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
xyπy = x·cos x

Tính I = ∫₀π x·cos x dx (x tính theo radian).

∫₀π x·cos x dx
I =
2.Tích phânKhó
xy3y = x²eˣ

Tính I = ∫₀3 x²·eˣ dx.

∫₀3 x²eˣ dx
I =
3.Dãy số & chuỗiTrung bình
AΣ (k + 3)/k²k = 1 … ∞BΣ 1/(k² + 3)k = 1 … ∞CΣ 1/√kk = 1 … ∞DΣ k/(k + 6)k = 1 … ∞

Đúng một trong bốn chuỗi hội tụ. Hãy nhấp vào nó.

A: Σ (k + 3)/k²B: Σ 1/(k² + 3)C: Σ 1/√kD: Σ k/(k + 6)
  1. 1A: Σ (k + 3)/k²
  2. 2B: Σ 1/(k² + 3)
  3. 3C: Σ 1/√k
  4. 4D: Σ k/(k + 6)
4.Dãy số & chuỗiKhó
xyfP₄2

Hãy dùng đa thức Maclaurin bậc 4 của f(x) = cos x để xấp xỉ f(2). Hãy cho P₄(2).

f(x) = cos xn = 4x = 2
P₄(2) =
5.Giải tích nhiều biếnTrung bình

z = 5x²y² + x² + 3y³ + 4xy với x = t + 1 và y = 2t². Hãy dùng quy tắc dây chuyền để tìm dz/dt tại t = 0.

z = 5x²y² + x² + 3y³ + 4xyx = t + 1y = 2t²t = 0
dz/dt =
6.Giải tích nhiều biếnKhó
xyx = 1,2y = x1,2

Tích phân I = ∫01,2 ∫y1,2 sin(x²) dx dy không thể tính theo thứ tự này. Hãy đảo thứ tự lấy tích phân và tính nó.

f = sin(x²)0 ≤ y ≤ x ≤ 1,2
I =
7.Phương trình vi phânTrung bình
t (min)T (°C)19Ta​62 °C42 °C

Một tách cà phê ở 92 °C được để trong phòng có nhiệt độ 22 °C. Sau 19 phút, nhiệt độ của nó là 62 °C. Nó tuân theo định luật làm nguội của Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Sau khi bắt đầu bao lâu, t, thì đạt tới 42 °C?

T0 = 92 °CTa = 22 °CT(19) = 62 °CT = 42 °C
t = min
8.Phương trình vi phânKhó
tyy(0) = 2y(1,5) = ?

Giải y″ + 2y′ + 17y = 0 với y(0) = 2 và y′(0) = 0 (thả từ trạng thái nghỉ). Tìm y(1,5); góc tính theo radian.

y″ + 2y′ + 17y = 0y(0) = 2y′(0) = 0
y(1.5) =

3Dung dịch

1.Tích phân

Đáp số: I = −2

Tích phân từng phần: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, suy ra từ quy tắc tích. Chọn u là thừa số trở nên đơn giản hơn khi đạo hàm (một lũy thừa của x, hoặc ln x), và dv là thừa số bạn có thể tích phân (eˣ, sin x, cos x, hoặc x khi u = ln x). Với tích phân xác định, tính u·v tại cả hai cận: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Thừa số x² cần hai lần.

Chọn u và dv

u = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x

Nguyên hàm

∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x

Giới hạn

(π·sin π + cos π) − (0 + 1) = −2

Đáp số

I = −2
2.Tích phân

Đáp số: I = 98,43

Tích phân từng phần: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, suy ra từ quy tắc tích. Chọn u là thừa số trở nên đơn giản hơn khi đạo hàm (một lũy thừa của x, hoặc ln x), và dv là thừa số bạn có thể tích phân (eˣ, sin x, cos x, hoặc x khi u = ln x). Với tích phân xác định, tính u·v tại cả hai cận: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Thừa số x² cần hai lần.

Lần thứ nhất

∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx

Lần thứ hai

∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)

Giới hạn

20,09·(5) − 1·2 = 98,43

Đáp số

I = 98,43
3.Dãy số & chuỗi

Đáp số: B: Σ 1/(k² + 3)

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 (k + 3)/k² → Có dạng giống 1/k với k lớn: phân kỳ theo so sánh với chuỗi điều hòa.
B: Σ 1/(k² + 3) → Nhỏ hơn 1/k², một chuỗi p hội tụ: hội tụ theo so sánh.
C: Σ 1/√k → Chuỗi p với p = 1/2 ≤ 1: phân kỳ.
D: Σ k/(k + 6) → Các số hạng tiến về 1, không phải 0: phân kỳ theo tiêu chuẩn số hạng thứ n.

Đáp án

B: Σ 1/(k² + 3)

Đáp số

B: Σ 1/(k² + 3)
4.Dãy số & chuỗi

Đáp số: P₄(2) = −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.

Đa thức Maclaurin

P₄(x) = 1 − 0,5x² + 0,04167x⁴

Thay giá trị

P₄(2) = 1 − 2 + 0,666667 = −0,3333

Đáp số

P₄(2) = −0,3333

Giá trị chính xác là f(2) = −0,416147; sai số −0,0828135 giảm khi bạn lấy thêm số hạng hoặc một điểm gần 0 hơn.

5.Giải tích nhiều biến

Đáp số: dz/dt = 2

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.

Điểm và các tốc độ

x(0) = 1, y(0) = 0
dx/dt = 1, dy/dt = 4t = 0

Các đạo hàm riêng

fx = 10xy² + 2x + 4y = 2
fy = 10x²y + 9y² + 4x = 4

Quy tắc dây chuyền

dz/dt = 2·1 + 4·0 = 2

Đáp số

dz/dt = 2
6.Giải tích nhiều biến

Đáp số: I = 0,4348

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).

Miền

0 ≤ y ≤ x, 0 ≤ x ≤ 1,2

Thứ tự đảo ngược

I = ∫01,2 ∫0x sin(x²) dy dx = ∫01,2 x·sin(x²) dx

Phép thế u = x²

I = [−cos(x²)/2]01,2 = 0,4348

Đáp số

I = 0,4348
7.Phương trình vi phân

Đáp số: t = 42,53 min

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.

Hằng số làm nguội

k = ln(70/40)/19 = 0,02945 min⁻¹

Thời gian để đạt giá trị mục tiêu

t = ln(70/20)/0,02945 = 42,53 min

Đáp số

t = 42,53 min
8.Phương trình vi phân

Đáp số: y(1.5) = 0,3973

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 phức

r = −1 ± 4j

Các hằng số

A = 2, B = 1·2/4 = 0,5

Tính giá trị

y(1,5) = e−1,5(2·cos 6 + 0,5·sin 6) = 0,3973

Đáp số

y(1,5) = 0,3973

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2