3.6E: Mazoezi ya Sehemu ya 3.6
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Katika mazoezi ya 1 - 6, iliyotolewa\(y=f(u)\) na\(u=g(x)\),\(\dfrac{dy}{dx}\) tafuta kwa kutumia maelezo ya Leibniz kwa utawala wa mnyororo:\(\dfrac{dy}{dx}=\dfrac{dy}{du}\dfrac{du}{dx}.\)
1)\(y=3u−6,\quad u=2x^2\)
2)\(y=6u^3,\quad u=7x−4\)
- Jibu
- \(\dfrac{dy}{dx} = 18u^2⋅7=18(7x−4)^2⋅7= 126(7x−4)^2\)
3)\(y=\sin u,\quad u=5x−1\)
4)\(y=\cos u,\quad u=-\frac{x}{8}\)
- Jibu
- \(\dfrac{dy}{dx} = −\sin u⋅\left(-\frac{1}{8}\right)=\frac{1}{8}\sin(-\frac{x}{8})\)
5)\(y=\tan u,\quad u=9x+2\)
6)\(y=\sqrt{4u+3},\quad u=x^2−6x\)
- Jibu
- \(\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{8x−24}{2\sqrt{4u+3}}=\dfrac{4x−12}{\sqrt{4x^2−24x+3}}\)
Kwa kila moja ya mazoezi yafuatayo,
a. kuharibu kila kazi kwa fomu\(y=f(u)\) na\(u=g(x)\), na
b. kupata\(\dfrac{dy}{dx}\) kama kazi ya\(x\).
7)\(y=(3x−2)^6\)
8)\(y=(3x^2+1)^3\)
- Jibu
- a.\(f(u)=u^3,\quad u=3x^2+1\);
b.\(\dfrac{dy}{dx} = 18x(3x^2+1)^2\)
9)\(y=\sin^5(x)\)
10)\(y=\left(\dfrac{x}{7}+\dfrac{7}{x}\right)^7\)
- Jibu
- a.\(f(u)=u^7,\quad u=\dfrac{x}{7}+\dfrac{7}{x}\);
b.\(\dfrac{dy}{dx} = 7\left(\dfrac{x}{7}+\dfrac{7}{x}\right)^6⋅\left(\dfrac{1}{7}−\dfrac{7}{x^2}\right)\)
11)\(y=\tan(\sec x)\)
12)\(y=\csc(πx+1)\)
- Jibu
- a.\(f(u)=\csc u,\quad u=πx+1\);
b.\(\dfrac{dy}{dx} = −π\csc(πx+1)⋅\cot(πx+1)\)
13)\(y=\cot^2x\)
14)\(y=−6\sin^{−3}x\)
- Jibu
- a.\(f(u)=−6u^{−3},\quad u=\sin x\);
b.\(\dfrac{dy}{dx} = 18\sin^{−4}x⋅\cos x\)
Katika mazoezi 15 - 24, tafuta\(\dfrac{dy}{dx}\) kwa kila kazi.
15)\(y=(3x^2+3x−1)^4\)
16)\(y=(5−2x)^{−2}\)
- Jibu
- \(\dfrac{dy}{dx}=\dfrac{4}{(5−2x)^3}\)
17)\(y=\cos^3(πx)\)
18)\(y=(2x^3−x^2+6x+1)^3\)
- Jibu
- \(\dfrac{dy}{dx}=6(2x^3−x^2+6x+1)^2⋅(3x^2−x+3)\)
19)\(y=\dfrac{1}{\sin^2(x)}\)
20)\(y=\big(\tan x+\sin x\big)^{−3}\)
- Jibu
- \(\dfrac{dy}{dx}=−3\big(\tan x+\sin x\big)^{−4}⋅(\sec^2x+\cos x)\)
21)\(y=x^2\cos^4x\)
22)\(y=\sin(\cos 7x)\)
- Jibu
- \(\dfrac{dy}{dx}=−7\cos(\cos 7x)⋅\sin 7x\)
23)\(y=\sqrt{6+\sec πx^2}\)
24)\(y=\cot^3(4x+1)\)
- Jibu
- \(\dfrac{dy}{dx}=−12\cot^2(4x+1)⋅\csc^2(4x+1)\)
25) Hebu\(y=\big[f(x)\big]^3\) na tuseme kwamba\(f′(1)=4\) na\(\frac{dy}{dx}=10\) kwa\(x=1\). Kupata\(f(1)\).
26) Hebu\(y=\big(f(x)+5x^2\big)^4\) na tuseme kwamba\(f(−1)=−4\) na\(\frac{dy}{dx}=3\) wakati\(x=−1\). Kupata\(f′(−1)\)
- Jibu
- \(f′(−1)=10\frac{3}{4}\)
27) Hebu\(y=(f(u)+3x)^2\) na\(u=x^3−2x\). Ikiwa\(f(4)=6\) na\(\frac{dy}{dx}=18\) wakati\(x=2\), tafuta\(f′(4)\).
28) [T] Kupata equation ya mstari tangent kwa\(y=−\sin(\frac{x}{2})\) katika asili. Tumia calculator kwa grafu kazi na mstari wa tangent pamoja.
- Jibu
- \(y=-\frac{1}{2}x\)
29) [T] Kupata equation ya mstari tangent kwa\(y=\left(3x+\frac{1}{x}\right)^2\) katika hatua\((1,16)\). Tumia calculator kwa grafu kazi na mstari wa tangent pamoja.
30) Pata\(x\) -kuratibu ambayo mstari wa tangent\(y=\left(x−\frac{6}{x}\right)^8\) ni usawa.
- Jibu
- \(x=±\sqrt{6}\)
31) [T] Kupata equation ya mstari kwamba ni ya kawaida kwa\(g(θ)=\sin^2(πθ)\) katika hatua\(\left(\frac{1}{4},\frac{1}{2}\right)\). Tumia calculator kwa grafu kazi na mstari wa kawaida pamoja.
Kwa mazoezi 32 - 39, tumia habari katika meza ifuatayo ili kupata\(h′(a)\) thamani iliyotolewa\(a\).
\(x\) | \(f(x)\) | \(f'(x)\) | \(g(x)\) | \(g'(x)\) |
0 | 2 | 5 | 0 | 2 |
1 | 1 | -2 | 3 | 0 |
2 | 4 | 4 | 1 | -1 |
3 | 3 | 1-3 | 2 | 3 |
32)\(h(x)=f\big(g(x)\big);\quad a=0\)
- Jibu
- \(h'(0) = 10\)
33)\(h(x)=g\big(f(x)\big);\quad a=0\)
34)\(h(x)=\big(x^4+g(x)\big)^{−2};\quad a=1\)
- Jibu
- \(h'(1) = −\frac{1}{8}\)
35)\(h(x)=\left(\dfrac{f(x)}{g(x)}\right)^2;\quad a=3\)
36)\(h(x)=f\big(x+f(x)\big);\quad a=1\)
- Jibu
- \(h'(1) = −4\)
37)\(h(x)=\big(1+g(x)\big)^3;\quad a=2\)
38)\(h(x)=g\big(2+f(x^2)\big);\quad a=1\)
- Jibu
- \(h'(1) = −12\)
39)\(h(x)=f\big(g(\sin x)\big);\quad a=0\)
40) [T] Kazi ya nafasi ya treni ya mizigo hutolewa na\(s(t)=100(t+1)^{−2}\), na\(s\) katika mita na\(t\) kwa sekunde. Wakati\(t=6\) s, kupata treni ya
a. kasi na
b. kuongeza kasi.
c. Kuzingatia matokeo yako katika sehemu a. na b., ni treni kasi au kupunguza kasi?
- Jibu
- a.\(v(6) = −\frac{200}{343}\) m/s,
b.\(a(6) = \frac{600}{2401}\;\text{m/s}^2,\)
c. treni ni kupunguza kasi tangu kasi na kuongeza kasi na ishara kinyume.
41) [T] Misa kunyongwa kutoka spring wima ni katika mwendo rahisi harmonic kama iliyotolewa na zifuatazo nafasi kazi, ambapo\(t\) ni kipimo katika sekunde na\(s\) ni katika inchi:
\[s(t)=−3\cos\left(πt+\frac{π}{4}\right).\nonumber \]
a Kuamua nafasi ya spring saa\(t=1.5\) s.
b Kupata kasi ya spring katika\(t=1.5\) s.
42) [T] jumla ya gharama ya kuzalisha\(x\) masanduku ya Thin Mint Girl Scout cookies ni\(C\) dola, ambapo\(C=0.0001x^3−0.02x^2+3x+300.\) Katika\(t\) wiki uzalishaji inakadiriwa kuwa\(x=1600+100t\) masanduku.
Kupata gharama ndogo\(C′(x).\)
b. nukuu Matumizi Leibniz kwa utawala mnyororo\(\dfrac{dC}{dt}=\dfrac{dC}{dx}⋅\dfrac{dx}{dt}\),, kupata kiwango kwa heshima na muda\(t\) kwamba gharama ni kubadilisha.
c Tumia matokeo yako katika sehemu b. kuamua jinsi gharama za haraka zinaongezeka wakati wa\(t=2\) wiki. Jumuisha vitengo na jibu.
- Jibu
- a.\(C′(x)=0.0003x^2−0.04x+3\)
b.\(\dfrac{dC}{dt}=100⋅(0.0003x^2−0.04x+3) = 100⋅(0.0003(1600+100t)^2−0.04(1600+100t)+3) = 300t^2 +9200t +70700\)
c. takriban $90,300 kwa wiki
43) [T] Fomu ya eneo la mduara\(r\) ni\(A=πr^2\) wapi eneo la mduara. Tuseme mduara unapanua, maana yake ni kwamba eneo\(A\) na radius\(r\) (kwa inchi) zinapanua.
Tuseme\(r=2−\dfrac{100}{(t+7)^2}\)\(t\) wapi wakati katika sekunde. Tumia utawala wa mnyororo\(\dfrac{dA}{dt}=\dfrac{dA}{dr}⋅\dfrac{dr}{dt}\) ili kupata kiwango ambacho eneo hilo linapanua.
Tumia matokeo yako katika sehemu ya a. kupata kiwango ambacho eneo hilo linapanua saa\(t=4\) s.
44) [T] Fomu ya kiasi cha tufe ni\(S=\frac{4}{3}πr^3\), ambapo\(r\) (kwa miguu) ni radius ya tufe. Tuseme snowball ya spherical inayeyuka jua.
Tuseme\(r=\dfrac{1}{(t+1)^2}−\dfrac{1}{12}\)\(t\) wapi muda katika dakika. Tumia utawala wa mnyororo\(\dfrac{dS}{dt}=\dfrac{dS}{dr}⋅\dfrac{dr}{dt}\) ili kupata kiwango ambacho snowball inayeyuka.
b Tumia matokeo yako katika sehemu ya a. kupata kiwango ambacho kiasi kinabadilika saa\(t=1\) min.
- Jibu
- a.\(\dfrac{dS}{dt}=−\dfrac{8πr^2}{(t+1)^3} = −\dfrac{8π\left( \dfrac{1}{(t+1)^2}−\dfrac{1}{12} \right)^2}{(t+1)^3}\)
b. kiasi ni kupungua kwa kiwango\(−\frac{π}{36}\; \text{ft}^3\) cha/min
45) [T] joto kila siku katika digrii Fahrenheit ya Phoenix katika majira ya joto inaweza kuwa inatokana na kazi\(T(x)=94−10\cos\left[\frac{π}{12}(x−2)\right]\), ambapo\(x\) ni masaa baada ya usiku wa manane. Pata kiwango ambacho joto linabadilika saa 4 p.m.
46) [T] Kina (kwa miguu) cha maji kwenye kizimbani kinabadilika na kupanda na kuanguka kwa mawimbi. Ya kina kinaelekezwa na kazi\(D(t)=5\sin\left(\frac{π}{6}t−\frac{7π}{6}\right)+8\), wapi idadi\(t\) ya masaa baada ya usiku wa manane. Pata kiwango ambacho kina kinabadilika saa 6 a.m.
- Jibu
- \(~2.3\)ft/hr