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→∞ (−3x2 − 2x − 1)/(2x2 + x + 3).
f(x) = (−3x2 − 2x − 1)/(2x2 + x + 3)x → ∞
L =
2.Giới hạnKhó
Tìm giới hạn L = limx→0 ln(1 + 3x)/sin(2x), với x tính bằng radian.
f(x) = ln(1 + 3x)/sin(2x)x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
Cho f(x) = x·sin(2x), với x theo radian. Tìm f′(1,5).
f(x) = x·sin(2x)x = 1,5 rad
f′(1.5) =
4.Đạo hàmKhó
Tiếp tuyến của f(x) = −x2 − 5x + 4 tại x = 3 cắt trục y tại y = b. Tìm b.
f(x) = −x2 − 5x + 4x = 3
b =
5.Tích phânTrung bình
Tính I = ∫02 2x·(x² + 1)2 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)2[0, 2]
I =
6.Tích phânKhó
Miền giữa đường thẳng y = 4x và parabol y = x² được quay quanh trục x. Tìm thể tích V của vật thể.
y = 4xy = x²
V =
7.Số phứcTrung bình
Hãy viết z = 3∠−40° ở dạng đại số a + jb và cho phần ảo b.
r = 3θ = −40°
b =
8.Số phứcKhó
Một nghiệm của z³ + 5z² + 24z + 20 = 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
Một tách cà phê ở 83 °C được để trong phòng có nhiệt độ 23 °C. Sau 12 phút, nhiệt độ của nó là 39 °C. Nó tuân theo định luật làm nguội của Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Sau khi bắt đầu bao lâu, t, thì đạt tới 32 °C?
T0 = 83 °CTa = 23 °CT(12) = 39 °CT = 32 °C
t = min
10.Phương trình vi phânKhó
Giải y″ + 3y′ + 18,25y = 0 với y(0) = 3 và y′(0) = 0 (thả từ trạng thái nghỉ). Tìm y(0,75); góc tính theo radian.
y″ + 3y′ + 18,25y = 0y(0) = 3y′(0) = 0
y(0.75) =
11.Ma trận và định thứcTrung bình
Tìm định thức det A của ma trận 3×3 A đã cho.
A = [−1 −3 2; −1 3 −1; −4 4 2]
det A =
12.Ma trận và định thứcKhó
Tìm giá trị riêng lớn hơn λ của ma trận A đã cho.
A = [−2 4; −7 9]
λ =
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
Tìm giá trị của k để các vectơ a = (−4, 4, 4) và b = (−5, 6, k) vuông góc.
a = (−4, 4, 4)b = (−5, 6, k)
k =
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngKhó
Với a = (2, 3, 6) và b = (−1, 0, 3), tìm thành phần x (a × b)x của tích có hướng a × b.
a = (2, 3, 6)b = (−1, 0, 3)
(a × b)x =
15.Xác suấtTrung bình
Với phân bố đã cho, tìm phương sai Var(X) của X.
x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,35, 0,25, 0,2, 0,2
Var(X) =
16.Xác suấtKhó
Một bài kiểm tra có 8 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 1 câu trả lời đúng là bao nhiêu?
n = 8p = 0,1k = 1
P =
17.Thống kê mô tảTrung bình
Tìm độ lệch chuẩn mẫu s của dữ liệu: 25, 21, 54, 33, 53, 16, 24.
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 167,5.
μ = 170σ = 5x = 167,5
z =
19.Phân phối chuẩnTrung bình
thời gian giao hàng có phân phối chuẩn với trung bình 32 min và độ lệch chuẩn 6 min. Tỉ lệ nào nằm giữa 26,3 và 38,3 min? Cho P dưới dạng số thập phân.
μ = 32σ = 6x1 = 26,3x2 = 38,3
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 = −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).
Chia cho lũy thừa bậc cao nhất
(−3 + (−2)/x + (−1)/x2)/(2 + 1/x + 3/x2)
Cho x → ∞
L = −3/2 = −1,5
Đáp số
L = −1,5
Khi bậc bằng nhau, giới hạn bằng tỉ số của các hệ số cao nhất.
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).
Quy tắc L'Hôpital
L = limx→0 [3/(1 + 3x)]/[2·cos 2x]
Thay x = 0
L = 3/2 = 1,5
Đáp số
L = 1,5
3.Đạo hàm
Đáp số: f′(1.5) = −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(2x) + 2x·cos(2x)
Thay giá trị
f′(1,5) = 0,1411 + 3·(−0,99) = −2,829
Đáp số
f′(1,5) = −2,829
4.Đạo hàm
Đáp số: b = 13
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) = −20
f′(x) = −2x − 5 → f′(3) = −11
Tiếp tuyến tại x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −20 − (−11)·3 = 13
Đáp số
b = 13
5.Tích phân
Đáp số: I = 41,33
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 u2 du
Lấy tích phân và tính giá trị
I = [u3/3]15 = (125 − 1)/3 = 41,33
Đáp số
I = 41,33
6.Tích phân
Đáp số: V = 428,9
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.
Các giao điểm
4x = 1x² → x = 0, x = 4
Phương pháp vòng đệm
V = π∫₀4 ((4x)² − (1x²)²) dx
Lấy tích phân
V = π(16·4³/3 − 1·4⁵/5) = π·136,5 = 428,9
Đáp số
V = 428,9
7.Số phức
Đáp số: b = −1,928
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 = 3·cos(−40°) = 2,298
b = 3·sin(−40°) = −1,928
Dạng đại số
z = 2,298 − j1,928
b = −1,928
Đáp số
b = −1,928
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 = −4 + (−1) = −5 = −(5).
9.Phương trình vi phân
Đáp số: t = 17,22 min
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.
Hằng số làm nguội
k = ln(60/16)/12 = 0,1101 min⁻¹
Thời gian để đạt giá trị mục tiêu
t = ln(60/9)/0,1101 = 17,22 min
Đáp số
t = 17,22 min
10.Phương trình vi phân
Đáp số: y(0.75) = −0,9127
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.
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 = 10, M₁₂ = −6, M₁₃ = 8
Khai triển phần bù đại số
det A = (−1)·10 − (−3)·(−6) + 2·8 = −12
Đáp số
det A = −12
12.Ma trận và định thức
Đáp số: λ = 5
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 − (7)λ + (10) = 0
Giải
λ = (7 ± √(9))/2 → λ = 2, 5
λ = 5
Đáp số
λ = 5
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: k = −11
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 bằng không
a·b = (−4)·(−5) + 4·6 + 4·k = 0
44 + 4·k = 0
Giải tìm k
k = −44/4 = −11
Đáp số
k = −11
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: (a × b)x = 9
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, từng thành phần
(a × b)x = aybz − azby = 3·3 − 6·0 = 9
(a × b)y = azbx − axbz = 6·(−1) − 2·3 = −12
(a × b)z = axby − aybx = 2·0 − 3·(−1) = 3
Thành phần cần tìm
(a × b)x = 9
Đáp số
(a × b)x = 9
Kiểm tra: a × b vuông góc với cả hai vectơ, nên tích vô hướng của nó với a và với b bằng 0.
15.Xác suất
Đáp số: Var(X) = 128,8
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.
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 = 1) = 8·0,11·0,97 = 8·0,1·0,4783 = 0,3826
Đáp số
P = 0,3826
17.Thống kê mô tả
Đáp số: s = 15,36
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 = (167,5 − 170)/5 = −0,5
Đáp số
z = −0,5
19.Phân phối chuẩn
Đáp số: P = 0,6821
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 = (26,3 − 32)/6 = −0,95
z₂ = (38,3 − 32)/6 = 1,05
Diện tích ở giữa
P = Φ(1,05) − Φ(−0,95) = 0,8531 − 0,1711 = 0,6821
Đáp số
P = 0,6821
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).