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 + 2/x)x. Cho kết quả dưới dạng số thập phân.
f(x) = (1 + 2/x)xx → ∞
L =
2.Giới hạnKhó
Tìm giới hạn L = limx→0 (1 − cos 3x)/(2x²), với x tính bằng radian.
f(x) = (1 − cos 3x)/(2x²)x → 0
L =
3.Đạo hàmTrung bình
Cho f(x) = x·sin(2x), với x theo radian. Tìm f′(1,5).
f(x) = x·sin(2x)x = 1,5 rad
f′(1.5) =
4.Đạo hàmKhó
Tiếp tuyến của f(x) = 0,5x2 + 3x + 6 tại x = 3 cắt trục y tại y = b. Tìm b.
f(x) = 0,5x2 + 3x + 6x = 3
b =
5.Tích phânTrung bình
Tính I = ∫26 2/x dx.
f(x) = 2/x[2, 6]
I =
6.Tích phânKhó
Tìm diện tích A của miền giữa parabol y = 1 − x² và trục x.
y = 1 − x²
A =
7.Số phứcTrung bình
Hãy tìm argument θ của z = −3 + j2 theo độ, là giá trị chính nằm giữa −180° và 180°.
z = −3 + j2
θ = °
8.Số phứcKhó
Giải z² − 8z + 32 = 0. Các nghiệm là a ± jb; hãy tìm b > 0.
p = −8q = 32
b =
9.Phương trình vi phânTrung bình
Một chi tiết thép rèn ở 320 °C được để nguội trong xưởng có nhiệt độ 28 °C. Sau 15 phút, nhiệt độ của nó là 188 °C. Nó tuân theo định luật làm nguội của Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Sau khi bắt đầu bao lâu, t, thì đạt tới 267 °C?
T0 = 320 °CTa = 28 °CT(15) = 188 °CT = 267 °C
t = min
10.Phương trình vi phânKhó
Một hệ thỏa y″ + y′ + 16,25y = 32,5 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″ + y′ + 16,25y = 32,5y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
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 = [2 −5; 0 5]B = [−3 −6; 5 −1]
c11 =
12.Ma trận và định thứcKhó
Giải hệ 4x − 3y = 2 và −5x − 6y = 12. Tìm x.
4x − 3y = 2−5x − 6y = 12
x =
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngTrung bình
Tìm tích vô hướng a·b của a = (−1, 2, 7) và b = (6, −4, −6).
a = (−1, 2, 7)b = (6, −4, −6)
a·b =
14.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướngKhó
Tìm diện tích A của tam giác có các đỉnh A(−1, 4, −2), B(0, 2, 0) và C(2, −4, −2). Tọa độ tính bằng mét.
A(−1, 4, −2)B(0, 2, 0)C(2, −4, −2)
A = m²
15.Xác suấtTrung bình
Một túi chứa 6 quả bóng đỏ và 3 quả xanh dương. Bạn rút hai quả mà không trả quả đầu tiên lại. Xác suất P để cả hai đều đỏ là bao nhiêu?
6 / 3
P =
16.Xác suấtKhó
Một bài kiểm tra có 12 câu trắc nghiệm. Một học sinh đoán mò được mỗi câu đúng với xác suất 0,4, độc lập với nhau. Xác suất P để có đúng 5 câu trả lời đúng là bao nhiêu?
n = 12p = 0,4k = 5
P =
17.Thống kê mô tảTrung bình
Tìm độ lệch chuẩn mẫu s của dữ liệu: 41, 53, 21, 11, 32, 59, 44.
n = 7
s =
18.Thống kê mô tảKhó
Điểm thi có phân phối chuẩn với trung bình 70 và độ lệch chuẩn 20. Tìm điểm z z của điểm số 50.
μ = 70σ = 20x = 50
z =
19.Phân phối chuẩnTrung bình
X có phân bố chuẩn với trung bình 60 s và độ lệch chuẩn 5 s; Y độc lập và có phân bố chuẩn với trung bình 45 s và độ lệch chuẩn 4 s. Tìm xác suất P để X + Y lớn hơn 110,1 s. Làm tròn z đến hai chữ số thập phân.
μX = 60, σX = 5μY = 45, σY = 4X + Y > 110,1 s
P =
20.Phân phối chuẩnKhó
điểm IQ có phân phối chuẩn với trung bình 100 điểm và độ lệch chuẩn 15 điểm. Tìm giá trị x mà 5% trong số chúng nằm dưới (phân vị thứ 5).
μ = 100σ = 15P = 5%
x = điểm
3Dung dịch
1.Giới hạn
Đáp số: L = 7,389
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→∞ x·ln(1 + 2/x)
Tính giá trị
ln(1 + u)/u → 1 khi u → 0, nên x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 1·2 = 2
Quay về từ logarit
L = e2 = 7,389
Đáp số
L = 7,389
2.Giới hạn
Đáp số: L = 2,25
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/(4x) → 0/0
Áp dụng lần thứ hai
9·cos 3x/4
Thay x = 0
L = 9/4 = 2,25
Đáp số
L = 2,25
3.Đạo hàm
Đáp số: f′(1.5) = −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(2x) + 2x·cos(2x)
Thay giá trị
f′(1,5) = 0,1411 + 3·(−0,99) = −2,829
Đáp số
f′(1,5) = −2,829
4.Đạo hàm
Đáp số: b = 1,5
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(3) = 19,5
f′(x) = x + 3 → f′(3) = 6
Tiếp tuyến tại x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 19,5 − 6·3 = 1,5
Đáp số
b = 1,5
5.Tích phân
Đáp số: I = 2,197
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) = 2·ln x
Tính tại các cận
I = 2·(ln 6 − ln 2) = 2·ln 3 = 2,197
Đáp số
I = 2,197
6.Tích phân
Đáp số: A = 1,333
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
1 − x² = 0 → x = ±1
Lấy tích phân
A = [1x − x³/3]−11 = 0,6667 − (−0,6667) = 1,333
Đáp số
A = 1,333
7.Số phức
Đáp số: θ = 146,3 °
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 = −3, b = 2 → II
Góc tham chiếu
α = atan(2/3) = 33,69°
Argument
θ = 180° − α = 146,3°
Đáp số
θ = 146,3°
Ở dạng cực z = 3,606∠146,3°.
8.Số phức
Đáp số: b = 4
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 = 64 − 128 = −64 < 0
Công thức nghiệm bậc hai
z = (8 ± j√64)/2 = 4 + j4, 4 − j4
Đáp số
b = 4
Đáp số
b = 4
9.Phương trình vi phân
Đáp số: t = 4,994 min
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.
Hằng số làm nguội
k = ln(292/160)/15 = 0,04011 min⁻¹
Thời gian để đạt giá trị mục tiêu
t = ln(292/239)/0,04011 = 4,994 min
Đáp số
t = 4,994 min
10.Phương trình vi phân
Đáp số: ymax = 3,35
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 = −0,5 ± 4j
Các hằng số từ các giá trị ban đầu
y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −0,5A + 4B = 0 → B = −0,25
Đỉnh
t = π/4 = 0,7854
ymax = 2·(1 + e−0,5·π/4) = 3,35
Đáp số
ymax = 3,35
11.Ma trận và định thức
Đáp số: c11 = −31
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 = 2·(−3) + (−5)·5 = −31
Đáp số
c11 = −31
12.Ma trận và định thức
Đáp số: x = −0,6154
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 = 4·(−6) − (−3)·(−5) = −39
Thay cột x
det Aₓ = 2·(−6) − (−3)·12 = 24
x = 24/(−39) = −0,6154
Đáp số
x = −0,6154
y = −1,487
13.Vectơ: tích vô hướng và tích có hướng
Đáp số: a·b = −56
Tích vô hướng:a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, là một đại lượng vô hướng. Nó cho góc giữa hai vectơ, cos θ = a·b/(|a|·|b|), và bằng không khi chúng vuông góc. Hình chiếu vô hướng của a lên b là a·b/|b|, và một lực không đổi F dịch chuyển qua độ dời d sinh công W = F·d.
Tích có hướng:a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) vuông góc với cả hai vectơ, và |a × b| = |a|·|b|·sin θ là diện tích hình bình hành mà chúng tạo ra (tam giác có một nửa diện tích đó). Thứ tự có ý nghĩa: b × a = −(a × b). Mô-men của một lực F đặt tại điểm A đối với điểm O là MO = r × F, với 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.
Lần rút thứ nhất và thứ hai
P = 6/9 · 5/8 = 30/72 = 0,4167
Đáp số
P = 0,4167
16.Xác suất
Đáp số: P = 0,227
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 = (50 − 70)/20 = −1
Đáp số
z = −1
19.Phân phối chuẩn
Đáp số: P = 0,2119
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
μ = 105 s, σ = √(5² + 4²) = 6,403 s
Chuẩn hóa
z = (110,1 − 105)/6,403 = 0,8
Đuôi trên
P = 1 − Φ(0,8) = 1 − 0,7881 = 0,2119
Đáp số
P = 0,2119
20.Phân phối chuẩn
Đáp số: x = 75,33 điểm
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.