Giải tích 2: gói ôn nước rút

Bảng công thức, các bước phương pháp chính cho từng chủ đề và 8 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

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).

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)!.

Giải tích nhiều biến

Các đạo hàm riêng
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
Gradient
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
Đạo hàm theo hướng
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
Mặt phẳng tiếp xúc
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
Quy tắc dây chuyền
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
Phép thử đạo hàm cấp hai
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
Tích phân kép
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
Tọa độ cực
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

Phương pháp

  1. Với đạo hàm riêng, hãy coi biến còn lại là hằng số và dùng các quy tắc một biến.
  2. Với các câu hỏi về gradient hãy tính ∇f = (fx, fy) tại điểm đó; dùng |∇f| cho độ dốc lớn nhất và ∇f·u với vectơ đơn vị u cho đạo hàm theo hướng.
  3. Với cực trị hãy giải đồng thời fx = 0 và fy = 0, rồi phân loại mọi điểm bằng D = fxx·fyy − fxy².
  4. Với tích phân kép hãy phác miền, chọn thứ tự (hoặc tọa độ cực cho hình tròn) để các cận trong là các đường cong giới hạn, và lấy tích phân trong trước.

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

2Bài tập

1.Tích phânTrung bình
xy14

Tính I = ∫14 3/x dx.

f(x) = 3/x[1, 4]
I =
2.Tích phânKhó
xy−22

Tìm diện tích A của miền giữa parabol y = 4 − x² và trục x.

y = 4 − x²
A =
3.Dãy số & chuỗiTrung bình
AΣ (3/5)ᵏk = 1 … ∞BΣ 3/k²k = 1 … ∞CΣ k!/2ᵏk = 1 … ∞DΣ 1/(3ᵏ + k)k = 1 … ∞

Đúng một trong bốn chuỗi phân kỳ. Hãy nhấp vào nó.

A: Σ (3/5)ᵏB: Σ 3/k²C: Σ k!/2ᵏD: Σ 1/(3ᵏ + k)
  1. 1A: Σ (3/5)ᵏ
  2. 2B: Σ 3/k²
  3. 3C: Σ k!/2ᵏ
  4. 4D: Σ 1/(3ᵏ + k)
4.Dãy số & chuỗiKhó

Hãy tìm hệ số c₄ của (x − 1)⁴ trong chuỗi Taylor của f(x) = e2x quanh a = 1.

f(x) = e2xa = 1k = 4
c₄ =
5.Giải tích nhiều biếnTrung bình
xy−12∇fP

Với f(x, y) = y·e2xy, hãy tìm tốc độ thay đổi lớn nhất của f tại điểm (−1, 2), tức là |∇f|.

f(x, y) = y·e2xyP = (−1, 2)
|∇f| =
6.Giải tích nhiều biếnKhó
xy1

Hãy dùng tọa độ cực để tính I = ∬R √(x² + y²) dA, trong đó R là nửa trên của hình tròn x² + y² ≤ 1 (y ≥ 0).

f = √(x² + y²)0 ≤ r ≤ 10 ≤ θ ≤ π
I =
7.Phương trình vi phânTrung bình
t (min)T (°C)17Ta​T = ?

Một lon nước ngọt ở 6 °C được lấy từ tủ lạnh ra phòng có nhiệt độ 27 °C. Nó tuân theo định luật làm nguội của Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Với k = 0,04 min⁻¹, tìm nhiệt độ T sau 17 phút.

T0 = 6 °CTa = 27 °Ck = 0,04 min⁻¹t = 17 min
T = °C
8.Phương trình vi phânKhó
tyK = 10y(0,5) = ?

Một hệ thỏa y″ + 2y′ + 17y = 170 với t ≥ 0, bắt đầu từ trạng thái nghỉ: y(0) = 0, y′(0) = 0. Tìm y(0,5); góc tính theo radian.

y″ + 2y′ + 17y = 170y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =

3Dung dịch

1.Tích phân

Đáp số: I = 4,159

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) = 3·ln x

Tính tại các cận

I = 3·(ln 4 − ln 1) = 3·ln 4 = 4,159

Đáp số

I = 4,159
2.Tích phân

Đáp số: A = 10,67

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.

Các nghiệm

4 − x² = 0 → x = ±2

Lấy tích phân

A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67

Đáp số

A = 10,67
3.Dãy số & chuỗi

Đáp số: C: Σ k!/2ᵏ

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 (3/5)ᵏ → Chuỗi nhân với r = 3/5, |r| < 1: hội tụ.
B: Σ 3/k² → Chuỗi p với p = 2 > 1: hội tụ.
C: Σ k!/2ᵏ → Tiêu chuẩn tỉ số: L = lim (k + 1)/2 = ∞, phân kỳ.
D: Σ 1/(3ᵏ + k) → Nhỏ hơn (1/3)ᵏ, một chuỗi nhân hội tụ: hội tụ theo so sánh.

Đáp án

C: Σ k!/2ᵏ

Đáp số

C: Σ k!/2ᵏ
4.Dãy số & chuỗi

Đáp số: c₄ = 4,926

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⁽⁴⁾

f⁽⁴⁾(x) = 2⁴·e2x

Hệ số

c₄ = 2⁴·e2/4! = 4,926
c₄ = 4,926

Đáp số

c₄ = 4,926
5.Giải tích nhiều biến

Đáp số: |∇f| = 0,1565

Gradient: ∇f = (fx, fy) chỉ theo hướng tăng dốc nhất, và |∇f| là tốc độ thay đổi lớn nhất. Đạo hàm theo hướng dọc một hướng v là Duf = ∇f·u với vectơ đơn vị u = v/|v|. Mặt phẳng tiếp xúc tại (a, b) là z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b); nó cho xấp xỉ tuyến tính của f gần điểm đó. Quy tắc dây chuyền: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

Các đạo hàm riêng

fx = 2y²e2xy → fx(−1, 2) = 0,1465
fy = e2xy(1 + 2xy) → fy(−1, 2) = −0,05495

Độ dài của gradient

|∇f| = √(0,1465² + (−0,05495)²) = 0,1565

Đáp số

|∇f| = 0,1565
6.Giải tích nhiều biến

Đáp số: I = 1,047

Điểm tới hạn và tích phân kép: một điểm tới hạn có fx = fy = 0. Phép thử đạo hàm cấp hai với D = fxxfyy − fxy²: D > 0 và fxx > 0 là cực tiểu địa phương, D > 0 và fxx < 0 là cực đại địa phương, D < 0 là điểm yên ngựa, và D = 0 không kết luận được. Với một tích phân kép trên miền tổng quát, hãy lấy cận trong là các đường cong bao quanh miền; với hình tròn và hình quạt hãy dùng tọa độ cực, x = r cos θ, y = r sin θ và dA = r dr dθ (đừng quên thừa số r).

Dạng cực

I = ∫0π ∫01 r·r dr dθ

Lấy tích phân

∫ r·r dr = [r³/3]
I = 1,047

Đáp số

I = 1,047
7.Phương trình vi phân

Đáp số: T = 16,36 °C

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.

Nghiệm của định luật làm nguội

T(t) = 27 + (−21)·e−0,04t

Thay t

T(17) = 27 + (−21)·0,5066 = 16,36 °C

Đáp số

T = 16,36 °C
8.Phương trình vi phân

Đáp số: y(0.5) = 11,15

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.

Giá trị xác lập và các nghiệm

yss = 10, r = −1 ± 4j

Các hằng số từ các giá trị ban đầu

y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −1A + 4B = 0 → B = −2,5

Tính giá trị

y(0,5) = 10·(1 − e−0,5(cos 2 + 0,25·sin 2)) = 11,15

Đáp số

y(0,5) = 11,15

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2