Một quần thể vi khuẩn (A) có số lượng cá thể là P(t) sau t phút quan sát được phát hiện thay đổi với tốc độ là: \(P'(t) = a{e^{0,1t}} + 150{e^{ - 0,03t}}\) (vi khuẩn/phút) \((a \in \mathbb{R})\). Biết rằng lúc bắt đầu quan sát, quần thể có 200 000 vi khuẩn và đạt tốc độ tăng trưởng là 350 vi khuẩn/phút.
a) Giá trị của a = 200.
b) \(P(t) = 2000{e^{0,1t}} - 5000{e^{ - 0,03t}} + 200000\).
c) Sau 12 phút, số lượng vi khuẩn trong quần thể là 206 152 con (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị).
d) Sau 12 phút, một quần thể vi khuẩn (B) xuất hiện, cạnh tranh thức ăn với quần thể vi khuẩn (A) và có tốc độ tăng trường là \(G'(t) = 500{e^{0,2t}}\) (vi khuẩn/phút). Sau 5 phút vi khuẩn (B) xuất hiện thì số lượng vi khuẩn hai quần thể bằng nhau. Số lượng vi khuẩn của quần thể (B) ở thời điểm bắt đầu cạnh tranh là 191 967 con (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị).
a) Giá trị của a = 200.
b) \(P(t) = 2000{e^{0,1t}} - 5000{e^{ - 0,03t}} + 200000\).
c) Sau 12 phút, số lượng vi khuẩn trong quần thể là 206 152 con (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị).
d) Sau 12 phút, một quần thể vi khuẩn (B) xuất hiện, cạnh tranh thức ăn với quần thể vi khuẩn (A) và có tốc độ tăng trường là \(G'(t) = 500{e^{0,2t}}\) (vi khuẩn/phút). Sau 5 phút vi khuẩn (B) xuất hiện thì số lượng vi khuẩn hai quần thể bằng nhau. Số lượng vi khuẩn của quần thể (B) ở thời điểm bắt đầu cạnh tranh là 191 967 con (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị).
Sử dụng nguyên hàm để tìm hàm số lượng của quần thế.
Thay t để tìm số lượng vi khuẩn.
a) Đúng. Tại thời điểm ban đầu (t = 0), tốc độ tăng trường là 350 vi khuẩn/phút nên ta có:
\(P'(0) = 350 \Leftrightarrow a{e^{0,1.0}} + 150{e^{ - 0,03.0}} = 350 \Leftrightarrow a + 150 = 350 \Leftrightarrow a = 200\).
b) Sai. Vì a = 200 nên \(P'(t) = 200{e^{0,3t}} + 150{e^{ - 0,03t}}\)
\(P(t) = \int {P'(t)dt} = \int {\left( {200{e^{0,1t}} + 150{e^{ - 0,03t}}} \right)dt} \)
\( = 200\int {{{\left( {{e^{0,1}}} \right)}^t}dt} + 150\int {{{\left( {{e^{ - 0,03}}} \right)}^t}dt} = 200.\frac{{{{\left( {{e^{0,1}}} \right)}^t}}}{{\ln {e^{0,1}}}} + 150.\frac{{{{\left( {{e^{ - 0,03}}} \right)}^t}}}{{\ln {e^{ - 0,03}}}}\)
\( = 200.\frac{{{e^{0,1t}}}}{{0,1}} + 150.\frac{{{e^{ - 0,03t}}}}{{ - 0,03}} = 2000{e^{0,1t}} - 5000{e^{ - 0,03t}} + C\).
Tại thời điểm ban đầu (t = 0), quần thể có 200 000 vi khuẩn nên ta có:
\(P(0) = 200000 \Leftrightarrow 2000{e^{0,1.0}} - 5000{e^{ - 0,03.0}} + C = 2000000\)
\( \Leftrightarrow 2000 - 5000 + C = 2000000 \Leftrightarrow C = 203000\).
Vậy \(P(t) = 2000{e^{0,1t}} - 5000{e^{ - 0,03t}} + 203000\).
c) Đúng. Sau 12 phút, số lượng vi khuẩn trong quần thể là:
\(P(12) = 2000{e^{0,1.12}} - 5000{e^{ - 0,03.12}} + 203000 \approx 206152\) (con).
d) Sai. Sau 5 phút vi khuẩn (B) xuất hiện thì số lượng vi khuẩn hai quần thể bằng nhau nên:
\(P(12 + 5) = G(5) \Leftrightarrow P(17) = G(5)\)
\( \Leftrightarrow 2000{e^{0,1.17}} - 5000{e^{ - 0,03.17}} + 203000 = G(5)\)
\( \Leftrightarrow G(5) \approx 210945\) (con).
Ta có \(G(t) = \int {G'(t)dt} = \int {500{e^{0,2t}}dt} = 500\int {{{\left( {{e^{0,2}}} \right)}^t}dt} \)
\( = 500.\frac{{{e^{0,2t}}}}{{\ln {e^{0,2}}}} = 2500{e^{0,2t}} + C\).
Mà \(G(5) \approx 210945 \Leftrightarrow 2500{e^{0,2.5}} + C \approx 210945 \Leftrightarrow C \approx 199356\).
Vậy số vi khuẩn của quần thể (B) ở thời điểm bắt đầu cạnh tranh là:
\(G(0) \approx 2500{e^{0,2.0}} + 199356 \approx 201856\).
Ứng dụng nguyên hàm giải bài toán về tốc độ thay đổi của một đại lượng
Tốc độ tăng trưởng của quần thể vi khuẩn tại một thời điểm nhất định chính là đạo hàm của hàm số biểu diễn số lượng vi khuẩn theo thời gian, P'(t). Điều này có nghĩa là P'(t) cho biết quần thể A thay đổi nhanh hay chậm như thế nào tại thời điểm t.
Nếu chúng ta biết tốc độ thay đổi P'(t) và muốn tìm hàm số lượng vi khuẩn P(t), ta tìm nguyên hàm của P'(t). Kết quả sẽ có dạng P(t) + C, trong đó P(t) là một nguyên hàm của P'(t) và C là một hằng số tích phân bất kỳ. Hằng số C này xuất hiện vì đạo hàm của một hằng số luôn bằng 0, nên khi tìm nguyên hàm, ta không thể xác định duy nhất hằng số này chỉ từ đạo hàm.
Để tìm ra hàm số lượng vi khuẩn P(t) cụ thể cho quần thể đang xét, chúng ta cần sử dụng điều kiện ban đầu hoặc thông tin về trạng thái của quần thể tại một thời điểm cụ thể. Những điều kiện này (ví dụ: số lượng vi khuẩn lúc t = 0, tốc độ tăng trưởng lúc t = 0, hoặc số lượng tại một thời điểm khác) cho phép chúng ta xác định giá trị cụ thể của hằng số tích phân C.
Các bài tập cùng chuyên đề
Tìm:
a) \(\int {\left( {3\sqrt x + \frac{1}{{\sqrt[3]{x}}}} \right)} dx\);
b) \(\int {\sqrt x \left( {7{x^2} - 3} \right)} dx\left( {x > 0} \right)\);
c) \(\int {\frac{{{{\left( {2x + 1} \right)}^2}}}{{{x^2}}}} dx\);
d) \(\int {\left( {{2^x} + \frac{3}{{{x^2}}}} \right)} dx\).
Tìm họ tất cả các nguyên hàm của các hàm số sau:
a) \(y = {2^x} - \frac{1}{x}\);
b) \(y = x\sqrt x + 3\cos x - \frac{2}{{{{\sin }^2}x}}\).
Tìm:
a) \(\int {\left( {5\sin x + 6\cos x} \right)dx} \)
b) \(\int {\left( {2 + {{\cot }^2}x} \right)dx} \)
c) \(\int {{2^{3x}}dx} \)
d) \(\int {\left( {{{2.3}^{2x}} - {e^{x + 1}}} \right)dx} \)
Cho hàm số \(f(x) = 2x + {e^x}\). Nguyên hàm F(x) của hàm số f(x) trên \(\mathbb{R}\) sao cho F(0) = 2023 là:
A. \({x^2} + {e^x} + 2023\)
B. \({x^2} + {e^x} + C\)
C. \({x^2} + {e^x} + 2022\)
D. \({x^2} + {e^x}\)
a) Cho hàm số \(f(x) = {x^2} + {e^{ - x}}\). Tìm nguyên hàm F(x) của hàm số f(x) trên \(\mathbb{R}\) sao cho F(0) = 2023
b) Cho hàm số \(g(x) = \frac{1}{x}\). Tìm nguyên hàm G(x) của hàm số g(x) trên khoảng \((0; + \infty )\) sao cho G(1) = 2023
Tính đạo hàm của hàm số \(F\left( x \right) = x{e^x}\), suy ra nguyên hàm của hàm số \(f\left( x \right) = \left( {x + 1} \right){e^x}\).
Tìm
a) \(\int {{x^5}dx} \)
b) \(\int {\frac{1}{{\sqrt[3]{{{x^2}}}}}dx} \) \(\left( {x > 0} \right)\)
c) \(\int {{7^x}dx} \)
d) \(\int {\frac{{{3^x}}}{{{5^x}}}dx} \)
Tìm
a) \(\int {\left( {2{x^5} + 3} \right)dx} \)
b) \(\int {\left( {5\cos x - 3\sin x} \right)dx} \)
c) \(\int {\left( {\frac{{\sqrt x }}{2} - \frac{2}{x}} \right)dx} \)
d) \(\int {\left( {{e^{x - 2}} - \frac{2}{{{{\sin }^2}x}}} \right)dx} \)
Tìm
a) \(\int {x{{\left( {2x - 3} \right)}^2}dx} \)
b) \(\int {{{\sin }^2}\frac{x}{2}dx} \)
c) \(\int {{{\tan }^2}xdx} \)
d) \(\int {{2^{3x}}{{.3}^x}} dx\)
Kí hiệu \(h\left( x \right)\) là chiều cao của một cây (tính theo mét) sau khi trồng \(x\) năm. Biết rằng sau năm đầu tiên cây cao 2 m. Trong 10 năm tiếp theo, cây phát triểun với tốc độ \(h'\left( x \right) = \frac{1}{x}\) (m/năm).
a) Xác định chiều cao của cây sau \(x\) năm \(\left( {1 \le x \le 11} \right)\).
b) Sau bao nhiêu năm cây cao 3 m?
Một chiếc xe đang chuyển động với tốc độ \({v_0} = 10{\rm{ }}\left( {{\rm{m/s}}} \right)\) thì tăng tốc với gia tốc không đổi \(a = 2{\rm{ }}\left( {{\rm{m/}}{{\rm{s}}^2}} \right)\). Tính quãng đường xe đó đi được trong 3 giây kể từ khi bắt đầu tăng tốc.
Khẳng định nào sau đây đúng?
A. \(\int {{{\left( {x - \frac{1}{x}} \right)}^2}dx} = \frac{{{x^3}}}{3} - 2x - \frac{1}{x} + C\)
B. \(\int {{{\left( {x - \frac{1}{x}} \right)}^2}dx = \frac{{{x^3}}}{3} - 2x + \frac{1}{x} + C} \)
C. \(\int {{{\left( {x - \frac{1}{x}} \right)}^2}dx} = \frac{1}{3}{\left( {x - \frac{1}{x}} \right)^3} + C\)
D. \(\int {{{\left( {x - \frac{1}{x}} \right)}^2}dx} = \frac{1}{3}{\left( {x - \frac{1}{x}} \right)^3}\left( {1 + \frac{1}{{{x^2}}}} \right) + C\)
Tìm:
a) \(\int {\left[ {4{{\left( {2 - 3x} \right)}^2} - 3\cos x} \right]dx} \)
b) \(\int {\left( {3{x^3} - \frac{1}{{2{x^3}}}} \right)dx} \)
c) \(\int {\left( {\frac{2}{{{{\sin }^2}x}} - \frac{1}{{3{{\cos }^2}x}}} \right)dx} \)
d) \(\int {\left( {{3^2}x - 2 + 4\cos x} \right)dx} \)
e) \(\int {\left( {4\sqrt[5]{{{x^4}}} + \frac{3}{{\sqrt {{x^3}} }}} \right)dx} \)
g) \(\int {{{\left( {\sin \frac{x}{2} - \cos \frac{x}{2}} \right)}^2}dx} \)
Tính đạo hàm của \(F\left( x \right) = \ln \left( {x + \sqrt {{x^2} + 1} } \right)\). Từ đó suy ra nguyên hàm của \(f\left( x \right) = \frac{1}{{\sqrt {{x^2} + 1} }}\).
Cho \(f\left( x \right) = {x^2}\ln x\) và \(g\left( x \right) = x\ln x\). Tính \(f'\left( x \right)\) và \(\int {g\left( x \right)dx} \).
Tìm:
a) \(\int {\left( {2\cos x + \frac{3}{{\sqrt x }}} \right)} dx\); b) \(\int {\left( {3\sqrt x - 4\sin x} \right)} {\rm{ }}dx\).
Tìm:
a) \(\int {\left( {x + {{\sin }^2}\frac{x}{2}} \right)} dx\);
b) \(\int {{{\left( {2\tan x + \cot x} \right)}^2}} {\rm{ }}dx\).
Một viên đạn được bắn thẳng đứng lên trên từ mặt đất với vận tốc tại thời điểm t (t = 0 là thời điểm viên đạn được bắn lên) cho bởi v(t) = 150 - 9,8t (m/s).
Tìm độ cao của viên đạn (tính từ mặt đất):
a) Sau t = 3 giây.
b) Khi nó đạt độ cao lớn nhất (làm tròn kết quả đến chữ số thập phân thứ nhất của mét).
Cho \(F\left( u \right)\) là một nguyên hàm của hàm số \(f\left( u \right)\) trên khoảng \(K\) và \(u\left( x \right),{\rm{ x}} \in {\rm{J}}\), là hàm số có đạo hàm liên tục, \(u\left( x \right) \in K\) với mọi \({\rm{x}} \in {\rm{J}}\). Tìm \(\int {f\left( {u\left( x \right)} \right)} \cdot u'\left( x \right)dx\).
Áp dụng: Tìm \(\int {{{\left( {2x + 1} \right)}^5}dx} \) và \(\int {\frac{1}{{\sqrt {2x + 1} }}dx} \).
Tìm:
a) \(\int {\frac{{2x - 1}}{{x + 1}}} dx\);
b) \(\int {\left( {3 + 2{{\sin }^2}x} \right)} {\rm{ }}dx\).
Tìm họ tất cả các nguyên hàm của các hàm số sau:
a) \(y = {\sin ^2}\frac{x}{2}\);
b) \(y = {e^{2x}} - 2{x^5} + 5\).
a) \(\int\limits_0^3 {\left| {3 - x} \right|dx} \);
b) \(\int\limits_0^2 {\left( {{e^x} - 4{x^3}} \right)dx} \)
c) \(\int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {\left( {\sin x + \cos x} \right)dx} \).
Hàm số \(y = \log x\) là nguyên hàm của hàm số:
A. \(y = \frac{1}{x}\).
B. \(y = \frac{1}{{x\ln 10}}\).
C. \(y = \frac{{\ln 10}}{x}\).
D. \(y = \frac{1}{{x\log 10}}\).
Trong mỗi ý a), b), c), d, chọn phương án: đúng (Đ) hoặc sai (S).
Cho hàm số \(f\left( x \right) = 4{x^3} - 3{{\rm{x}}^2}\).
a) \(\int {f\left( x \right)dx} = \int {4{x^3}dx} - \int {3{{\rm{x}}^2}dx} \).
b) \(f'\left( x \right) = 12{{\rm{x}}^2} - 6{\rm{x}}\).
c) \(f'\left( x \right) = {x^4} - {x^3}\).
d) \(\int {f\left( x \right)dx} = {x^4} + {x^3} + C\).
Trong mỗi ý a), b), c), d, chọn phương án: đúng (Đ) hoặc sai (S).
Cho hàm số \(f\left( x \right) = \sin x + \cos x\).
a) \(\int {f\left( x \right)dx} = \int {\sin xdx} + \int {\cos xdx} \).
b) \(f'\left( x \right) = \cos x - \sin x\).
c) \(f'\left( x \right) + f\left( x \right) = \cos x\).
d) \(\int {f\left( x \right)dx} = - \cos x + \sin x + C\).
Trong mỗi ý a), b), c), d, chọn phương án: đúng (Đ) hoặc sai (S).
Cho hàm số \(f\left( x \right) = \left( {x + 2} \right)\left( {x + 1} \right)\).
a) \(f\left( x \right) = {x^2} + 3{\rm{x}} + 2\).
b) \(f'\left( x \right) = 2{\rm{x}} + 3\).
c) \(\int {f\left( x \right)dx} = \int {\left( {x + 2} \right)dx} .\int {\left( {x + 1} \right)dx} \).
d) \(\int {f\left( x \right)dx} = \frac{1}{3}{x^3} + \frac{3}{2}{x^2} + 2{\rm{x}} + C\).
Tìm nguyên hàm của các hàm số sau:
a) \(f\left( x \right) = 2\sin x\);
b) \(f\left( x \right) = \cos x + {x^3}\);
c) \(f\left( x \right) = \frac{{ - {x^4}}}{2} - 3\cos x\).
Tìm:
a) \(\int {{2^x}\ln 2dx} \);
b) \(\int {2x\cos \left( {{x^2}} \right)dx} \);
c) \(\int {{{\cos }^2}\left( {\frac{x}{2}} \right)dx} \).
Tìm \(\int {\frac{{{x^2} + 7{\rm{x}} + 12}}{{x + 3}}dx} \) trên \(\left( {0; + \infty } \right)\).
Trong mỗi ý a), b), c), d), chọn phương án: đúng (Đ) hoặc sai (S).
Cho hàm số \(f\left( x \right) = \frac{{{x^7} + 8}}{x}\).
a) \(f\left( x \right) = {x^6} + \frac{8}{x}\).
b) \(\int {f\left( x \right)dx} = \int {{x^6}dx} - \int {\frac{8}{x}dx} \).
c) \(\int {f\left( x \right)dx} = \int {{x^6}dx} + \int {\frac{8}{x}dx} \).
d) \(\int {f\left( x \right)dx} = \frac{{{x^7}}}{7} + 8\ln \left| x \right|\).