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→∞ (−5x2 + 3x + 4)/(3x2 + x + 7).
f(x) = (−5x2 + 3x + 4)/(3x2 + x + 7)x → ∞
L =
2.Giới hạnKhó
Tìm giới hạn L = limx→0 (e2x − 1 − 2x)/x².
f(x) = (e2x − 1 − 2x)/x²x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
Cho f(x) = (3x + 3)5. Tìm f′(2).
f(x) = (3x + 3)5x = 2
f′(2) =
4.Đạo hàmKhó
Tiếp tuyến của f(x) = x2 − 2x − 1 tại x = 1 cắt trục y tại y = b. Tìm b.
f(x) = x2 − 2x − 1x = 1
b =
5.Tích phânTrung bình
Tính I = ∫02 e0,5x dx.
f(x) = e0,5x[0, 2]
I =
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 = 4∠30° và z₂ = 1,5∠45°, hãy tìm phần thực của w = z₁·z₂.
z₁ = 4∠30°z₂ = 1,5∠45°
Re(w) =
8.Số phứcKhó
Hãy dùng định lý De Moivre để tìm phần thực của z⁸ với z = 1 − j.
z = 1 − jn = 8
Re(z⁸) =
9.Phương trình vi phânTrung bình
Giải y″ + 4y′ + 3y = 0 với y(0) = 1 và y′(0) = 0. Tìm y(0,5).
y″ + 4y′ + 3y = 0y(0) = 1y′(0) = 0
y(0.5) =
10.Phương trình vi phânKhó
Giải y″ + y′ + 16,25y = 0 với y(0) = 5 và y′(0) = 0 (thả từ trạng thái nghỉ). Tìm y(0,25); góc tính theo radian.
y″ + y′ + 16,25y = 0y(0) = 5y′(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 = [−1 0; 4 −5]B = [−1 −1; −1 −5]
c11 =
12.Ma trận và định thứcKhó
Tìm giá trị riêng lớn hơn λ của ma trận A đã cho.
A = [0 1; −2 3]
λ =
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
Tìm giá trị của k để các vectơ a = (5, 6, 0) và b = (k, 1, 5) vuông góc.
a = (5, 6, 0)b = (k, 1, 5)
k =
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngKhó
Vectơ đơn vị n̂ vuông góc với cả a = (4, −3, −4) và b = (4, 2, 5) và có thành phần z dương. Tìm thành phần y là n̂y của nó.
a = (4, −3, −4)b = (4, 2, 5)n̂z > 0
n̂y =
15.Xác suấtTrung bình
Có bao nhiêu cách N chọn một ủy ban gồm 4 người từ một nhóm 6 người? Thứ tự không quan trọng.
n = 6k = 4
N =
16.Xác suấtKhó
X có phân bố như hiển thị, và Y = 5X − 3. Tìm độ lệch chuẩn σY của Y.
x: 0, 1, 2, 3p(x): 0,1, 0,35, 0,3, 0,25Y = 5X − 3
σY =
17.Thống kê mô tảTrung bình
Tìm độ lệch chuẩn mẫu s của dữ liệu: 31, 23, 26, 59, 19, 51.
n = 6
s =
18.Thống kê mô tảKhó
Một đại lượng có phân phối chuẩn với trung bình 100 và độ lệch chuẩn 20. Tỉ lệ P các giá trị lớn hơn 125 là bao nhiêu?
μ = 100σ = 20x = 125
P =
19.Phân phối chuẩnTrung bình
Kéo z sao cho diện tích tô bóng giữa −z và z dưới đường cong chuẩn tắc bằng 0,7154. Tìm z với hai chữ số thập phân.
A = 0,7154
z =
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 20% cao nhất được tô bóng nằm bên phải nó. Tìm ngưỡng x.
μ = 178 cmσ = 7 cm20%
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).
Chia cho lũy thừa bậc cao nhất
(−5 + 3/x + 4/x2)/(3 + 1/x + 7/x2)
Cho x → ∞
L = −5/3 = −1,667
Đáp số
L = −1,667
Khi bậc bằng nhau, giới hạn bằng tỉ số của các hệ số cao nhất.
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·e2x − 2)/(2x) → 0/0
Áp dụng lần thứ hai
4·e2x/2
Thay x = 0
L = 4·1/2 = 2
Đáp số
L = 2
3.Đạo hàm
Đáp số: f′(2) = 98415
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
f′(x) = 5·(3x + 3)4·3
Thay giá trị
f′(2) = 5·94·3 = 98415
Đáp số
f′(2) = 98415
4.Đạo hàm
Đáp số: b = −2
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) = −2
f′(x) = 2x − 2 → f′(1) = 0
Tiếp tuyến tại x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −2 − 0·1 = −2
Đáp số
b = −2
5.Tích phân
Đáp số: I = 3,437
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) = e0,5x/0,5
Tính tại các cận
I = (e1 − 1)/0,5 = (2,718 − 1)/0,5 = 3,437
Đáp số
I = 3,437
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: Re(w) = 1,553
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| = 4 · 1,5 = 6
θ = 30° + 45° = 75°
Dạng đại số
Re(w) = 6·cos(75°) = 1,553
Im(w) = 6·sin(75°) = 5,796
Re(w) = 1,553
Đáp số
Re(w) = 1,553
8.Số phức
Đáp số: Re(z⁸) = 16
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 = 1 − j = √2∠−45°
De Moivre
z⁸ = (√2)⁸∠−360° = 16∠0°
Dạng đại số
z⁸ = 16·(cos 0° + j sin 0°) = 16
Re(z⁸) = 16
Đáp số
Re(z⁸) = 16
9.Phương trình vi phân
Đáp số: y(0.5) = 0,7982
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 + 1)(r + 3) = 0 → r = −1, −3
Các hằng số từ các giá trị ban đầu
A + B = 1, −1A − 3B = 0
A = 1,5, B = −0,5
Tính giá trị
y(0,5) = 1,5·e−0,5 + (−0,5)·e−1,5 = 0,7982
Đáp số
y(0,5) = 0,7982
10.Phương trình vi phân
Đáp số: y(0.25) = 2,848
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 = 5, B = 0,5·5/4 = 0,625
Tính giá trị
y(0,25) = e−0,125(5·cos 1 + 0,625·sin 1) = 2,848
Đáp số
y(0,25) = 2,848
11.Ma trận và định thức
Đáp số: c11 = 1
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 = (−1)·(−1) + 0·(−1) = 1
Đáp số
c11 = 1
12.Ma trận và định thức
Đáp số: λ = 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.
Phương trình đặc trưng
λ² − (3)λ + (2) = 0
Giải
λ = (3 ± √(1))/2 → λ = 1, 2
λ = 2
Đáp số
λ = 2
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: k = −1,2
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 = 5·k + 6·1 + 0·5 = 0
6 + 5·k = 0
Giải tìm k
k = −6/5 = −1,2
Đáp số
k = −1,2
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: n̂y = −0,8618
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.
Tổ hợp
C(6, 4) = (6·5·4·3)/(4·3·2·1) = 15
Đáp số
N = 15
16.Xác suất
Đáp số: σY = 4,77
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 = 1,7, Var(X) = 0,91, σX = 0,9539
Phép biến đổi tuyến tính
σY = |5|·0,9539 = 4,77
Đáp số
σY = 4,77
Giá trị trung bình thì có dịch chuyển: E(Y) = 5·1,7 − 3 = 5,5.
17.Thống kê mô tả
Đáp số: s = 16,3
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 = 1,25
Bảng phân phối chuẩn tắc
Φ(1,25) = 0,8944
P = 1 − 0,8944 = 0,1056
Đáp số
P = 0,1056
19.Phân phối chuẩn
Đáp số: z = 1,07
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 + 0,7154)/2 = 0,8577
Đọc bảng z theo chiều ngược lại
Tìm 0,8577 bên trong bảng và đọc ra z.
z = 1,07
Đáp số
z = 1,07
20.Phân phối chuẩn
Đáp số: x = 183,9 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.