2 = 50,27

Відповідь

V = 50,27
8.Інтеграли

Відповідь: V = 12,72

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 = 2x² → x = 0, x = 1,5

Метод шайб

V = π∫₀1,5 ((3x)² − (2x²)²) dx

Інтегруйте

V = π(9·1,5³/3 − 4·1,5⁵/5) = π·4,05 = 12,72

Відповідь

V = 12,72

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-1