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→∞ (1 − 1/x)2x. Cho kết quả dưới dạng số thập phân.
f(x) = (1 − 1/x)2xx → ∞
L =
2.Giới hạnKhó
Tìm giới hạn L = limx→0 ln(1 + 3x)/sin(x), với x tính bằng radian.
f(x) = ln(1 + 3x)/sin(x)x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
Cho f(x) = (3x + 1)3. Tìm f′(−1).
f(x) = (3x + 1)3x = −1
f′(−1) =
4.Đạo hàmKhó
Tiếp tuyến của f(x) = 0,5x2 − x + 6 tại x = −2 cắt trục y tại y = b. Tìm b.
f(x) = 0,5x2 − x + 6x = −2
b =
5.Tích phânTrung bình
Tính I = ∫02 2x·(x² + 1)1 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)1[0, 2]
I =
6.Tích phânKhó
Tìm diện tích A của miền giới hạn bởi y = 0,5x2 và y = x.
y = 0,5x2y = x
A =
7.Số phứcTrung bình
Hãy viết z = 10∠35° ở dạng đại số a + jb và cho phần ảo b.
r = 10θ = 35°
b =
8.Số phứcKhó
Một nghiệm của z³ − 7z² + 31z − 25 = 0 là z₁ = 3 + j4. Các hệ số là số thực. Hãy tìm nghiệm thực r.
z₁ = 3 + j4
r =
9.Phương trình vi phânTrung bình
Một chi tiết thép rèn ở 300 °C được để nguội trong xưởng có nhiệt độ 22 °C. Nó tuân theo định luật làm nguội của Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Với k = 0,05 min⁻¹, tìm nhiệt độ T sau 41 phút.
T0 = 300 °CTa = 22 °Ck = 0,05 min⁻¹t = 41 min
T = °C
10.Phương trình vi phânKhó
Một hệ thỏa y″ + 3y′ + 6,25y = 6,25 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″ + 3y′ + 6,25y = 6,25y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.Ma trận và định thứcTrung bình
Tìm định thức det A của ma trận 3×3 A đã cho.
A = [3 −2 4; 2 −3 −1; 1 −3 −4]
det A =
12.Ma trận và định thứcKhó
Tìm giá trị riêng lớn hơn λ của ma trận A đã cho.
A = [1 2; 6 0]
λ =
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
Tìm hình chiếu vô hướng compb a của a = (7, −5, 0) lên b = (0, −5, 5), tức là thành phần của a theo hướng của b.
a = (7, −5, 0)b = (0, −5, 5)
compb a =
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngKhó
Tìm diện tích A của tam giác có các đỉnh A(−3, 4, 4), B(−1, 1, −1) và C(4, 4, −1). Tọa độ tính bằng mét.
A(−3, 4, 4)B(−1, 1, −1)C(4, 4, −1)
A = m²
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
12 linh kiện được kiểm tra, mỗi linh kiện hỏng với xác suất 0,1, độc lập với nhau. Xác suất P để có nhiều nhất một linh kiện hỏng là bao nhiêu?
n = 12p = 0,1
P =
17.Thống kê mô tảTrung bình
Tìm độ lệch chuẩn mẫu s của dữ liệu: 22, 10, 50, 21, 12, 56.
n = 6
s =
18.Thống kê mô tảKhó
Một đại lượng có phân phối chuẩn với trung bình 70 và độ lệch chuẩn 5. Tỉ lệ P các giá trị nhỏ hơn 73 là bao nhiêu?
μ = 70σ = 5x = 73
P =
19.Phân phối chuẩnTrung bình
Kéo z sao cho diện tích tô bóng giữa −z và z dưới đường cong chuẩn tắc bằng 0,7243. Tìm z với hai chữ số thập phân.
A = 0,7243
z =
20.Phân phối chuẩnKhó
điểm thi có phân phối chuẩn với trung bình 65 điểm và độ lệch chuẩn 10 điểm. Tìm giá trị x mà 75% trong số chúng nằm dưới (phân vị thứ 75).
μ = 65σ = 10P = 75%
x = điểm
3Dung dịch
1.Giới hạn
Đáp số: L = 0,1353
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).
Lấy logarit
ln L = limx→∞ 2·x·ln(1 − 1/x)
Tính giá trị
ln(1 + u)/u → 1 khi u → 0, nên x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 2·(−1) = −2
Quay về từ logarit
L = e−2 = 0,1353
Đáp số
L = 0,1353
2.Giới hạn
Đáp số: L = 3
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).
Quy tắc L'Hôpital
L = limx→0 [3/(1 + 3x)]/[cos x]
Thay x = 0
L = 3/1 = 3
Đáp số
L = 3
3.Đạo hàm
Đáp số: f′(−1) = 36
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
f′(x) = 3·(3x + 1)2·3
Thay giá trị
f′(−1) = 3·(−2)2·3 = 36
Đáp số
f′(−1) = 36
4.Đạo hàm
Đáp số: b = 4
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) = 10
f′(x) = x − 1 → f′(−2) = −3
Tiếp tuyến tại x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 10 − (−3)·(−2) = 4
Đáp số
b = 4
5.Tích phân
Đáp số: I = 12
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.
Phép đổi biến
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u1 du
Lấy tích phân và tính giá trị
I = [u2/2]15 = (25 − 1)/2 = 12
Đáp số
I = 12
6.Tích phân
Đáp số: A = 0,6667
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 = x → x = 0, x = 2
Lấy tích phân của trên trừ dưới
A = [0,5x2 − 0,1667x3]02 = 0,6667
Đáp số
A = 0,6667
7.Số phức
Đáp số: b = 5,736
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 = 10·cos(35°) = 8,192
b = 10·sin(35°) = 5,736
Dạng đại số
z = 8,192 + j5,736
b = 5,736
Đáp số
b = 5,736
8.Số phức
Đáp số: r = 1
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.
Hãy kiểm tra bằng tổng các nghiệm: z₁ + z₂ + r = 6 + 1 = 7 = −(−7).
9.Phương trình vi phân
Đáp số: T = 57,79 °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) = 22 + 278·e−0,05t
Thay t
T(41) = 22 + 278·0,1287 = 57,79 °C
Đáp số
T = 57,79 °C
10.Phương trình vi phân
Đáp số: ymax = 1,095
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 = 1, r = −1,5 ± 2j
Các hằng số từ các giá trị ban đầu
y(0) = 1 + A = 0 → A = −1
y′(0) = −1,5A + 2B = 0 → B = −0,75
Đỉnh
t = π/2 = 1,571
ymax = 1·(1 + e−1,5·π/2) = 1,095
Đáp số
ymax = 1,095
11.Ma trận và định thức
Đáp số: det A = 1
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 = 9, M₁₂ = −7, M₁₃ = −3
Khai triển phần bù đại số
det A = 3·9 − (−2)·(−7) + 4·(−3) = 1
Đáp số
det A = 1
12.Ma trận và định thức
Đáp số: λ = 4
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.
Phương trình đặc trưng
λ² − (1)λ + (−12) = 0
Giải
λ = (1 ± √(49))/2 → λ = −3, 4
λ = 4
Đáp số
λ = 4
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: compb a = 3,536
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 = 7·0 + (−5)·(−5) + 0·5 = 25
Độ dài của b
|b| = √(0² + (−5)² + 5²) = 7,071
Hình chiếu vô hướng
compb a = a·b/|b| = 25/7,071 = 3,536
Đáp số
compb a = 3,536
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: A = 17,97 m²
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.
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: P = 0,659
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.
Không hỏng và một hỏng
P(X = 0) = 0,912 = 0,2824
P(X = 1) = 12·0,1·0,911 = 0,3766
Cộng lại
P = 0,2824 + 0,3766 = 0,659
Đáp số
P = 0,659
17.Thống kê mô tả
Đáp số: s = 19,65
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 = 0,6
Bảng phân phối chuẩn tắc
Φ(0,6) = 0,7257
P = 0,7257
Đáp số
P = 0,7257
19.Phân phối chuẩn
Đáp số: z = 1,09
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.
Diện tích bên trái z
Φ(z) = (1 + 0,7243)/2 = 0,8621
Đọc bảng z theo chiều ngược lại
Tìm 0,8621 bên trong bảng và đọc ra z.
z = 1,09
Đáp số
z = 1,09
20.Phân phối chuẩn
Đáp số: x = 71,75 điểm
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.