Bài tập AP Calculus: gói ôn nước rút

Bảng công thức, các bước phương pháp chính cho từng chủ đề và 12 bài tập, kèm lời giải đầy đủ ở cuối.

Bài mớiQuay lại môn học

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

  1. Xác định cấu trúc: tổng, tích, thương hay hàm hợp.
  2. Áp dụng quy tắc lũy thừa cho từng lũy thừa của x.
  3. Dùng quy tắc tích, thương hoặc dây chuyền khi cần.
  4. 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

  1. Viết lại hàm dưới dấu tích phân thành tổng các số hạng đơn giản nếu có thể.
  2. Áp dụng quy tắc lũy thừa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), và các tích phân chuẩn cho ex, 1/x, sin và cos.
  3. Dùng phép đổi biến khi bạn thấy một hàm và đạo hàm của nó đi cùng nhau.
  4. 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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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
xyy = L

Tìm giới hạn L = limx→∞ (1 + 1/x)2x. Cho kết quả dưới dạng số thập phân.

f(x) = (1 + 1/x)2xx → ∞
L =
2.Giới hạnKhó
xyx = 0

Tìm giới hạn L = limx→0 (1 − cos 2x)/(3x²), với x tính bằng radian.

f(x) = (1 − cos 2x)/(3x²)x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
xyx = 2

Cho f(x) = ln(x2 + 2). Tìm f′(2).

f(x) = ln(x2 + 2)x = 2
f′(2) =
4.Đạo hàmKhó
xy

Cho f(x) = x3 + 3x2 − 9x − 1. Tìm hoành độ x của điểm cực đại địa phương.

f(x) = x3 + 3x2 − 9x − 1
x =
5.Tối ưu hóaTrung bình
xhxkhông nắp

Một chiếc hộp hở (không nắp) có đáy vuông phải chứa được 108000 cm³. Dùng ít vật liệu nhất có thể, tức là tổng diện tích đáy và bốn mặt bên nhỏ nhất. Tìm diện tích bề mặt nhỏ nhất S.

V = 108000 cm³
S = cm²
6.Tối ưu hóaKhó
p (€)R(p)12hiện tại

Một nhà hát bán 650 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 giá vé p để doanh thu lớn nhất.

650 × €1225 / €1
p = €
7.Tích phânTrung bình
xy14

Tính I = ∫14 2/x dx.

f(x) = 2/x[1, 4]
I =
8.Tích phânKhó
xy3y = 3xy = x²

Miền giữa đường thẳng y = 3x và parabol y = x² được quay quanh trục x. Tìm thể tích V của vật thể.

y = 3xy = x²
V =
9.Phương trình vi phânTrung bình
tyy(0) = 5y(1,5) = ?

Giải y″ + 7y′ + 10y = 0 với y(0) = 5 và y′(0) = 6. Tìm y(1,5).

y″ + 7y′ + 10y = 0y(0) = 5y′(0) = 6
y(1.5) =
10.Phương trình vi phânKhó
t (min)m (kg)40 minm = ?

Một bể chứa 400 L nước tinh khiết. Nước muối với 0,25 kg muối mỗi lít chảy vào với tốc độ 4 L/min, và dung dịch đã trộn đều chảy ra với cùng tốc độ. Sau 40 phút trong bể có bao nhiêu muối m?

V = 400 Lm0 = 0 kgc = 0,25 kg/Lr = 4 L/min
m = kg
11.Dãy số & chuỗiTrung bình
xx₀ = 3??R

Hãy tìm bán kính hội tụ R của chuỗi lũy thừa Σk=1∞ 3ᵏ·(x − 3)ᵏ/(k + 1).

Σ 3ᵏ·(x − 3)ᵏ/(k + 1)x₀ = 3
R =
12.Dãy số & chuỗiKhó

Hãy tìm hệ số c₃ của (x − 1)³ trong chuỗi Taylor của f(x) = ln x quanh a = 1.

f(x) = ln xa = 1k = 3
c₃ =

3Dung dịch

1.Giới hạn

Đáp số: L = 7,389

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).

Lấy logarit

ln L = limx→∞ 2·x·ln(1 + 1/x)

Tính giá trị

ln(1 + u)/u → 1 khi u → 0, nên x·ln(1 + a/x) → a.

ln L = 2·1 = 2

Quay về từ logarit

L = e2 = 7,389

Đáp số

L = 7,389
2.Giới hạn

Đáp số: L = 0,6667

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).

Áp dụng lần thứ nhất

2·sin 2x/(6x) → 0/0

Áp dụng lần thứ hai

4·cos 2x/6

Thay x = 0

L = 4/6 = 0,6667

Đáp số

L = 0,6667
3.Đạo hàm

Đáp số: f′(2) = 0,6667

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 cho logarit

f′(x) = 2x/(x2 + 2)

Thay giá trị

f′(2) = 4/6 = 0,6667

Đáp số

f′(2) = 0,6667
4.Đạo hàm

Đáp số: x = −3

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.

Đạo hàm

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

Giải f′(x) = 0

x = −3 hoặc x = 1

Điểm nào là điểm nào

f″(x) = 6x + 6: âm tại cực đại, dương tại cực tiểu.

f″(−3) = −12, f″(1) = 12
x = −3

Đáp số

x = −3
5.Tối ưu hóa

Đáp số: S = 10800 cm²

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 x

S(x) = x² + 432000/x

Cho đạo hàm bằng không

S″(x) = 2 + 864000/x³ > 0, nên đây là cực tiểu.

x³ = 216000 → x = 60 cm

Chiều cao và diện tích

h = 108000/60² = 30 cm
S = 60² + 432000/60 = 10800 cm²

Đáp số

S = 10800 cm²

Hộp hở tốt nhất có chiều cao bằng một nửa cạnh đáy.

6.Tối ưu hóa

Đáp số: p = 19 €

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) = 950 − 25p
R(p) = 950p − 25p²

Cho đạo hàm bằng không

R″(p) = −50 < 0, nên đây là cực đại.

p = 950/50 = €19

Doanh thu lớn nhất

n = 950 − 25·19 = 475
R = 19·475 = €9025

Đáp số

p = €19
7.Tích phân

Đáp số: I = 2,773

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.

Nguyên hàm

F(x) = 2·ln x

Tính tại các cận

I = 2·(ln 4 − ln 1) = 2·ln 4 = 2,773

Đáp số

I = 2,773
8.Tích phân

Đáp số: V = 101,8

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

3x = 1x² → x = 0, x = 3

Phương pháp vòng đệm

V = π∫₀3 ((3x)² − (1x²)²) dx

Lấy tích phân

V = π(9·3³/3 − 1·3⁵/5) = π·32,4 = 101,8

Đáp số

V = 101,8
9.Phương trình vi phân

Đáp số: y(1.5) = 0,5115

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 = 5, −2A − 5B = 6
A = 10,33, B = −5,333

Tính giá trị

y(1,5) = 10,33·e−3 + (−5,333)·e−7,5 = 0,5115

Đáp số

y(1,5) = 0,5115
10.Phương trình vi phân

Đáp số: m = 32,97 kg

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.

Thiết lập phương trình

dm/dt = 4·0,25 − (4/400)·m = 1 − 0,01·m

Giải

Thừa số tích phân là ert/V; nghiệm tiến tới giá trị cân bằng c·V.

m(t) = 100 + (−100)·e−t/100

Thay t

m(40) = 100 + (−100)·0,6703 = 32,97 kg

Đáp số

m = 32,97 kg
11.Dãy số & chuỗi

Đáp số: R = 0,3333

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.

Các hệ số

ck/ck+1 = (1/3)·(k + 2)/(k + 1) → 0,3333

Bán kính

R = 0,3333

Đáp số

R = 0,3333

Tiêu chuẩn tỉ số không cho kết luận tại hai đầu mút; chúng phải được kiểm tra riêng.

12.Dãy số & chuỗi

Đáp số: c₃ = 0,3333

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.

Đạo hàm f⁽³⁾

f⁽³⁾(x) = 2/x³

Hệ số

c₃ = f⁽³⁾(1)/3! = 2/(1³·6) = 0,3333
c₃ = 0,3333

Đáp số

c₃ = 0,3333

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