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 − 4x) − 2x).
f(x) = √(4x2 − 4x) − 2xx → ∞
L =
2.Giới hạnKhó
Tìm giới hạn L = limx→0 (e−x − 1 + x)/x².
f(x) = (e−x − 1 + x)/x²x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
Cho f(x) = x·sin(x), với x theo radian. Tìm f′(2).
f(x) = x·sin(x)x = 2 rad
f′(2) =
4.Đạo hàmKhó
Tiếp tuyến của f(x) = x2 + x tại x = −1 cắt trục y tại y = b. Tìm b.
f(x) = x2 + xx = −1
b =
5.Tích phânTrung bình
Tính I = ∫03 e2x dx.
f(x) = e2x[0, 3]
I =
6.Tích phânKhó
Tìm diện tích A của miền giữa parabol y = 9 − x² và trục x.
y = 9 − x²
A =
7.Số phứcTrung bình
Hãy viết z = 2∠160° ở dạng đại số a + jb và cho phần ảo b.
r = 2θ = 160°
b =
8.Số phứcKhó
Đúng một trong các điểm A–D là nghiệm của z⁶ = 729∠90°. Hãy nhấp vào nó.
w = 729∠90°n = 6
1A (5,4∠−105°)
2B (3∠−75°)
3C (3∠−105°)
4D (3∠90°)
9.Phương trình vi phânTrung bình
Một lon nước ngọt ở 6 °C được lấy từ tủ lạnh ra phòng có nhiệt độ 28 °C. Sau 9 phút, nhiệt độ của nó là 16 °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 21 °C?
T0 = 6 °CTa = 28 °CT(9) = 16 °CT = 21 °C
t = min
10.Phương trình vi phânKhó
Giải bài toán giá trị ban đầu y′ + y/x = x với x > 0, y(1) = −1. Tìm y(2).
y′ + y/x = xy(1) = −1
y(2) =
11.Ma trận và định thứcTrung bình
Tìm định thức det A của ma trận 3×3 A đã cho.
A = [0 3 1; −3 −2 3; −2 −2 −2]
det A =
12.Ma trận và định thứcKhó
Giải hệ −x − 5y = 8 và 2x + 5y = −5. Tìm x.
−x − 5y = 82x + 5y = −5
x =
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
Tìm hình chiếu vô hướng compb a của a = (−1, 4, 7) lên b = (1, 5, 2), tức là thành phần của a theo hướng của b.
a = (−1, 4, 7)b = (1, 5, 2)
compb a =
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngKhó
Lực F = (40, −30, −20) N tác dụng tại điểm A(−4, −2, 4). Tọa độ tính bằng mét. Tìm thành phần x là Mx của mô-men của lực đối với gốc tọa độ O(0, 0, 0).
F = (40, −30, −20) NA(−4, −2, 4) mO(0, 0, 0) m
Mx = N·m
15.Xác suấtTrung bình
Một túi chứa 6 quả bóng đỏ và 3 quả xanh dương. Bạn rút hai quả mà không trả quả đầu tiên lại. Xác suất P để cả hai đều đỏ là bao nhiêu?
6 / 3
P =
16.Xác suấtKhó
Một trò chơi tốn €10 mỗi lượt. Bạn thắng €40 với xác suất 0,15 và €100 với xác suất 0,05; nếu không bạn không thắng gì. Tiền cược không được trả lại. Tìm lợi nhuận ròng kỳ vọng E(G) mỗi lượt.
tiền cược = €10€40: p = 0,15€100: p = 0,05
E(G) = €
17.Thống kê mô tảTrung bình
Tìm độ lệch chuẩn mẫu s của dữ liệu: 29, 35, 40, 49, 51.
n = 5
s =
18.Thống kê mô tảKhó
Điểm thi có phân phối chuẩn với trung bình 50 và độ lệch chuẩn 12. Tìm điểm z z của điểm số 74.
μ = 50σ = 12x = 74
z =
19.Phân phối chuẩnTrung bình
Khối lượng của hành khách có hành lý là độc lập và có phân bố chuẩn với trung bình 85 kg và độ lệch chuẩn 12 kg. Tìm xác suất P để tổng khối lượng của 9 trong số đó nhỏ hơn 711 kg. Làm tròn z đến hai chữ số thập phân.
μ = 85 kgσ = 12 kgn = 9< 711 kg
P =
20.Phân phối chuẩnKhó
điểm IQ tuân theo phân phối chuẩn với giá trị trung bình 100 điểm và độ lệch chuẩn 15 điểm. Kéo ngưỡng sao cho 90% cao nhất được tô bóng nằm bên phải nó. Tìm ngưỡng x.
μ = 100 điểmσ = 15 điểm90%
x = điểm
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).
Nhân với biểu thức liên hợp
f(x) = −4x/(√(4x2 − 4x) + 2x)
Chia cho x
f(x) = −4/(√(4 + (−4)/x) + 2)
Cho x → ∞
L = −4/(2 + 2) = −1
Đáp số
L = −1
2.Giới hạn
Đáp số: L = 0,5
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
(−1·e−x + 1)/(2x) → 0/0
Áp dụng lần thứ hai
1·e−x/2
Thay x = 0
L = 1·1/2 = 0,5
Đáp số
L = 0,5
3.Đạo hàm
Đáp số: f′(2) = 0,077
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 tích và quy tắc dây chuyền
f′(x) = sin(x) + x·cos(x)
Thay giá trị
f′(2) = 0,9093 + 2·(−0,4161) = 0,077
Đáp số
f′(2) = 0,077
4.Đạo hàm
Đáp số: b = −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.
Điểm và hệ số góc
f(−1) = 0
f′(x) = 2x + 1 → f′(−1) = −1
Tiếp tuyến tại x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 0 − (−1)·(−1) = −1
Đáp số
b = −1
5.Tích phân
Đáp số: I = 201,2
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) = e2x/2
Tính tại các cận
I = (e6 − 1)/2 = (403,4 − 1)/2 = 201,2
Đáp số
I = 201,2
6.Tích phân
Đáp số: A = 36
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
9 − x² = 0 → x = ±3
Lấy tích phân
A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36
Đáp số
A = 36
7.Số phức
Đáp số: b = 0,684
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.
Các thành phần
a = 2·cos(160°) = −1,879
b = 2·sin(160°) = 0,684
Dạng đại số
z = −1,879 + j0,684
b = 0,684
Đáp số
b = 0,684
8.Số phức
Đáp số: C (3∠−105°)
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.
Mô-đun và các argument của các nghiệm
|z| = 3
θ = 15°, 75°, 135°, −165°, −105°, −45°
Điểm
C = 3∠−105°
Đáp số
C (3∠−105°)
9.Phương trình vi phân
Đáp số: t = 17 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(-22/-12)/9 = 0,06735 min⁻¹
Thời gian để đạt giá trị mục tiêu
t = ln(-22/(−7))/0,06735 = 17 min
Đáp số
t = 17 min
10.Phương trình vi phân
Đáp số: y(2) = 0,6667
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.
Thừa số tích phân
μ = e∫1/x dx = x1
Lấy tích phân
(x1y)′ = x2 → x1y = 1x3/3 + C
Điều kiện ban đầu
−1 = 1/3 + C → C = −1,333
Tính giá trị
y(2) = (1·23/3 + (−1,333))/21 = 0,6667
Đáp số
y(2) = 0,6667
11.Ma trận và định thức
Đáp số: det A = −34
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 = 10, M₁₂ = 12, M₁₃ = 2
Khai triển phần bù đại số
det A = 0·10 − 3·12 + 1·2 = −34
Đáp số
det A = −34
12.Ma trận và định thức
Đáp số: x = 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 = (−1)·5 − (−5)·2 = 5
Thay cột x
det Aₓ = 8·5 − (−5)·(−5) = 15
x = 15/5 = 3
Đáp số
x = 3
y = −2,2
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: compb a = 6,025
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 = (−1)·1 + 4·5 + 7·2 = 33
Độ dài của b
|b| = √(1² + 5² + 2²) = 5,477
Hình chiếu vô hướng
compb a = a·b/|b| = 33/5,477 = 6,025
Đáp số
compb a = 6,025
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: Mx = 160 N·m
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.
Vectơ vị trí từ O đến A
r = A − O = (−4, −2, 4) − (0, 0, 0) = (−4, −2, 4) m
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.
Lần rút thứ nhất và thứ hai
P = 6/9 · 5/8 = 30/72 = 0,4167
Đáp số
P = 0,4167
16.Xác suất
Đáp số: E(G) = 1 €
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.
Các kết quả ròng
G: 30 (p = 0,15), 90 (p = 0,05), −10 (p = 0,8)
Giá trị kỳ vọng
E(G) = 30·0,15 + 90·0,05 − 10·0,8 = 1 €
Đáp số
E(G) = 1 €
Giá trị dương nghĩa là trung bình bạn thắng tiền.
17.Thống kê mô tả
Đáp số: s = 9,284
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 = (74 − 50)/12 = 2
Đáp số
z = 2
19.Phân phối chuẩn
Đáp số: P = 0,06681
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).
Phân bố của tổng
μT = 765 kg, σT = 12·√9 = 36 kg
Chuẩn hóa
z = (711 − 765)/36 = −1,5
Xác suất
P = Φ(−1,5) = 0,06681
Đáp số
P = 0,06681
20.Phân phối chuẩn
Đáp số: x = 80,8 điểm
Từ diện tích trở lại z: Φ(z) là diện tích bên trái z. Với diện tích đuôi trái A, tìm z sao cho Φ(z) = A trong bảng. Diện tích đuôi phải A nghĩa là Φ(z) = 1 − A. Diện tích ở giữa A nằm giữa −z và z để lại (1 − A)/2 ở mỗi đuôi, nên Φ(z) = (1 + A)/2. Với một giá trị x, dùng x = μ + zσ.