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 − 6x) − 3x).
f(x) = √(9x2 − 6x) − 3xx → ∞
L =
2.Giới hạnKhó
Tìm giới hạn L = limx→0 (e0,5x − 1 − 0,5x)/x².
f(x) = (e0,5x − 1 − 0,5x)/x²x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
Cho f(x) = ln(2x2 + 4). Tìm f′(−1).
f(x) = ln(2x2 + 4)x = −1
f′(−1) =
4.Đạo hàmKhó
Tiếp tuyến của f(x) = 0,5x2 + 4x + 5 tại x = −1 cắt trục y tại y = b. Tìm b.
f(x) = 0,5x2 + 4x + 5x = −1
b =
5.Tích phânTrung bình
Tính I = ∫210 1/x dx.
f(x) = 1/x[2, 10]
I =
6.Tích phânKhó
Tìm diện tích A của miền giữa parabol y = 4 − x² và trục x.
y = 4 − x²
A =
7.Số phứcTrung bình
Sơ đồ cho thấy z = 4 + j4. Với w = 0,5∠180°, hãy nhấp vào điểm biểu diễn z/w.
z = 4 + j4w = 0,5∠180°
1A (−8 − j8)
2B (−4 − j4)
3C (2 + j2)
4D (8 + j8)
8.Số phứcKhó
Một nghiệm của z³ + 7z² + 32z + 60 = 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″ + 8y′ + 16y = 0 với y(0) = 5 và y′(0) = -1. Tìm y(0,5).
y″ + 8y′ + 16y = 0y(0) = 5y′(0) = -1
y(0.5) =
10.Phương trình vi phânKhó
Giải y′ + y = 7e−2t với y(0) = 4. Tìm y(2).
y′ + y = 7e−2ty(0) = 4
y(2) =
11.Ma trận và định thứcTrung bình
Cho C = AB với các ma trận đã cho. Tìm phần tử c21 (hàng 2, cột 1).
A = [0 5; 1 6]B = [2 −6; −5 3]
c21 =
12.Ma trận và định thứcKhó
Giải hệ −6x − 3y = 6 và x − 2y = −7. Tìm x.
−6x − 3y = 6x − 2y = −7
x =
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
Tìm hình chiếu vô hướng compb a của a = (−5, −1, −2) lên b = (−3, 3, −5), tức là thành phần của a theo hướng của b.
a = (−5, −1, −2)b = (−3, 3, −5)
compb a =
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngKhó
Với a = (−3, −6, 3) và b = (4, 2, −6), tìm thành phần z (a × b)z của tích có hướng a × b.
a = (−3, −6, 3)b = (4, 2, −6)
(a × b)z =
15.Xác suấtTrung bình
Có bao nhiêu cách N chọn một ủy ban gồm 5 người từ một nhóm 15 người? Thứ tự không quan trọng.
n = 15k = 5
N =
16.Xác suấtKhó
11 linh kiện được kiểm tra, mỗi linh kiện hỏng với xác suất 0,3, độc lập với nhau. Xác suất P để có nhiều nhất một linh kiện hỏng là bao nhiêu?
n = 11p = 0,3
P =
17.Thống kê mô tảTrung bình
Tìm độ lệch chuẩn mẫu s của dữ liệu: 29, 58, 44, 28, 32, 30.
n = 6
s =
18.Thống kê mô tảKhó
Một đại lượng có phân phối chuẩn với trung bình 170 và độ lệch chuẩn 5. Tỉ lệ P các giá trị lớn hơn 167,5 là bao nhiêu?
μ = 170σ = 5x = 167,5
P =
19.Phân phối chuẩnTrung bình
Khối lượng của bu lông là độc lập và có phân bố chuẩn với trung bình 40 g và độ lệch chuẩn 1,2 g. Tìm xác suất P để tổng khối lượng của 8 trong số đó nhỏ hơn 314,9 g. Làm tròn z đến hai chữ số thập phân.
μ = 40 gσ = 1,2 gn = 8< 314.9 g
P =
20.Phân phối chuẩnKhó
tuổi thọ pin tuân theo phân phối chuẩn với giá trị trung bình 500 h và độ lệch chuẩn 40 h. Kéo ngưỡng sao cho 95% cao nhất được tô bóng nằm bên phải nó. Tìm ngưỡng x.
μ = 500 hσ = 40 h95%
x = h
3Dung dịch
1.Giới hạn
Đáp số: L = −1
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) = −6x/(√(9x2 − 6x) + 3x)
Chia cho x
f(x) = −6/(√(9 + (−6)/x) + 3)
Cho x → ∞
L = −6/(3 + 3) = −1
Đáp số
L = −1
2.Giới hạn
Đáp số: L = 0,125
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
(0,5·e0,5x − 0,5)/(2x) → 0/0
Áp dụng lần thứ hai
0,25·e0,5x/2
Thay x = 0
L = 0,25·1/2 = 0,125
Đáp số
L = 0,125
3.Đạo hàm
Đáp số: f′(−1) = −0,6667
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) = 4x/(2x2 + 4)
Thay giá trị
f′(−1) = −4/6 = −0,6667
Đáp số
f′(−1) = −0,6667
4.Đạo hàm
Đáp số: b = 4,5
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(−1) = 1,5
f′(x) = x + 4 → f′(−1) = 3
Tiếp tuyến tại x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 1,5 − 3·(−1) = 4,5
Đáp số
b = 4,5
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 10 − ln 2) = ln 5 = 1,609
Đáp số
I = 1,609
6.Tích phân
Đáp số: A = 10,67
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 nghiệm
4 − x² = 0 → x = ±2
Lấy tích phân
A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67
Đáp số
A = 10,67
7.Số phức
Đáp số: A (−8 − j8)
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 − 180°
Điểm
z/w = −8 − j8 → A
Đáp số
A (−8 − j8)
8.Số phức
Đáp số: r = −3
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 + (−3) = −7 = −(7).
9.Phương trình vi phân
Đáp số: y(0.5) = 1,962
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 + 4)² = 0 → r = −4
Các hằng số
A = y(0) = 5
y′(0) = B − 4A → B = -1 + 20 = 19
Tính giá trị
y(0,5) = (5 + 19·0,5)·e−2 = 1,962
Đáp số
y(0,5) = 1,962
10.Phương trình vi phân
Đáp số: y(2) = 1,36
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)′ = 7e−t
Nghiệm tổng quát
y = 7/(−1)·e−2t + C·e−t = −7·e−2t + C·e−t
Điều kiện ban đầu
4 = −7 + C → C = 11
Tính giá trị
y(2) = −7·0,01832 + 11·0,1353 = 1,36
Đáp số
y(2) = 1,36
11.Ma trận và định thức
Đáp số: c21 = −28
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
c21 = 1·2 + 6·(−5) = −28
Đáp số
c21 = −28
12.Ma trận và định thức
Đáp số: x = −2,2
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)·(−2) − (−3)·1 = 15
Thay cột x
det Aₓ = 6·(−2) − (−3)·(−7) = −33
x = −33/15 = −2,2
Đáp số
x = −2,2
y = 2,4
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: compb a = 3,355
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 = (−5)·(−3) + (−1)·3 + (−2)·(−5) = 22
Độ dài của b
|b| = √((−3)² + 3² + (−5)²) = 6,557
Hình chiếu vô hướng
compb a = a·b/|b| = 22/6,557 = 3,355
Đáp số
compb a = 3,355
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: (a × b)z = 18
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 = (−6)·(−6) − 3·2 = 30
(a × b)y = azbx − axbz = 3·4 − (−3)·(−6) = −6
(a × b)z = axby − aybx = (−3)·2 − (−6)·4 = 18
Thành phần cần tìm
(a × b)z = 18
Đáp số
(a × b)z = 18
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: N = 3003
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.
Tổ hợp
C(15, 5) = (15·14·13·12·11)/(5·4·3·2·1) = 3003
Đáp số
N = 3003
16.Xác suất
Đáp số: P = 0,113
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.
Không hỏng và một hỏng
P(X = 0) = 0,711 = 0,01977
P(X = 1) = 11·0,3·0,710 = 0,09322
Cộng lại
P = 0,01977 + 0,09322 = 0,113
Đáp số
P = 0,113
17.Thống kê mô tả
Đáp số: s = 11,91
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 = −0,5
Bảng phân phối chuẩn tắc
Φ(−0,5) = 0,3085
P = 1 − 0,3085 = 0,6915
Đáp số
P = 0,6915
19.Phân phối chuẩn
Đáp số: P = 0,06681
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
μT = 320 g, σT = 1,2·√8 = 3,394 g
Chuẩn hóa
z = (314,9 − 320)/3,394 = −1,5
Xác suất
P = Φ(−1,5) = 0,06681
Đáp số
P = 0,06681
20.Phân phối chuẩn
Đáp số: x = 434 h
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.