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
xy11,5y = x ln x

Tính I = ∫₁1,5 x·ln x dx.

∫₁1,5 x ln x dx
I =
2.Tích phânKhó
xyy = 2x2​y = 2x

Tìm diện tích A của miền giới hạn bởi y = 2x2 và y = 2x.

y = 2x2y = 2x
A =
3.Dãy số & chuỗiTrung bình
AΣ 1/(3ᵏ + k)k = 1 … ∞BΣ ln k / kk = 1 … ∞CΣ 1/(2k + 4)k = 1 … ∞DΣ (5/3)ᵏk = 1 … ∞

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

A: Σ 1/(3ᵏ + k)B: Σ ln k / kC: Σ 1/(2k + 4)D: Σ (5/3)ᵏ
  1. 1A: Σ 1/(3ᵏ + k)
  2. 2B: Σ ln k / k
  3. 3C: Σ 1/(2k + 4)
  4. 4D: Σ (5/3)ᵏ
4.Dãy số & chuỗiKhó

Hãy tìm hệ số c₂ của (x − 4)² trong chuỗi Taylor của f(x) = 1/x quanh a = 4.

f(x) = 1/xa = 4k = 2
c₂ =
5.Giải tích nhiều biếnTrung bình
xy05024PQ

Với f(x, y) = −2x²y² − 5x³ − 2y² − xy, hãy tìm đạo hàm theo hướng Duf tại P(3, 2) theo hướng về Q(6, 5).

f(x, y) = −2x²y² − 5x³ − 2y² − xyP = (3, 2)Q = (6, 5)
Duf =
6.Giải tích nhiều biếnKhó
xy1,50,5

Hãy dùng tọa độ cực để tính I = ∬R (x² + y²) dA, trong đó R là hình vành khuyên 0,25 ≤ x² + y² ≤ 2,25.

f = x² + y²0,5 ≤ r ≤ 1,50 ≤ θ ≤ 2π
I =
7.Phương trình vi phânTrung bình
t (min)T (°C)21Ta​T = ?

Một chi tiết thép rèn ở 300 °C được để nguội trong xưởng có nhiệt độ 27 °C. Nó tuân theo định luật làm nguội của Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Với k = 0,02 min⁻¹, tìm nhiệt độ T sau 21 phút.

T0 = 300 °CTa = 27 °Ck = 0,02 min⁻¹t = 21 min
T = °C
8.Phương trình vi phânKhó
t (min)m (kg)t = ?46 kg

Một bể chứa 500 L nước trong đó hòa tan 10 kg muối. Nước muối với 0,2 kg muối mỗi lít chảy vào với tốc độ 5 L/min, và dung dịch đã trộn đều chảy ra với cùng tốc độ. Sau bao nhiêu phút t thì bể chứa 46 kg muối?

V = 500 Lm0 = 10 kgc = 0,2 kg/Lr = 5 L/min
t = min

3Dung dịch

1.Tích phân

Đáp số: I = 0,1436

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

(1,125·ln 1,5 − 0,5625) − (0 − 0,25) = 0,1436

Đáp số

I = 0,1436
2.Tích phân

Đáp số: A = 0,3333

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 giao điểm

2x2 = 2x → x = 0, x = 1

Lấy tích phân của trên trừ dưới

A = [x2 − 0,6667x3]01 = 0,3333

Đáp số

A = 0,3333
3.Dãy số & chuỗi

Đáp số: A: Σ 1/(3ᵏ + 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/(3ᵏ + k) → Nhỏ hơn (1/3)ᵏ, một chuỗi nhân hội tụ: hội tụ theo so sánh.
B: Σ ln k / k → Lớn hơn 1/k với k ≥ 3: phân kỳ theo so sánh với chuỗi điều hòa.
C: Σ 1/(2k + 4) → Có dạng giống 1/(2k) với k lớn; so với chuỗi điều hòa thì phân kỳ.
D: Σ (5/3)ᵏ → Chuỗi nhân với r = 5/3 > 1: các số hạng tăng, nên phân kỳ.

Đáp án

A: Σ 1/(3ᵏ + k)

Đáp số

A: Σ 1/(3ᵏ + k)
4.Dãy số & chuỗi

Đáp số: c₂ = 0,01563

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⁽²⁾

f⁽²⁾(x) = 2/x³

Hệ số

c₂ = 2/(4³·2) = 0,01563
c₂ = 0,01563

Đáp số

c₂ = 0,01563
5.Giải tích nhiều biến

Đáp số: Duf = −189,5

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 = −4xy² − 15x² − y → fx(3, 2) = −185
fy = −4x²y − 4y − x → fy(3, 2) = −83

Vectơ đơn vị

|v| = √(3² + 3²) = 4,243
u = (0,7071, 0,7071)

Tích vô hướng

Duf = (−185)·0,7071 + (−83)·0,7071 = −189,5

Đáp số

Duf = −189,5
6.Giải tích nhiều biến

Đáp số: I = 7,854

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 = ∫02π ∫0,51,5 r²·r dr dθ

Lấy tích phân

∫ r²·r dr = [r⁴/4]
I = 7,854

Đáp số

I = 7,854
7.Phương trình vi phân

Đáp số: T = 206,4 °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 + 273·e−0,02t

Thay t

T(21) = 27 + 273·0,657 = 206,4 °C

Đáp số

T = 206,4 °C
8.Phương trình vi phân

Đáp số: t = 51,08 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.

Kết quả

m(t) = 100 + (−90)·e−t/100

Giải tìm t

e−t/100 = (100 − 46)/(100 − 10) = 0,6
t = 100·ln(1,667) = 51,08 min

Đáp số

t = 51,08 min

ExamProblems · examproblems.com/courses/calculus-2