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
xy12y = x ln x

Tính I = ∫₁2 x·ln x dx.

∫₁2 x ln x dx
I =
2.Tích phânKhó
xy2y = 4xy = 2x²

Miền giữa đường thẳng y = 4x và parabol y = 2x² được quay quanh trục x. Tìm thể tích V của vật thể.

y = 4xy = 2x²
V =
3.Dãy số & chuỗiTrung bình
AΣ k!/2ᵏk = 1 … ∞BΣ 5/k⁴k = 1 … ∞CΣ (1/2)ᵏk = 1 … ∞DΣ (−1)ᵏ/kk = 1 … ∞

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

A: Σ k!/2ᵏB: Σ 5/k⁴C: Σ (1/2)ᵏD: Σ (−1)ᵏ/k
  1. 1A: Σ k!/2ᵏ
  2. 2B: Σ 5/k⁴
  3. 3C: Σ (1/2)ᵏ
  4. 4D: Σ (−1)ᵏ/k
4.Dãy số & chuỗiKhó
xyfP₄0,5

Hãy dùng đa thức Maclaurin bậc 4 của f(x) = cos(3x) để xấp xỉ f(0,5). Hãy cho P₄(0,5).

f(x) = cos(3x)n = 4x = 0,5
P₄(0.5) =
5.Giải tích nhiều biếnTrung bình
xy0246−202PQ

Với f(x, y) = 2 sin(−3x − 2y), hãy tìm đạo hàm theo hướng Duf tại P(2, −1) theo hướng về Q(6, 3).

f(x, y) = 2 sin(−3x − 2y)P = (2, −1)Q = (6, 3)
Duf =
6.Giải tích nhiều biếnKhó
xy−202−202(0, 0)(1, 1)(−1, −1)

Hãy tìm các điểm tới hạn của f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xy, phân loại chúng, và cho giá trị fmin của f tại cực tiểu địa phương của nó.

f(x, y) = x⁴ + y⁴ − 4xy
fmin =
7.Phương trình vi phânTrung bình
tyy(0) = 1y(0,5) = ?

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

y″ + 5y′ + 6y = 0y(0) = 1y′(0) = 1
y(0.5) =
8.Phương trình vi phânKhó
tyK = 10ymax​ = ?

Một hệ thỏa y″ + 4y′ + 29y = 290 với t ≥ 0, bắt đầu từ trạng thái nghỉ: y(0) = 0, y′(0) = 0. Tìm giá trị đỉnh ymax của đáp ứng bậc thang của nó.

y″ + 4y′ + 29y = 290y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =

3Dung dịch

1.Tích phân

Đáp số: I = 0,6363

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 = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2

Nguyên hàm

∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4

Giới hạn

(2·ln 2 − 1) − (0 − 0,25) = 0,6363

Đáp số

I = 0,6363
2.Tích phân

Đáp số: V = 53,62

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 = 2x² → x = 0, x = 2

Phương pháp vòng đệm

V = π∫₀2 ((4x)² − (2x²)²) dx

Lấy tích phân

V = π(16·2³/3 − 4·2⁵/5) = π·17,07 = 53,62

Đáp số

V = 53,62
3.Dãy số & chuỗi

Đáp số: A: 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 k!/2ᵏ → Tiêu chuẩn tỉ số: L = lim (k + 1)/2 = ∞, phân kỳ.
B: Σ 5/k⁴ → Chuỗi p với p = 4 > 1: hội tụ.
C: Σ (1/2)ᵏ → Chuỗi nhân với r = 1/2, |r| < 1: hội tụ.
D: Σ (−1)ᵏ/k → Đan dấu, với 1/k giảm dần về 0: hội tụ (có điều kiện).

Đáp án

A: Σ k!/2ᵏ

Đáp số

A: Σ k!/2ᵏ
4.Dãy số & chuỗi

Đáp số: P₄(0.5) = 0,08594

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 − 4,5x² + 3,375x⁴

Thay giá trị

P₄(0,5) = 1 − 1,125 + 0,210938 = 0,08594

Đáp số

P₄(0,5) = 0,08594

Giá trị chính xác là f(0,5) = 0,0707372; sai số −0,0152003 giảm khi bạn lấy thêm số hạng hoặc một điểm gần 0 hơn.

5.Giải tích nhiều biến

Đáp số: Duf = 4,622

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.

Gradient tại điểm đó

fx = −6 cos(−3x − 2y) → fx(2, −1) = 3,922
fy = −4 cos(−3x − 2y) → fy(2, −1) = 2,615

Vectơ đơn vị

|v| = √(4² + 4²) = 5,657
u = (0,7071, 0,7071)

Tích vô hướng

Duf = 3,922·0,7071 + 2,615·0,7071 = 4,622

Đáp số

Duf = 4,622
6.Giải tích nhiều biến

Đáp số: fmin = −2

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).

Các điểm tới hạn

Hãy giải đồng thời fx = 0 và fy = 0.

fx = 4x³ − 4y = 0
fy = 4y³ − 4x = 0
(0, 0), (1, 1), (−1, −1)

Phép thử đạo hàm cấp hai

(0, 0): fxx = 0, fyy = 0, fxy = −4, D = −16 → điểm yên ngựa
(1, 1): fxx = 12, fyy = 12, fxy = −4, D = 128 → cực tiểu địa phương
(−1, −1): fxx = 12, fyy = 12, fxy = −4, D = 128 → cực tiểu địa phương

Giá trị tại điểm cực trị

f(−1, −1) = −2

Đáp số

fmin = −2
7.Phương trình vi phân

Đáp số: y(0.5) = 0,8021

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 + 3) = 0 → r = −2, −3

Các hằng số từ các giá trị ban đầu

A + B = 1, −2A − 3B = 1
A = 4, B = −3

Tính giá trị

y(0,5) = 4·e−1 + (−3)·e−1,5 = 0,8021

Đáp số

y(0,5) = 0,8021
8.Phương trình vi phân

Đáp số: ymax = 12,85

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 = −2 ± 5j

Các hằng số từ các giá trị ban đầu

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

Đỉnh

t = π/5 = 0,6283
ymax = 10·(1 + e−2·π/5) = 12,85

Đáp số

ymax = 12,85

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2