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→∞ (√(9x2 − 10x) − 3x).
f(x) = √(9x2 − 10x) − 3xx → ∞
L =
2.Giới hạnKhó
Tìm giới hạn L = limx→0 (1 − cos 5x)/(x²), với x tính bằng radian.
f(x) = (1 − cos 5x)/(x²)x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
Cho f(x) = x3·e−0,5x. Tìm f′(2).
f(x) = x3·e−0,5xx = 2
f′(2) =
4.Đạo hàmKhó
Cho f(x) = x3 − 13,5x2 + 54x + 2. Tìm hoành độ x của điểm cực đại địa phương.
f(x) = x3 − 13,5x2 + 54x + 2
x =
5.Tích phânTrung bình
Miền dưới y = x từ x = 0 đến x = 3 được quay quanh trục x. Tìm thể tích V của vật thể (một hình nón).
y = x0 ≤ x ≤ 3
V =
6.Tích phânKhó
Tìm diện tích A của miền giới hạn bởi y = x2 và y = 2x.
y = x2y = 2x
A =
7.Số phứcTrung bình
Hãy viết z = −9 + j3 ở dạng mũ r·ejθ. Hãy cho θ theo radian, nằm giữa −π và π.
z = −9 + j3
θ = rad
8.Số phứcKhó
Một nghiệm của z³ − 9z² + 40z − 100 = 0 là z₁ = 2 + j4. Các hệ số là số thực. Hãy tìm nghiệm thực r.
z₁ = 2 + j4
r =
9.Phương trình vi phânTrung bình
Giải y″ + 6y′ + 9y = 0 với y(0) = 3 và y′(0) = 4. Tìm y(0,5).
y″ + 6y′ + 9y = 0y(0) = 3y′(0) = 4
y(0.5) =
10.Phương trình vi phânKhó
Giải bài toán giá trị ban đầu y′ + 3y/x = 4 với x > 0, y(1) = 4. Tìm y(3).
y′ + 3y/x = 4y(1) = 4
y(3) =
11.Ma trận và định thứcTrung bình
Tìm định thức det A của ma trận 3×3 A đã cho.
A = [5 5 −5; −3 1 0; −5 −2 2]
det A =
12.Ma trận và định thứcKhó
Giải hệ −3x − 3y = 9 và 5x + y = 0. Tìm x.
−3x − 3y = 95x + y = 0
x =
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
Một lực không đổi F = (−30, 20, 20) N tác dụng lên một vật khi nó chuyển động thẳng từ điểm A(−5, 0, −4) đến điểm B(5, 3, −3). Tọa độ tính bằng mét. Tìm công W do lực sinh ra.
F = (−30, 20, 20) NA(−5, 0, −4) mB(5, 3, −3) m
W = J
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngKhó
Tìm diện tích A của tam giác có các đỉnh A(0, −1, 1), B(−4, 3, 3) và C(3, 2, −1). Tọa độ tính bằng mét.
A(0, −1, 1)B(−4, 3, 3)C(3, 2, −1)
A = m²
15.Xác suấtTrung bình
Một túi chứa 3 quả bóng đỏ và 8 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?
3 / 8
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: 15, 22, 38, 17, 45.
n = 5
s =
18.Thống kê mô tảKhó
Điểm thi có phân phối chuẩn với trung bình 60 và độ lệch chuẩn 5. Tìm điểm z z của điểm số 67,5.
μ = 60σ = 5x = 67,5
z =
19.Phân phối chuẩnTrung bình
điểm thi có phân phối chuẩn với trung bình 65 điểm và độ lệch chuẩn 10 điểm. Tỉ lệ nào nằm giữa 53 và 73,5 điểm? Cho P dưới dạng số thập phân.
μ = 65σ = 10x1 = 53x2 = 73,5
P =
20.Phân phối chuẩnKhó
chiều cao của nam giới trưởng thành tuân theo phân phối chuẩn với giá trị trung bình 178 cm và độ lệch chuẩn 7 cm. Kéo ngưỡng sao cho 60% cao nhất được tô bóng nằm bên phải nó. Tìm ngưỡng x.
μ = 178 cmσ = 7 cm60%
x = cm
3Dung dịch
1.Giới hạn
Đáp số: L = −1,667
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) = −10x/(√(9x2 − 10x) + 3x)
Chia cho x
f(x) = −10/(√(9 + (−10)/x) + 3)
Cho x → ∞
L = −10/(3 + 3) = −1,667
Đáp số
L = −1,667
2.Giới hạn
Đáp số: L = 12,5
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
5·sin 5x/(2x) → 0/0
Áp dụng lần thứ hai
25·cos 5x/2
Thay x = 0
L = 25/2 = 12,5
Đáp số
L = 12,5
3.Đạo hàm
Đáp số: f′(2) = 2,943
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·(3x2 + (−0,5)·x3)
Thay giá trị
f′(2) = 0,3679·(12 + (−4)) = 2,943
Đáp số
f′(2) = 2,943
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 − 27x + 54 = 3·(x2 − 9x + 18)
Giải f′(x) = 0
x = 3 hoặc x = 6
Điểm nào là điểm nào
f″(x) = 6x − 27: âm tại cực đại, dương tại cực tiểu.
f″(3) = −9, f″(6) = 9
x = 3
Đáp số
x = 3
5.Tích phân
Đáp số: V = 28,27
Thể tích tròn xoay: quay miền dưới y = f(x) từ x = a đến x = b quanh trục x tạo ra một vật thể có mặt cắt tại x là một đĩa bán kính f(x). Cộng các đĩa lại cho V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Khi miền nằm giữa một đường cong ngoài R(x) và một đường cong trong r(x), mỗi lát cắt là một vòng đệm: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Bình phương các bán kính trước khi trừ chúng.
Phương pháp đĩa
V = π∫₀3 1x² dx
Lấy tích phân
V = π·1·3³/3 = 28,27
Đáp số
V = 28,27
Kiểm tra: hình nón bán kính 3 và chiều cao 3 có (1/3)πr²h = 28,27.
6.Tích phân
Đáp số: A = 1,333
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
x2 = 2x → x = 0, x = 2
Lấy tích phân của trên trừ dưới
A = [x2 − 0,3333x3]02 = 1,333
Đáp số
A = 1,333
7.Số phức
Đáp số: θ = 2,82 rad
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
r = √(81 + 9) = 9,487
Argument theo radian
θ = 161,6° = 161,6·π/180 = 2,82 rad
Dạng mũ
z = 9,487·ej2,82
Đáp số
θ = 2,82 rad
8.Số phức
Đáp số: r = 5
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 = 4 + 5 = 9 = −(−9).
9.Phương trình vi phân
Đáp số: y(0.5) = 2,12
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.
Nghiệm kép
(r + 3)² = 0 → r = −3
Các hằng số
A = y(0) = 3
y′(0) = B − 3A → B = 4 + 9 = 13
Tính giá trị
y(0,5) = (3 + 13·0,5)·e−1,5 = 2,12
Đáp số
y(0,5) = 2,12
10.Phương trình vi phân
Đáp số: y(3) = 3,111
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∫3/x dx = x3
Lấy tích phân
(x3y)′ = 4x3 → x3y = 4x4/4 + C
Điều kiện ban đầu
4 = 4/4 + C → C = 3
Tính giá trị
y(3) = (4·34/4 + 3)/33 = 3,111
Đáp số
y(3) = 3,111
11.Ma trận và định thức
Đáp số: det A = −15
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 = 2, M₁₂ = −6, M₁₃ = 11
Khai triển phần bù đại số
det A = 5·2 − 5·(−6) + (−5)·11 = −15
Đáp số
det A = −15
12.Ma trận và định thức
Đáp số: x = 0,75
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 = (−3)·1 − (−3)·5 = 12
Thay cột x
det Aₓ = 9·1 − (−3)·0 = 9
x = 9/12 = 0,75
Đáp số
x = 0,75
y = −3,75
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: W = −220 J
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.
Độ dời
d = B − A = (5, 3, −3) − (−5, 0, −4) = (10, 3, 1) m
Công
W = F·d = (−30)·10 + 20·3 + 20·1 = −220 J
Đáp số
W = −220 J
Công âm: lực chủ yếu tác dụng ngược với chuyển động.
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: A = 13,93 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.
Lần rút thứ nhất và thứ hai
P = 3/11 · 2/10 = 6/110 = 0,05455
Đáp số
P = 0,05455
16.Xác suất
Đáp số: σY = 2,332
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 = 1,2, Var(X) = 1,36, σX = 1,166
Phép biến đổi tuyến tính
σY = |2|·1,166 = 2,332
Đáp số
σY = 2,332
Giá trị trung bình thì có dịch chuyển: E(Y) = 2·1,2 + 1 = 3,4.
17.Thống kê mô tả
Đáp số: s = 13,35
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 = (67,5 − 60)/5 = 1,5
Đáp số
z = 1,5
19.Phân phối chuẩn
Đáp số: P = 0,6873
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 = (53 − 65)/10 = −1,2
z₂ = (73,5 − 65)/10 = 0,85
Diện tích ở giữa
P = Φ(0,85) − Φ(−1,2) = 0,8023 − 0,1151 = 0,6873
Đáp số
P = 0,6873
20.Phân phối chuẩn
Đáp số: x = 176,3 cm
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.