Skip to content · ⁨Перейти к содержанию⁩

Pure Mathematics 2 · ⁨Чистая математика 2⁩

A-Level Mathematics · ⁨A-Level Математика⁩ · Topic 2 · ⁨Тема 2⁩

Video lesson for this topic · ⁨Видеоурок по этой теме⁩ Open the video page · ⁨Открыть страницу видео⁩
12:32

Чистая математика 2

В две тысячи одиннадцатом землетрясение у берегов Японии составило девять баллов по шкале Рихтера. Более слабое землетрясение могло бы составить шесть. Разница всего в три балла — однако первое…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)⁩

English

This handout covers Topic 2: Pure Mathematics 纯数学 2. It adds the modulus and polynomial algebra, logarithms 对数 and the exponential function 指数函数, more trigonometry, and new ways to differentiate and integrate.

Русский

Эти материалы охватывают Раздел 2: Чистая математика 2. Здесь добавлены модуль и многочлены, логарифмы и показательная функция, дополнительная тригонометрия, а также новые методы дифференцирования и интегрирования.

2.1

Algebra · ⁨Алгебра⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English
Candidates should be able to: Notes and examples
understand the meaning of $|x|$, sketch the graph of $y = |ax + b|$ and use relations such as $|a| = |b| \iff a^2 = b^2$ and $|x - a| < b \iff a - b < x < a + b$ when solving equations and inequalities Graphs of $y = |f(x)|$ and $y = f(|x|)$ for non-linear functions $f$ are not included. e.g. $|3x - 2| = |2x + 7|$, $2x + 5 < |x + 1|$
divide a polynomial, of degree not exceeding 4, by a linear or quadratic polynomial, and identify the quotient and remainder (which may be zero)
use the factor theorem and the remainder theorem. e.g. to find factors and remainders, solve polynomial equations or evaluate unknown coefficients. Including factors of the form $(ax + b)$ in which the coefficient of $x$ is not unity, and including calculation of remainders.
Русский
Кандидаты должны уметь: Примечания и примеры
Понимать смысл $|x|$, строить график функции $y = |ax + b|$ и использовать соотношения, такие как $|a| = |b| \iff a^2 = b^2$ и $|x - a| < b \iff a - b < x < a + b$, при решении уравнений и неравенств Графики $y = |f(x)|$ и $y = f(|x|)$ для нелинейных функций $f$ не включены. Например, $|3x - 2| = |2x + 7|$, $2x + 5 < |x + 1|$
делить многочлен степени не выше 4 на линейный или квадратный многочлен и определять частное и остаток (которые могут быть равны нулю)
использовать теорему о корнях и теорему об остатке. Например, для нахождения множителей и остатков, решения многочленных уравнений или вычисления неизвестных коэффициентов. Включая множители вида $(ax + b)$, в которых коэффициент при $x$ не равен единице, а также вычисление остатков.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

English

The modulus

The modulus 绝对值 $|x|$ is the size of a number with its sign removed, so $|x| \geqslant 0$ always. The graph of $y = |ax + b|$ is a "V" shape that bounces off the $x$-axis. Two useful rules for solving equations and inequalities are

$$|a| = |b| \;\Leftrightarrow\; a^2 = b^2, \qquad |x - a| < b \;\Leftrightarrow\; a - b < x < a + b.$$

Worked example. Solve $|3x + 8| < 9$.

Using the second rule with the inequality written as $-9 < 3x + 8 < 9$:

$$-9 < 3x + 8 < 9 \;\Rightarrow\; -17 < 3x < 1 \;\Rightarrow\; -\tfrac{17}{3} < x < \tfrac13.$$

Polynomial division and the factor and remainder theorems

A polynomial 多项式 is a sum of powers of $x$, such as $2x^4 + 3x^2 - 5$. Its degree 次数 is the highest power. When you divide one polynomial by another you get a quotient 商 and a remainder 余数.

  • Remainder theorem 余数定理: the remainder when $p(x)$ is divided by $(x - a)$ is $p(a)$.
  • Factor theorem 因式定理: $(x - a)$ is a factor of $p(x)$ exactly when $p(a) = 0$.

Worked example. The polynomial $p(x) = 2x^4 + kx^3 + kx^2 + 17x + 18$ has factor $(x + 2)$. Find $k$.

By the factor theorem $p(-2) = 0$:

$$2(16) + k(-8) + k(4) + 17(-2) + 18 = 0 \;\Rightarrow\; 16 - 4k = 0 \;\Rightarrow\; k = 4.$$

Русский

Модуль

Модуль $|x|$ — это число без учёта его знака, поэтому $|x| \geqslant 0$ всегда положительно. График функции $y = |ax + b|$ имеет форму «V», отражаясь от оси $x$. Два полезных правила для решения уравнений и неравенств:

$$|a| = |b| \;\Leftrightarrow\; a^2 = b^2, \qquad |x - a| < b \;\Leftrightarrow\; a - b < x < a + b.$$

Прямая линия, опускающаяся ниже оси x, с частью, сложенной вверх в форме V
Взятие модуля складывает часть линии, расположенную ниже оси, вверх, образуя форму V.

Разобранный пример. Решите уравнение $|3x + 8| < 9$.

Используя второе правило с неравенством в виде $-9 < 3x + 8 < 9$:

$$-9 < 3x + 8 < 9 \;\Rightarrow\; -17 < 3x < 1 \;\Rightarrow\; -\tfrac{17}{3} < x < \tfrac13.$$

Деление многочленов и теоремы о делителе и остатке

Многочлен — это сумма степеней $x$, например $2x^4 + 3x^2 - 5$. Его степень равна наибольшей из показателей степени. При делении одного многочлена на другой получаются частное и остаток.

  • Теорема об остатке: остаток при делении $p(x)$ на $(x - a)$ равен $p(a)$.
  • Теорема о делителе: $(x - a)$ является делителем $p(x)$ тогда и только тогда, когда $p(a) = 0$.

Разобранный пример. Многочлен $p(x) = 2x^4 + kx^3 + kx^2 + 17x + 18$ имеет делитель $(x + 2)$. Найдите $k$.

Согласно теореме о делителе для $p(-2) = 0$:

$$2(16) + k(-8) + k(4) + 17(-2) + 18 = 0 \;\Rightarrow\; 16 - 4k = 0 \;\Rightarrow\; k = 4.$$

Explore · ⁨Исследовать⁩

The modulus function · ⁨Модульная функция⁩

y = a|x − b| + c

The modulus makes a V-shape. Move its vertex with b and c; change how steep the arms are with a. · ⁨Модуль создает форму буквы V. Перемещайте ее вершину с помощью b и c; меняйте крутизну ветвей с помощью a.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
Pure Mathematics/pjʊə ˌmæθɪˈmætɪks/ Чистая математика (Pure Mathematics)
logarithms/ˈlɒɡərɪθəmz/ логарифмы
exponential function/ˌekspəˈnenʃl ˈfʌŋkʃn/ показательная функция
modulus/ˈmɒdjʊləs/ модуль
polynomial/ˌpɒlɪˈnəʊmɪəl/ полиномом
degree/dɪˈɡriː/ степени
quotient/ˈkwəʊʃənt/ частное
remainder/rɪˈmeɪndə/ остаток
remainder theorem/rɪˈmeɪndə ˈθɪərəm/ теорема о остатке
factor theorem/ˈfæktə ˈθɪərəm/ теорема о делителе
indices/ˈɪndɪsiːz/ показатели степени
laws of logarithms/lɔːz ɒv ˈlɒɡərɪθəmz/ свойства логарифмов
natural logarithm/ˈnætʃərəl ˈlɒɡərɪθəm/ натуральный логарифм
linear form/ˈlɪnɪə fɔːm/ линейная форма
2.2

Logarithmic and exponential functions · ⁨Логарифмические и показательные функции⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English
Candidates should be able to: Notes and examples
understand the relationship between logarithms and indices, and use the laws of logarithms (excluding change of base)
understand the definition and properties of $e^x$ and $\ln x$, including their relationship as inverse functions and their graphs Including knowledge of the graph of $y = e^{kx}$ for both positive and negative values of $k$.
use logarithms to solve equations and inequalities in which the unknown appears in indices e.g. $2^x < 5$, $3 \times 2^{3x-1} < 5$, $3^{x+1} = 4^{2x-1}$
use logarithms to transform a given relationship to linear form, and hence determine unknown constants by considering the gradient and/or intercept. e.g. $y = kx^n$ gives $\ln y = \ln k + n \ln x$ which is linear in $\ln x$ and $\ln y$ $y = k(a^x)$ gives $\ln y = \ln k + x \ln a$ which is linear in $x$ and $\ln y$.
Русский
Кандидаты должны уметь: Примечания и примеры
понимать связь между логарифмами и показателями и использовать законы логарифмов (за исключением смены основания)
понимать определение и свойства $e^x$ и $\ln x$, включая их связь как обратных функций и их графики Включая знание графика $y = e^{kx}$ как для положительных, так и для отрицательных значений $k$.
использовать логарифмы для решения уравнений и неравенств, в которых неизвестное встречается в показателях Например, $2^x < 5$, $3 \times 2^{3x-1} < 5$, $3^{x+1} = 4^{2x-1}$
использовать логарифмы для преобразования заданной зависимости к линейному виду и, следовательно, определять неизвестные константы, рассматривая наклон и/или пересечение с осью. например, $y = kx^n$ приводит к $\ln y = \ln k + n \ln x$, которое является линейным относительно $\ln x$ и $\ln y$. $y = k(a^x)$ приводит к $\ln y = \ln k + x \ln a$, которое является линейным относительно $x$ и $\ln y$.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

English

A logarithm answers the question "what power?". If $a^x = y$ then $x = \log_a y$. Logarithms and indices 指数 (powers) are reverse ideas. The laws of logarithms 对数定律 are

$$\log(mn) = \log m + \log n, \qquad \log\!\frac{m}{n} = \log m - \log n, \qquad \log(m^k) = k\log m.$$

The exponential function $e^x$ and the natural logarithm 自然对数 $\ln x$ are inverse functions, so $\ln(e^x) = x$ and $e^{\ln x} = x$. When the unknown is in the power, take logs of both sides.

Worked example. Solve $4^x < 0.05$.

$$4^x < 0.05 \;\Rightarrow\; x\ln 4 < \ln 0.05 \;\Rightarrow\; x < \frac{\ln 0.05}{\ln 4} = -2.16 \ (\text{3 s.f.}).$$

Linear form 线性形式: a relationship like $y = Ax^n$ becomes a straight line if you take logs: $\ln y = \ln A + n\ln x$. Plotting $\ln y$ against $\ln x$ gives a line with gradient $n$ and intercept $\ln A$, so you can find the unknown constants.

Русский
Сеизмограф, регистрирующий землетрясение
Мощность землетрясений измеряется по логарифмической шкале Рихтера.
Густая толпа людей
Численность населения может расти экспоненциально при наличии ресурсов.

Логарифм отвечает на вопрос «в какую степень?». Если $a^x = y$, то $x = \log_a y$. Логарифмы и показатели (степени) — взаимно обратные понятия. Законы логарифмов следующие:

$$\log(mn) = \log m + \log n, \qquad \log\!\frac{m}{n} = \log m - \log n, \qquad \log(m^k) = k\log m.$$

Показательная функция $e^x$ и натуральный логарифм $\ln x$ являются обратными функциями, поэтому $\ln(e^x) = x$ и $e^{\ln x} = x$. Когда неизвестное находится в показателе степени, возьмите логарифм от обеих частей.

Кривые e^x и ln x, отраженные относительно прямой y = x
$e^x$ и $\ln x$ взаимно уничтожают друг друга, поэтому каждая из них является отражением другой относительно $y=x$.

Разобранный пример. Решите уравнение $4^x < 0.05$.

$$4^x < 0.05 \;\Rightarrow\; x\ln 4 < \ln 0.05 \;\Rightarrow\; x < \frac{\ln 0.05}{\ln 4} = -2.16 \ (\text{3 знач. цифр}).$$

Линейная форма: зависимость вида $y = Ax^n$ становится прямой линией после логарифмирования: $\ln y = \ln A + n\ln x$. Построение графика зависимости $\ln y$ от $\ln x$ дает прямую с угловым коэффициентом $n$ и пересечением с осью $\ln A$, что позволяет найти неизвестные константы.

Explore · ⁨Исследовать⁩

Exponential growth · ⁨Показательный рост⁩

y = a·bˣ

Change the base b: when b > 1 the curve grows, when 0 < b < 1 it decays — and it always passes through (0, a). · ⁨Измените основание b: когда b > 1 кривая растет, когда 0 < b < 1 она убывает — и она всегда проходит через точку (0, a).⁩

2.3

Trigonometry · ⁨Тригонометрия⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
Candidates should be able to: Notes and examples
understand the relationship of the secant, cosecant and cotangent functions to cosine, sine and tangent, and use properties and graphs of all six trigonometric functions for angles of any magnitude
use trigonometrical identities for the simplification and exact evaluation of expressions, and in the course of solving equations, and select an identity or identities appropriate to the context, showing familiarity in particular with the use of: – $\sec^2 \theta \equiv 1 + \tan^2 \theta$ and $\csc^2 \theta \equiv 1 + \cot^2 \theta$ – the expansions of $\sin(A \pm B)$, $\cos(A \pm B)$ and $\tan(A \pm B)$ – the formulae for $\sin 2A$, $\cos 2A$ and $\tan 2A$ – the expression of $a \sin \theta + b \cos \theta$ in the forms $R \sin(\theta \pm \alpha)$ and $R \cos(\theta \pm \alpha)$. e.g. simplifying $\cos(x - 30^\circ) - 3 \sin(x - 60^\circ)$. e.g. solving $\tan \theta + \cot \theta = 4$, $2 \sec^2 \theta - \tan \theta = 5$, $3 \cos \theta + 2 \sin \theta = 1$.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

English

There are three more functions, each the reciprocal of one you know: the secant 正割 $\sec\theta = \dfrac{1}{\cos\theta}$, the cosecant 余割 $\csc\theta = \dfrac{1}{\sin\theta}$, and the cotangent 余切 $\cot\theta = \dfrac{1}{\tan\theta}$.

You must know these trigonometric identities 三角恒等式 and choose the right one for each problem:

$$\sec^2\theta \equiv 1 + \tan^2\theta, \qquad \csc^2\theta \equiv 1 + \cot^2\theta.$$
You also use the compound angle 复合角 formulae for $\sin(A \pm B)$, $\cos(A \pm B)$, $\tan(A \pm B)$, the double angle 二倍角 formulae
$$\sin 2A = 2\sin A\cos A, \quad \cos 2A = 2\cos^2 A - 1, \quad \tan 2A = \frac{2\tan A}{1 - \tan^2 A},$$
and the R-formula 辅助角公式 $a\sin\theta + b\cos\theta = R\sin(\theta + \alpha)$, where $R = \sqrt{a^2 + b^2}$ and $\tan\alpha = \dfrac{b}{a}$.

Worked example. Solve $2\tan^2\theta + 3\sec\theta = 18$ for $-180^\circ < \theta < 180^\circ$.

Replace $\tan^2\theta$ with $\sec^2\theta - 1$ to get one function:

$$2(\sec^2\theta - 1) + 3\sec\theta = 18 \;\Rightarrow\; 2\sec^2\theta + 3\sec\theta - 20 = 0 \;\Rightarrow\; (2\sec\theta - 5)(\sec\theta + 4) = 0.$$
So $\sec\theta = \tfrac52$ or $\sec\theta = -4$, giving $\cos\theta = \tfrac25$ or $\cos\theta = -\tfrac14$. The solutions are $\theta = \pm 66.4^\circ$ and $\theta = \pm 104.5^\circ$.

Русский

Есть еще три функции, являющиеся обратными к известным вам: секанс $\sec\theta = \dfrac{1}{\cos\theta}$, косеканс $\csc\theta = \dfrac{1}{\sin\theta}$ и котангенс $\cot\theta = \dfrac{1}{\tan\theta}$.

Косинусоида и её обратная функция — секанс, который возрастает, приближаясь к асимптотам
$\sec\theta=1/\cos\theta$ возрастает до асимптоты везде, где $\cos\theta=0$.

Вы должны знать эти тригонометрические тождества и выбирать правильное для каждой задачи:

$$\sec^2\theta \equiv 1 + \tan^2\theta, \qquad \csc^2\theta \equiv 1 + \cot^2\theta.$$
Также используются формулы суммы углов для $\sin(A \pm B)$, $\cos(A \pm B)$, $\tan(A \pm B)$, формулы удвоения угла
$$\sin 2A = 2\sin A\cos A, \quad \cos 2A = 2\cos^2 A - 1, \quad \tan 2A = \frac{2\tan A}{1 - \tan^2 A},$$
и R-формула $a\sin\theta + b\cos\theta = R\sin(\theta + \alpha)$, где $R = \sqrt{a^2 + b^2}$ и $\tan\alpha = \dfrac{b}{a}$.

Разобранное решение. Решите $2\tan^2\theta + 3\sec\theta = 18$ относительно $-180^\circ < \theta < 180^\circ$.

Замените $\tan^2\theta$ на $\sec^2\theta - 1$, чтобы получить одну функцию:

$$2(\sec^2\theta - 1) + 3\sec\theta = 18 \;\Rightarrow\; 2\sec^2\theta + 3\sec\theta - 20 = 0 \;\Rightarrow\; (2\sec\theta - 5)(\sec\theta + 4) = 0.$$
Следовательно, $\sec\theta = \tfrac52$ или $\sec\theta = -4$, откуда следует $\cos\theta = \tfrac25$ или $\cos\theta = -\tfrac14$. Решениями являются $\theta = \pm 66.4^\circ$ и $\theta = \pm 104.5^\circ$.

Explore · ⁨Исследовать⁩

The unit circle · ⁨Единичная окружность⁩

Drag the angle to see how $\sin$, $\cos$ and $\tan$ relate — the key to solving trig equations. · ⁨Перетащите угол, чтобы увидеть, как связаны между собой $\sin$, $\cos$ и $\tan$ — ключ к решению тригонометрических уравнений.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
secant/ˈsiːkənt/ секающую
cosecant/ˈkəʊsekənt/ косеканс
cotangent/ˈkəʊtændʒənt/ котангенс
trigonometric identities/ˌtrɪɡənəʊˈmetrɪk aɪˈdentɪtiz/ тригонометрические тождества
compound angle/ˈkɒmpaʊnd ˈæŋɡl/ суммарный угол
double angle/ˈdʌbl ˈæŋɡl/ двойной угол
R-formula/ɑː ˈfɔːmjʊlə/ формула R
product rule/ˈprɒdʌkt ruːl/ правило произведения
quotient rule/ˈkwəʊʃənt ruːl/ правило частного
parametric equations/ˌpærəˈmetrɪk ɪˈkweɪʒnz/ параметрические уравнения
implicitly/ɪmˈplɪsɪtli/ неявно
2.4

Differentiation · ⁨Дифференцирование⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English
Candidates should be able to: Notes and examples
use the derivatives of $e^x$, $\ln x$, $\sin x$, $\cos x$, $\tan x$, together with constant multiples, sums, differences and composites
differentiate products and quotients e.g. $\frac{2x - 4}{3x + 2}$, $x^2 \ln x$, $x e^{1 - x^2}$.
find and use the first derivative of a function which is defined parametrically or implicitly. e.g. $x = t - e^{2t}$, $y = t + e^{2t}$. e.g. $x^2 + y^2 = xy + 7$. Including use in problems involving tangents and normals.
Русский
Кандидаты должны уметь: Примечания и примеры
использовать производные от $e^x$, $\ln x$, $\sin x$, $\cos x$, $\tan x$, вместе с постоянными множителями, суммами, разностями и композициями
дифференцировать произведения и дроби например, $\frac{2x - 4}{3x + 2}$, $x^2 \ln x$, $x e^{1 - x^2}$.
находить и использовать первую производную функции, заданной параметрически или неявно. например, $x = t - e^{2t}$, $y = t + e^{2t}$. например, $x^2 + y^2 = xy + 7$. Включая применение в задачах, связанных с касательными и нормлями.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

English

Learn these standard derivatives:

$$\frac{d}{dx}e^x = e^x, \quad \frac{d}{dx}\ln x = \frac{1}{x}, \quad \frac{d}{dx}\sin x = \cos x, \quad \frac{d}{dx}\cos x = -\sin x, \quad \frac{d}{dx}\tan x = \sec^2 x.$$

For a product or a quotient of two functions, use:

  • the product rule 乘积法则: $(uv)' = u'v + uv'$;
  • the quotient rule 商法则: $\left(\dfrac{u}{v}\right)' = \dfrac{u'v - uv'}{v^2}$.

When a curve is given by parametric equations 参数方程 $x = x(t)$, $y = y(t)$, the gradient is $\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dy/dt}{dx/dt}$. When $y$ is defined implicitly 隐式 (not made the subject), differentiate every term with respect to $x$, using the chain rule on the $y$ terms, then solve for $\dfrac{dy}{dx}$.

Worked example. Given $y = 6x\cos(x^2 + 1)$, find $\dfrac{dy}{dx}$.

Use the product rule with $u = 6x$ and $v = \cos(x^2 + 1)$ (and the chain rule for $v$):

$$\frac{dy}{dx} = 6\cos(x^2 + 1) + 6x\cdot\big(-2x\sin(x^2 + 1)\big) = 6\cos(x^2 + 1) - 12x^2\sin(x^2 + 1).$$

Русский

Выучите эти стандартные производные:

$$\frac{d}{dx}e^x = e^x, \quad \frac{d}{dx}\ln x = \frac{1}{x}, \quad \frac{d}{dx}\sin x = \cos x, \quad \frac{d}{dx}\cos x = -\sin x, \quad \frac{d}{dx}\tan x = \sec^2 x.$$

Для произведения или частного двух функций используйте:

  • правило произведения: $(uv)' = u'v + uv'$;
  • правило частного: $\left(\dfrac{u}{v}\right)' = \dfrac{u'v - uv'}{v^2}$.

Когда кривая задана параметрическими уравнениями $x = x(t)$, $y = y(t)$, угловой коэффициент равен $\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dy/dt}{dx/dt}$. Когда $y$ задано неявно (не выражено явно), продифференцируйте каждое слагаемое по переменной $x$, применяя правило сложной функции к членам со $y$, затем решите относительно $\dfrac{dy}{dx}$.

Разобранный пример. Дано $y = 6x\cos(x^2 + 1)$, найдите $\dfrac{dy}{dx}$.

Используйте правило произведения для $u = 6x$ и $v = \cos(x^2 + 1)$ (и правило сложной функции для $v$):

$$\frac{dy}{dx} = 6\cos(x^2 + 1) + 6x\cdot\big(-2x\sin(x^2 + 1)\big) = 6\cos(x^2 + 1) - 12x^2\sin(x^2 + 1).$$

Explore · ⁨Исследовать⁩

Tangent and gradient · ⁨Касательная и наклон⁩

y = ax³ + bx² + cx + d

Move the point: the tangent line is the derivative at that x. Where the curve turns, the gradient is zero. · ⁨Перемещайте точку: касательная линия представляет производную в данной точке x. Там, где кривая меняет направление, наклон равен нулю.⁩

2.5

Integration · ⁨Интегрирование⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English
Candidates should be able to: Notes and examples
• extend the idea of ‘reverse differentiation’ to include the integration of $e^{ax + b}$, $\frac{1}{ax + b}$, $\sin(ax + b)$, $\cos(ax + b)$ and $\sec^2(ax + b)$ Knowledge of the general method of integration by substitution is not required.
• use trigonometrical relationships in carrying out integration e.g. use of double-angle formulae to integrate $\sin^2 x$ or $\cos^2(2x)$.
• understand and use the trapezium rule to estimate the value of a definite integral. Including use of sketch graphs in simple cases to determine whether the trapezium rule gives an over-estimate or an under-estimate.
Русский
Кандидаты должны уметь: Примечания и примеры
• расширить понятие «обратного дифференцирования» на интегрирование $e^{ax + b}$, $\frac{1}{ax + b}$, $\sin(ax + b)$, $\cos(ax + b)$ и $\sec^2(ax + b)$ Знание общего метода интегрирования заменой переменной не требуется.
• использовать тригонометрические соотношения при выполнении интегрирования например, использование формул двойного угла для интегрирования $\sin^2 x$ или $\cos^2(2x)$.
• понимать и применять правило трапеции для оценки значения определенного интеграла. Включая использование эскизных графиков в простых случаях для определения того, дает ли правило трапеции завышенную или заниженную оценку.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

English

Integration is reverse differentiation — reverse each new derivative; harder integrals may need integration by substitution 换元积分 (developed in Pure 3). For a linear inside function $(ax + b)$:

$$\int e^{ax+b}\,dx = \frac{1}{a}e^{ax+b} + C, \qquad \int \frac{1}{ax+b}\,dx = \frac{1}{a}\ln|ax + b| + C,$$
$$\int \sin(ax+b)\,dx = -\frac{1}{a}\cos(ax+b) + C, \qquad \int \cos(ax+b)\,dx = \frac{1}{a}\sin(ax+b) + C, \qquad \int \sec^2(ax+b)\,dx = \frac{1}{a}\tan(ax+b) + C.$$
To integrate a power of $\sin$ or $\cos$, first use an identity to remove the power. When you cannot integrate exactly, the trapezium rule 梯形法则 estimates a definite integral:
$$\int_a^b y\,dx \approx \tfrac{h}{2}\big[y_0 + y_n + 2(y_1 + y_2 + \cdots + y_{n-1})\big].$$

Worked example. Find $\displaystyle\int 6\sin^2 x\,dx$.

Use $\sin^2 x = \tfrac12(1 - \cos 2x)$:

$$\int 6\sin^2 x\,dx = \int (3 - 3\cos 2x)\,dx = 3x - \tfrac32\sin 2x + C.$$

Русский

Интегрирование — это обратное дифференцированию; берите обратную операцию для каждого нового производного; сложные интегралы могут потребовать замены переменной (изучается в Чистой математике 3). Для линейной внутренней функции $(ax + b)$:

$$\int e^{ax+b}\,dx = \frac{1}{a}e^{ax+b} + C, \qquad \int \frac{1}{ax+b}\,dx = \frac{1}{a}\ln|ax + b| + C,$$
$$\int \sin(ax+b)\,dx = -\frac{1}{a}\cos(ax+b) + C, \qquad \int \cos(ax+b)\,dx = \frac{1}{a}\sin(ax+b) + C, \qquad \int \sec^2(ax+b)\,dx = \frac{1}{a}\tan(ax+b) + C.$$
Чтобы проинтегрировать степень $\sin$ или $\cos$, сначала используйте тождество, чтобы убрать степень. Когда точное интегрирование невозможно, метод трапеции оценивает определенный интеграл:
$$\int_a^b y\,dx \approx \tfrac{h}{2}\big[y_0 + y_n + 2(y_1 + y_2 + \cdots + y_{n-1})\big].$$

Площадь под кривой, разделенная на четыре трапециевидные полосы равной ширины h
Каждая полоса шириной $h$ является трапецией; их площади в сумме дают оценку интеграла.

Разобранный пример. Найдите $\displaystyle\int 6\sin^2 x\,dx$.

Используйте $\sin^2 x = \tfrac12(1 - \cos 2x)$:

$$\int 6\sin^2 x\,dx = \int (3 - 3\cos 2x)\,dx = 3x - \tfrac32\sin 2x + C.$$

Explore · ⁨Исследовать⁩

The area under the curve · ⁨Площадь под кривой⁩

area = ∫ f(x) dx · ⁨площадь = ∫ f(x) dx⁩

The integral still measures area — drag a and b to total the strip under the curve. · ⁨Интеграл всё ещё измеряет площадь — перетащите a и b, чтобы суммировать полосы под кривой.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
trapezium rule/trəˈpiːzɪəm ruːl/ правило трапеций
root/ruːt/ корнем
2.6

Numerical solution of equations · ⁨Численное решение уравнений⁩

Syllabus · ⁨Программа⁩
English
Candidates should be able to: Notes and examples
• locate approximately a root of an equation, by means of graphical considerations and/or searching for a sign change e.g. finding a pair of consecutive integers between which a root lies.
• understand the idea of, and use the notation for, a sequence of approximations which converges to a root of an equation
• understand how a given simple iterative formula of the form $x_{n + 1} = \text{F}(x_n)$ relates to the equation being solved, and use a given iteration, or an iteration based on a given rearrangement of an equation, to determine a root to a prescribed degree of accuracy. Knowledge of the condition for convergence is not included, but an understanding that an iteration may fail to converge is expected.
Русский
Кандидаты должны уметь: Примечания и примеры
• приблизительно найти корень уравнения, используя графические соображения и/или поиск смены знака например, нахождение пары последовательных целых чисел, между которыми находится корень.
• понимать идею и использовать обозначение для последовательности приближений, сходящейся к корню уравнения
• понимать, как данное простое итерационное соотношение вида $x_{n + 1} = \text{F}(x_n)$ связано с решаемым уравнением, и использовать заданную итерацию или итерацию, основанную на данном преобразовании уравнения, чтобы определить корень с заданной степенью точности. Знание условия сходимости не включено, но ожидается понимание того, что итерация может не сойтись.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

English
Iterating to a root: ride the tangent

Many equations cannot be solved exactly. Two ideas help you find a root 根 (a solution).

  • Sign change 变号: if $f(a)$ and $f(b)$ have opposite signs (and the graph has no break between them), a root lies between $a$ and $b$.
  • Iteration 迭代: rearrange the equation into the form $x = F(x)$, then use the iterative formula 迭代公式 $x_{n+1} = F(x_n)$. Start from a first guess $x_0$ and repeat. If the values are convergent they settle down and converge 收敛 to a root. Keep going until the answer is steady to the accuracy asked for.

Worked example. A root $\beta$ of an equation satisfies $x = \sqrt[3]{-2x - 4.5}$, and $-1.4 < \beta < -1.0$. Use the iteration $x_{n+1} = \sqrt[3]{-2x_n - 4.5}$ with $x_0 = -1.2$.

$$x_1 = \sqrt[3]{-2(-1.2) - 4.5} = \sqrt[3]{-2.1} = -1.281, \qquad x_2 = \sqrt[3]{-2(-1.281) - 4.5} = -1.247, \quad \ldots$$
The values settle near $-1.26$, so $\beta = -1.26$ (3 s.f.).

Русский
Итерации к корню: езда по касательной

Многие уравнения нельзя решить точно. Две идеи помогают найти корень (решение).

  • Смена знака: если $f(a)$ и $f(b)$ имеют противоположные знаки (и график не имеет разрыва между ними), корень находится между $a$ и $b$.
  • Итерация: перестройте уравнение в вид $x = F(x)$, затем используйте итерационную формулу $x_{n+1} = F(x_n)$. Начните с первой догадки $x_0$ и повторяйте. Если значения сходятся, они стабилизируются и сходятся к корню. Продолжайте, пока ответ не станет устойчивым с требуемой точностью.
Кривая, проходящая снизу оси x в точке a и сверху в точке b
$f(a)$ и $f(b)$ имеют противоположные знаки, поэтому корень заперт между $a$ и $b$.
Ступенчатая линия между кривой y = F(x) и прямой y = x, сходящаяся к их пересечению
Каждый шаг идет вверх до $y=F(x)$, затем вбок до $y=x$; лестница сходится к корню.

Разобранный пример. Корень $\beta$ уравнения удовлетворяет $x = \sqrt[3]{-2x - 4.5}$ и $-1.4 < \beta < -1.0$. Используйте итерацию $x_{n+1} = \sqrt[3]{-2x_n - 4.5}$ с $x_0 = -1.2$.

$$x_1 = \sqrt[3]{-2(-1.2) - 4.5} = \sqrt[3]{-2.1} = -1.281, \qquad x_2 = \sqrt[3]{-2(-1.281) - 4.5} = -1.247, \quad \ldots$$
Значения сходятся к $-1.26$, поэтому $\beta = -1.26$ (3 значащих цифры).

Explore · ⁨Исследовать⁩

Where is the root? · ⁨Где находится корень?⁩

y = ax³ + bx² + cx + d

A root is where the curve crosses zero. A sign change in f(x) traps a root between two x-values. · ⁨Корень — это точка, где кривая пересекает ноль. Изменение знака f(x) указывает на наличие корня между двумя значениями x.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
sign change/saɪn tʃeɪndʒ/ смена знака
iteration/ˌɪtəˈreɪʃn/ итерации
iterative formula/ˈɪtərətɪv ˈfɔːmjʊlə/ итерационная формула
converge/kənˈvɜːdʒ/ стремиться к пределу (сходиться)
integration by substitution/ˌɪntɪˈɡreɪʃn baɪ ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ замена переменной в интеграле
2.6

Exam tips · ⁨Советы для экзамена⁩

English
  • Use the laws of logarithms to solve equations; remember $\ln$ and $e^x$ are inverses.
  • For numerical methods, show a sign change to locate a root, set out the iteration clearly, and give the answer to the stated accuracy.
  • Learn the chain, product and quotient rules and identify which the function needs.
  • Solve modulus equations $|f(x)| = g(x)$ by considering both the positive and negative cases, and sketch to check.
Русский
  • Используйте законы логарифмов для решения уравнений; помните, что $\ln$ и $e^x$ являются взаимно обратными функциями.
  • Для численных методов покажите смену знака, чтобы найти корень, четко оформите итерацию и дайте ответ с указанной точностью.
  • Выучите правила сложной функции, произведения и частного и определите, какое правило нужно данной функции.
  • Решайте модульные уравнения $|f(x)| = g(x)$, рассматривая как положительный, так и отрицательный случаи, и делайте набросок для проверки.

Interactive lessons on this topic · ⁨Интерактивные уроки по этой теме⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.⁩

Past Papers · ⁨Архив экзаменационных работ⁩

More topics in A-Level Mathematics · ⁨A-Level Математика⁩ · ⁨Больше тем в A-Level Mathematics · ⁨A-Level Математика⁩⁩

Log in or create account · ⁨Войти или создать аккаунт⁩

IGCSE, A-Level & AP