Trong cửa sổ in, hãy chọn “Lưu dưới dạng PDF” để giữ một bản trên thiết bị của bạn.
1Công thức và phương pháp
Giới hạn
Thay trực tiếp
thử x = a trước; 0/0 nghĩa là cần rút gọn
Phân tích thành nhân tử và giản ước
xⁿ − aⁿ = (x − a)(xⁿ⁻¹ + a·xⁿ⁻² + … + aⁿ⁻¹)
Biểu thức liên hợp
(√x − √a)(√x + √a) = x − a
Giới hạn tại vô cực
chia cho lũy thừa cao nhất của x; bậc bằng nhau cho tỉ số các hệ số cao nhất
Giới hạn đặc biệt
limx→∞ (1 + a/x)bx = eab
Quy tắc L'Hôpital
lim f/g = lim f′/g′ (0/0 or ∞/∞)
Đạo hàm
Quy tắc lũy thừa
(xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹
Quy tắc tích
(uv)′ = u′v + uv′
Quy tắc thương
(u/v)′ = (u′v − uv′)/v²
Quy tắc dây chuyền
f(g(x))′ = f′(g(x))·g′(x)
Các đạo hàm thường gặp
(eˣ)′ = eˣ, (ln x)′ = 1/x, (sin x)′ = cos x, (cos x)′ = −sin x
Phương pháp
Xác định cấu trúc: tổng, tích, thương hay hàm hợp.
Áp dụng quy tắc lũy thừa cho từng lũy thừa của x.
Dùng quy tắc tích, thương hoặc dây chuyền khi cần.
Rút gọn, và tính giá trị tại điểm nếu được yêu cầu.
Tối ưu hóa
Phương pháp
viết Q(x) theo một biến, giải Q′(x) = 0, kiểm tra Q″ hoặc các điểm biên
Cực đại
Q′(x) = 0, Q″(x) < 0
Cực tiểu
Q′(x) = 0, Q″(x) > 0
Hình trụ kín
V = πr²h, A = 2πr² + 2πrh
Lợi nhuận
P = R − C, R = p·q, maximum where MR = MC
Tích phân
Quy tắc lũy thừa
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Tích phân xác định
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Các tích phân thường gặp
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Diện tích giữa các đường cong
∫ab (f − g) dx
Phương pháp
Viết lại hàm dưới dấu tích phân thành tổng các số hạng đơn giản nếu có thể.
Áp dụng quy tắc lũy thừa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), và các tích phân chuẩn cho ex, 1/x, sin và cos.
Dùng phép đổi biến khi bạn thấy một hàm và đạo hàm của nó đi cùng nhau.
Với tích phân xác định, tính F(b) − F(a).
Phương trình vi phân
Tăng trưởng/suy giảm theo hàm mũ
dy/dt = ky → y = y0ekt
Chu kỳ bán rã
k = ln 2 / t½
Định luật làm nguội Newton
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Thừa số tích phân
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Bể trộn
dm/dt = r·c − (r/V)·m
Dãy số & chuỗi
Cấp số cộng
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
Cấp số nhân
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
Chuỗi nhân vô hạn
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
Chuỗi p
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
Tiêu chuẩn tỉ số
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
Bán kính hội tụ
R = lim |ck/ck+1|
Đa thức Taylor
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
Chuỗi Maclaurin
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
Chặn sai số Lagrange
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!
Phương pháp
Hãy nhận ra loại: cấp số cộng (hiệu không đổi), cấp số nhân (tỉ số không đổi), một chuỗi chuẩn, một chuỗi lũy thừa hay một đa thức Taylor.
Với tổng hãy dùng Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r), hoặc S = a₁/(1 − r) khi |r| < 1, với a₁ là số hạng đầu của tổng.
Với sự hội tụ: trước hết là tiêu chuẩn số hạng thứ n, rồi so sánh với Σ1/kᵖ hoặc một chuỗi nhân, và dùng tiêu chuẩn tỉ số hoặc căn cho giai thừa và lũy thừa bậc k.
Với đa thức Taylor hãy liệt kê f(a), f′(a), f″(a), …, chia đạo hàm bậc k cho k!, và chặn sai số bằng M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!.
2Bài tập
1.Giới hạnTrung bình
Tìm giới hạn L = limx→∞ (5x2 + 3x + 1)/(4x2 + 4x + 9).
f(x) = (5x2 + 3x + 1)/(4x2 + 4x + 9)x → ∞
L =
2.Giới hạnKhó
Tìm giới hạn L = limx→0 ln(1 + 5x)/sin(2x), với x tính bằng radian.
f(x) = ln(1 + 5x)/sin(2x)x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
Cho f(x) = (−2x + 5)5. Tìm f′(0).
f(x) = (−2x + 5)5x = 0
f′(0) =
4.Đạo hàmKhó
Tiếp tuyến của f(x) = 2x2 − 2x − 3 tại x = 3 cắt trục y tại y = b. Tìm b.
f(x) = 2x2 − 2x − 3x = 3
b =
5.Tối ưu hóaTrung bình
Một hộp trụ kín (có nắp trên và đáy) phải chứa được 500 cm³. Lượng kim loại dùng tỉ lệ với tổng diện tích bề mặt. Tìm chiều cao h của hộp để dùng ít vật liệu nhất.
V = 500 cm³
h = cm
6.Tối ưu hóaKhó
Một nhà hát bán 550 vé mỗi suất diễn với giá €12 mỗi vé. Nghiên cứu thị trường cho thấy cứ tăng giá vé €1 thì bán được ít hơn 25 vé (và cứ giảm €1 thì bán thêm 25 vé). Tìm doanh thu lớn nhất R mỗi suất diễn.
550 × €1225 / €1
R = €
7.Tích phânTrung bình
Tính I = ∫02 2x·(x² + 1)3 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)3[0, 2]
I =
8.Tích phânKhó
Miền giữa đường thẳng y = 4x và parabol y = 3x² được quay quanh trục x. Tìm thể tích V của vật thể.
y = 4xy = 3x²
V =
9.Phương trình vi phânTrung bình
Giải y″ + 7y′ + 10y = 0 với y(0) = 3 và y′(0) = 1. Tìm y(0,5).
Hãy nhận ra chuỗi và tìm tổng của nó: S = Σk=0∞ (−1)ᵏ·0,82k/(2k)!.
ak = (−1)ᵏ·0,82k/(2k)!
S =
3Dung dịch
1.Giới hạn
Đáp số: L = 1,25
Giới hạn: trước hết thử thay trực tiếp. Nếu cho 0/0, hãy rút gọn trước: phân tích thành nhân tử và giản ước thừa số chung, hoặc nhân với biểu thức liên hợp. Khi x → ∞, chia tử số và mẫu số cho lũy thừa cao nhất của x. Quy tắc L'Hôpital: nếu f/g cho 0/0 hoặc ∞/∞, thì lim f/g = lim f′/g′, lấy đạo hàm tử số và mẫu số riêng rẽ (không dùng quy tắc thương).
Chia cho lũy thừa bậc cao nhất
(5 + 3/x + 1/x2)/(4 + 4/x + 9/x2)
Cho x → ∞
L = 5/4 = 1,25
Đáp số
L = 1,25
Khi bậc bằng nhau, giới hạn bằng tỉ số của các hệ số cao nhất.
2.Giới hạn
Đáp số: L = 2,5
Giới hạn: trước hết thử thay trực tiếp. Nếu cho 0/0, hãy rút gọn trước: phân tích thành nhân tử và giản ước thừa số chung, hoặc nhân với biểu thức liên hợp. Khi x → ∞, chia tử số và mẫu số cho lũy thừa cao nhất của x. Quy tắc L'Hôpital: nếu f/g cho 0/0 hoặc ∞/∞, thì lim f/g = lim f′/g′, lấy đạo hàm tử số và mẫu số riêng rẽ (không dùng quy tắc thương).
Quy tắc L'Hôpital
L = limx→0 [5/(1 + 5x)]/[2·cos 2x]
Thay x = 0
L = 5/2 = 2,5
Đáp số
L = 2,5
3.Đạo hàm
Đáp số: f′(0) = −6250
Đạo hàm: đạo hàm f′(x) là hệ số góc của đồ thị tại x. Quy tắc lũy thừa: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Quy tắc tích: (uv)′ = u′v + uv′. Quy tắc dây chuyền: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Tại nơi f′(x) = 0, đồ thị có tiếp tuyến nằm ngang: cực đại, cực tiểu hoặc điểm yên ngựa.
Quy tắc dây chuyền
f′(x) = 5·(−2x + 5)4·(−2)
Thay giá trị
f′(0) = 5·54·(−2) = −6250
Đáp số
f′(0) = −6250
4.Đạo hàm
Đáp số: b = −21
Đạo hàm: đạo hàm f′(x) là hệ số góc của đồ thị tại x. Quy tắc lũy thừa: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Quy tắc tích: (uv)′ = u′v + uv′. Quy tắc dây chuyền: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Tại nơi f′(x) = 0, đồ thị có tiếp tuyến nằm ngang: cực đại, cực tiểu hoặc điểm yên ngựa.
Điểm và hệ số góc
f(3) = 9
f′(x) = 4x − 2 → f′(3) = 10
Tiếp tuyến tại x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 9 − 10·3 = −21
Đáp số
b = −21
5.Tối ưu hóa
Đáp số: h = 8,603 cm
Tối ưu hóa: viết đại lượng cần tối ưu thành hàm của một biến, dùng điều kiện ràng buộc để khử biến còn lại. Cho đạo hàm bằng 0 và giải. Kiểm tra điểm tới hạn là cực đại hay cực tiểu (dùng đạo hàm cấp hai hoặc sự đổi dấu của đạo hàm cấp một) và nằm trong khoảng cho phép; một đầu mút như cạnh có độ dài bằng 0 không phải là đáp án.
Diện tích theo r
h = 500/(πr²)
A(r) = 2πr² + 1000/r
Cho đạo hàm bằng không
A″(r) = 4π + 2000/r³ > 0, nên đây là cực tiểu.
4πr − 1000/r² = 0 → r = ∛(500/(2π)) = 4,301 cm
Chiều cao và diện tích
h = 500/(π·4,301²) = 2r = 8,603 cm
A = 2π·4,301² + 1000/4,301 = 348,7 cm²
Đáp số
h = 8,603 cm
Hộp kín rẻ nhất có chiều cao bằng đường kính: h = 2r.
6.Tối ưu hóa
Đáp số: R = 7225 €
Tối ưu hóa: viết đại lượng cần tối ưu thành hàm của một biến, dùng điều kiện ràng buộc để khử biến còn lại. Cho đạo hàm bằng 0 và giải. Kiểm tra điểm tới hạn là cực đại hay cực tiểu (dùng đạo hàm cấp hai hoặc sự đổi dấu của đạo hàm cấp một) và nằm trong khoảng cho phép; một đầu mút như cạnh có độ dài bằng 0 không phải là đáp án.
Doanh thu theo hàm của giá
n(p) = 850 − 25p
R(p) = 850p − 25p²
Cho đạo hàm bằng không
R″(p) = −50 < 0, nên đây là cực đại.
p = 850/50 = €17
Doanh thu lớn nhất
n = 850 − 25·17 = 425
R = 17·425 = €7225
Đáp số
R = €7225
7.Tích phân
Đáp số: I = 156
Tích phân xác định: ∫ₐᵇ f(x) dx là diện tích đại số giữa đồ thị và trục x từ a đến b. Tìm một nguyên hàm F (với F′ = f) và tính F(b) − F(a). Quy tắc lũy thừa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Diện tích giữa hai đường cong là ∫(trên − dưới) dx.
Phép đổi biến
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u3 du
Lấy tích phân và tính giá trị
I = [u4/4]15 = (625 − 1)/4 = 156
Đáp số
I = 156
8.Tích phân
Đáp số: V = 15,89
Thể tích tròn xoay: quay miền dưới y = f(x) từ x = a đến x = b quanh trục x tạo ra một vật thể có mặt cắt tại x là một đĩa bán kính f(x). Cộng các đĩa lại cho V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Khi miền nằm giữa một đường cong ngoài R(x) và một đường cong trong r(x), mỗi lát cắt là một vòng đệm: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Bình phương các bán kính trước khi trừ chúng.
Các giao điểm
4x = 3x² → x = 0, x = 1,333
Phương pháp vòng đệm
V = π∫₀1,333 ((4x)² − (3x²)²) dx
Lấy tích phân
V = π(16·1,333³/3 − 9·1,333⁵/5) = π·5,057 = 15,89
Đáp số
V = 15,89
9.Phương trình vi phân
Đáp số: y(0.5) = 1,77
Phương trình tuyến tính bậc hai: với y″ + b·y′ + c·y = 0, thử y = ert: điều này cho phương trình đặc trưng r² + b·r + c = 0. Hai nghiệm thực r₁ ≠ r₂ cho y = A·er₁t + B·er₂t (quá tắt dần); nghiệm kép r cho y = (A + Bt)·ert (tắt dần tới hạn); nghiệm phức −α ± jω cho y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (dưới tắt dần, dao động). Các giá trị ban đầu y(0) và y′(0) xác định A và B. Viết dưới dạng y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn là tần số riêng và ζ là hệ số tắt dần: ζ < 1 thì dao động. Với đầu vào hằng, y″ + by′ + cy = c·K, nghiệm là giá trị xác lập K cộng đáp ứng tự do.
Các nghiệm đặc trưng
(r + 2)(r + 5) = 0 → r = −2, −5
Các hằng số từ các giá trị ban đầu
A + B = 3, −2A − 5B = 1
A = 5,333, B = −2,333
Tính giá trị
y(0,5) = 5,333·e−1 + (−2,333)·e−2,5 = 1,77
Đáp số
y(0,5) = 1,77
10.Phương trình vi phân
Đáp số: y(0.5) = 2,81
Phương trình vi phân cấp một: dy/dt = k·y có nghiệm y = y₀·ekt (tăng trưởng khi k > 0, suy giảm khi k < 0); chu kỳ bán rã T cho k = ln 2/T. Định luật làm nguội của Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), cho T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Phương trình tuyến tính y′ + p(x)·y = q(x) được giải bằng thừa số tích phân μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, nên μy = ∫μq dx + C.
Thừa số tích phân
μ = et
(ety)′ = 2e−2t
Nghiệm tổng quát
y = 2/(−2)·e−3t + C·e−t = −1·e−3t + C·e−t
Điều kiện ban đầu
4 = −1 + C → C = 5
Tính giá trị
y(0,5) = −1·0,2231 + 5·0,6065 = 2,81
Đáp số
y(0,5) = 2,81
11.Dãy số & chuỗi
Đáp số: D: Σ (2/5)ᵏ
Hội tụ: nếu các số hạng không tiến về 0 thì chuỗi phân kỳ (tiêu chuẩn số hạng thứ n). Σ1/kᵖ chỉ hội tụ khi p > 1, và Σrᵏ chỉ khi |r| < 1. Hãy so sánh một chuỗi với một trong các chuỗi này khi các số hạng của nó có dạng giống chúng với k lớn. Tiêu chuẩn tỉ số: L = lim |ak+1/ak|; tiêu chuẩn căn: L = lim |ak|1/k. L < 1 hội tụ, L > 1 phân kỳ, L = 1 không kết luận được. Một chuỗi lũy thừa Σck(x − x₀)ᵏ hội tụ khi |x − x₀| < R với R = lim |ck/ck+1|; một chuỗi đan dấu có các số hạng giảm dần về 0 thì hội tụ.
Kiểm tra từng chuỗi
A: Σ (1 + 1/k)ᵏ → Các số hạng tiến về e, không phải 0: phân kỳ theo tiêu chuẩn số hạng thứ n.
B: Σ k!/10ᵏ → Tiêu chuẩn tỉ số: L = lim (k + 1)/10 = ∞, phân kỳ.
C: Σ (k + 1)/k² → Có dạng giống 1/k với k lớn: phân kỳ theo so sánh với chuỗi điều hòa.
D: Σ (2/5)ᵏ → Chuỗi nhân với r = 2/5, |r| < 1: hội tụ.
Đáp án
D: Σ (2/5)ᵏ
Đáp số
D: Σ (2/5)ᵏ
12.Dãy số & chuỗi
Đáp số: S = 0,6967
Đa thức Taylor: gần x = a một hàm trơn được xấp xỉ bằng Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!; với a = 0 đây là đa thức Maclaurin. Các chuỗi chuẩn: 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. Chặn sai số Lagrange: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!, trong đó M là giá trị lớn nhất của |f⁽ⁿ⁺¹⁾| giữa a và x.