Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.77 MB, 35 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
<small>ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH</small>
<b>LỜI CẢM ƠN</b>
Để hoàn thành bài báo cáo, nhóm em chân thành cảm ơn giảng viên - cô Lê Thị Yến Nhi và thầy Nguyễn Quốc Lân đã dạy dỗ cũng như là truyền đạt cho chúng em những nền tảng kiến thức, kỹ năng cần thiết, cũng như bài học kinh nghiệm hữu ích để hoàn thiện bài báo cáo này.
Chúng em xin chúc quý cô, quý thầy mạnh khỏe, thành công trong công việc và cuộc sống.
Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do trình độ chun mơn cịn hạn chế trong q trình thực hiện nhóm em cịn gặp nhiều khó khăn và khơng tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp phản hồi từ phía thầy, cơ để bài báo cáo của nhóm em được hồn thiện hơn.
Tập thể nhóm xin trân trọng cảm ơn!
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5"><b><small>LỜI CẢM ƠN...4</small></b>
<b><small>Chương 1: MỞ ĐẦU...6</small></b>
<b><small>Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT...7</small></b>
<small>2.1 Các khái niệm cơ bản...7</small>
<small>2.1.1 Giới hạn, tính liên tục của hàm số...7</small>
<small>2.1.2 Đạo hàm...9</small>
<small>2.1.3 Nguyên hàm, tích phân...10</small>
<small>2.1.4 Vi phân...11</small>
<b><small>Chương 3: ỨNG DỤNG THỰC TIỄN...12</small></b>
<i><small>Ví dụ 1: Ứng dụng tích phân trong bài tốn tìm diện tích đường cong...12</small></i>
<i><small>Ví dụ 2: Ứng dụng đạo hàm tìm vận tốc, gia tốc của một vật chuyển động...13</small></i>
<i><small>Ví dụ 3: Ứng dụng tích phân trong bài tốn tìm thể tích khối trịn xoay...16</small></i>
<i><small>Ví dụ 4: Ứng dụng vi phân vào bài tốn tính độ hịa tan...17</small></i>
<i><small>Ví dụ 5: Ứng dụng phương trình vi phân cho sự gia tăng dân số...19</small></i>
<i><small>Ví dụ 6: Ứng dụng đạo hàm vào bài tốn chi phí trong kinh tế...21</small></i>
<i><small>Ví dụ 7: Ứng dụng tích phân trong bài tốn tính tổng lượng điện qua mạch...24</small></i>
<i><small>Ví dụ 8: Ứng dụng của đạo hàm trong machine learning...26</small></i>
<i><small>Ví dụ 9: Ứng dụng của tích phân trong computer graphics:...30</small></i>
<i><small>Ví dụ 10:...31</small></i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6"><i><small>x →c</small>f ( x )=L</i>
+4
I. Cơ sở lý thuyết
Tích phân xác định được sử dụng để tính diện tích dưới đường cong của
diện tích giới hạn bởi đường cong <i>f (x)</i>và <i>g(x )</i> như sau:
Với a, b là điểm cắt nhau giữa đường cong f (x)và <i>g(x )</i>
II. Bài toán cụ thể
Một mảnh đất sau khi được đo đạc và chiếu lên trục tọa độ Oxy. Người ta nhận thấy mảnh đất đó bị giới hạn bởi các đường <i>y=−x</i><small>2</small>+9<small> </small>và <i>y=5.</i>Hãy tính diện tích
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">Với a, b là nghiệm của phương trình
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">area = integral( @(x) abs(f(x)-5), a, b)
I. Cơ sở lý thuyết
Quãng đường được xem như là đạo hàm của vận tốc vì đạo hàm là một khái niệm trong tính tốn <b>vi phân</b>, biểu thị <b>sự biến đổi hay tốc độ biến đổ</b>i của một hàm số theo thời gian. Vận tốc là một đại lượng mơ tả <b>sự thay đổi của vị trí đối với thời gian</b>, và đây chính là một hàm số phụ thuộc vào thời gian.
</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">Khái niệm đạo hàm vận tốc có nguồn gốc từ việc xem xét sự thay đổi của quãng đường theo thời gian. Khi tính đạo hàm của hàm số vận tốc theo thời gian, ta thu
quãng đường (S) như một hàm số đối với thời gian (t) cho phép chúng ta tính được đạo
<b>vận tốc, và gia tốc là đạo hàm của vận tốc.</b>
Vận tốc: là <b>đạo hàm của quãng đường theo thời gian </b>và được xác định bằng tỷ lệ của đạo hàm của quãng đường tới thời gian. Chính vì vậy, đạo hàm vận tốc đơn thuần là việc ứng dụng đạo hàm để tính vận tốc tức thời của một vật chuyển động thẳng, xác định dựa trên phương trình tương ứng là:
<i>v=<sup>dS</sup>dt</i>
Gia tốc:<b> là đạo hàm của vận tốc theo thời gian</b>. Gia tốc tức thời của thời của vật tại thời điểm <i>t</i><sub>0</sub><b> là: </b>
<i>a=<sup>dv</sup>dt</i>
II. Bài toán cụ thể:
<i>“Một vật chuyển động thẳng xác định bởi phương trình</i>
<i>s(t )=t</i><sup>3</sup>−3 t<sup>2</sup>+<i>5 t+2</i>
Ta có vận tốc tức thời của chuyển động tại thời điểm t bằng đạo hàm của phương trình chuyển động tại thời điểm t.
<i>v=<sup>dS</sup>dt</i><sup>=3 t</sup>
<i>– 6 t+5</i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">Vận tốc của vật tại thời iểm t = 3s là:điểm t = 3s là:
<i>v (3)=3.3</i><small>2</small>−6.3+5=14 m/s
Gia tốc tức thời của vật là đạo hàm cấp hai của chuyển động, tức là đạo hàm của hàm vận tốc tại thời điểm t.
<i>dt</i><sup>=6 t−6</sup>
Vậy gia tốc của vật tại thời điểm t = 3s là:
<i>a (3 )=6.3−6=12 m/s</i><small>2</small>
<b>Kết luận: Với đạo hàm, ta có thể tìm được vận tốc, gia tốc tức thời tại thời </b>
điểm <i>t</i><sub>0</sub> cho trước.
</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">I. Cơ sở lý thuyết
Trong khơng gian ba chiều, tích phân cũng được sử dụng để tính thể tích của các đối tượng. Bằng cách sử dụng tích phân, chúng ta có thể tính thể tích của vật thể khơng gian bằng cách tích diện tích cắt ngang với chiều dài của vật thể. Với đường cong f(x) > 0 với mọi x, ta có thể tạo thành một khối tròn xoay quanh trục Ox. Với diện tích mặt cắt tại một vị trí x<small>0</small> là <i>π</i>
II. Bài tốn cụ thể
<i>trịn xoay thỏa mãn đề bài như trên” </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">I. Cơ sở lý thuyết
Việc sử dụng phương trình vi phân để tính độ hịa tan của một chất là một ứng dụng quan trọng trong hóa học và khoa học môi trường. Để xác định độ hịa tan của một chất, ta có thể sử dụng các phương trình vi phân mơ tả q trình hịa tan của chất đó trong dung dịch. Dưới đây là một ví dụ cụ thể:
<i>độ <b>a kg/lít </b>vào bể. Tốc độ bơm vào là <b>M lít/phút</b>. Dung dịch được hòa tan thành hỗn hợp</i>
Gọi:
</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19"><b>y(t)</b> : là lượng muối còn lại trong bể sau t phút. (kg)
<b>v<small>1 </small></b>: là tốc độ bơm muối vào. (kg/phút)
<b>v<small>2</small></b> : là tốc độ bơm muối ra. (kg/phút)
Từ đó có thể suy ra: <b>y’(t) </b>là tốc độ thay đổi lượng muối.
Ta có thể giải <b>phương trình vi phân trên </b>để xác định được <b>y(t)</b>. Sau khi đã có y(t), việc thế t vào hàm số y(t) sẽ giải quyết được yêu cầu bài toán.
II. Bài toán cụ thể
Để giải bài tốn này, chúng ta có thể sử dụng phương trình vi phân để mơ tả q trình thay đổi lượng muối trong bể theo thời gian:
</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">Để xác định hằng số C, ta xét điều kiện ban đầu. Khi t = 0 thì bể chỉ chứa nước tinh khiết (khơng có lượng muối nào) nên y(0) = 0. Thế t và y vào giải phương trình (*), ta có C = 0. Từ đó ta có hàm số y(t) hồn chỉnh:
y(t) = 10 - 10<i><sub>e</sub></i><sup>−t</sup><small>10</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">Sau khi có phương trình y(t), ta có thể tính y(6) để xác định lượng muối trong bể sau 6
</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22"><i>Ví dụ 5: Ứng dụng phương trình vi phân cho sự gia tăng dân số</i>
I. Cơ sở lý thuyết
Nếu N(t) là <b>số lượng cá thể </b>tại thời điểm t và số lượng cá thể này t<b>hay đổi</b>
t và t + h ( t+h là một thời gian tăng sau đó)
<b>N(t + h) – N(t) = số lượng sinh – số lượng cái chết ( 1 )</b>
Gọi r và m lần lượt là tỷ lệ sinh bình quân đầu người và tỉ lệ tử vong bình quân đầu người. Ta có:
Số lần sinh trong một đơn vị thời gian = r N Số người chết trong một đơn vị thời gian = m N
</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">Vậy hàm mô tả dân số theo thời gian là: <i>N (t )=N</i><sub>0</sub><i>e<small>kt</small></i>
=<i>N</i><sub>0</sub><i>e</i><small>(r −m)t</small><i>.</i>
II. Bài toán cụ thể
<i>dt</i> <sup>=0,2 y</sup>
<small>title('Gia=i phương trình vi phân dy/dt = 0.2y');</small>
<small>ylabel('y');grid on;</small>
<small>final_value = y(end);</small>
<i>Ví dụ 6: Ứng dụng đạo hàm vào bài tốn chi phí trong kinh tế</i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">C = f(Q) + F 4 . Lợi Nhuận Tối Ưu:
- Mục Tiêu là tìm giá trị của Q để tối đá hóa lợi nhuận.Điều này tương đương việc tìm giá trị của Q sao cho đạo hàm của hàm lợi nhuận theo Q bằng 0:
5 . Kiểm Tra Điều Kiện Biên:
- Kiểm tra đạo hàm hai lần để xác định xem điểm cực trị đó là điểm cực đại hay cực tiểu
6 . Kiểm Tra Điều Kiện Sự Linh Hoạt:
- Nếu có ràng buộc về số lượng sản phẩm,kiểm tra xem giải pháp tối ưu có thỏa mãn các ràng buộc đó không
7 . Tổng Hợp Kết Quả:
- Sau khi xác định giá trị tối ưu của Q, chúng ta có thể sử dụng nó để tính tốn giá trị tối ưu của P, R và C. Những giá trị này sẽ cung cấp thông tin về mức độ lợi nhuận tối ưu và phân phối tối ưu giữa doanh thu và chi phí.
II. Bài tốn cụ thể
<i>“Một cửa hàng bán một loại sản phẩm cố định, giá bán của mỗi sản phẩmlà <b>10 ngàn đồng</b>. Chi phí được tính theo hàm <b>C = 2Q<small>2</small> + 5Q + 2</b>. Trong đó <b>2Q<small>2</small></b> là chi phí</i>
<i><b>tối đa hóa lợi nhuận</b> và lợi nhuận tối ưu?”</i>
- Doanh thu: R = P.Q = 10Q - Chi phí: C = 2Q<small>2</small> + 5Q + 2
</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26"><small>% Định nghĩa giá bán và chi phí</small>
<small>% Giải phương trình để tìm giá trị tối ưu của Q</small>
<small>syms Q</small>
<small>equation = 10 - (4*Q + 5) == 0;optimalQ = solve(equation, Q);</small>
<small>% Tính lợi nhuận tối ưu</small>
<small>optimalProfit = P * optimalQ - (2 * optimalQ^2 + 5 * optimalQ + 2);</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27"><small>% Hiển thị kết quả</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">I. Cơ sở lý thuyết
Tích phân là một công cụ quan trọng trong việc giải quyết các bài toán liên quan đến lượng điện. Khi áp dụng tích phân vào bài tốn tính tổng lượng điện qua mạch,
điện với biểu đồ dòng điện <i>i(t)</i>. Tổng lượng điện (<i>Q</i>) qua mạch trong khoảng thời gian từ
<i>t</i><sub>1</sub> đến <i>t</i><sub>2</sub> có thể được tính bằng việc thực hiện tích phân của dòng điện theo thời gian:
<i>i(t )dt</i>
Với Q là lượng điện (đơn vị Coulomb), i(t) là dòng điện qua mạch tại thời điểm t, <i>t</i><sub>1</sub><i>, t</i><sub>2</sub> là thời điểm bắt đầu và kết thúc của khoảng thời gian cần tính tổng lượng điện.
II. Bài toán cụ thể
<i>“Cho một mạch điện với dịng điện theo đổi theo thời gian, phương trình</i>
<i><b>i(t)=2t+3</b>. Tính lượng điện qua mạch trong khoảng thời gian từ t</i><sub>1</sub>=3 s<i><b> đến </b>t</i><sub>2</sub>=10 s <i>”</i>
Để giải bài toán này, chúng ta sử dụng tích phân từ 3 đến 4 của i(t), từ đó giải tìm ra được lượng điện qua mạch trong khoảng thời gian 3s đến 10s:
</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">fprintf('Lượng điện qua mạch từ t = %d đến t = %d là: %.2f C', t0, tf, Q);
I. Cơ sở lý thuyết
</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">Trong machine learning, đạo hàm được sử dụng để cập nhật các trọng số của mơ hình dự đốn. Một ví dụ cụ thể là thuật toán gradient descent, được sử dụng để tối ưu hóa mơ hình. Gradient descent cập nhật trọng số bằng cách tính tốn đạo hàm của hàm mất mát (loss function) theo các trọng số và điều chỉnh các trọng số theo hướng ngược
<b>với đạo hàm, từ đó giảm dần hàm mất mát và tìm được trọng số tối ưu. Gradient </b>
<b>Descent là cốt lõi của các thuật tốn Machine Learning thì đạo hàm chính là cốt lõi của Gradient Descent.</b>
Đạo hàm của hàm mất mát được tính để biết được hướng điều chỉnh của các trọng số khi cập nhật mơ hình. Nếu đạo hàm là dương, có nghĩa là hàm mất mát tăng theo hướng tăng trọng số và cần giảm trọng số. Ngược lại, nếu đạo hàm là âm, có nghĩa là
</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">hàm mất mát giảm theo hướng tăng trọng số và cần tăng trọng số. Bằng cách lặp lại q trình này qua nhiều lần cập nhật, mơ hình dự đốn sẽ hội tụ đến trạng thái tối ưu.
II. Bài toán cụ thể
Trước hết chúng ta đạo hàm nó ra: <i>f ' (x)=</i>¿<i>x</i>¿<i><sup>sin( x)+2</sup></i>¿ ¿
Giải phương trình đạo hàm bằng 0 và tìm được thung lũng gần đó:
</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">Thế nhưng chúng ta không thể nào mà bay theo quãng đường xiên xuống được, vì thế chúng ta phải chia nhỏ quãng đường ra để đi. Điều đó đồng nghĩa với việc xét giá trị hàm số với các bước nhỏ để tìm đường đi chính xác nhất.
Chúng ta khảo sát vị trí đang đứng và tất cả những vị trí xung quanh có thể nhìn thấy, sau đó xác định vị trí nào hướng xuống dốc nhiều nhất. Sau đó di chuyển đến vị trí đã xác định. Lặp lại các bước trên đến khi nào tới được thung lũng (hay nói cách khác là đi men theo dốc).
I. Cơ sở lý thuyết
Grayscale, hay cịn được gọi là hình ảnh xám, là một dạng biểu diễn màu sắc trong lĩnh vực đồ họa và xử lý hình ảnh. Trong định dạng này, mỗi pixel không mang theo thông tin về màu sắc chi tiết mà chỉ đơn giản là một giá trị độ sáng. Ảnh grayscale thường chỉ sử dụng các tông màu xám, từ đen đến trắng, và giá trị của mỗi pixel thể hiện độ sáng tương ứng của nó. Điều này tạo ra một biểu
</div>