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 − 3x) − 3x).
f(x) = √(9x2 − 3x) − 3xx → ∞
L =
2.Giới hạnKhó
Tìm giới hạn L = limx→0 (1 − cos 3x)/(4x²), với x tính bằng radian.
f(x) = (1 − cos 3x)/(4x²)x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
Cho f(x) = x·sin(2x), với x theo radian. Tìm f′(1).
f(x) = x·sin(2x)x = 1 rad
f′(1) =
4.Đạo hàmKhó
Tiếp tuyến của f(x) = −x2 − 4x + 6 tại x = 3 cắt trục y tại y = b. Tìm b.
f(x) = −x2 − 4x + 6x = 3
b =
5.Tích phânTrung bình
Miền dưới y = x từ x = 0 đến x = 1 được quay quanh trục x. Tìm thể tích V của vật thể (một hình nón).
y = x0 ≤ x ≤ 1
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
Hãy viết z = 2,5∠35° ở dạng đại số a + jb và cho phần ảo b.
r = 2,5θ = 35°
b =
8.Số phứcKhó
Hãy dùng định lý De Moivre để tìm phần thực của z³ với z = 1 − j√3.
z = 1 − j√3n = 3
Re(z³) =
9.Phương trình vi phânTrung bình
Một chi tiết thép rèn ở 320 °C được để nguội trong xưởng có nhiệt độ 25 °C. Nó tuân theo định luật làm nguội của Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Với k = 0,02 min⁻¹, tìm nhiệt độ T sau 23 phút.
T0 = 320 °CTa = 25 °Ck = 0,02 min⁻¹t = 23 min
T = °C
10.Phương trình vi phânKhó
Một hệ thỏa y″ + 2y′ + 26y = 52 với t ≥ 0, bắt đầu từ trạng thái nghỉ: y(0) = 0, y′(0) = 0. Tìm giá trị đỉnh ymax của đáp ứng bậc thang của nó.
y″ + 2y′ + 26y = 52y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.Ma trận và định thứcTrung bình
Tìm định thức det A của ma trận 3×3 A đã cho.
A = [0 4 4; −2 −5 4; −4 −3 −5]
det A =
12.Ma trận và định thứcKhó
Giải hệ −6x + 4y = 10 và −5x − 2y = 7. Tìm x.
−6x + 4y = 10−5x − 2y = 7
x =
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
Tìm giá trị của k để các vectơ a = (6, −5, 6) và b = (1, k, 6) vuông góc.
a = (6, −5, 6)b = (1, k, 6)
k =
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngKhó
Với a = (3, −4, 6) và b = (−5, −2, 0), tìm thành phần z (a × b)z của tích có hướng a × b.
a = (3, −4, 6)b = (−5, −2, 0)
(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): 0,3, 0,35, 0,05, 0,15, 0,15
σ =
16.Xác suấtKhó
Một bài kiểm tra có 6 câu trắc nghiệm. Một học sinh đoán mò được mỗi câu đúng với xác suất 0,5, độc lập với nhau. Xác suất P để có đúng 4 câu trả lời đúng là bao nhiêu?
n = 6p = 0,5k = 4
P =
17.Thống kê mô tảTrung bình
Tìm độ lệch chuẩn mẫu s của dữ liệu: 17, 47, 35, 15, 52, 50, 29.
n = 7
s =
18.Thống kê mô tảKhó
Điểm thi có phân phối chuẩn với trung bình 70 và độ lệch chuẩn 15. Tìm điểm z z của điểm số 88,75.
μ = 70σ = 15x = 88,75
z =
19.Phân phối chuẩnTrung bình
Kéo z sao cho diện tích tô bóng giữa −z và z dưới đường cong chuẩn tắc bằng 0,9743. Tìm z với hai chữ số thập phân.
A = 0,9743
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 20% trong số chúng nằm dưới (phân vị thứ 20).
μ = 250σ = 5P = 20%
x = g
3Dung dịch
1.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).
Nhân với biểu thức liên hợp
f(x) = −3x/(√(9x2 − 3x) + 3x)
Chia cho x
f(x) = −3/(√(9 + (−3)/x) + 3)
Cho x → ∞
L = −3/(3 + 3) = −0,5
Đáp số
L = −0,5
2.Giới hạn
Đáp số: L = 1,125
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
3·sin 3x/(8x) → 0/0
Áp dụng lần thứ hai
9·cos 3x/8
Thay x = 0
L = 9/8 = 1,125
Đáp số
L = 1,125
3.Đạo hàm
Đáp số: f′(1) = 0,077
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) = 0,9093 + 2·(−0,4161) = 0,077
Đáp số
f′(1) = 0,077
4.Đạo hàm
Đáp số: b = 15
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) = −15
f′(x) = −2x − 4 → f′(3) = −10
Tiếp tuyến tại x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −15 − (−10)·3 = 15
Đáp số
b = 15
5.Tích phân
Đáp số: V = 1,047
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∫₀1 1x² dx
Lấy tích phân
V = π·1·1³/3 = 1,047
Đáp số
V = 1,047
Kiểm tra: hình nón bán kính 1 và chiều cao 1 có (1/3)πr²h = 1,047.
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: b = 1,434
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 = 2,5·cos(35°) = 2,048
b = 2,5·sin(35°) = 1,434
Dạng đại số
z = 2,048 + j1,434
b = 1,434
Đáp số
b = 1,434
8.Số phức
Đáp số: Re(z³) = −8
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√3 = 2∠−60°
De Moivre
z³ = (2)³∠−180° = 8∠180°
Dạng đại số
z³ = 8·(cos 180° + j sin 180°) = −8
Re(z³) = −8
Đáp số
Re(z³) = −8
9.Phương trình vi phân
Đáp số: T = 211,2 °C
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.
Nghiệm của định luật làm nguội
T(t) = 25 + 295·e−0,02t
Thay t
T(23) = 25 + 295·0,6313 = 211,2 °C
Đáp số
T = 211,2 °C
10.Phương trình vi phân
Đáp số: ymax = 3,067
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.
Giá trị xác lập và các nghiệm
yss = 2, r = −1 ± 5j
Các hằng số từ các giá trị ban đầu
y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −1A + 5B = 0 → B = −0,4
Đỉnh
t = π/5 = 0,6283
ymax = 2·(1 + e−1·π/5) = 3,067
Đáp số
ymax = 3,067
11.Ma trận và định thức
Đáp số: det A = −160
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 = 37, M₁₂ = 26, M₁₃ = −14
Khai triển phần bù đại số
det A = 0·37 − 4·26 + 4·(−14) = −160
Đáp số
det A = −160
12.Ma trận và định thức
Đáp số: x = −1,5
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 = (−6)·(−2) − 4·(−5) = 32
Thay cột x
det Aₓ = 10·(−2) − 4·7 = −48
x = −48/32 = −1,5
Đáp số
x = −1,5
y = 0,25
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: k = 8,4
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 = 6·1 + (−5)·k + 6·6 = 0
42 + (−5)·k = 0
Giải tìm k
k = −42/(−5) = 8,4
Đáp số
k = 8,4
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: (a × b)z = −26
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)·0 − 6·(−2) = 12
(a × b)y = azbx − axbz = 6·(−5) − 3·0 = −30
(a × b)z = axby − aybx = 3·(−2) − (−4)·(−5) = −26
Thành phần cần tìm
(a × b)z = −26
Đáp số
(a × b)z = −26
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 = 1,432
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 = 4) = 15·0,54·0,52 = 15·0,0625·0,25 = 0,2344
Đáp số
P = 0,2344
17.Thống kê mô tả
Đáp số: s = 15,37
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 = (88,75 − 70)/15 = 1,25
Đáp số
z = 1,25
19.Phân phối chuẩn
Đáp số: z = 2,23
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 + 0,9743)/2 = 0,9871
Đọc bảng z theo chiều ngược lại
Tìm 0,9871 bên trong bảng và đọc ra z.
z = 2,23
Đáp số
z = 2,23
20.Phân phối chuẩn
Đáp số: x = 245,8 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.