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 (1 − cos 3x)/(3x²), với x tính bằng radian.
f(x) = (1 − cos 3x)/(3x²)x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
Cho f(x) = x2·e−0,5x. Tìm f′(1,5).
f(x) = x2·e−0,5xx = 1,5
f′(1.5) =
4.Đạo hàmKhó
Cho f(x) = x3 − 4,5x2 + 2. Tìm hoành độ x của điểm cực tiểu địa phương.
f(x) = x3 − 4,5x2 + 2
x =
5.Tích phânTrung bình
Tính I = ∫15 1/x dx.
f(x) = 1/x[1, 5]
I =
6.Tích phânKhó
Tìm diện tích A của miền giới hạn bởi y = 2x2 và y = 4x.
y = 2x2y = 4x
A =
7.Số phứcTrung bình
Hãy tìm argument θ của z = 1 + j6 theo độ, là giá trị chính nằm giữa −180° và 180°.
z = 1 + j6
θ = °
8.Số phứcKhó
Giải z² + 2z + 2 = 0. Các nghiệm là a ± jb; hãy tìm phần thực a.
p = 2q = 2
a =
9.Phương trình vi phânTrung bình
Một chi tiết thép rèn ở 480 °C được để nguội trong xưởng có nhiệt độ 29 °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 16 phút.
T0 = 480 °CTa = 29 °Ck = 0,02 min⁻¹t = 16 min
T = °C
10.Phương trình vi phânKhó
Giải bài toán giá trị ban đầu y′ + 2y/x = 6x với x > 0, y(1) = −1. Tìm y(2).
y′ + 2y/x = 6xy(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 = [−3 3 −5; 0 −3 −3; 0 −1 5]
det A =
12.Ma trận và định thứcKhó
Giải hệ 6x + 5y = −2 và 2x + y = 10. Tìm x.
6x + 5y = −22x + y = 10
x =
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
Tìm tích vô hướng a·b của a = (5, −6, 6) và b = (−7, −4, −4).
a = (5, −6, 6)b = (−7, −4, −4)
a·b =
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 = (−4, 1, −2), b = (−2, −3, −4) và c = (3, −4, 1).
a = (−4, 1, −2)b = (−2, −3, −4)c = (3, −4, 1)
V =
15.Xác suấtTrung bình
Gieo một con xúc xắc cân đối 8 lần. Xác suất P để được ít nhất một lần ra mặt sáu là bao nhiêu?
n = 8
P =
16.Xác suấtKhó
X có phân bố như hiển thị, và Y = 5X + 10. Tìm độ lệch chuẩn σY của Y.
x: 0, 1, 2p(x): 0,3, 0,35, 0,35Y = 5X + 10
σY =
17.Thống kê mô tảTrung bình
Tìm độ lệch chuẩn mẫu s của dữ liệu: 52, 11, 40, 13, 26, 36, 38.
n = 7
s =
18.Thống kê mô tảKhó
Điểm thi có phân phối chuẩn với trung bình 170 và độ lệch chuẩn 5. Tìm điểm z z của điểm số 164.
μ = 170σ = 5x = 164
z =
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 174,85 và 190,6 cm? Cho P dưới dạng số thập phân.
μ = 178σ = 7x1 = 174,85x2 = 190,6
P =
20.Phân phối chuẩnKhó
Chiều cao X của nam giới và Y của nữ giới trong một nhóm là độc lập và có phân bố chuẩn: X có trung bình 180 cm và độ lệch chuẩn 10 cm, Y có trung bình 170 cm và độ lệch chuẩn 12 cm. Tìm xác suất P để X lớn hơn Y. Làm tròn z đến hai chữ số thập phân.
μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
3Dung dịch
1.Giới hạn
Đáp số: L = 7,389
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 = e2 = 7,389
Đáp số
L = 7,389
2.Giới hạn
Đáp số: L = 1,5
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
3·sin 3x/(6x) → 0/0
Áp dụng lần thứ hai
9·cos 3x/6
Thay x = 0
L = 9/6 = 1,5
Đáp số
L = 1,5
3.Đạo hàm
Đáp số: f′(1.5) = 0,8857
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
f′(x) = u′v + uv′ = e−0,5x·(2x + (−0,5)·x2)
Thay giá trị
f′(1,5) = 0,4724·(3 + (−1,125)) = 0,8857
Đáp số
f′(1,5) = 0,8857
4.Đạo hàm
Đáp số: x = 3
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.
Đạo hàm
f′(x) = 3x2 − 9x = 3·(x2 − 3x)
Giải f′(x) = 0
x = 0 hoặc x = 3
Điểm nào là điểm nào
f″(x) = 6x − 9: âm tại cực đại, dương tại cực tiểu.
f″(0) = −9, f″(3) = 9
x = 3
Đáp số
x = 3
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 5 − ln 1) = ln 5 = 1,609
Đáp số
I = 1,609
6.Tích phân
Đáp số: A = 2,667
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 = 4x → x = 0, x = 2
Lấy tích phân của trên trừ dưới
A = [2x2 − 0,6667x3]02 = 2,667
Đáp số
A = 2,667
7.Số phức
Đáp số: θ = 80,54 °
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.
Góc phần tư
a = 1, b = 6 → I
Góc tham chiếu
α = atan(6/1) = 80,54°
Argument
θ = α = 80,54°
Đáp số
θ = 80,54°
Ở dạng cực z = 6,083∠80,54°.
8.Số phức
Đáp số: a = −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.
Biệt thức
p² − 4q = 4 − 8 = −4 < 0
Công thức nghiệm bậc hai
z = (−2 ± j√4)/2 = −1 + j, −1 − j
Đáp số
a = −1
Đáp số
a = −1
9.Phương trình vi phân
Đáp số: T = 356,5 °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) = 29 + 451·e−0,02t
Thay t
T(16) = 29 + 451·0,7261 = 356,5 °C
Đáp số
T = 356,5 °C
10.Phương trình vi phân
Đáp số: y(2) = 5,375
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∫2/x dx = x2
Lấy tích phân
(x2y)′ = 6x3 → x2y = 6x4/4 + C
Điều kiện ban đầu
−1 = 6/4 + C → C = −2,5
Tính giá trị
y(2) = (6·24/4 + (−2,5))/22 = 5,375
Đáp số
y(2) = 5,375
11.Ma trận và định thức
Đáp số: det A = 54
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 = −18, M₁₂ = 0, M₁₃ = 0
Khai triển phần bù đại số
det A = (−3)·(−18) − 3·0 + (−5)·0 = 54
Đáp số
det A = 54
12.Ma trận và định thức
Đáp số: x = 13
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 = 6·1 − 5·2 = −4
Thay cột x
det Aₓ = (−2)·1 − 5·10 = −52
x = −52/(−4) = 13
Đáp số
x = 13
y = −16
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: a·b = −35
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.
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 = (−3)·1 − (−4)·(−4) = −19
(b × c)y = bzcx − bxcz = (−4)·3 − (−2)·1 = −10
(b × c)z = bxcy − bycx = (−2)·(−4) − (−3)·3 = 17
Tích vô hướng với a
a·(b × c) = (−4)·(−19) + 1·(−10) + (−2)·17 = 32
V = |32| = 32
Đáp số
V = 32
15.Xác suất
Đáp số: P = 0,7674
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)8 = 0,2326
P = 1 − 0,2326 = 0,7674
Đáp số
P = 0,7674
16.Xác suất
Đáp số: σY = 4,023
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 = 1,05, Var(X) = 0,6475, σX = 0,8047
Phép biến đổi tuyến tính
σY = |5|·0,8047 = 4,023
Đáp số
σY = 4,023
Giá trị trung bình thì có dịch chuyển: E(Y) = 5·1,05 + 10 = 15,25.
17.Thống kê mô tả
Đáp số: s = 14,97
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 = (164 − 170)/5 = −1,2
Đáp số
z = −1,2
19.Phân phối chuẩn
Đáp số: P = 0,6377
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 = (174,85 − 178)/7 = −0,45
z₂ = (190,6 − 178)/7 = 1,8
Diện tích ở giữa
P = Φ(1,8) − Φ(−0,45) = 0,9641 − 0,3264 = 0,6377
Đáp số
P = 0,6377
20.Phân phối chuẩn
Đáp số: P = 0,7389
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).