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)3x. Cho kết quả dưới dạng số thập phân.
f(x) = (1 + 1/x)3xx → ∞
L =
2.Giới hạnKhó
Tìm giới hạn L = limx→0 ln(1 + 2x)/sin(5x), với x tính bằng radian.
f(x) = ln(1 + 2x)/sin(5x)x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
Cho f(x) = ln(3x2 + 2). Tìm f′(−2).
f(x) = ln(3x2 + 2)x = −2
f′(−2) =
4.Đạo hàmKhó
Cho f(x) = x3 − 6x2 + 9x − 1. Tìm hoành độ x của điểm cực tiểu địa phương.
f(x) = x3 − 6x2 + 9x − 1
x =
5.Tích phânTrung bình
Miền dưới y = √(4x) từ x = 0 đến x = 3 được quay quanh trục x. Tìm thể tích V của vật thể (một paraboloid).
y = √(4x)0 ≤ x ≤ 3
V =
6.Tích phânKhó
Tìm diện tích A của miền giữa parabol y = 9 − x² và trục x.
y = 9 − x²
A =
7.Số phứcTrung bình
Cho z₁ = 2∠100° và z₂ = 3∠−50°, hãy tìm argument θ của w = z₁·z₂ theo độ, nằm giữa −180° và 180°.
z₁ = 2∠100°z₂ = 3∠−50°
θ = °
8.Số phứcKhó
Một nghiệm của z³ + 6z² + z − 34 = 0 là z₁ = −4 + j. Các hệ số là số thực. Hãy tìm nghiệm thực r.
z₁ = −4 + j
r =
9.Phương trình vi phânTrung bình
Giải y″ + 4y′ + 4y = 0 với y(0) = 5 và y′(0) = 0. Tìm y(1).
y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 5y′(0) = 0
y(1) =
10.Phương trình vi phânKhó
Một bể chứa 1000 L nước trong đó hòa tan 5 kg muối. Nước muối với 0,2 kg muối mỗi lít chảy vào với tốc độ 4 L/min, và dung dịch đã trộn đều chảy ra với cùng tốc độ. Sau 75 phút trong bể có bao nhiêu muối m?
V = 1000 Lm0 = 5 kgc = 0,2 kg/Lr = 4 L/min
m = kg
11.Ma trận và định thứcTrung bình
Tìm định thức det A của ma trận 3×3 A đã cho.
A = [−3 −3 2; −2 4 −4; 0 −4 2]
det A =
12.Ma trận và định thứcKhó
Giải hệ 3x − 2y = −4 và −5x − 3y = 1. Tìm x.
3x − 2y = −4−5x − 3y = 1
x =
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
Một lực không đổi F = (−15, −15, −5) N tác dụng lên một vật khi nó chuyển động thẳng từ điểm A(1, 3, 1) đến điểm B(−5, 0, 1). Tọa độ tính bằng mét. Tìm công W do lực sinh ra.
F = (−15, −15, −5) NA(1, 3, 1) mB(−5, 0, 1) m
W = J
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngKhó
Với a = (5, 4, 6) và b = (6, 4, −2), tìm thành phần z (a × b)z của tích có hướng a × b.
a = (5, 4, 6)b = (6, 4, −2)
(a × b)z =
15.Xác suấtTrung bình
Với phân bố đã cho, tìm độ lệch chuẩn σ của X.
x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0,15, 0,25, 0,2, 0,35, 0,05
σ =
16.Xác suấtKhó
Một bài kiểm tra có 10 câu trắc nghiệm. Một học sinh đoán mò được mỗi câu đúng với xác suất 0,2, độc lập với nhau. Xác suất P để có đúng 5 câu trả lời đúng là bao nhiêu?
n = 10p = 0,2k = 5
P =
17.Thống kê mô tảTrung bình
Tìm độ lệch chuẩn mẫu s của dữ liệu: 26, 26, 48, 21, 59.
n = 5
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 620.
μ = 500σ = 60x = 620
z =
19.Phân phối chuẩnTrung bình
Kéo z sao cho diện tích tô bóng giữa −z và z dưới đường cong chuẩn tắc bằng 0,9233. Tìm z với hai chữ số thập phân.
A = 0,9233
z =
20.Phân phối chuẩnKhó
khối lượng các túi có phân phối chuẩn với trung bình 250 g và độ lệch chuẩn 5 g. Tìm giá trị x mà 99% trong số chúng nằm dưới (phân vị thứ 99).
μ = 250σ = 5P = 99%
x = g
3Dung dịch
1.Giới hạn
Đáp số: L = 20,09
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→∞ 3·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 = 3·1 = 3
Quay về từ logarit
L = e3 = 20,09
Đáp số
L = 20,09
2.Giới hạn
Đáp số: L = 0,4
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 [2/(1 + 2x)]/[5·cos 5x]
Thay x = 0
L = 2/5 = 0,4
Đáp số
L = 0,4
3.Đạo hàm
Đáp số: f′(−2) = −0,8571
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) = 6x/(3x2 + 2)
Thay giá trị
f′(−2) = −12/14 = −0,8571
Đáp số
f′(−2) = −0,8571
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 − 12x + 9 = 3·(x2 − 4x + 3)
Giải f′(x) = 0
x = 1 hoặc x = 3
Điểm nào là điểm nào
f″(x) = 6x − 12: âm tại cực đại, dương tại cực tiểu.
f″(1) = −6, f″(3) = 6
x = 3
Đáp số
x = 3
5.Tích phân
Đáp số: V = 56,55
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 4x dx
Lấy tích phân
V = π·4·3²/2 = 56,55
Đáp số
V = 56,55
6.Tích phân
Đáp số: A = 36
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
9 − x² = 0 → x = ±3
Lấy tích phân
A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36
Đáp số
A = 36
7.Số phức
Đáp số: θ = 50 °
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 và argument của w
|w| = 2 · 3 = 6
θ = 100° + (−50)° = 50°
Argument
θ = 50°
Đáp số
θ = 50°
8.Số phức
Đáp số: r = 2
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 = −8 + 2 = −6 = −(6).
9.Phương trình vi phân
Đáp số: y(1) = 2,03
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 + 2)² = 0 → r = −2
Các hằng số
A = y(0) = 5
y′(0) = B − 2A → B = 0 + 10 = 10
Tính giá trị
y(1) = (5 + 10·1)·e−2 = 2,03
Đáp số
y(1) = 2,03
10.Phương trình vi phân
Đáp số: m = 55,54 kg
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.
Thiết lập phương trình
dm/dt = 4·0,2 − (4/1000)·m = 0,8 − 0,004·m
Giải
Thừa số tích phân là ert/V; nghiệm tiến tới giá trị cân bằng c·V.
m(t) = 200 + (−195)·e−t/250
Thay t
m(75) = 200 + (−195)·0,7408 = 55,54 kg
Đáp số
m = 55,54 kg
11.Ma trận và định thức
Đáp số: det A = 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.
Các định thức con 2×2 của hàng đầu
M₁₁ = −8, M₁₂ = −4, M₁₃ = 8
Khai triển phần bù đại số
det A = (−3)·(−8) − (−3)·(−4) + 2·8 = 28
Đáp số
det A = 28
12.Ma trận và định thức
Đáp số: x = −0,7368
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·(−3) − (−2)·(−5) = −19
Thay cột x
det Aₓ = (−4)·(−3) − (−2)·1 = 14
x = 14/(−19) = −0,7368
Đáp số
x = −0,7368
y = 0,8947
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: W = 135 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, 0, 1) − (1, 3, 1) = (−6, −3, 0) m
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 = 4·(−2) − 6·4 = −32
(a × b)y = azbx − axbz = 6·6 − 5·(−2) = 46
(a × b)z = axby − aybx = 5·4 − 4·6 = −4
Thành phần cần tìm
(a × b)z = −4
Đáp số
(a × b)z = −4
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: σ = 1,179
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.
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 = (620 − 500)/60 = 2
Đáp số
z = 2
19.Phân phối chuẩn
Đáp số: z = 1,77
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 + 0,9233)/2 = 0,9616
Đọc bảng z theo chiều ngược lại
Tìm 0,9616 bên trong bảng và đọc ra z.
z = 1,77
Đáp số
z = 1,77
20.Phân phối chuẩn
Đáp số: x = 261,6 g
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.