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→∞ (−4x2 + 2x + 5)/(3x2 + 5x + 3).
f(x) = (−4x2 + 2x + 5)/(3x2 + 5x + 3)x → ∞
L =
2.Giới hạnKhó
Tìm giới hạn L = limx→0 (ex − 1 − x)/x².
f(x) = (ex − 1 − x)/x²x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
Cho f(x) = x·sin(3x), với x theo radian. Tìm f′(1).
f(x) = x·sin(3x)x = 1 rad
f′(1) =
4.Đạo hàmKhó
Cho f(x) = x3 − 10,5x2 + 36x − 4. Tìm hoành độ x của điểm cực tiểu địa phương.
f(x) = x3 − 10,5x2 + 36x − 4
x =
5.Tích phânTrung bình
Tính I = ∫₁3 x·ln x dx.
∫₁3 x ln x dx
I =
6.Tích phânKhó
Tính I = ∫₀1,5 x²·eˣ dx.
∫₀1,5 x²eˣ dx
I =
7.Số phứcTrung bình
Hãy tìm argument θ của z = −1 − j3 theo độ, là giá trị chính nằm giữa −180° và 180°.
z = −1 − j3
θ = °
8.Số phứcKhó
Giải z² + 2z + 10 = 0. Các nghiệm là a ± jb; hãy tìm b > 0.
p = 2q = 10
b =
9.Phương trình vi phânTrung bình
Giải y″ + 4y′ + 4y = 0 với y(0) = 5 và y′(0) = -1. Tìm y(2).
y″ + 4y′ + 4y = 0y(0) = 5y′(0) = -1
y(2) =
10.Phương trình vi phânKhó
Giải bài toán giá trị ban đầu y′ + 2y/x = 3x2 với x > 0, y(1) = 4. Tìm y(2).
y′ + 2y/x = 3x2y(1) = 4
y(2) =
11.Ma trận và định thứcTrung bình
Cho C = AB với các ma trận đã cho. Tìm phần tử c12 (hàng 1, cột 2).
A = [−2 2; 0 0]B = [1 −5; −5 2]
c12 =
12.Ma trận và định thứcKhó
Giải hệ 2x − 2y = 3 và 4x − 5y = −10. Tìm x.
2x − 2y = 34x − 5y = −10
x =
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
Tìm tích vô hướng a·b của a = (−7, −6, 3) và b = (7, 4, 2).
a = (−7, −6, 3)b = (7, 4, 2)
a·b =
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngKhó
Tìm diện tích A của tam giác có các đỉnh A(2, 3, −3), B(3, 3, 0) và C(4, −4, −4). Tọa độ tính bằng mét.
A(2, 3, −3)B(3, 3, 0)C(4, −4, −4)
A = m²
15.Xác suấtTrung bình
Gieo một con xúc xắc cân đối 8 lần. Xác suất P để được ít nhất một lần ra mặt sáu là bao nhiêu?
n = 8
P =
16.Xác suấtKhó
6 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 = 6p = 0,3
P =
17.Thống kê mô tảTrung bình
Tìm độ lệch chuẩn mẫu s của dữ liệu: 24, 42, 24, 28, 13, 12.
n = 6
s =
18.Thống kê mô tảKhó
Điểm thi có phân phối chuẩn với trung bình 70 và độ lệch chuẩn 12. Tìm điểm z z của điểm số 77,2.
μ = 70σ = 12x = 77,2
z =
19.Phân phối chuẩnTrung bình
Khối lượng của hộp là độc lập và có phân bố chuẩn với trung bình 12 kg và độ lệch chuẩn 0,8 kg. Tìm xác suất P để tổng khối lượng của 10 trong số đó nhỏ hơn 123,8 kg. Làm tròn z đến hai chữ số thập phân.
μ = 12 kgσ = 0,8 kgn = 10< 123.8 kg
P =
20.Phân phối chuẩnKhó
Khối lượng X của một sản phẩm từ dây chuyền 1 và Y từ dây chuyền 2 là độc lập và có phân bố chuẩn: X có trung bình 500 g và độ lệch chuẩn 8 g, Y có trung bình 490 g và độ lệch chuẩn 6 g. Tìm xác suất P để X lớn hơn Y. Làm tròn z đến hai chữ số thập phân.
μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
3Dung dịch
1.Giới hạn
Đáp số: L = −1,333
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
(−4 + 2/x + 5/x2)/(3 + 5/x + 3/x2)
Cho x → ∞
L = −4/3 = −1,333
Đáp số
L = −1,333
Khi bậc bằng nhau, giới hạn bằng tỉ số của các hệ số cao nhất.
2.Giới hạn
Đáp số: L = 0,5
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).
Áp dụng lần thứ nhất
(1·ex − 1)/(2x) → 0/0
Áp dụng lần thứ hai
1·ex/2
Thay x = 0
L = 1·1/2 = 0,5
Đáp số
L = 0,5
3.Đạo hàm
Đáp số: f′(1) = −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(3x) + 3x·cos(3x)
Thay giá trị
f′(1) = 0,1411 + 3·(−0,99) = −2,829
Đáp số
f′(1) = −2,829
4.Đạo hàm
Đáp số: x = 4
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 − 21x + 36 = 3·(x2 − 7x + 12)
Giải f′(x) = 0
x = 3 hoặc x = 4
Điểm nào là điểm nào
f″(x) = 6x − 21: âm tại cực đại, dương tại cực tiểu.
f″(3) = −3, f″(4) = 3
x = 4
Đáp số
x = 4
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: I = 3,602
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.
Lần thứ nhất
∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx
Lần thứ hai
∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)
Giới hạn
4,482·(1,25) − 1·2 = 3,602
Đáp số
I = 3,602
7.Số phức
Đáp số: θ = −108,4 °
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.
Góc phần tư
a = −1, b = −3 → III
Góc tham chiếu
α = atan(3/1) = 71,57°
Argument
θ = −(180° − α) = −108,4°
Đáp số
θ = −108,4°
Ở dạng cực z = 3,162∠−108,4°.
8.Số phức
Đáp số: b = 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.
Biệt thức
p² − 4q = 4 − 40 = −36 < 0
Công thức nghiệm bậc hai
z = (−2 ± j√36)/2 = −1 + j3, −1 − j3
Đáp số
b = 3
Đáp số
b = 3
9.Phương trình vi phân
Đáp số: y(2) = 0,4213
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 = -1 + 10 = 9
Tính giá trị
y(2) = (5 + 9·2)·e−4 = 0,4213
Đáp số
y(2) = 0,4213
10.Phương trình vi phân
Đáp số: y(2) = 5,65
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 = e∫2/x dx = x2
Lấy tích phân
(x2y)′ = 3x4 → x2y = 3x5/5 + C
Điều kiện ban đầu
4 = 3/5 + C → C = 3,4
Tính giá trị
y(2) = (3·25/5 + 3,4)/22 = 5,65
Đáp số
y(2) = 5,65
11.Ma trận và định thức
Đáp số: c12 = 14
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
c12 = (−2)·(−5) + 2·2 = 14
Đáp số
c12 = 14
12.Ma trận và định thức
Đáp số: x = 17,5
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.
Định thức của ma trận hệ số
det A = 2·(−5) − (−2)·4 = −2
Thay cột x
det Aₓ = 3·(−5) − (−2)·(−10) = −35
x = −35/(−2) = 17,5
Đáp số
x = 17,5
y = 16
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: a·b = −67
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.
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.
Biến cố bù
P(không có mặt sáu) = (5/6)8 = 0,2326
P = 1 − 0,2326 = 0,7674
Đáp số
P = 0,7674
16.Xác suất
Đáp số: P = 0,4202
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) = 0,76 = 0,1176
P(X = 1) = 6·0,3·0,75 = 0,3025
Cộng lại
P = 0,1176 + 0,3025 = 0,4202
Đáp số
P = 0,4202
17.Thống kê mô tả
Đáp số: s = 11
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 = (77,2 − 70)/12 = 0,6
Đáp số
z = 0,6
19.Phân phối chuẩn
Đáp số: P = 0,9332
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 = 120 kg, σT = 0,8·√10 = 2,53 kg
Chuẩn hóa
z = (123,8 − 120)/2,53 = 1,5
Xác suất
P = Φ(1,5) = 0,9332
Đáp số
P = 0,9332
20.Phân phối chuẩn
Đáp số: P = 0,8413
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).