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 + x)/sin(4x), với x tính bằng radian.
f(x) = ln(1 + x)/sin(4x)x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
Cho f(x) = x·sin(3x), với x theo radian. Tìm f′(1).
f(x) = x·sin(3x)x = 1 rad
f′(1) =
4.Đạo hàmKhó
Cho f(x) = x3 − 10,5x2 + 36x + 5. Tìm hoành độ x của điểm cực đại địa phương.
f(x) = x3 − 10,5x2 + 36x + 5
x =
5.Tích phânTrung bình
Tính I = ∫₀π x·cos x dx (x tính theo radian).
∫₀π x·cos x dx
I =
6.Tích phânKhó
Tìm diện tích A của miền giới hạn bởi y = x2 và y = x.
y = x2y = x
A =
7.Số phứcTrung bình
Hãy viết z = 2,5∠140° ở dạng đại số a + jb và cho phần thực a.
r = 2,5θ = 140°
a =
8.Số phứcKhó
Các nghiệm của zⁿ = w với n = 4 và w = 81∠−60° là zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2, 3. Hãy tìm phần ảo của z₀.
w = 81∠−60°n = 4k = 0
Im(z₀) =
9.Phương trình vi phânTrung bình
Một tách cà phê ở 89 °C được để trong phòng 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 15 phút.
T0 = 89 °CTa = 22 °Ck = 0,05 min⁻¹t = 15 min
T = °C
10.Phương trình vi phânKhó
Giải y′ + y = 3e−2t với y(0) = 3. Tìm y(1).
y′ + y = 3e−2ty(0) = 3
y(1) =
11.Ma trận và định thứcTrung bình
Tìm định thức det A của ma trận 3×3 A đã cho.
A = [−4 −4 3; −4 0 −1; −5 5 −5]
det A =
12.Ma trận và định thứcKhó
Giải hệ −x − 4y = −2 và x + 3y = 5. Tìm x.
−x − 4y = −2x + 3y = 5
x =
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
Tìm góc θ giữa các vectơ a = (0, −6, −3) và b = (−5, −1, −2), theo độ.
a = (0, −6, −3)b = (−5, −1, −2)
θ = °
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngKhó
Tìm diện tích A của hình bình hành tạo bởi a = (6, −5, −4) và b = (2, 6, −1).
a = (6, −5, −4)b = (2, 6, −1)
A =
15.Xác suấtTrung bình
Một túi chứa 5 quả bóng đỏ và 5 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?
5 / 5
P =
16.Xác suấtKhó
Một bài kiểm tra có 7 câu trắc nghiệm. Một học sinh đoán mò được mỗi câu đúng với xác suất 0,3, độc lập với nhau. Xác suất P để có đúng 4 câu trả lời đúng là bao nhiêu?
n = 7p = 0,3k = 4
P =
17.Thống kê mô tảTrung bình
Tìm độ lệch chuẩn mẫu s của dữ liệu: 28, 53, 36, 55, 60, 10.
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 56 là bao nhiêu?
μ = 60σ = 5x = 56
P =
19.Phân phối chuẩnTrung bình
X có phân bố chuẩn với trung bình 120 mm và độ lệch chuẩn 0,3 mm; Y độc lập và có phân bố chuẩn với trung bình 80 mm và độ lệch chuẩn 0,4 mm. Tìm xác suất P để X + Y lớn hơn 200,6 mm. Làm tròn z đến hai chữ số thập phân.
μX = 120, σX = 0,3μY = 80, σY = 0,4X + Y > 200,6 mm
P =
20.Phân phối chuẩnKhó
điểm thi tuân theo phân phối chuẩn với giá trị trung bình 65 điểm và độ lệch chuẩn 10 điểm. Kéo ngưỡng sao cho 10% cao nhất được tô bóng nằm bên phải nó. Tìm ngưỡng x.
μ = 65 điểmσ = 10 điểm10%
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 = 0,25
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 [1/(1 + x)]/[4·cos 4x]
Thay x = 0
L = 1/4 = 0,25
Đáp số
L = 0,25
3.Đạo hàm
Đáp số: f′(1) = −2,829
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(3x) + 3x·cos(3x)
Thay giá trị
f′(1) = 0,1411 + 3·(−0,99) = −2,829
Đáp số
f′(1) = −2,829
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 − 21x + 36 = 3·(x2 − 7x + 12)
Giải f′(x) = 0
x = 3 hoặc x = 4
Điểm nào là điểm nào
f″(x) = 6x − 21: âm tại cực đại, dương tại cực tiểu.
f″(3) = −3, f″(4) = 3
x = 3
Đáp số
x = 3
5.Tích phân
Đáp số: I = −2
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 = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x
Nguyên hàm
∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x
Giới hạn
(π·sin π + cos π) − (0 + 1) = −2
Đáp số
I = −2
6.Tích phân
Đáp số: A = 0,1667
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
x2 = x → x = 0, x = 1
Lấy tích phân của trên trừ dưới
A = [0,5x2 − 0,3333x3]01 = 0,1667
Đáp số
A = 0,1667
7.Số phức
Đáp số: a = −1,915
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 = 2,5·cos(140°) = −1,915
b = 2,5·sin(140°) = 1,607
Dạng đại số
z = −1,915 + j1,607
a = −1,915
Đáp số
a = −1,915
8.Số phức
Đáp số: Im(z₀) = −0,7765
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 của các nghiệm
811/4 = 3
Argument của nghiệm
θ₀ = (−60° + 360°·0)/4 = −15°
Dạng đại số
z₀ = 3·(cos −15° + j sin −15°) = 2,898 − j0,7765
Im(z₀) = −0,7765
Đáp số
Im(z₀) = −0,7765
4 nghiệm nằm trên đường tròn bán kính 3, cách nhau 90°.
9.Phương trình vi phân
Đáp số: T = 53,65 °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 + 67·e−0,05t
Thay t
T(15) = 22 + 67·0,4724 = 53,65 °C
Đáp số
T = 53,65 °C
10.Phương trình vi phân
Đáp số: y(1) = 1,801
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 = et
(ety)′ = 3e−t
Nghiệm tổng quát
y = 3/(−1)·e−2t + C·e−t = −3·e−2t + C·e−t
Điều kiện ban đầu
3 = −3 + C → C = 6
Tính giá trị
y(1) = −3·0,1353 + 6·0,3679 = 1,801
Đáp số
y(1) = 1,801
11.Ma trận và định thức
Đáp số: det A = −20
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 = 5, M₁₂ = 15, M₁₃ = −20
Khai triển phần bù đại số
det A = (−4)·5 − (−4)·15 + 3·(−20) = −20
Đáp số
det A = −20
12.Ma trận và định thức
Đáp số: x = 14
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)·3 − (−4)·1 = 1
Thay cột x
det Aₓ = (−2)·3 − (−4)·5 = 14
x = 14/1 = 14
Đáp số
x = 14
y = −3
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: θ = 70,94 °
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 = 0·(−5) + (−6)·(−1) + (−3)·(−2) = 12
Các độ lớn
|a| = √(0² + (−6)² + (−3)²) = 6,708
|b| = √((−5)² + (−1)² + (−2)²) = 5,477
Góc
cos θ = 12/(6,708·5,477) = 0,3266
θ = arccos(0,3266) = 70,94°
Đáp số
θ = 70,94°
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: A = 54,42
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
(a × b)x = aybz − azby = (−5)·(−1) − (−4)·6 = 29
(a × b)y = azbx − axbz = (−4)·2 − 6·(−1) = −2
(a × b)z = axby − aybx = 6·6 − (−5)·2 = 46
Diện tích
A = |a × b| = √(29² + (−2)² + 46²) = 54,42
Đáp số
A = 54,42
15.Xác suất
Đáp số: P = 0,2222
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 = 5/10 · 4/9 = 20/90 = 0,2222
Đáp số
P = 0,2222
16.Xác suất
Đáp số: P = 0,09724
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.
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 = −0,8
Bảng phân phối chuẩn tắc
Φ(−0,8) = 0,2119
P = 1 − 0,2119 = 0,7881
Đáp số
P = 0,7881
19.Phân phối chuẩn
Đáp số: P = 0,1151
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
μ = 200 mm, σ = √(0,3² + 0,4²) = 0,5 mm
Chuẩn hóa
z = (200,6 − 200)/0,5 = 1,2
Đuôi trên
P = 1 − Φ(1,2) = 1 − 0,8849 = 0,1151
Đáp số
P = 0,1151
20.Phân phối chuẩn
Đáp số: x = 77,8 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.