Chương trình ôn thi toán cao cấp kì 1 năm 2024

Cuốn sách được biên soạn làm tài liệu ôn tập cho sinh viên các trường đại học kỹ thuật trên cả nước. Nội dung sách chia làm ba phần:

1. Tóm tắt lý thuyết cơ bản.

2. Các ví dụ tính cụ thể để minh họa và hiểu rõ thêm phần lý thuyết.

3. Giới thiệu, giải một số đề thi của Đại học Bách khoa Hà Nội từ năm 2000 đến nay và giới thiệu một số đề để học viên tự luyện.

Ngoài ba phần trên, sách còn có phần phụ lục về Đại số tuyến tính, để giúp cho học viên một số ngành khác như kinh tế, xây dựng, mỏ địa chất, giao thông, thủy lợi,… có thêm tư liệu ôn tập; đồng thời cũng là tài liệu tham khảo của sinh viên khối chính quy tại các trường thuộc khối công nghệ. Đặc biệt đây cũng là tài liệu để sinh viên khối cao đẳng các trường nắm được kiến thức cơ bản của môn Toán học cao cấp, dễ dàng ôn tập tham dự kỳ thi chuyển hệ của các ngành.

Tích phân đường loại một, tích phân đường loại hai, công thức Green, định lý bốn mệnh đề tương đương.

  • Tích phân mặt loại một, tích phân mặt loại hai, công thức Ostrogradski.
  • Lý thuyết chuỗi
  • Chuỗi số
  • Định nghĩa, tính chất.
  • Chuỗi số dương và các tiêu chuẩn hội tụ của chuỗi số dương.
  • Chuỗi có dấu tùy ý, chuỗi đan dấu, tiêu chuẩn Leibniz.
  • Chuỗi hàm
  • Khái niệm, miền hội tụ.
  • Chuỗi lũy thừa.
  • Phương trình vi phân
  • Phương trình vi phân cấp một
  • Phương trình khuyết, phương trình phân li biến số, phương trình thuần nhất, phương trình vi phân toàn phần.
  • Phương trình tuyến tính cấp một, phương trình Bernoulli, phương trình Lagrange, phương trình Clairaut.
  • Phương trình vi phân cấp hai
  • Phương trình tuyến tính thuần nhất cấp hai với hệ số hằng.
  • Phương trình tuyến tính không thuần nhất cấp hai với hệ số hằng.
  • Đại số tuyến tính
  • Ma trận và các phép toán trên ma trận
  • Định thức và cách tính định thức
  • Hệ phương trình tuyến tính
  • Hệ phương trình Cramer.
  • Hệ phương trình tuyến tính thuần nhất.
  • Hệ phương trình tuyến tính tổng quát.
  • Tài liệu tham khảo:
  • Toán cao cấp (tập 1, tập 2, tập 3), Nguyễn Đình Trí chủ biên, NXB Giáo dục, năm 2006.
  • Bài tập Toán cao cấp (tập 1, tập 2, tập 3), Nguyễn Đình Trí chủ biên, NXB Giáo dục, năm 2006.

𝑓(𝑥) = {

𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 1|𝑥| khi 𝑥 ≠ 0 𝜋 2 khi 𝑥 = 0 Bài 4. Xác định các giá trị 𝑎, 𝑏, 𝑐 để hàm số khả vi trên R:

𝑓(𝑥) = {

𝑎 + 𝑏𝑥 2 khi |𝑥| < 1 1 |𝑥| khi |𝑥| ≥ 1

Hướng dẫn giải

  • Với ∀𝑥 ≠ ±1, hàm số 𝑓(𝑥) luôn khả vi, ta chỉ cần tìm điều kiện của a và b để hàm số khả vi tại 𝑥 = ±
  • Hàm số khả vi tại 𝑥 = ±1 ⇒ 𝑓(𝑥) liên tục tại 𝑥 = ± ⇔ 𝑙𝑖𝑚 𝑥→+1𝑓(𝑥) = 𝑓(±1) ⇔ 𝑎 + 𝑏 = 1 ⇒ 𝑎 = 1 − 𝑏
  • Tại 𝑥 = 1, ta có

𝑓+ ′ (1) = 𝑙𝑖𝑚 𝑥→1+

𝑓(𝑥) − 𝑓(1)

𝑥 − 1

\= 𝑙𝑖𝑚 𝑥→1+

1 𝑥 − 1 𝑥 − 1

\= 𝑙𝑖𝑚 𝑥→1+

1 − 𝑥

𝑥(𝑥 − 1)

\= −

𝑓+ ′ (1) = 𝑙𝑖𝑚 𝑥→1+

𝑓(𝑥) − 𝑓(1)

𝑥 − 1 = 𝑙𝑖𝑚 𝑥→1+

1 𝑥 − 1 𝑥 − 1 = 𝑙𝑖𝑚 𝑥→1+

1 − 𝑥

𝑥(𝑥 − 1) = −

Vậy với 𝑏 = − 12 ; 𝑎 = 32 thì hàm số 𝑓(𝑥) khả vi tại 𝑥 = 1

  • Tại 𝑥 = −1, ta có

𝑓− ′ (−1) = 𝑥→−1𝑙𝑖𝑚−

𝑓(𝑥) − 𝑓(−1)

𝑥 + 1 = 𝑥→−1𝑙𝑖𝑚−

− 1 𝑥 − 1

𝑥 + 1 = 𝑥→−1𝑙𝑖𝑚−

−(1 + 𝑥)

𝑥(𝑥 + 1) = 1

𝑓+ ′ (−1) = 𝑥→−1𝑙𝑖𝑚+

𝑓(𝑥) − 𝑓(−1)

𝑥 + 1

\= 𝑥→−1𝑙𝑖𝑚+

𝑎 + 𝑏𝑥 2 − 1

𝑥 + 1

\= 𝑥→−1𝑙𝑖𝑚+

𝑏𝑥 2 − 𝑏

𝑥 + 1

\= −2𝑏

Vậy với 𝑏 = − 12 ; 𝑎 = 32 thì hàm số 𝑓(𝑥) khả vi tại 𝑥 = −1.

Bài 5. Xác định các giá trị 𝑎, 𝑏, 𝑐 để hàm số khả vi trên R:

𝑓(𝑥) = {

4𝑥 khi𝑥 ≤ 0 𝑎𝑥 2 + 𝑏𝑥 + 𝑐 khi0 < 𝑥 < 1 3 − 2𝑥 khi𝑥 ≥ 1 Bài 6. Tìm khai triển Maclaurin của hàm số

𝑓(𝑥) = 𝑙𝑛(𝑥 2 + 3𝑥 + 2) Hướng dẫn giải

  • Do khai triển Maclaurin là khai triển Taylor trong lân cận điểm x = 0 nên ta chỉ xét 𝑥 trong lân cận của 0 sao cho 𝑥 + 1 > 0, 𝑥 + 2 > 0.
  • Biến đổi

𝑓(𝑥) = 𝑙𝑛( 𝑥 2 + 3𝑥 + 2) = 𝑙𝑛(𝑥 + 1)(𝑥 + 2) = 𝑙𝑛( 𝑥 + 1) + 𝑙𝑛( 𝑥 + 2)

  • Áp dụng khai triển cơ bản

𝑙𝑛( 1 + 𝑥) = 𝑥 − 𝑥

2 2

+ 𝑥

3 3

− 𝑥

4 4

+ ⋯ + (−1)𝑛−

𝑥𝑛

𝑛

+ 𝑜(𝑥𝑛)

  • Ta được :

𝑙𝑛( 2 + 𝑥) = 𝑙𝑛 2 (1 + 𝑥 2

)

\= 𝑙𝑛 2 + 𝑥 2 − (

𝑥 2 )

2

2 + (

𝑥 2 )

3

3 − ⋯ + (−1)

𝑛−1 (

𝑥 2 )

𝑛

𝑛 + 𝑜(𝑥

𝑛

\= 𝑙𝑛 2 + ∑(−1)𝑘−

𝑥𝑘

2 𝑘𝑘

𝑛

𝑘=

+ 𝑜(𝑥𝑛)

  • Từ đó

𝑙𝑛( 𝑥 2 + 3𝑥 + 2) = 𝑙𝑛 2 + ∑(−1)𝑘−1 (1 + 1

2 𝑘

) 𝑥

𝑘 𝑘

+ 𝑜(𝑥𝑛)

𝑛

𝑘=

Bài 7. Tìm khai triển Maclaurin của hàm số

𝑓(𝑥) = 𝑙𝑛 3 + 𝑥 2 − 𝑥 Bài 8. Tìm khai triển Maclaurin của hàm số

𝑦 =

1

√1 + 𝑥

  1. Tích phân và ứng dụng

1.2. Tích phân xác định

Bài 1. Tính

𝐼 = ∫ √1 − cos 2𝑥 𝑑𝑥

2𝜋

0 Hướng dẫn giải

  • Viết 𝐼 dưới dạng:
  • Gọi A là giao điểm của 𝑦 = −𝑥 2 + 3𝑥 − 2 và 𝑦 = 𝑥 − 1; B là giao điểm của 𝑦 = 𝑥 − 1 và 𝑦 = 2 − 𝑥; C là giao điểm của 𝑦 = −𝑥 2 + 3𝑥 − 2 và 𝑦 = 2 − 𝑥.
  • Tìm được tọa độ:𝐴(1,0); 𝐵 ( 32 , 12 ) ; 𝐶(2, 0). Đường thẳng 𝑥 = 3/2 cắt cung 𝐴𝐶

tại điểm 𝐷 ( 32 ; 0).

  • Diện tích hình phẳng cần tìm là diện tích tam giác cong ABC, ta có

𝑆𝐴𝐵𝐶 = 𝑆𝐴𝐵𝐷 + 𝑆𝐵𝐶𝐷

  • Tính diện tích tam giác cong ABD.

𝑆𝐴𝐵𝐷 = ∫[𝑥 − 1 − (−𝑥 2 + 3𝑥 − 2)]𝑑𝑥 =

3 2

1

∫(𝑥 2 − 2𝑥 + 3)𝑑𝑥

3 2

1

\= (𝑥

3 3

− 𝑥 2 + 3𝑥)|

1

3 2 = 79 24

  • Tương tự có: 𝑆𝐵𝐶𝐷 = 79/24.
  • Vậy 𝑆𝐴𝐵𝐶 = 7912

Bài 2. Tính diện tích hình phẳng giới hạn bởi đồ thị hàm số 𝑦 = 𝑥 2 − 4𝑥 + 5 và hai tiếp tuyến với đồ thị hàm số tại hai tiếp điểm có hoành độ lần lượt là 1 và 4.

Bài 3. Tính diện tích hình phẳng giới hạn bởi các đồ thị hàm số 𝑦 = |𝑥 2 − 1|, 𝑦 = |𝑥| + 5.

Bài 4. Tính diện tích hình phẳng giới hạn bởi các đồ thị hàm số 𝑦 = 4 − |𝑥| và

parabal 𝑦 = 12 𝑥 2.

1.2. Tích phân suy rộng

Bài 1. Xét sự hội tụ và tính tích phân suy rộng sau

𝐼 = ∫

𝑑𝑥

𝑥 2 + 4𝑥 + 9

+∞

−∞ Hướng dẫn giải

  • Xét sự hội tụ
  • Viết tích phân dưới dạng:

𝐼 = ∫

𝑑𝑥

𝑥 2 + 4𝑥 + 9

+∞ −∞ = ∫

𝑑𝑥

𝑥 2 + 4𝑥 + 9

− −∞

+ ∫

𝑑𝑥

𝑥 2 + 4𝑥 + 9

1 −

+ ∫

𝑑𝑥

𝑥 2 + 4𝑥 + 9

+∞ 1 = 𝐼 1 + 𝐼 2 + 𝐼 3

  • Tích phân I 2 là tích phân xác định nên hội tụ
  • Xét 𝐼 1 = ∫− −1∞𝑥 2 +4𝑥+9𝑑𝑥
  • Đặt 𝑓(𝑥) = 𝑥 2 +4𝑥+9 1. Chọn 𝑔(𝑥) = 𝑥 12. Hai hàm số 𝑓(𝑥), 𝑔(𝑥) không âm trong

(−∞, 1]. Có 𝑥→+∞lim 𝑓(𝑥)𝑔(𝑥) = 1

  • Mặt khác tích phân ∫−∞ −1 𝑔(𝑥)𝑑𝑥 = ∫−∞ −1𝑥 12 𝑑𝑥hội tụ (𝛼 = 2 > 1) nên tích phân

∫−∞ −1 𝑓(𝑥)𝑑𝑥hội tụ hay 𝐼 1 hội tụ.

  • Xét 𝐼 3 tương tự như 𝐼 1 , cũng nhận được kết quả 𝐼 3 hội tụ.
  • Vậy 𝐼 = 𝐼 1 + 𝐼 2 + 𝐼 3 hội tụ.
  • Tính

𝐼 = ∫

𝑑𝑥

𝑥 2 + 4𝑥 + 9

+∞ −∞

\= ∫

𝑑𝑥

(𝑥 + 2) 2 + (√5) 2

+∞ −∞

\=

1

𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛 𝑥 + 2

|

−∞

+∞

\= 1

(𝜋 2 + 𝜋 2 ) = 𝜋

Bài 2. Xét sự hội tụ và tính tích phân suy rộng:

  • Mặt khác ∫ 𝑔(𝑥)𝑑𝑥 11 2

\= ∫ 1 1 √1−𝑥𝑑𝑥

2

hội tụ (𝛼 = 12 < 1). Do đó, ∫ 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 11 2

hội tụ

hay 𝐼 2 hội tụ.

  • Vậy 𝐼 = 𝐼 1 + 𝐼 2 hội tụ.
  • Tính

𝐼 = ∫

𝑑𝑥

√𝑥(1 − 𝑥)

1

0

\= ∫

𝑑𝑥

√ 14 − (𝑥 − 12 )

2 = ∫

2𝑑𝑥

√1 − (2𝑥 − 1) 2

\=

1

0

𝑎𝑟𝑐 sin(2𝑥 − 1)| 0

1 1

0

\= 𝜋 2 + 𝜋 2 = 𝜋

Bài 6. Xét sự hội tụ và tính tích phân

𝐼 = ∫

𝑑𝑥

√1 − 𝑥 2

1

Bài 7. Xét sự hội tụ và tính tích phân

𝐼 = ∫

𝑥 4 𝑑𝑥

√1 − 𝑥 2

1

0

  1. HÀM SỐ NHIỀU BIẾN SỐ THỰC
  2. Đạo hàm, vi phân hàm nhiều biến

Bài 1. Tính 𝜕𝑢𝜕𝑙⃗ và 𝑔𝑟𝑎𝑑⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑢 tại 𝑀 0 = (1,2,1) biết hàm 𝑢 = 𝑥 2 + 𝑦 2 − 23 𝑧 3 và 𝑙⃗ =

𝑀 ⃗⃗⃗⃗ 0 ⃗⃗⃗𝑀⃗⃗⃗⃗ 1 ⃗ , 𝑀 1 = (2,0,3)

Hướng dẫn giải

  • Ta có:

𝜕𝑢 𝜕𝑥 = 2𝑥; 𝜕𝑢𝜕𝑦 = 2𝑦; 𝜕𝑢𝜕𝑧 = −2𝑧

2

  • Từ giả thiết:

𝑙⃗ = 𝑀 ⃗⃗⃗⃗⃗ 0 ⃗⃗𝑀⃗⃗⃗⃗ 1 ⃗ = (1; −2; 2) ⇒ 𝑐𝑜𝑠 𝛼 = 1 3 ; 𝑐𝑜𝑠 𝛽 = − 2 3 ; 𝑐𝑜𝑠 𝛾 = 2 3

  • Tính được

𝜕𝑢 𝜕𝑥 (𝑀 0 ) = 2; 𝜕𝑢𝜕𝑦 (𝑀 0 ) = 4; 𝜕𝑢𝜕𝑧 (𝑀 0 ) = −2 ⇒ 𝑔𝑟𝑎𝑑

⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑢(𝑀 0 ) = (2; 4; −2)

  • Vậy

𝜕𝑢 𝜕𝑙⃗

(𝑀 0 ) = 2

3

− 8

3

− 4

3

\= − 10

3

Bài 2 hàm số ẩn 𝑧 = 𝑧(𝑥, 𝑦) xác định bởi 𝑥 3 + 2𝑦 3 + 𝑧 3 − 3𝑥𝑦𝑧 − 2𝑦 + 3 = 0. Tìm 𝑧𝑥 ′ , 𝑧𝑦 ′ .

Hướng dẫn giải

  • Đặt 𝐹(𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑥 3 + 2𝑦 3 + 𝑧 3 − 3𝑥𝑦𝑧 − 2𝑦 + 3 = 0
  • Từ đó suy ra : 𝐹𝑥 ′ = 3𝑥 2 − 3𝑦𝑧; 𝐹𝑦 ′ = 6𝑦 2 − 3𝑥𝑧 − 2; 𝐹𝑧′ = 3𝑧 2 − 3𝑥𝑦
  • Vậy :

𝑧𝑥 ′ = − 𝐹𝑥

′ 𝐹𝑧′ = 3𝑦𝑧 − 3𝑥

2 3𝑧 2 − 3𝑥𝑦 = 𝑦𝑧 − 𝑥

2 𝑧 2 − 𝑥𝑦

𝑧𝑦 ′ = − 𝐹𝑦

′ 𝐹𝑧′ = 6𝑦

2 − 3𝑥𝑧 − 2

3𝑥𝑦 − 3𝑧 2

Bài 3. Cho hàm số 𝑧 = 𝑒𝑥+𝑦 𝑠𝑖𝑛( 𝑥 − 𝑦) tính 𝑑𝑧(0, 0) và

𝐴 = 𝑧. 𝑧𝑥𝑥 ′′ − (𝑧𝑥 ′ ) 2 − 𝑧. 𝑧𝑦𝑦 ′′ + (𝑧𝑦 ′ ) 2

Bài 4 hàm số 𝑢(𝑥, 𝑦) = 𝑥. 𝑦. 𝑙𝑛( 𝑥 + 𝑦). Tính

𝜕 2 𝑢 𝜕𝑥 2 , 𝜕

2 𝑢

𝜕𝑦 2 , 𝜕

2 𝑢

𝜕𝑥𝜕𝑦

Bài 5. Cho hàm số 𝑧 = 𝑥

2 2𝑦 +

𝑥 2 +

1 𝑥 −

1 𝑦. Chứng minh rằng 𝑥

2 𝑧𝑥 ′ + 𝑦 2 𝑧𝑦 ′ = 𝑥 3

𝑦

Bài 6ét tính liên tục tại điểm (0;0) của hàm số theo a:

  • Đạo hàm cấp 2: 𝐴 = 𝑧𝑥 ′′ 2 = 12𝑥 2 − 4, 𝐵 = 𝑧𝑥𝑦 ′′ = 4, 𝐶 = 𝑧𝑦 ′′ 2 = 12𝑦 2 − 4
  • Tại 𝑀 2 , 𝑀 3 : 𝐴 2 − 𝐵𝐶 = −384 < 0, 𝐴 = 20 > 0. Vậy M 2 và M 3 là các điểm cực tiểu.
  • Tại M 1 : với M(k,k) thì 𝑧(𝑀) − 𝑧(𝑀 1 ) = 2𝑘 4 ≥ 0, ∀𝑘 trong khi với M(k,0) thì 𝑧(𝑀) − 𝑧(𝑀 1 ) = 𝑘 2 (𝑘 2 − 2) < 0, ∀𝑘 ∈ (−√2, √2). Vậy M 1 không là điểm cực trị.
  • Kết luận: hàm số có hai điểm cực tiểu 𝑀 2 (√2, −√2), 𝑀 3 (−√2, √2). Bài 2. Tìm cực trị của hàm 𝑧(𝑥, 𝑦) = 𝑒𝑥 (𝑦 2 + 𝑥𝑦 + 𝑥 2 )

Bài 3ìm cực trị của hàm 𝑧(𝑥, 𝑦) = 𝑥 2 𝑦 2 − 4𝑥𝑦 + 𝑥 2 − 4𝑥

Bài 4. Tìm cực trị của hàm 𝑧(𝑥, 𝑦) = 4𝑥𝑦 + 1 𝑥 + 1 𝑦

Bài 5. Tìm cực trị của hàm số 𝑓(𝑥, 𝑦) = 8𝑥 − 𝑥√𝑦 − 1 + 𝑥 3 + 12 𝑦 − 12𝑥 2

  1. Tích phân bội

Bài 1. Tính tích phân 𝐼 = ∫∫ 𝑥𝐷 2 (𝑥 2 + 𝑦 2 )𝑑𝑥𝑑𝑦với D là miền giới hạn bởi

đường tròn 𝑥 2 + 𝑦 2 = 2 nằm trong góc phần tư thứ nhất.

Hướng dẫn giải

  • Vẽ hình xác định miền lấy tích phân 𝐷 = {(𝑥, 𝑦): 𝑥 2 + 𝑦 2 ≤ 2, 𝑥 ≥ 0, 𝑦 ≥ 0}
  • Đổi biến tọa độ cực: {𝑥 = 𝑟. 𝑐𝑜𝑠 𝜑𝑦 = 𝑟. 𝑠𝑖𝑛 𝜑 ⇒ 𝐽(𝑟, 𝜑) = 𝑟
  • Miền D thành 𝐷′: 0 ≤ 𝑟 ≤ √2, 0 ≤ 𝜑 ≤ 𝜋 2
  • 𝐼 = ∫ 0 √2 𝑑𝑟∫ 0 𝜋/2 𝑟 5 𝑐𝑜𝑠 2 𝜑 𝑑𝜑= ∫ 0 √2 𝑟 5 𝑑𝑟∫ 0 𝜋/2𝑐𝑜𝑠 2 𝜑 𝑑𝜑

\= 𝑟

6 6 | 0

√ . (𝜑 2 + 𝑠𝑖𝑛 2 𝜑 4 )| 0

𝜋 2 = 𝜋 3

Bài 2. Tính tích phân ∫∫∫ 𝑥𝑦𝑉 2 𝑑𝑉 với V là miền giới hạn bởi mặt paraboloid

elliptic 𝑧 = 𝑥 2 + 𝑦 2 và mặt phẳng 𝑧 = 4. Hướng dẫn giải

  • Vẽ miền lấy tích phân V
  • Hình chiếu D của V trên mặt phẳng Oxy là hình tròn tâm O, bán kính bằng 2
  • Miền 𝑉 = {(𝑥, 𝑦, 𝑧): (𝑥, 𝑦) ∈ 𝐷, 𝑥 2 + 𝑦 2 ≤ 𝑧 ≤ 4}
  • Đổi biến sang tọa độ trụ

{

𝑥 = 𝑟 𝑐𝑜𝑠 𝜑

𝑦 = 𝑟 𝑠𝑖𝑛 𝜑

𝑧 = 𝑧

; 𝐽(𝑟, 𝜑, 𝑧) = 𝑟

  • Miền 𝑉′ = {(𝑟, 𝜑, 𝑧): 0 ≤ 𝜑 ≤ 2𝜋; 0 ≤ 𝑟 ≤ 2; 𝑟 2 ≤ 𝑧 ≤ 4}
  • Ta có

𝐼 = ∫∫∫ 𝑟 4. 𝑐𝑜𝑠 𝜑. 𝑠𝑖𝑛 2 𝜑 𝑑𝑟𝑑𝜑𝑑𝑧 𝑉′

\= ∫ 𝑟 4 𝑑𝑟

2 0

∫ 𝑑𝑧

2 𝑟 2

× (𝑠𝑖𝑛

3 𝜑

3 )| 0

2𝜋 = 0

Bài 3. Tính tích phân ∫∫∫ 𝑧(𝑦 + 2)𝑉 𝑑𝑥𝑑𝑦𝑑𝑧 với V là miền giới hạn bởi mặt trụ

𝑥 2 + 𝑦 2 = 4 và các mặt phẳng 𝑧 = 0, 𝑧 = 2.

Bài 4. Tính tích phân 2 ( 2 2 ) D

I =  x x +y dxdy với D là miền giới hạn bởi đường

trònx 2 + y 2 = 2 nằm trong góc phần tư thứ nhất.

Bài 5. Tính tích phân ( 2 ) D

I =  x − y dxdy với D là miền giới hạn bởi các đường

y = x 3 , x + y= 2 và trục tung.

Bài 6ính tích phân của hàm số 𝑓(𝑥, 𝑦, 𝑧) = 1 − 𝑥 − 𝑦 − 𝑧trên miền giới hạn bởi mặt phẳng 𝑥 + 𝑦 + 𝑧 = 1 và các mặt phẳng tọa độ, nằm trong góc phần tám thứ nhất.

Bài 7ính thể tích của miền V giới hạn bởi 1 − 2𝑧 ≤ 𝑥 2 + 𝑦 2 + 𝑧 2 ≤ 1.

Hướng dẫn giải

  • V là miền giới hạn bởi hai hình cầu: 𝑥 2 + 𝑦 2 + (𝑧 − 1) 2 ≥ 2 và 𝑥 2 + 𝑦 2 + 𝑧 2 ≤ 1
  • Miền V được xác định bởi:

1 − √2 − 𝑥 2 − 𝑦 2 ≤ 𝑧 ≤ √1 − 𝑥 2 − 𝑦 2

  • Hình chiếu V xuống mặt phẳng Oxy là miền D: 𝑥 2 + 𝑦 2 ≤ 1
  • Ta có
  • Kết quả: 𝐼 = −40 3.

Bài 2ính tích phân 𝐼 = ∮ (𝑥𝐿 2 + 𝑥𝑦 2 )𝑑𝑥 + (3𝑦 + 2𝑥 2 𝑦)𝑑𝑦trong đó L là biên của miền giới hạn bởi các đường 𝑥 = 0, 𝑦 = 0, 𝑦 = 2 − 𝑥.

Hướng dẫn giải

  • Vẽ các đường lấy tích phân
  • L là một đường cong kín, xác định một miền D hình tam giác
  • Miền 𝐷 = {(𝑥, 𝑦): 0 ≤ 𝑥 ≤ 2,0 ≤ 𝑦 ≤ 2 − 𝑥}
  • Đặt {𝑃(𝑥, 𝑦) = 𝑥

2 + 𝑥𝑦 2

𝑄(𝑥, 𝑦) = 3𝑦 + 2𝑥 2 𝑦 ⇒ {𝑃

𝑦 ′ = 2𝑥𝑦

𝑄𝑥 ′ = 4𝑥𝑦

  • Áp dụng công thức Green, ta được: 𝐼 = ∫∫ (𝑄𝐷 𝑥 ′ − 𝑃𝑦 ′ )𝑑𝑥𝑑𝑦= ∫∫ 2𝑥𝑦𝑑𝑥𝑑𝑦𝐷
  • Ta có

𝐼 = ∫ 2𝑥𝑑𝑥

2 0

∫ 𝑦𝑑𝑦

2−𝑥 0

\= 4 3

Bài 2ính 𝐼 = ∫𝑂𝐴𝐵 (𝑐𝑜𝑠 𝑦 − 1)𝑒 𝑥𝑑𝑥 + (2𝑦 − 𝑠𝑖𝑛 𝑦)𝑒𝑥𝑑𝑦 trong đó OAB là

đường gấp khúc O(0,0), A(1,1), B(2,0).

Bài 3. Tính tích phân 𝐼 = ∮ (2𝑥𝑦 + 𝑥𝐿 2 )𝑑𝑥 + (3𝑦 2 + 2𝑥𝑦)𝑑𝑦, trong đó L là

biên của miền giới hạn bởi 𝑦 = 0, 𝑦 = 2𝑥, 𝑥 = 2.

Bài 4ính tích phân 𝐼 = ∫𝐶 𝑥−𝑦𝑑𝑠trong đó C là đoạn thẳng 𝑦 = 𝑥 2 − 2 nằm giữa

các điểm A(0,-2) và B(4,0). Hướng dẫn giải

  • Vẽ hình
  • Ta có 𝑑𝑠 = √1 + 𝑦′(𝑥) 2 𝑑𝑥 = √5 2 𝑑𝑥

𝐼 = ∫

𝑑𝑠

𝐶𝑥 − 𝑦 = ∫

2 (𝑥 2 + 2)

𝑑𝑥

4 0

  • 𝐼 = √5 𝑙𝑛 2

Bài 5ính độ dài cung {𝑥 = 𝑡 + 𝑐𝑜𝑠 𝑡𝑦 = 𝑠𝑖𝑛 𝑡 với 0 ≤ 𝑡 ≤ 𝜋

Bài 6. Tính tích phân𝐼 = ∫ √𝑥𝐶 2 + 𝑦 2 𝑑𝑠 trong đó C là đường xoắn hình nón 𝑥 = 𝑡 𝑐𝑜𝑠 𝑡 , 𝑦 = 𝑡 𝑠𝑖𝑛 𝑡 , 𝑧 = 𝑡 với 0 ≤ 𝑡 ≤ 𝑡 0.

  1. Tích phân mặt

Bài 1. Tính tích phân ∫∫ 2𝑥𝑑𝑥𝑑𝑦 + 𝑦𝑑𝑧𝑑𝑥 − 𝑧𝑑𝑦𝑑𝑧𝑆 với (S) là phía ngoài mặt

cầu 𝑥 2 + 𝑦 2 + 𝑧 2 = 4.

Hướng dẫn giải

  • Vẽ mặt cong (S)
  • (S) và một mặt cong kín, xác định một miền V là hình cầu tâm O, bán kính bằng 2, hướng của mặt là phía ngoài.
  • Với 𝑃(𝑥, 𝑦, 𝑧) = −𝑧, 𝑄(𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑦, 𝑅(𝑥, 𝑦, 𝑧) = 2𝑥, ta có 𝑃𝑥 ′ = 0, 𝑄𝑦 ′ = 1, 𝑅𝑧 ′ = 0
  • Áp dụng công thức Ostrogradsky, ta được 𝐼 3 = ∫∫∫ (𝑃𝑉 𝑥 ′ + 𝑄𝑦 ′ + 𝑅𝑧 ′ )𝑑𝑥𝑑𝑦𝑑𝑧
  • 𝐼 = ∫∫∫ 𝑑𝑥𝑑𝑦𝑑𝑧𝑉 =thể tích khối cầu tâm O, bán kính 2. Vậy𝐼 = 32𝜋 3

Bài 2. Tính tích phân ∫∫ 𝑥𝑆 2 𝑑𝑦𝑑𝑧 − 𝑦 2 𝑑𝑧𝑑𝑥 + 2𝑦𝑧𝑑𝑥𝑑𝑦với (S) là nửa mặt cầu

𝑧 = √4 − 𝑥 2 − 𝑦 2 , hướng của (S) là hướng lên trên. Bài 3. Tính tích phân ∫∫ 2𝑥𝑑𝑥𝑑𝑦 − 𝑦𝑑𝑧𝑑𝑥 + 𝑧𝑑𝑦𝑑𝑧𝑆 với (S) là phía ngoài mặt

cầu 𝑥 2 + 𝑦 2 + 𝑧 2 = 4. Bài 4ính tích phân 𝐼 = ∫∫ 𝑙𝑛 𝑧 dS𝑆 trong đó S là mặt cầu xác định bởi 𝑥 2 +

𝑦 2 + 𝑧 2 = 1, 12 ≤ 𝑧 ≤ 1

Hướng dẫn giải

  • Mặt S có phương trình 𝑧 = √1 − 𝑥 2 − 𝑦 2 với hình chiếu của S xuống mặt

phẳng Oxy là miền D giới hạn bởi đường tròn 𝑥 2 + 𝑦 2 = 34.

+ 𝑑𝑆 = √1 + 𝑧𝑥 ′ 2 + 𝑧𝑦 ′ 2 𝑑𝑥𝑑𝑦 = √1−𝑥 12 −𝑦 2 𝑑𝑥𝑑𝑦

+ 𝐼 = ∫∫ 𝑙𝑛 √1−𝑥

2 −𝑦 2 𝐷 √1−𝑥 2 −𝑦 2 𝑑𝑥𝑑𝑦

  • Chuyển sang tọa độ cực {𝑥 = 𝑟. 𝑐𝑜𝑠 𝜑𝑦 = 𝑟. 𝑠𝑖𝑛 𝜑 ⇒ 𝐽(𝑟, 𝜑) = 𝑟
  • Miền D:𝑥 2 + 𝑦 2 ≤ 34 ⇒ 𝐷′: 0 ≤ 𝑟 ≤ √3 2 , 0 ≤ 𝜑 ≤ 2𝜋
  • Thay vào tính được 𝐼 = ∫ 𝑙𝑛 √1−𝑟

2 √1−𝑟 2 𝑟𝑑𝑟 ×

√3/ 0 ∫ 𝑑𝜑

2𝜋 0 = 𝜋(𝑙𝑛 2 − 1)

Bài 5ính tích phân 𝐼 = ∫∫ 𝑥𝑆 2 𝑦 2 𝑧𝑑𝑆trong đó S là mặt nón 𝑥 2 + 𝑦 2 = 𝑧 2 , 0 ≤

𝑧 ≤ 1.

Bài 6ính diện tích của phần mặt paraboloid 𝑧 = 𝑥𝑦 với hình chiếu xuống mặt phẳng Oxy là hình tròn xác định bởi 𝑥 2 + 𝑦 2 ≤ 1.

  1. Chuỗi hàm số

Bài 1. Tìm miền hội tụ của chuỗi lũy thừa

(𝑥 − 2)𝑛

𝑛 2 (𝑛 2 + 1)

+∞

𝑛= Hướng dẫn giải

  • Đặt 𝑥 − 2 = 𝑋 ta được chuỗi ∑ 𝑋

𝑛 𝑛 2 (𝑛 2 +1)

  • 𝑛=1∞ (1) với 𝑎𝑛 = 1 𝑛 2 (𝑛 2 +1)
  • Bán kính hội tụ của (1): 𝑙 = 𝑙𝑖𝑚 𝑎 𝑎𝑛+1𝑛 = 1 ⇒ 𝑅 = 1 𝑙 = 1. Vậy chuỗi (1) hội tụ

trong (-1;1) và phân kì ngoài đoạn [-1;1].

  • Tại 𝑋 = 1:

Chuỗi đã cho trở thành ∑

1

𝑛 2 (𝑛 2 + 1)

+∞

𝑛=

có số hạng tổng quát 𝑢𝑛

\=

1

𝑛 2 (𝑛 2 + 1)

Ta thấy lim (𝑢 𝑣𝑛𝑛 ) = 1 với 𝑣𝑛 = 𝑛 14 mà chuỗi ∑ ∞𝑛=1 𝑣𝑛hội tụ nên chuỗi ∑ ∞𝑛=1𝑢𝑛

hội tụ theo dấu hiệu so sánh.

  • Tại 𝑋 = −1 ⇒ ∑ (−1)

𝑛 𝑛 2 (𝑛 2 +1)

∞ 𝑛=1 là chuỗi đan dấu hội tụ theo tiêu chuẩn Leibniz.

+ Vậy miền hội tụ của (1) là [-1;1]  miền hội của chuỗi đã cho là [1;3]

Bài 2. Tìm miền hội tụ của chuỗi lũy thừa

∑ (𝑥 + 1)

𝑛 𝑛. √𝑛

+∞

𝑛= Bài 3. Tìm miền hội tụ của chuỗi lũy thừa

∑ (𝑥 − 2)

𝑛 √1 + 𝑛 2

+∞

𝑛= Bài 4. Tìm miền hội tụ của chuỗi lũy thừa

∑ (𝑥 − 2)

3𝑛 𝑛√𝑛 + 1

+∞

𝑛=

Bài 5ìm miền hội tụ của chuỗi lũy thừavà tính tổng của chuỗi tại 𝑥 = 0.

∑ (𝑥 + 1)

𝑛 𝑛(𝑛 + 2)

+∞

𝑛=

  1. PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN
  2. Phương trình vi phân cấp một

Bài 1ải phương trình vi phân cấp 1

𝑥𝑦𝑑𝑥 − (1 + 𝑦 2 )(1 + 𝑥 2 )𝑑𝑦 = 0 Hướng dẫn giải

  • Với 𝑦 ≠ 0 phương trình trở thành

𝑥 1 + 𝑥 2 𝑑𝑥 = 1 + 𝑦

2 𝑦 𝑑𝑦

⇔ 1 2.

1

1 + 𝑥 2 𝑑(1 + 𝑥

2 ) = (

𝑦 + 𝑦) 𝑑𝑦

⇔ 1 2 𝑙𝑛(1 + 𝑥 2 ) = 𝑙𝑛|𝑦| + 𝑦

2 2 + 𝐶

Ta thu được nghiệm dưới dạng tích phân tổng quát.

+𝑦 = 0 thay vào phương trình thấy thỏa mãn. Vậy 𝑦 = 0là nghiệm kì dị.

Bài 2. Tìm nghiệm của phương trình vi phân: (𝑥 − 𝑦)𝑑𝑥 + 𝑥𝑑𝑦 = 0 thỏa mãn 𝑦(1) = 3 Bài 3. Tìm nghiệm của phương trình: (𝑦 + 𝑥𝑦)𝑑𝑥 + (𝑥 − 𝑥𝑦)𝑑𝑦 = 0 thỏa mãn 𝑦(3) = √ Bài 4. Giải phương trình (1 + 𝑥 2 )𝑒𝑦𝑑𝑥 + 𝑥 3 (1 + 𝑒2𝑦)𝑑𝑦 = 0 Bài 5. Giải phương trình 𝑒𝑥(2 + 2𝑥 − 𝑦 2 )𝑑𝑥 − 2𝑦𝑒𝑥𝑑𝑦 = 0 Bài 6. Tìm nghiệm riêng của phương trình 𝑥 2 𝑦′ = 𝑦(𝑥 + 𝑦) thỏa mãn điều kiện 𝑦(−2) = 4.