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 + 2/x)2x. Cho kết quả dưới dạng số thập phân.
f(x) = (1 + 2/x)2xx → ∞
L =
2.Giới hạnKhó
Tìm giới hạn L = limx→0 (1 − cos 2x)/(x²), với x tính bằng radian.
f(x) = (1 − cos 2x)/(x²)x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
Cho f(x) = ln(x2 + 1). Tìm f′(2).
f(x) = ln(x2 + 1)x = 2
f′(2) =
4.Đạo hàmKhó
Tiếp tuyến của f(x) = 2x2 + 2x + 3 tại x = 3 cắt trục y tại y = b. Tìm b.
f(x) = 2x2 + 2x + 3x = 3
b =
5.Tích phânTrung bình
Tính I = ∫₁3 x·ln x dx.
∫₁3 x ln 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
Sơ đồ cho thấy z = −3 − j. Với w = 0,5∠−90°, hãy nhấp vào điểm biểu diễn z/w.
z = −3 − jw = 0,5∠−90°
1A (−2 + j6)
2B (2 − j6)
3C (−6 − j2)
4D (1 − j3)
8.Số phứcKhó
Hãy dùng định lý De Moivre để tìm phần thực của z⁸ với z = 2 + j2.
z = 2 + j2n = 8
Re(z⁸) =
9.Phương trình vi phânTrung bình
Giải y″ + 5y′ + 6y = 0 với y(0) = 3 và y′(0) = 6. Tìm y(1,5).
y″ + 5y′ + 6y = 0y(0) = 3y′(0) = 6
y(1.5) =
10.Phương trình vi phânKhó
Giải y″ + y′ + 16,25y = 0 với y(0) = 1 và y′(0) = 0 (thả từ trạng thái nghỉ). Tìm y(0,25); góc tính theo radian.
y″ + y′ + 16,25y = 0y(0) = 1y′(0) = 0
y(0.25) =
11.Ma trận và định thứcTrung bình
Cho C = AB với các ma trận đã cho. Tìm phần tử c11 (hàng 1, cột 1).
A = [−2 2; −2 −3]B = [−4 −5; −6 2]
c11 =
12.Ma trận và định thứcKhó
Tìm giá trị riêng lớn hơn λ của ma trận A đã cho.
A = [0 6; 1 1]
λ =
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
Một lực không đổi F = (−30, −5, 15) N tác dụng lên một vật khi nó chuyển động thẳng từ điểm A(−5, 3, 3) đến điểm B(−4, 2, −2). Tọa độ tính bằng mét. Tìm công W do lực sinh ra.
F = (−30, −5, 15) NA(−5, 3, 3) mB(−4, 2, −2) m
W = J
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngKhó
Tìm diện tích A của tam giác có các đỉnh A(1, 0, 3), B(1, −4, −3) và C(4, 1, 0). Tọa độ tính bằng mét.
A(1, 0, 3)B(1, −4, −3)C(4, 1, 0)
A = m²
15.Xác suấtTrung bình
Một túi chứa 5 quả bóng đỏ và 6 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 / 6
P =
16.Xác suấtKhó
Một bài kiểm tra có 5 câu trắc nghiệm. Một học sinh đoán mò được mỗi câu đúng với xác suất 0,1, độc lập với nhau. Xác suất P để có đúng 2 câu trả lời đúng là bao nhiêu?
n = 5p = 0,1k = 2
P =
17.Thống kê mô tảTrung bình
Tìm độ lệch chuẩn mẫu s của dữ liệu: 25, 16, 58, 42, 31, 46, 46.
n = 7
s =
18.Thống kê mô tảKhó
Điểm thi có phân phối chuẩn với trung bình 500 và độ lệch chuẩn 60. Tìm điểm z z của điểm số 428.
μ = 500σ = 60x = 428
z =
19.Phân phối chuẩnTrung bình
Kéo z sao cho diện tích tô bóng dưới đường cong chuẩn tắc, bên phải z, bằng 0,3821. Tìm z với hai chữ số thập phân.
A = 0,3821
z =
20.Phân phối chuẩnKhó
khối lượng các túi tuân theo phân phối chuẩn với giá trị trung bình 250 g và độ lệch chuẩn 5 g. Kéo ngưỡng sao cho 75% thấp nhất được tô bóng nằm bên trái nó. Tìm ngưỡng x.
μ = 250 gσ = 5 g75%
x = g
3Dung dịch
1.Giới hạn
Đáp số: L = 54,6
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 + 2/x)
Tính giá trị
ln(1 + u)/u → 1 khi u → 0, nên x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 2·2 = 4
Quay về từ logarit
L = e4 = 54,6
Đáp số
L = 54,6
2.Giới hạn
Đáp số: L = 2
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
2·sin 2x/(2x) → 0/0
Áp dụng lần thứ hai
4·cos 2x/2
Thay x = 0
L = 4/2 = 2
Đáp số
L = 2
3.Đạo hàm
Đáp số: f′(2) = 0,8
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 cho logarit
f′(x) = 2x/(x2 + 1)
Thay giá trị
f′(2) = 4/5 = 0,8
Đáp số
f′(2) = 0,8
4.Đạo hàm
Đáp số: b = −15
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(3) = 27
f′(x) = 4x + 2 → f′(3) = 14
Tiếp tuyến tại x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 27 − 14·3 = −15
Đáp số
b = −15
5.Tích phân
Đáp số: I = 2,944
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 = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2
Nguyên hàm
∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4
Giới hạn
(4,5·ln 3 − 2,25) − (0 − 0,25) = 2,944
Đáp số
I = 2,944
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: B (2 − j6)
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.
Tác dụng của w
|z/w| = |z|/0,5, arg(z/w) = arg z − (−90)°
Điểm
z/w = 2 − j6 → B
Đáp số
B (2 − j6)
8.Số phức
Đáp số: Re(z⁸) = 4096
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.
Dạng cực
z = 2 + j2 = 2√2∠45°
De Moivre
z⁸ = (2√2)⁸∠360° = 4096∠0°
Dạng đại số
z⁸ = 4096·(cos 0° + j sin 0°) = 4096
Re(z⁸) = 4096
Đáp số
Re(z⁸) = 4096
9.Phương trình vi phân
Đáp số: y(1.5) = 0,6135
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.
Các nghiệm đặc trưng
(r + 2)(r + 3) = 0 → r = −2, −3
Các hằng số từ các giá trị ban đầu
A + B = 3, −2A − 3B = 6
A = 15, B = −12
Tính giá trị
y(1,5) = 15·e−3 + (−12)·e−4,5 = 0,6135
Đáp số
y(1,5) = 0,6135
10.Phương trình vi phân
Đáp số: y(0.25) = 0,5696
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.
Các nghiệm phức
r = −0,5 ± 4j
Các hằng số
A = 1, B = 0,5·1/4 = 0,125
Tính giá trị
y(0,25) = e−0,125(1·cos 1 + 0,125·sin 1) = 0,5696
Đáp số
y(0,25) = 0,5696
11.Ma trận và định thức
Đáp số: c11 = −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.
Hàng nhân cột
c11 = (−2)·(−4) + 2·(−6) = −4
Đáp số
c11 = −4
12.Ma trận và định thức
Đáp số: λ = 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.
Phương trình đặc trưng
λ² − (1)λ + (−6) = 0
Giải
λ = (1 ± √(25))/2 → λ = −2, 3
λ = 3
Đáp số
λ = 3
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: W = −100 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 = (−4, 2, −2) − (−5, 3, 3) = (1, −1, −5) m
Công
W = F·d = (−30)·1 + (−5)·(−1) + 15·(−5) = −100 J
Đáp số
W = −100 J
Công âm: lực chủ yếu tác dụng ngược với chuyển động.
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: A = 14,07 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 = 5/11 · 4/10 = 20/110 = 0,1818
Đáp số
P = 0,1818
16.Xác suất
Đáp số: P = 0,0729
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.
Công thức nhị thức
P(X = 2) = 10·0,12·0,93 = 10·0,01·0,729 = 0,0729
Đáp số
P = 0,0729
17.Thống kê mô tả
Đáp số: s = 14,41
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 = (428 − 500)/60 = −1,2
Đáp số
z = −1,2
19.Phân phối chuẩn
Đáp số: z = 0,3
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 − 0,3821 = 0,6179
Đọc bảng z theo chiều ngược lại
Tìm 0,6179 bên trong bảng và đọc ra z.
z = 0,30
Đáp số
z = 0,30
20.Phân phối chuẩn
Đáp số: x = 253,4 g
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.