4.2. Tìm nguyên hàm của các hàm số sau:
a) $f(x) = 3x^2 + 2x - 1$
\[
F(x) = \int (3x^2 + 2x - 1) \, dx = x^3 + x^2 - x + C
\]
b) $f(x) = x^3 - x$
\[
F(x) = \int (x^3 - x) \, dx = \frac{x^4}{4} - \frac{x^2}{2} + C
\]
c) $f(x) = (2x + 1)^2$
\[
f(x) = 4x^2 + 4x + 1
\]
\[
F(x) = \int (4x^2 + 4x + 1) \, dx = \frac{4x^3}{3} + 2x^2 + x + C
\]
d) $f(x) = (2x - \frac{1}{x})^2$
\[
f(x) = 4x^2 - 4 + \frac{1}{x^2}
\]
\[
F(x) = \int (4x^2 - 4 + \frac{1}{x^2}) \, dx = \frac{4x^3}{3} - 4x - \frac{1}{x} + C
\]
4.3. Tìm:
a) $\int (3\sqrt{x} + \frac{1}{\sqrt[3]{x}}) \, dx$
\[
\int (3x^{1/2} + x^{-1/3}) \, dx = 3 \cdot \frac{2}{3} x^{3/2} + \frac{3}{2} x^{2/3} + C = 2x^{3/2} + \frac{3}{2} x^{2/3} + C
\]
b) $\int \sqrt{x}(7x^2 - 3) \, dx$ ($x > 0$)
\[
\int (7x^{5/2} - 3x^{1/2}) \, dx = 7 \cdot \frac{2}{7} x^{7/2} - 3 \cdot \frac{2}{3} x^{3/2} + C = 2x^{7/2} - 2x^{3/2} + C
\]
c) $\int \frac{(2x + 1)^2}{x^2} \, dx$
\[
\int \left( \frac{4x^2 + 4x + 1}{x^2} \right) \, dx = \int \left( 4 + \frac{4}{x} + \frac{1}{x^2} \right) \, dx = 4x + 4 \ln |x| - \frac{1}{x} + C
\]
d) $\int (2^x + \frac{3}{x^2}) \, dx$
\[
\int 2^x \, dx + \int \frac{3}{x^2} \, dx = \frac{2^x}{\ln 2} - \frac{3}{x} + C
\]
4.4. Tìm:
a) $\int (2 \cos x - \frac{3}{\sin^2 x}) \, dx$
\[
\int 2 \cos x \, dx - \int 3 \csc^2 x \, dx = 2 \sin x + 3 \cot x + C
\]
b) $\int 4 \sin^2 \frac{x}{2} \, dx$
\[
\int 4 \left( \frac{1 - \cos x}{2} \right) \, dx = 2 \int (1 - \cos x) \, dx = 2x - 2 \sin x + C
\]
c) $\int (\sin \frac{x}{2} - \cos \frac{x}{2})^2 \, dx$
\[
\int (\sin^2 \frac{x}{2} - 2 \sin \frac{x}{2} \cos \frac{x}{2} + \cos^2 \frac{x}{2}) \, dx = \int (1 - \sin x) \, dx = x + \cos x + C
\]
d) $\int (x + \tan^2 x) \, dx$
\[
\int x \, dx + \int \tan^2 x \, dx = \frac{x^2}{2} + \int (\sec^2 x - 1) \, dx = \frac{x^2}{2} + \tan x - x + C
\]
4.5. Cho hàm số $y = f(x)$ xác định trên khoảng $(0; +\infty)$. Biết rằng, $f'(x) = 2x + \frac{1}{x^2}$ với mọi $x \in (0; +\infty)$ và $f(1) = 1$. Tính giá trị $f(4)$.
\[
f(x) = \int (2x + \frac{1}{x^2}) \, dx = x^2 - \frac{1}{x} + C
\]
Sử dụng điều kiện $f(1) = 1$:
\[
1 = 1^2 - \frac{1}{1} + C \Rightarrow C = 1
\]
Do đó:
\[
f(x) = x^2 - \frac{1}{x} + 1
\]
Tính $f(4)$:
\[
f(4) = 4^2 - \frac{1}{4} + 1 = 16 - 0.25 + 1 = 16.75
\]
4.6. Cho hàm số $y = f(x)$ có đồ thị là (C). Xét điểm $M(x; f(x))$ thay đổi trên (C). Biết rằng, hệ số góc của tiếp tuyến của đồ thị (C) tại M là $k_M = (x - 1)^2$ và điểm M trùng với gốc toạ độ khi nó nằm trên trục tung. Tìm biểu thức $f(x)$.
\[
f'(x) = (x - 1)^2
\]
\[
f(x) = \int (x - 1)^2 \, dx = \int (x^2 - 2x + 1) \, dx = \frac{x^3}{3} - x^2 + x + C
\]
Khi $x = 0$, $f(0) = 0$:
\[
0 = \frac{0^3}{3} - 0^2 + 0 + C \Rightarrow C = 0
\]
Do đó:
\[
f(x) = \frac{x^3}{3} - x^2 + x
\]
4.7. Một viên đạn được bắn thẳng đứng lên trên từ mặt đất. Giả sử tại thời điểm t giây (coi $t = 0$ là thời điểm viên đạn được bắn lên), vận tốc của nó được cho bởi $v(t) = 160 - 9.8t \, (m/s)$. Tìm độ cao của viên đạn (tính từ mặt đất):
a) Sau $t = 5$ giây;
b) Khi nó đạt độ cao lớn nhất (làm tròn kết quả đến chữ số thập phân thứ nhất của mét).
a) Độ cao sau $t = 5$ giây:
\[
s(t) = \int v(t) \, dt = \int (160 - 9.8t) \, dt = 160t - 4.9t^2 + C
\]
Khi $t = 0$, $s(0) = 0$:
\[
0 = 160 \cdot 0 - 4.9 \cdot 0^2 + C \Rightarrow C = 0
\]
Do đó:
\[
s(t) = 160t - 4.9t^2
\]
Tính $s(5)$:
\[
s(5) = 160 \cdot 5 - 4.9 \cdot 5^2 = 800 - 122.5 = 677.5 \, m
\]
b) Khi nó đạt độ cao lớn nhất:
\[
v(t) = 0 \Rightarrow 160 - 9.8t = 0 \Rightarrow t = \frac{160}{9.8} \approx 16.33 \, s
\]
Tính $s(16.33)$:
\[
s(16.33) = 160 \cdot 16.33 - 4.9 \cdot (16.33)^2 \approx 2600.8 - 1300.4 = 1300.4 \, m
\]
Đáp số:
a) Sau $t = 5$ giây: 677.5 m
b) Khi nó đạt độ cao lớn nhất: 1300.4 m