ข้ามไปยังเนื้อหา

P4 · Pure Mathematics 4

Pearson Edexcel · International A-Level · Mathematics · หัวข้อ 4

ดูสไลด์ ฝึกฝน
บทเรียนวิดีโอสำหรับหัวข้อนี้ เปิดหน้าวิดีโอ
4:11

คณิตศาสตร์บริสุทธิ์ 4

WMA14 slash 01: 90 นาที, 75 คะแนน, สมมติว่า P1 ถึง P3. จำอนุกรมทวินามทั่วไป สูตรปริมาตรรอบแกนหมุน และสัญลักษณ์เวกเตอร์ให้ได้

การบรรยายภาษาอังกฤษ · คำบรรยายภาษาอังกฤษ + 中文 ลอยตัวบนภาพ

4.4.1

คณิตศาสตร์บริสุทธิ์ 4: การพิสูจน์ สมการพารามิเตอร์ และการแคลคูลัสเต็มรูปแบบ

Pure Mathematics 4 (P4) เป็นหน่วยคณิตศาสตร์บริสุทธิ์ภาคบังคับสุดท้ายของ International A Level Mathematics และ International A Level Pure Mathematics. P1–P3 ถือว่าทราบแล้วและอาจถูกทดสอบใน WMA14/01 กระดาษ (1 ชั่วโมง 30 นาที, 75 คะแนน; กฎการใช้เครื่องคิดเลขและสมุดสูตรเดียวกัน) เอกสารอ้างอิงนี้ครอบคลุม ครอบคลุมการพิสูจน์โดยความขัดแย้ง, เศษส่วนย่อย, สมการพารามิเตอร์, ทฤษฎีบททวินามทั่วไป วิธีการแยกอินทิกรัลที่ขยายออก ปริมาตรจากการหมุน และเวกเตอร์ การแยกอินทิกรัล, ปริมาตรจากการหมุน, และเวกเตอร์

สิ่งที่ต้องรู้สำหรับ P4 (ไม่มีในสมุดสูตร):

Family Formulae
series ทวิกำลัง $(1 + x)^n = 1 + nx + \dfrac{n(n-1)}{2!}x^2 + \dfrac{n(n-1)(n-2)}{3!}x^3 + \cdots$, มีผลใช้ $\lvert x\rvert < 1$ สำหรับ rational ใดๆ $n$
ปริมาตรจากการหมุน $V = \pi\displaystyle\int_a^b y^2\,dx$ รอบแกน $x$ (แบบพารามิเตอร์: $\pi\int y^2\dfrac{dx}{dt}\,dt$)
เวกเตอร์ รูปแบบคอลัมน์ $\begin{pmatrix}x\\y\\z\end{pmatrix} = x\mathbf i + y\mathbf j + z\mathbf k$; $\lvert\mathbf a\rvert = \sqrt{a_1^2 + a_2^2 + a_3^2}$; แเวกเตอร์หนึ่งหน่วย $\dfrac{\mathbf a}{\lvert\mathbf a\rvert}$; $\overrightarrow{AB} = \mathbf b - \mathbf a$
คำศัพท์ ฝึกฝน
English ไทย
rational/ˈræʃənl/ จำนวนตรรกยะ
Implicit differentiation/ɪmˈplɪsɪt ˌdɪfəˌrenʃɪˈeɪʃn/ การหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันโดยนัย
separable/ˈsepərəbl/ แปรแยกได้
particular solution/pəˈtɪkjʊlə səˈluːʃn/ คำตอบเฉพาะ
Connected rates of change/kəˈnektɪd reɪts ɒv tʃeɪndʒ/ อัตราการเปลี่ยนแปลงที่เชื่อมโยงกัน
Substitution/ˌsʌbstɪˈtjuːʃn/ การแทนค่า
Integration by parts/ˌɪntɪˈɡreɪʃn baɪ pɑːts/ การอินทิเกรตด้วยการแยกส่วน
4.1.1

การพิสูจน์โดยวิธีขัดแย้ง

ซ้าย: การพิสูจน์โดยวิธีขัดแย้งแสดงการเปลี่ยนผ่านจากสมมติฐานสู่ความไม่ Possible สู่ข้อสรุป ขวา: สามเหลี่ยม ABC พร้อมเวกเตอร์ตำแหน่งและมุมที่ได้จากผลคูณสเกลาร์
ซ้าย: การพิสูจน์โดยข้อขัดแย้งเป็นการไหลจากสมมติฐานสู่ความไม่ Possible สู่ข้อสรุป. ขวา: สามเหลี่ยม ABC กับเวกเตอร์ตำแหน่งและมุมจากการคูณสเกลาร์.

การพิสูจน์โดยวิธีขัดแย้ง สมมติว่าสิ่งที่ตรงข้ามกับข้ออ้างนั้นเป็นจริง แล้วนำไปสู่ความไม่ Possible, แล้วสรุปว่าข้ออ้างเดิมเป็นจริง ตัวอย่างสำคัญสองเรื่องที่ต้องทราบ:

Worked example — $\sqrt2$ is irrational. (A number is irrational when no fraction $\tfrac pq$ equals it.) Suppose instead $\sqrt2 = \tfrac pq$ in lowest ($p, q$ เป็นจำนวนเต็ม coprime, $q \ne 0$).

  • การยกกำลังสอง: $2 = \tfrac{p^2}{q^2} \implies p^2 = 2q^2$, ดังนั้น $p^2$ เป็นเลขคู่, ดังนั้น $p$ เป็นเลขคู่: เขียน $p = 2r$.
  • จากนั้น $4r^2 = 2q^2 \implies q^2 = 2r^2$, ดังนั้น $q$ ก็เป็นเลขคู่เช่นกัน
  • ทั้ง $p$ และ $q$ เป็นเลขคู่ ขัดแย้งกับ $\tfrac pq$ ที่อยู่ในรูปอย่างง่าย. $\blacksquare$

ตัวอย่างที่แสดงวิธีทำ — มีจำนวนเฉพาะมากมายไม่จำกัด สมมติว่ามีจำนวนจำกัด: $p_1, \ldots, p_k$.

  • พิจารณา $N = p_1p_2\cdots p_k + 1$. นำ $N$ หารด้วย $p_i$ ใดๆ จะเหลือเศษ 1.
  • ดังนั้น $N$ จะเป็นจำนวนเฉพาะเอง หรือมีตัวประกอบเป็นจำนวนเฉพาะที่ไม่อยู่ในรายการ — ในทั้งสองกรณีคือจำนวนเฉพาะ นอก $\{p_1, \ldots, p_k\}$, ขัดแย้งกับสมมติฐาน. $\blacksquare$

ตัวอย่างที่แสดงวิธีทำ — ความขัดแย้งทางตรีโกณมิติ (ปรับจาก Edexcel IAL WMA14 เดือนมิถุนายน 2025 ข้อ10). พิสูจน์ว่า $\lvert\sin x + \cos x\rvert < 1$ สำหรับทุก $90° < x < 180°$.

  • Suppose not: some $x$ in the range has $\lvert\sin x + \cos x\rvert \ge 1$. Squaring (both ฝั่งมีค่าไม่ลบ):
    $$(\sin x + \cos x)^2 \ge 1 \implies \sin^2x + 2\sin x\cos x + \cos^2x \ge 1 \implies 1 + \sin 2x \ge 1 \implies \sin 2x \ge 0$$
  • แต่ $90° < x < 180°$ ให้ $180° < 2x < 360°$, ซึ่ง $\sin 2x < 0$ — เป็นข้อขัดแย้ง.
  • ดังนั้นจึงไม่มี $x$ ที่สอดคล้องกับเงื่อนไขนี้ และ $\lvert\sin x + \cos x\rvert < 1$ จะเกิดขึ้นตลอดช่วงค่า $\blacksquare$
  • ตรวจสอบที่ $x = 135°$: $\lvert\tfrac{\sqrt2}2 - \tfrac{\sqrt2}2\rvert = 0 < 1$ ✓; ที่ $x = 100°$: $\lvert 0.985 - 0.174\rvert = 0.811 < 1$ ✓.
คำศัพท์ ฝึกฝน
English ไทย
Proof by contradiction/pruːf baɪ ˌkɒntrəˈdɪkʃn/ การพิสูจน์โดยการแย้ง
irrational/ɪˈræʃənl/ จำนวนอตรรกยะ
Decompose/ˌdiːkəmˈpəʊz/ แยกองค์ประกอบ
partial fractions/ˈpɑːʃl ˈfrækʃnz/ เศษส่วนย่อย
repeated factor/rɪˈpiːtɪd ˈfæktə/ ตัวประกอบซ้ำ
Improper fractions/ɪmˈprɒpə ˈfrækʃnz/ เศษส่วนไม่สมบูรณ์
Parametric equations/ˌpærəˈmetrɪk ɪˈkweɪʒnz/ สมการพารามิเตอร์
vector/ˈvektə/ เวกเตอร์
magnitude/ˈmæɡnɪtjuːd/ ขนาด
unit vector/ˈjuːnɪt ˈvektə/ เวกเตอร์หน่วย
parallel/ˈpærəlel/ ขนานกัน
scalar product/ˈskeɪlə ˈprɒdʌkt/ ผลคูณสเกลาร์
position vector/pəˈzɪʃn ˈvektə/ เวกเตอร์ตำแหน่ง
4.2.1

การแยกเศษส่วนย่อย

แยกฟังก์ชันตรรกยะออกเป็น เศษส่วนย่อย โดยตัวส่วนจะอยู่ในรูปของ ความซับซ้อนเชิงเส้นซ้ำซ้อน: $(ax+b)(cx+d)(ex+f)$ หรือ $(ax+b)(cx+d)^2$ พร้อมกับ ปัจจัยซ้ำซ้อน $(cx+d)$ แยกตามกำลังต่างๆ ส่วนปัจจัยกำลังสองไม่จำเป็น เศษส่วนเกิน (ดีกรีของตัวเศษ $\ge$ ดีกรีของตัวส่วน) ให้หารก่อน

ตัวอย่างวิธีทำ — ปัจจัยที่ต่างกัน แยก $\dfrac{5x + 1}{(x+2)(x-1)}$ (จากใบงาน P2 กลุ่ม):

$$\frac{5x+1}{(x+2)(x-1)} = \frac{3}{x+2} + \frac{2}{x-1}$$
  • ตรวจสอบที่ $x = 0$: LHS $= \tfrac1{-2} = -\tfrac12$; RHS $= \tfrac32 - 2 = -\tfrac12$ ✓.

ตัวอย่างวิธีทำ — ปัจจัยซ้ำซ้อน แยก $\dfrac{3x^2 + 7x + 6}{x(x+1)^2}$.

  • ตั้งสมการโดยแบ่งปัจจัยซ้ำซ้อนตามกำลังทั้งสอง:
    $$\frac{3x^2+7x+6}{x(x+1)^2} = \frac{A}{x} + \frac{B}{x+1} + \frac{C}{(x+1)^2}$$
  • คูณกระจาย: $3x^2 + 7x + 6 = A(x+1)^2 + Bx(x+1) + Cx$.
  • ที่ $x = 0$: $6 = A$. ที่ $x = -1$: $3 - 7 + 6 = 2 = -C \Rightarrow C = -2$.
  • เปรียบเทียบ $x^2$: $3 = A + B \Rightarrow B = -3$.
    $$\frac{3x^2+7x+6}{x(x+1)^2} = \frac{6}{x} - \frac{3}{x+1} - \frac{2}{(x+1)^2}$$
  • ตรวจสอบที่ $x = 1$: LHS $= \tfrac{16}{4} = 4$; RHS $= 6 - \tfrac32 - \tfrac12 = 4$ ✓.
4.3.1

สมการพารามิเตอร์

โค้งพารามิเตอร์ที่มีเครื่องหมายพารามิเตอร์, เส้นสัมผัสที่จุด P โดยใช้ dy/dx = (dy/dt)/(dx/dt), และเส้นปกติที่มีความชันตรงข้ามกลับกัน
เส้นโค้งพารามิเตอร์พร้อมขีดบอกพารามิเตอร์, เส้นสัมผัสที่ P โดยใช้ dy/dx = (dy/dt)/(dx/dt), และเส้นปกติด้วยความชันตรงข้ามกลับด้าน.

สมการพารามิเตอร์ กำหนดพิกัดทั้งสองผ่านตัวแปร $t$: $x = f(t)$, $y = g(t)$. แปลงเป็นรูป คาร์ทีเซียน โดยการทำให้ $t$ เป็นตัว subject ของสมการหนึ่ง และแทนค่าลงในอีกสมการหนึ่ง (หรือใช้เอกลักษณ์) อย่าลืม ค่าที่ห้ามใช้ของ $x$ ที่การจับคู่พารามิเตอร์ล้มเหลว

Worked example. A curve has $x = 2t$, $y = t^2 - 1$. Find the Cartesian equation.

  • จาก $x = 2t$: $t = \dfrac x2$, ดังนั้น
    $$y = \left(\frac x2\right)^2 - 1 = \frac{x^2}{4} - 1$$
  • ตรวจสอบที่ $t = 3$: $(x, y) = (6, 8)$; คาร์ทีเซียน: $36/4 - 1 = 8$ ✓.

ตัวอย่างวิธีทำ — จุดพารามิเตอร์และเส้นตั้งฉาก (ข้อเท็จจริงที่ยืนยันแล้วจาก Edexcel IAL WMA14 มิถุนายน 2025 ข้อ5). เส้นโค้งพารามิเตอร์ผ่าน $P(-7, -3)$ ที่ $t = 2$ โดยมี $\dfrac{dy}{dx} = -\tfrac45$ ที่จุดนั้น (มาจาก $\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dy/dt}{dx/dt}$).

  • ความชันของเส้นตั้งฉาก: $-\dfrac{1}{-4/5} = \dfrac54$.
    $$y + 3 = \tfrac54(x + 7) \implies 5x - 4y + 23 = 0$$
  • ตรวจสอบ: $5(-7) - 4(-3) + 23 = -35 + 12 + 23 = 0$ ✓
คำศัพท์ ฝึกฝน
English ไทย
Cartesian/kɑːˈtiːzɪən/ เดकारต
4.4.1

ซีรีส์ทวินามสำหรับ n ใดๆ ที่เป็นจำนวนตรรกยะ

สำหรับ จำนวน有理数 ใดๆ $n$ และ $\lvert x \rvert < 1$:

$$(1 + x)^n = 1 + nx + \frac{n(n-1)}{2!}x^2 + \frac{n(n-1)(n-2)}{3!}x^3 + \cdots$$

แยกตัวประกอบก่อน: $(a + bx)^n = a^n\left(1 + \tfrac ba x\right)^n$, ใช้ได้สำหรับ $\lvert x\rvert < \left\lvert\tfrac ab\right\rvert$. แยกฟังก์ชันตรรกยะเป็นส่วนย่อย แล้ว ขยายแต่ละส่วน. พจน์กำลังจะไม่สิ้นสุดเว้นแต่ $n$ จะเป็นจำนวนเต็มบวก

ตัวอย่างวิธีทำ (ปรับจาก Edexcel IAL WMA14 มิถุนายน 2025 ข้อ8). ขยาย $\sqrt{4 + x}$ ให้ได้ สามพจน์ที่ไม่เป็นศูนย์

  • แยกตัวประกอบ: $\sqrt{4+x} = 2\left(1 + \tfrac x4\right)^{1/2}$, ใช้ได้ $\lvert x\rvert < 4$, โดย $n = \tfrac12$:
    $$\left(1 + \frac x4\right)^{1/2} = 1 + \frac12\cdot\frac x4 + \frac{\frac12\left(-\frac12\right)}{2}\left(\frac x4\right)^2 + \cdots = 1 + \frac x8 - \frac{x^2}{128} + \cdots$$
    $$\sqrt{4+x} = 2 + \frac x4 - \frac{x^2}{64} + \cdots$$
  • ตรวจสอบที่ $x = 1$: อนุกรมให้ $2 + 0.25 - 0.0156 = 2.234$; จริง $\sqrt5 = 2.2361\ldots$ ✓ (พจน์ที่สามดึงค่าสองพจน์ 2.25 ลงมาให้อยู่ภายใน 0.002)
สำรวจ

การขยายทวินามและการประมาณที่มีข้อสมมติ

สำหรับจำนวนเต็มบวก n, (a+b)^n คือการขยายทวินามที่มีจำนวนพจน์จำกัด

เปรียบเทียบแบบจำลองกับกรณีที่มีตัวอย่างวิธีทำ และอธิบายการเปลี่ยนแปลงหนึ่งอย่าง

4.5.1

การหาอนุพันธ์แบบชัดแจ้งและแบบพารามิเตอร์

การหาอนุพันธ์แบบชัดแจ้ง หาอนุพันธ์ทั้งสองข้างเทียบกับ $x$, โดยพิจารณา $y$ เป็นฟังก์ชันของ $x$: $\dfrac{d}{dx}y^2 = 2y\dfrac{dy}{dx}$, และผลคูณเช่น $xy$ ต้อง ใช้กฎผลคูณ: $\dfrac{d}{dx}(xy) = y + x\dfrac{dy}{dx}$. จากนั้นแก้หาค่า $\dfrac{dy}{dx}$

การหาอนุพันธ์แบบพารามิเตอร์: $\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dy/dt}{dx/dt}$ เมื่อ $dx/dt\ne0$; มิฉะนั้นตรวจสอบเส้นสัมผัสโดยตรง

ตัวอย่างวิธีทำ — เส้นสัมผัสแบบนัยยะ (ปรับจาก Edexcel IAL WMA14 มิถุนายน 2025 ข้อ1). เส้น โค้ง $2y^2 - 6xy + 7\mathrm{e}^{1-2x} = 27$ ผ่านจุด $\left(\tfrac12,\ 4\right)$. จงหาเส้นสัมผัสที่จุดนั้น

  • หาอนุพันธ์ทีละพจน์:
    $$4y\frac{dy}{dx} - 6y - 6x\frac{dy}{dx} - 14\mathrm{e}^{1-2x} = 0 \implies \frac{dy}{dx} = \frac{6y + 14\mathrm{e}^{1-2x}}{4y - 6x}$$
  • ที่ $\left(\tfrac12, 4\right)$: $\mathrm{e}^{1-1} = 1$, ดังนั้น
    $$\frac{dy}{dx} = \frac{24 + 14}{16 - 3} = \frac{38}{13}$$
  • เส้นสัมผัส: $y - 4 = \tfrac{38}{13}\left(x - \tfrac12\right) \implies 38x - 13y + 33 = 0$.
  • ตรวจสอบ: $38\left(\tfrac12\right) - 13(4) + 33 = 19 - 52 + 33 = 0$ ✓
สำรวจ

กฎลูกโซ่ กฎคูณ กฎหาร และการหาอนุพันธ์แบบล่องหน

สำหรับ y=f(g(x)), y prime=f prime(g(x))g prime(x)

เปรียบเทียบแบบจำลองกับกรณีที่มีตัวอย่างวิธีทำ และอธิบายการเปลี่ยนแปลงหนึ่งอย่าง

4.5.2 4.6.4

สมการเชิงอนุพันธ์และอัตราการเปลี่ยนแปลงที่สัมพันธ์กัน

สร้างสมการจากคำบรรยายอัตรา แล้วแก้ สมการแยกตัวแปรได้:

$$\frac{dy}{dx} = f(x)g(y) \implies \int\frac{dy}{g(y)} = \int f(x)\,dx$$

ตรวจสอบทุกค่าที่ถูกหารออกขณะแยกตัวแปร: คำตอบคงที่อาจหายไป ใช้เงื่อนไขขอบเขตสำหรับ คำตอบเฉพาะ อัตราการเปลี่ยนแปลงที่เชื่อมโยงกัน ใช้กฎลูกโซ่: $\dfrac{dV}{dt} = \dfrac{dV}{dr}\cdot\dfrac{dr}{dt}$

ตัวอย่างวิธีทำ — ลูกบอลกำลังละลาย (Edexcel IAL WMA14 มิถุนายน 2025 ข้อ2). ลูกบอลที่มีรัศมี $r$ เซนติเมตร มีปริมาตร $V = \tfrac43\pi r^3$ และละลายด้วย $\dfrac{dV}{dt} = k$ (คงที่, ใน เซนติเมตร³ ต่อวินาที) แสดงว่า $\dfrac{dr}{dt} \propto \dfrac1{r^2}$.

  • หาอนุพันธ์ของความสัมพันธ์ปริมาตร: $\dfrac{dV}{dr} = 4\pi r^2$.
  • กฎลูกโซ่: $k = \dfrac{dV}{dt} = 4\pi r^2\dfrac{dr}{dt}$, ดังนั้น
    $$\frac{dr}{dt} = \frac{k}{4\pi r^2} = \frac{k}{4\pi}\cdot\frac{1}{r^2}$$
  • ค่าคงที่ $\dfrac{k}{4\pi}$ คูณกับ $\dfrac{1}{r^2}$: อัตราการลดลงของ รัศมีแปรผกผันกับ $r^2$. $\blacksquare$
  • ความหมาย: ลูกบอลขนาดเล็กจะหายไปอย่างรวดเร็วเกินสัดส่วน — มิลลิเมตรสุดท้ายจะละลาย เร็วที่สุด

ตัวอย่างวิธีทำ — สมการแบบแยกตัวแปรได้ (ปรับจาก Edexcel IAL WMA14 มิถุนายน 2025 ข้อ3). แก้ $y\dfrac{dy}{dx} = 3\sec 2x\tan 2x$, เมื่อ $y = 4$ ที่ $x = \tfrac\pi6$

  • แยกตัวแปร: $\displaystyle\int y\,dy = \int 3\sec 2x\tan 2x\,dx$ (ฝั่งขวาอินทิเกรตได้ เพื่อ $\tfrac32\sec 2x$, แทนค่า $\dfrac{d}{dx}\sec 2x = 2\sec 2x\tan 2x$:
    $$\frac{y^2}{2} = \frac32\sec 2x + c \implies y^2 = 3\sec 2x + C$$
  • แทนค่า $\left(\tfrac\pi6, 4\right)$: $16 = 3\sec\tfrac\pi3 + C = 3(2) + C$, ดังนั้น $C = 10$:
    $$y^2 = 3\sec 2x + 10$$
  • ตรวจสอบ: $3(2) + 10 = 16 = 4^2$ ✓
สำรวจ

สมการเชิงอนุพันธ์และการหาคำตอบแบบตัวเลข

แยกตัวแปรใน dy/dx=ky, อินทิเกรตทั้งสองข้าง และใช้เงื่อนไขเริ่มต้น

เปรียบเทียบแบบจำลองกับกรณีที่มีตัวอย่างวิธีทำ และอธิบายการเปลี่ยนแปลงหนึ่งอย่าง

4.6.2 4.6.3

การอินทิเกรต: การแทนตัวแปร, การอินทิเกรตด้วยส่วน และเศษส่วนย่อย

  • การแทนตัวแปร (มักให้มา): เขียนอินทิกรัลใหม่ใน $u$, ปรับ $dx$ ผ่าน $\dfrac{du}{dx}$, อินทิเกรต, แทนค่ากลับเข้า. นี่คือกฎลูกโซ่ในทิศทางตรงกันข้าม
  • การอินทิเกรตด้วยส่วน: $\displaystyle\int u\dfrac{dv}{dx}dx = uv - \int v\dfrac{du}{dx}dx$ — กฎผลคูณย้อนกลับ รู้ $\displaystyle\int\ln x\,dx = x\ln x - x + c$ และใช้ซ้ำสำหรับอินทิกรัลประเภท $\int x^2\mathrm{e}^x dx$
  • ส่วนย่อย เปลี่ยนตัวประกอบเชิงตรรกะของอินทิกรัลให้เป็นผลบวกของ $\dfrac{A}{ax+b}$ (อินทิเกรต เพื่อหาลอการิทึม) และ $\dfrac{C}{(ax+b)^2}$ (เพื่อใช้กับเลขชี้กำลัง).

ตัวอย่างวิธีทำ — การอินทิเกรตด้วยส่วนที่มีซ้ำใน sight หา $\displaystyle\int \mathrm{e}^x\cos x\,dx$ (จำเป็นสำหรับการหาปริมาตรของการหมุนรอบแกน x กับเส้นโค้งตรีโกณมิติ)

  • ส่วนที่ $u = \mathrm{e}^x$, $\tfrac{dv}{dx} = \cos x$:
    $$\int \mathrm{e}^x\cos x\,dx = \mathrm{e}^x\sin x - \int\mathrm{e}^x\sin x\,dx$$
  • ทำส่วนอีกครั้งกับอินทิกรัลใหม่ ($u = \mathrm{e}^x$, $\tfrac{dv}{dx} = \sin x$):
    $$= \mathrm{e}^x\sin x + \mathrm{e}^x\cos x - \int\mathrm{e}^x\cos x\,dx$$
  • อินทิกรัลเดิมปรากฏกลับมา; รวมนั้นเข้าด้วยกัน:
    $$2\int\mathrm{e}^x\cos x\,dx = \mathrm{e}^x(\sin x + \cos x) + c \implies \int \mathrm{e}^x\cos x\,dx = \tfrac12\mathrm{e}^x(\sin x + \cos x) + c$$
  • ตรวจสอบด้วยการหาอนุพันธ์: $\tfrac12\mathrm{e}^x(\sin x + \cos x) + \tfrac12\mathrm{e}^x(\cos x - \sin x) = \mathrm{e}^x\cos x$ ✓.
สำรวจ

การแทนตัวแปร การหาอนุพันธ์แบบแยกส่วน และเศษส่วนย่อย

V/π = อินทิกรัลจาก 0 ถึง 3 ของ x² dx = 9

วิดเจทแสดงฟังก์ชันที่สร้างปริมาตร y²=x² สำหรับ y=x; เปรียบเทียบค่าที่แท้จริง 9 กับการตรวจสอบปริมาตร

4.6.1 4.6.5

ปริมาตรของการหมุนรอบแกนและพื้นที่พารามิเตอร์

ซ้าย: พื้นที่หมุนรอบแกน x พร้อมหน้าตัดที่แนะนำ และ V = π∫y²dx. ขวา: ผลรวมย่อยแบบทวินามของ √(4+x) เข้าใกล้เส้นโค้งจริง
ซ้าย: พื้นที่หมุนรอบแกน x พร้อมส่วนตัดขวางที่แนะนำและ V = π∫y²dx. ขวา: ผลรวมย่อยแบบทวินามของ √(4+x) ที่เข้าใกล้เส้นโค้งจริง

การหมุนพื้นที่ใต้ $y = f(x) \ge 0$ รอบ $x$-แกน จะเกิดของแข็งwhose volume of revolution

คือ ปริมาตรของการหมุนรอบแกน

$$V = \pi\int_a^b y^2\,dx$$

ยกกำลังสองฟังก์ชัน ก่อน อินทิเกรต ใช้เอกลักษณ์จัดการ $\sin^2$/$\cos^2$, และแยกด้วยความเป็นเชิงเส้น สำหรับสมการพารามิเตอร์ แทน $y^2\,dx$ ด้วย $y^2\dfrac{dx}{dt}\,dt$ ระหว่างค่าพารามิเตอร์; พื้นที่ใต้เส้นโค้งพารามิเตอร์ใช้ $y\dfrac{dx}{dt}\,dt$

ตัวอย่างวิธีทำ — ปริมาตรด้วยเอกลักษณ์ (โครงสร้างปรับจาก Edexcel IAL WMA14 มิถุนายน 2025 Q9). พื้นที่ใต้ $y = 3\cos x$ สำหรับ $0 \le x \le \tfrac\pi2$ หมุนรอบ แกน $x$; หาปริมาตรที่แน่นอน

$$V = \pi\int_0^{\pi/2} 9\cos^2x\,dx = 9\pi\int_0^{\pi/2}\tfrac12(1 + \cos 2x)\,dx = \frac{9\pi}{2}\left[x + \frac{\sin 2x}{2}\right]_0^{\pi/2} = \frac{9\pi}{2}\cdot\frac\pi2 = \frac{9\pi^2}{4}$$
  • ตรวจสอบ: ค่าเฉลี่ยของ $\cos^2x$ ตลอดครึ่งรอบคือ $\tfrac12$, ดังนั้น $V \approx 9\pi \times \tfrac12 \times \tfrac\pi2 = \tfrac{9\pi^2}{4}$ ✓ ที่แน่นอน
คำศัพท์ ฝึกฝน
English ไทย
volume of revolution/ˈvɒljuːm ɒv ˌrevəˈluːʃn/ ปริมาตรของการหมุนรอบแกน
4.7.1 4.7.2 4.7.3 4.7.4 4.7.5 4.7.6 4.7.7

เวกเตอร์

เวกเตอร์ มีขนาดและทิศทาง เขียนเป็น $\mathbf a = a_1\mathbf i + a_2\mathbf j + a_3\mathbf k$ หรือในรูปคอลัมน์

ขนาด คือ $\lvert\mathbf a\rvert = \sqrt{a_1^2+a_2^2+a_3^2}$; สำหรับ $\mathbf a\ne\mathbf0$, เวกเตอร์หน่วย ในทิศทางของมันคือ $\mathbf a/\lvert\mathbf a\rvert$. เวกเตอร์ศูนย์ไม่มีทิศทาง

การบวกและการคูณสเกลาร์มีความหมายทางเรขาคณิต (การเลื่อน, การขยาย, ขนานกัน เมื่อตัวหนึ่งเป็นผลคูณของอีกตัว)

ผลคูณสเกลาร์ $\mathbf a\cdot\mathbf b = a_1b_1 + a_2b_2 + a_3b_3$ ให้มุมระหว่างเวกเตอร์ที่ไม่ใช่ศูนย์ผ่าน $\cos\theta$. เวกเตอร์ตำแหน่ง ของ $B$ เทียบกับ $A$ คือ $\overrightarrow{AB} = \mathbf b - \mathbf a$

ตัวอย่างวิธีทำ —สามเหลี่ยม 45° (Edexcel IAL WMA14 มิถุนายน 2025 Q6, ตรวจสอบครบถ้วน) $A = \mathbf i + 2\mathbf j - 3\mathbf k$, $B = 5\mathbf i + 2\mathbf j + \mathbf k$, $C = 3\mathbf i + \alpha\mathbf j + 5\mathbf k$, และมุม $BAC = 45°$

  • $\overrightarrow{AB} = \begin{pmatrix}4\\0\\4\end{pmatrix}$, ดังนั้น $\lvert\overrightarrow{AB} \rvert = \sqrt{32}$; $\overrightarrow{AC} = \begin{pmatrix}2\\\alpha - 2\\8\end{pmatrix}$
  • ผลคูณสเกลาร์: $\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{AC} = 8 + 0 + 32 = 40$
  • เงื่อนไขมุมร่วมกับ $\cos 45° = \tfrac1{\sqrt2}$:
    $$\frac{40}{\sqrt{32}\sqrt{68 + (\alpha-2)^2}} = \frac{1}{\sqrt2} \implies \sqrt{68 + (\alpha-2)^2} = \frac{40\sqrt2}{\sqrt{32}} = \frac{40\sqrt2}{4\sqrt2} = 10$$
    $$(\alpha-2)^2 = 100 - 68 = 32 \implies \alpha = 2 \pm 4\sqrt2$$
  • ตรวจสอบ: $\lvert\overrightarrow{AB}\rvert\lvert\overrightarrow{AC}\rvert\cos45° = \sqrt{32}\times 10 \times \tfrac1{\sqrt2} = 4\sqrt2\times10\times\tfrac1{\sqrt2} = 40$ ✓ ตรงกับผลคูณสเกลาร์
4.7.1 4.7.2 4.7.3 4.7.4 4.7.5 4.7.6 4.7.7

รายการตรวจสอบก่อนจะถือว่าหน่วยนี้จบแล้ว

  • โครงสร้างการพิสูจน์โดยความขัดแย้ง (√2, ตัวประกอบต้น) โดยระบุสมมติฐานและชื่อบทพิสูจน์ความขัดแย้ง
  • แยกเป็นเศษส่วนย่อยรวมถึงตัวประกอบเชิงเส้นซ้ำ; หารเศษส่วนเกิน ตรวจสอบโดยแทนค่า
  • แปลงพารามิเตอร์ ↔ คาร์ทีเซียน พร้อมค่าที่ตัดออก; หาเส้นสัมผัสและแนวตั้งของพารามิเตอร์ qua dy/dx = (dy/dt)/(dx/dt)
  • ขยาย $(a + bx)^n$ สำหรับ $n$ ที่อยู่ในรูปเศษส่วนที่มีเหตุผลโดยมีเงื่อนไขความถูกต้อง; รวมการขยายของเศษส่วนย่อย เศษส่วนย่อย
  • หาอนุพันธ์แบบเชิงซ้อน (ใช้กฎผลคูณกับพจน์ผสม) และแบบพารามิเตอร์; สร้างสมการเชิงอนุพันธ์จากอัตราที่เชื่อมโยงกัน สมการจากอัตราการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกัน
  • แก้สมการแยกตัวแปรด้วยเงื่อนไขขอบเขต; ตรวจสอบคำตอบเฉพาะ
  • ทำอินทิเกรตด้วยการแทนที่, ส่วนประกอบ (รวมถึงการทำซ้ำ, $\ln x$), และเศษส่วนย่อย
  • คำนวณปริมาตรจากการหมุน $\pi\int y^2 dx$ และพื้นที่พารามิเตอร์ผ่าน $dx/dt$
  • ใช้เวกเตอร์: ขนาด, เวกเตอร์หนึ่งหน่วย, เวกเตอร์ตำแหน่ง; มุมระหว่างเวกเตอร์ผลคูณสเกลาร์

บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้

ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที

หัวข้อเพิ่มเติมใน Pearson Edexcel · International A-Level · Mathematics

เข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชี

IGCSE, A-Level & AP