Hãy quyết định dạng nào phù hợp với phép toán: dạng đại số a + jb để cộng và trừ, dạng cực r∠θ để nhân, chia, lũy thừa và căn.
Hãy nhân khai triển với j² = −1; chia bằng cách nhân tử và mẫu với số phức liên hợp của mẫu.
Hãy đổi bằng r = √(a² + b²) và θ từ hình phác của điểm (kiểm tra góc phần tư), và đổi ngược lại bằng a = r cos θ, b = r sin θ.
Với lũy thừa hãy dùng De Moivre, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; với zⁿ = R∠φ hãy liệt kê cả n nghiệm R1/n∠((φ + 360°k)/n).
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
Ma trận và định thức
định thức 2×2
det = ad − bc
Ma trận nghịch đảo 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Sản phẩm
(AB)ij = Σk AikBkj
Giá trị riêng
det(A − λI) = 0
Quy tắc Cramer
xi = det(Ai)/det(A)
Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Độ lớn
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Vectơ đơn vị
û = a/|a|
Các thành phần từ một góc
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Tích vô hướng
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Hình chiếu vô hướng của a lên b
a·b/|b|
Công
W = F·d
Tích có hướng
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Diện tích
hình bình hành |a × b|, tam giác ½|a × b|
Mô-men đối với O
MO = r × F, r = A − O
Thể tích hình hộp
V = |a·(b × c)|
Phương pháp
Viết mọi vectơ theo các thành phần; với lực cho bằng độ lớn và một góc, dùng F·cos θ và F·sin θ.
Với độ dài và hướng, dùng độ lớn √(x² + y² + z²) và vectơ đơn vị a/|a|.
Dùng tích vô hướng cho góc, hình chiếu, tính vuông góc và công: a·b = |a||b|cos θ.
Dùng tích có hướng cho các vectơ vuông góc, diện tích và mô-men: viết cẩn thận ba thành phần, giữ đúng thứ tự a × b.
Xác suất
Biến cố bù
P(not A) = 1 − P(A)
Quy tắc cộng
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Biến cố độc lập
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Xác suất có điều kiện
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Nhị thức
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k
Thống kê mô tả
Trung bình
x̄ = Σx/n
Độ lệch chuẩn mẫu
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Trung vị
giá trị ở giữa của dữ liệu đã sắp xếp
Điểm z
z = (x − μ)/σ
Phân phối chuẩn
68% nằm trong ±1σ, 95% nằm trong ±2σ
Phân phối chuẩn
Điểm z
z = (x − μ)/σ
Dưới x
P(X < x) = Φ(z)
Trên x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Giữa
Φ(z2) − Φ(z1)
Phân vị
x = μ + z·σ
Phương pháp
Đổi giá trị sang điểm z: z = (x − μ)/σ.
Tra Φ(z), diện tích bên trái z.
Với diện tích bên phải dùng 1 − Φ(z); với một khoảng thì trừ hai diện tích bên trái.
Với phân vị, làm ngược lại: tìm z cho diện tích, rồi x = μ + z·σ.
2Bài tập
1.Giới hạnTrung bình
Tìm giới hạn L = limx→∞ (4x2 − 5x − 5)/(4x2 + 6x + 9).
f(x) = (4x2 − 5x − 5)/(4x2 + 6x + 9)x → ∞
L =
2.Giới hạnKhó
Tìm giới hạn L = limx→0 (e−2x − 1 + 2x)/x².
f(x) = (e−2x − 1 + 2x)/x²x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
Cho f(x) = ln(2x2 + 2). Tìm f′(−1).
f(x) = ln(2x2 + 2)x = −1
f′(−1) =
4.Đạo hàmKhó
Tiếp tuyến của f(x) = 0,5x2 + x − 4 tại x = 2 cắt trục y tại y = b. Tìm b.
f(x) = 0,5x2 + x − 4x = 2
b =
5.Tích phânTrung bình
Tính I = ∫210 1/x dx.
f(x) = 1/x[2, 10]
I =
6.Tích phânKhó
Tìm diện tích A của miền giới hạn bởi y = 0,5x2 và y = 2x.
y = 0,5x2y = 2x
A =
7.Số phứcTrung bình
Cho z₁ = 2∠40° và z₂ = 1,5∠65°, hãy tìm phần thực của w = z₁/z₂.
z₁ = 2∠40°z₂ = 1,5∠65°
Re(w) =
8.Số phứcKhó
Hãy tìm phần thực của (1 + j3)⁴.
z = 1 + j3n = 4
Re(z⁴) =
9.Phương trình vi phânTrung bình
Một lon nước ngọt ở 4 °C được lấy từ tủ lạnh ra phòng có nhiệt độ 30 °C. Sau 25 phút, nhiệt độ của nó là 18 °C. Nó tuân theo định luật làm nguội của Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Tìm hằng số k theo min⁻¹.
T0 = 4 °CTa = 30 °CT(25) = 18 °C
k = min⁻¹
10.Phương trình vi phânKhó
Giải y″ + 3y′ + 11,25y = 0 với y(0) = 2 và y′(0) = 0 (thả từ trạng thái nghỉ). Tìm y(0,5); góc tính theo radian.
y″ + 3y′ + 11,25y = 0y(0) = 2y′(0) = 0
y(0.5) =
11.Ma trận và định thứcTrung bình
Tìm định thức det A của ma trận 3×3 A đã cho.
A = [−5 −2 −4; 0 −4 0; −4 4 1]
det A =
12.Ma trận và định thứcKhó
Giải hệ −4x + y = 12 và 2x − 3y = 7. Tìm x.
−4x + y = 122x − 3y = 7
x =
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
Tìm hình chiếu vô hướng compb a của a = (−4, −5, −7) lên b = (−5, 3, 0), tức là thành phần của a theo hướng của b.
a = (−4, −5, −7)b = (−5, 3, 0)
compb a =
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngKhó
Tìm thể tích V của hình hộp có các cạnh xuất phát từ một đỉnh là a = (2, −3, −2), b = (2, 1, 4) và c = (2, 2, 4).
a = (2, −3, −2)b = (2, 1, 4)c = (2, 2, 4)
V =
15.Xác suấtTrung bình
Gieo một con xúc xắc cân đối 3 lần. Xác suất P để được ít nhất một lần ra mặt sáu là bao nhiêu?
n = 3
P =
16.Xác suấtKhó
X có phân bố như hiển thị, và Y = −2X + 1. Tìm độ lệch chuẩn σY của Y.
Tìm độ lệch chuẩn mẫu s của dữ liệu: 35, 30, 13, 34, 31, 37.
n = 6
s =
18.Thống kê mô tảKhó
Một đại lượng có phân phối chuẩn với trung bình 60 và độ lệch chuẩn 5. Tỉ lệ P các giá trị lớn hơn 55 là bao nhiêu?
μ = 60σ = 5x = 55
P =
19.Phân phối chuẩnTrung bình
chiều cao của nam giới trưởng thành có phân phối chuẩn với trung bình 178 cm và độ lệch chuẩn 7 cm. Tỉ lệ nào nằm giữa 166,8 và 190,6 cm? Cho P dưới dạng số thập phân.
μ = 178σ = 7x1 = 166,8x2 = 190,6
P =
20.Phân phối chuẩnKhó
Khối lượng X của một sản phẩm từ dây chuyền 1 và Y từ dây chuyền 2 là độc lập và có phân bố chuẩn: X có trung bình 500 g và độ lệch chuẩn 8 g, Y có trung bình 490 g và độ lệch chuẩn 6 g. Tìm xác suất P để X lớn hơn Y. Làm tròn z đến hai chữ số thập phân.
μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
3Dung dịch
1.Giới hạn
Đáp số: L = 1
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).
Chia cho lũy thừa bậc cao nhất
(4 + (−5)/x + (−5)/x2)/(4 + 6/x + 9/x2)
Cho x → ∞
L = 4/4 = 1
Đáp số
L = 1
Khi bậc bằng nhau, giới hạn bằng tỉ số của các hệ số cao nhất.
2.Giới hạn
Đáp số: L = 2
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·e−2x + 2)/(2x) → 0/0
Áp dụng lần thứ hai
4·e−2x/2
Thay x = 0
L = 4·1/2 = 2
Đáp số
L = 2
3.Đạo hàm
Đáp số: f′(−1) = −1
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) = 4x/(2x2 + 2)
Thay giá trị
f′(−1) = −4/4 = −1
Đáp số
f′(−1) = −1
4.Đạo hàm
Đáp số: b = −6
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.
Điểm và hệ số góc
f(2) = 0
f′(x) = x + 1 → f′(2) = 3
Tiếp tuyến tại x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 0 − 3·2 = −6
Đáp số
b = −6
5.Tích phân
Đáp số: I = 1,609
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) = ln x
Tính tại các cận
I = (ln 10 − ln 2) = ln 5 = 1,609
Đáp số
I = 1,609
6.Tích phân
Đáp số: A = 5,333
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
0,5x2 = 2x → x = 0, x = 4
Lấy tích phân của trên trừ dưới
A = [x2 − 0,1667x3]04 = 5,333
Đáp số
A = 5,333
7.Số phức
Đáp số: Re(w) = 1,208
Dạng cực: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ, với r = |z| và θ = arg z. Trở về dạng đại số: a = r cos θ, b = r sin θ. Argument cần xét góc phần tư: θ = atan(b/a) chỉ khi a > 0; với a < 0 hãy cộng hoặc trừ 180°. Ở dạng cực phép nhân rất dễ: nhân các mô-đun và cộng các argument; với phép chia, chia các mô-đun và trừ các argument.
Mô-đun và argument của w
|w| = 2 / 1,5 = 1,333
θ = 40° − 65° = −25°
Dạng đại số
Re(w) = 1,333·cos(−25°) = 1,208
Im(w) = 1,333·sin(−25°) = −0,5635
Re(w) = 1,208
Đáp số
Re(w) = 1,208
8.Số phức
Đáp số: Re(z⁴) = 28
De Moivre và căn: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. Phương trình zⁿ = R∠φ có đúng n nghiệm, tất cả có mô-đun R1/n, tại các argument (φ + 360°·k)/n với k = 0, 1, …, n − 1: chúng nằm cách đều nhau trên một đường tròn, cách nhau 360°/n. Một phương trình bậc hai z² + pz + q = 0 với p² < 4q có các nghiệm phức z = −p/2 ± j√(q − p²/4); một đa thức hệ số thực luôn có các nghiệm phức thành từng cặp liên hợp a ± jb.
Lũy thừa từng bước
z² = (1 + j3)(1 + j3) = −8 + j6
z³ = (−8 + j6)(1 + j3) = −26 − j18
z⁴ = (−26 − j18)(1 + j3) = 28 − j96
Kiểm tra bằng De Moivre
z = 3,162∠71,57° → z⁴ = 100∠−73,74°
Re(z⁴) = 28
Đáp số
Re(z⁴) = 28
9.Phương trình vi phân
Đáp số: k = 0,03093 min⁻¹
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.
Tỉ số các hiệu nhiệt độ
e−25k = -12/-26
Giải tìm k
k = ln(-26/-12)/25 = 0,03093 min⁻¹
Đáp số
k = 0,03093 min⁻¹
10.Phương trình vi phân
Đáp số: y(0.5) = 0,538
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 = −1,5 ± 3j
Các hằng số
A = 2, B = 1,5·2/3 = 1
Tính giá trị
y(0,5) = e−0,75(2·cos 1,5 + 1·sin 1,5) = 0,538
Đáp số
y(0,5) = 0,538
11.Ma trận và định thức
Đáp số: det A = 84
Ma trận: định thức của ma trận 2×2 là ad − bc. Với 3×3, khai triển theo một hàng: mỗi phần tử nhân với định thức của ma trận 2×2 còn lại sau khi bỏ hàng và cột của nó, với dấu xen kẽ + − +. Các giá trị riêng λ là nghiệm của det(A − λI) = 0; với 2×2 đó là λ² − (vết)·λ + det = 0.
Các định thức con 2×2 của hàng đầu
M₁₁ = −4, M₁₂ = 0, M₁₃ = −16
Khai triển phần bù đại số
det A = (−5)·(−4) − (−2)·0 + (−4)·(−16) = 84
Đáp số
det A = 84
12.Ma trận và định thức
Đáp số: x = −4,3
Ma trận: định thức của ma trận 2×2 là ad − bc. Với 3×3, khai triển theo một hàng: mỗi phần tử nhân với định thức của ma trận 2×2 còn lại sau khi bỏ hàng và cột của nó, với dấu xen kẽ + − +. Các giá trị riêng λ là nghiệm của det(A − λI) = 0; với 2×2 đó là λ² − (vết)·λ + det = 0.
Định thức của ma trận hệ số
det A = (−4)·(−3) − 1·2 = 10
Thay cột x
det Aₓ = 12·(−3) − 1·7 = −43
x = −43/10 = −4,3
Đáp số
x = −4,3
y = −5,2
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: compb a = 0,8575
Dot product:a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, a scalar. It gives the angle between two vectors, cos θ = a·b/(|a|·|b|), and it is zero when they are perpendicular. The scalar projection of a onto b is a·b/|b|, and a constant force F moving through a displacement d does work W = F·d.
Tích vô hướng
a·b = (−4)·(−5) + (−5)·3 + (−7)·0 = 5
Độ dài của b
|b| = √((−5)² + 3² + 0²) = 5,831
Hình chiếu vô hướng
compb a = a·b/|b| = 5/5,831 = 0,8575
Đáp số
compb a = 0,8575
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: V = 12
Cross product:a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) is perpendicular to both vectors, and |a × b| = |a|·|b|·sin θ is the area of the parallelogram they span (the triangle has half of it). Order matters: b × a = −(a × b). The moment of a force F applied at point A about point O is MO = r × F, with r = A − O.
Tích có hướng b × c
(b × c)x = bycz − bzcy = 1·4 − 4·2 = −4
(b × c)y = bzcx − bxcz = 4·2 − 2·4 = 0
(b × c)z = bxcy − bycx = 2·2 − 1·2 = 2
Tích vô hướng với a
a·(b × c) = 2·(−4) + (−3)·0 + (−2)·2 = −12
V = |−12| = 12
Đáp số
V = 12
15.Xác suất
Đáp số: P = 0,4213
Xác suất: với các kết quả đồng khả năng, P(A) = thuận lợi/tổng. Với các biến cố độc lập thì nhân: P(A và B) = P(A)·P(B). Biến cố bù thường có ích: P(ít nhất một) = 1 − P(không có). Nhị thức: trong n phép thử độc lập với xác suất thành công p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
Biến cố bù
P(không có mặt sáu) = (5/6)3 = 0,5787
P = 1 − 0,5787 = 0,4213
Đáp số
P = 0,4213
16.Xác suất
Đáp số: σY = 2,49
Biến ngẫu nhiên rời rạc: một phân bố xác suất liệt kê mọi giá trị x mà biến có thể nhận cùng xác suất p(x) của nó; các xác suất nằm giữa 0 và 1 và có tổng bằng 1. Giá trị kỳ vọng (trung bình) là E(X) = Σx·p(x), trung bình dài hạn. Phương sai là Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², và độ lệch chuẩn σ = √Var(X). Với phép biến đổi tuyến tính Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) và σY = |a|·σX; cộng một hằng số không làm thay đổi độ phân tán.
Độ phân tán của X
μ = 2,5, Var(X) = 1,55, σX = 1,245
Phép biến đổi tuyến tính
σY = |−2|·1,245 = 2,49
Đáp số
σY = 2,49
Giá trị trung bình thì có dịch chuyển: E(Y) = −2·2,5 + 1 = −4.
17.Thống kê mô tả
Đáp số: s = 8,718
Thống kê mô tả: trung bình là tổng chia cho n; trung vị là giá trị ở giữa của dữ liệu đã sắp xếp (trung bình của hai giá trị giữa khi n chẵn). Độ lệch chuẩn mẫu là s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Điểm z z = (x − μ)/σ cho biết một giá trị cách trung bình bao nhiêu độ lệch chuẩn.
Thống kê mô tả: trung bình là tổng chia cho n; trung vị là giá trị ở giữa của dữ liệu đã sắp xếp (trung bình của hai giá trị giữa khi n chẵn). Độ lệch chuẩn mẫu là s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Điểm z z = (x − μ)/σ cho biết một giá trị cách trung bình bao nhiêu độ lệch chuẩn.
Chuẩn hóa
z = −1
Bảng phân phối chuẩn tắc
Φ(−1) = 0,1587
P = 1 − 0,1587 = 0,8413
Đáp số
P = 0,8413
19.Phân phối chuẩn
Đáp số: P = 0,9093
Phân phối chuẩn: đổi một giá trị x sang điểm z, z = (x − μ)/σ, đếm số độ lệch chuẩn tính từ giá trị trung bình. Bảng z (hay Φ(z)) cho diện tích bên trái z, tức là P(X < x). Diện tích bên phải là 1 − Φ(z), và diện tích giữa hai giá trị là hiệu của hai diện tích đó.
điểm z
z₁ = (166,8 − 178)/7 = −1,6
z₂ = (190,6 − 178)/7 = 1,8
Diện tích ở giữa
P = Φ(1,8) − Φ(−1,6) = 0,9641 − 0,0548 = 0,9093
Đáp số
P = 0,9093
20.Phân phối chuẩn
Đáp số: P = 0,8413
Tổng và hiệu của các biến chuẩn: nếu X và Y độc lập và có phân bố chuẩn thì X + Y và X − Y cũng có phân bố chuẩn. Các trung bình cộng hoặc trừ: E(X ± Y) = μX ± μY. Các phương sai luôn cộng, kể cả với hiệu: Var(X ± Y) = σX² + σY², nên σ = √(σX² + σY²). Các độ lệch chuẩn không bao giờ cộng trực tiếp. Tổng của n phần tử độc lập có cùng phân bố có trung bình n·μ và độ lệch chuẩn σ·√n. Sau đó chuẩn hóa như thường lệ: z = (x − trung bình)/σ rồi tra Φ(z).