Zdecyduj, która postać pasuje do działania: algebraiczna a + jb do dodawania i odejmowania, biegunowa r∠θ do mnożenia, dzielenia, potęg i pierwiastków.
Wymnażaj z j² = −1; dziel, mnożąc licznik i mianownik przez liczbę sprzężoną do mianownika.
Zamieniaj przez r = √(a² + b²) i θ ze szkicu punktu (sprawdź ćwiartkę), a z powrotem przez a = r cos θ, b = r sin θ.
Dla potęg użyj wzoru de Moivre’a, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; dla zⁿ = R∠φ wypisz wszystkie n pierwiastków R1/n∠((φ + 360°k)/n).
Równania różniczkowe
Wzrost/zanik wykładniczy
dy/dt = ky → y = y0ekt
Okres połowicznego rozpadu
k = ln 2 / t½
Prawo stygnięcia Newtona
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Czynnik całkujący
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Zbiornik z mieszaniem
dm/dt = r·c − (r/V)·m
Macierze i wyznaczniki
wyznacznik 2×2
det = ad − bc
Macierz odwrotna 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Produkt
(AB)ij = Σk AikBkj
Wartości własne
det(A − λI) = 0
Wzory Cramera
xi = det(Ai)/det(A)
Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Długość
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Wersor
û = a/|a|
Składowe z kąta
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Iloczyn skalarny
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Rzut skalarny a na b
a·b/|b|
Praca
W = F·d
Iloczyn wektorowy
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Pola
równoległobok |a × b|, trójkąt ½|a × b|
Moment względem O
MO = r × F, r = A − O
Objętość równoległościanu
V = |a·(b × c)|
Metoda
Zapisz każdy wektor w składowych; dla siły podanej przez wartość i kąt użyj F·cos θ i F·sin θ.
Do długości i kierunków użyj długości √(x² + y² + z²) i wersora a/|a|.
Iloczyn skalarny stosuj do kątów, rzutów, prostopadłości i pracy: a·b = |a||b|cos θ.
Iloczyn wektorowy stosuj do wektorów prostopadłych, pól i momentów: starannie zapisz trzy składowe, zachowując kolejność a × b.
Prawdopodobieństwo
Zdarzenie przeciwne
P(not A) = 1 − P(A)
Reguła dodawania
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Zdarzenia niezależne
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Prawdopodobieństwo warunkowe
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Rozkład dwumianowy
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k
Statystyka opisowa
Średnia
x̄ = Σx/n
Odchylenie standardowe z próby
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Mediana
środkowa wartość uporządkowanych danych
Wynik z
z = (x − μ)/σ
Rozkład normalny
68% w zakresie ±1σ, 95% w zakresie ±2σ
Rozkład normalny
Wynik z
z = (x − μ)/σ
Poniżej x
P(X < x) = Φ(z)
Powyżej x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Pomiędzy
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentyl
x = μ + z·σ
Metoda
Zamień wartość na wynik standaryzowany: z = (x − μ)/σ.
Odczytaj Φ(z), pole na lewo od z.
Dla pola na prawo użyj 1 − Φ(z); dla przedziału odejmij dwa pola lewostronne.
Dla percentyla licz wstecz: wyznacz z dla pola, a potem x = μ + z·σ.
2Zadania do ćwiczenia
1.GraniceŚredni
Oblicz granicę L = limx→∞ (√(9x2 − 7x) − 3x).
f(x) = √(9x2 − 7x) − 3xx → ∞
L =
2.GraniceTrudny
Oblicz granicę L = limx→0 ln(1 + 2x)/sin(4x), z x w radianach.
f(x) = ln(1 + 2x)/sin(4x)x → 0
L =
3.PochodneŚredni
Dana jest funkcja f(x) = x2·e2x. Wyznacz f′(0,5).
f(x) = x2·e2xx = 0,5
f′(0.5) =
4.PochodneTrudny
Styczna do f(x) = 0,5x2 + 2x + 2 w x = 3 przecina oś y w y = b. Wyznacz b.
f(x) = 0,5x2 + 2x + 2x = 3
b =
5.CałkiŚredni
Oblicz I = ∫01 2x·(x² + 1)3 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)3[0, 1]
I =
6.CałkiTrudny
Wyznacz pole A obszaru ograniczonego przez y = 2x2 i y = 3x.
y = 2x2y = 3x
A =
7.Liczby zespoloneŚredni
Zapisz z = 12∠140° w postaci algebraicznej a + jb i podaj część rzeczywistą a.
r = 12θ = 140°
a =
8.Liczby zespoloneTrudny
Pierwiastki zⁿ = w z n = 4 i w = 16∠120° to zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2, 3. Znajdź argument z₂ w stopniach, między −180° a 180°.
w = 16∠120°n = 4k = 2
θ₂ = °
9.Równania różniczkoweŚredni
Puszkę napoju o temperaturze 4 °C wyjęto z lodówki do pokoju o temperaturze 30 °C. Po 9 min jej temperatura wynosi 16 °C. Podlega ona prawu stygnięcia Newtona, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Wyznacz stałą k w min⁻¹.
T0 = 4 °CTa = 30 °CT(9) = 16 °C
k = min⁻¹
10.Równania różniczkoweTrudny
Rozwiąż y″ + 2y′ + 10y = 0 z y(0) = 2 i y′(0) = 0 (start ze spoczynku). Wyznacz y(1); kąty w radianach.
y″ + 2y′ + 10y = 0y(0) = 2y′(0) = 0
y(1) =
11.Macierze i wyznacznikiŚredni
Niech C = AB dla pokazanych macierzy. Wyznacz element c12 (wiersz 1, kolumna 2).
A = [1 −6; −4 0]B = [3 −4; 1 4]
c12 =
12.Macierze i wyznacznikiTrudny
Rozwiąż układ −6x − y = −7 i 2x − 3y = −9. Wyznacz x.
−6x − y = −72x − 3y = −9
x =
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
Znajdź wartość k, dla której wektory a = (0, 1, 2) i b = (−6, k, −6) są prostopadłe.
a = (0, 1, 2)b = (−6, k, −6)
k =
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
Wersor n̂ jest prostopadły do wektorów a = (5, −1, 0) i b = (−5, −2, −3) i ma dodatnią składową z. Znajdź jego składową x, czyli n̂x.
a = (5, −1, 0)b = (−5, −2, −3)n̂z > 0
n̂x =
15.PrawdopodobieństwoŚredni
Uczciwą kostką rzucamy 5 razy. Jakie jest prawdopodobieństwo P wyrzucenia co najmniej jednej szóstki?
n = 5
P =
16.PrawdopodobieństwoTrudny
Test ma 6 pytań wielokrotnego wyboru. Studentka, która zgaduje, odpowiada poprawnie na każde z prawdopodobieństwem 0,25, niezależnie. Jakie jest prawdopodobieństwo P dokładnie 5 poprawnych odpowiedzi?
n = 6p = 0,25k = 5
P =
17.Statystyka opisowaŚredni
Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 22, 29, 19, 58, 29, 19.
n = 6
s =
18.Statystyka opisowaTrudny
Wielkość ma rozkład normalny ze średnią 500 i odchyleniem standardowym 40. Jaka część P wartości leży powyżej 480?
μ = 500σ = 40x = 480
P =
19.Rozkład normalnyŚredni
Rozkład wyników testu IQ jest normalny ze średnią 100 pkt i odchyleniem standardowym 15 pkt. Jaka część wartości leży między 93,25 a 127 pkt? Podaj P w postaci dziesiętnej.
μ = 100σ = 15x1 = 93,25x2 = 127
P =
20.Rozkład normalnyTrudny
Rozkład wzrostu dorosłych mężczyzn jest normalny ze średnią 178 cm i odchyleniem standardowym 7 cm. Wyznacz wartość x, poniżej której leży 20% wszystkich wartości (20. percentyl).
μ = 178σ = 7P = 20%
x = cm
3Roztwory
1.Granice
Odpowiedź: L = −1,167
Granice: najpierw spróbuj bezpośredniego podstawienia. Jeśli daje 0/0, najpierw uprość: rozłóż na czynniki i skróć wspólny czynnik albo pomnóż przez sprzężenie. Przy x → ∞ podziel licznik i mianownik przez najwyższą potęgę x. Reguła de l'Hospitala: jeśli f/g daje 0/0 lub ∞/∞, to lim f/g = lim f′/g′, przy czym licznik i mianownik różniczkuje się osobno (nie regułą ilorazu).
Pomnóż przez sprzężenie
f(x) = −7x/(√(9x2 − 7x) + 3x)
Podziel przez x
f(x) = −7/(√(9 + (−7)/x) + 3)
Niech x → ∞
L = −7/(3 + 3) = −1,167
Odpowiedź
L = −1,167
2.Granice
Odpowiedź: L = 0,5
Granice: najpierw spróbuj bezpośredniego podstawienia. Jeśli daje 0/0, najpierw uprość: rozłóż na czynniki i skróć wspólny czynnik albo pomnóż przez sprzężenie. Przy x → ∞ podziel licznik i mianownik przez najwyższą potęgę x. Reguła de l'Hospitala: jeśli f/g daje 0/0 lub ∞/∞, to lim f/g = lim f′/g′, przy czym licznik i mianownik różniczkuje się osobno (nie regułą ilorazu).
Reguła de l'Hospitala
L = limx→0 [2/(1 + 2x)]/[4·cos 4x]
Podstaw x = 0
L = 2/4 = 0,5
Odpowiedź
L = 0,5
3.Pochodne
Odpowiedź: f′(0.5) = 4,077
Różniczkowanie: pochodna f′(x) to nachylenie wykresu w punkcie x. Reguła potęgowa: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Reguła iloczynu: (uv)′ = u′v + uv′. Reguła łańcuchowa: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Gdzie f′(x) = 0, wykres ma poziomą styczną: maksimum, minimum albo punkt siodłowy.
Reguła iloczynu
f′(x) = u′v + uv′ = e2x·(2x + 2·x2)
Podstaw
f′(0,5) = 2,718·(1 + 0,5) = 4,077
Odpowiedź
f′(0,5) = 4,077
4.Pochodne
Odpowiedź: b = −2,5
Różniczkowanie: pochodna f′(x) to nachylenie wykresu w punkcie x. Reguła potęgowa: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Reguła iloczynu: (uv)′ = u′v + uv′. Reguła łańcuchowa: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Gdzie f′(x) = 0, wykres ma poziomą styczną: maksimum, minimum albo punkt siodłowy.
Punkt i nachylenie
f(3) = 12,5
f′(x) = x + 2 → f′(3) = 5
Styczna w x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 12,5 − 5·3 = −2,5
Odpowiedź
b = −2,5
5.Całki
Odpowiedź: I = 3,75
Całki oznaczone: ∫ₐᵇ f(x) dx to pole ze znakiem między wykresem a osią x od a do b. Znajdź funkcję pierwotną F (F′ = f) i oblicz F(b) − F(a). Reguła potęgowa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Pole między dwiema krzywymi to ∫(górna − dolna) dx.
Podstawienie
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫12 u3 du
Scałkuj i podstaw granice
I = [u4/4]12 = (16 − 1)/4 = 3,75
Odpowiedź
I = 3,75
6.Całki
Odpowiedź: A = 1,125
Całki oznaczone: ∫ₐᵇ f(x) dx to pole ze znakiem między wykresem a osią x od a do b. Znajdź funkcję pierwotną F (F′ = f) i oblicz F(b) − F(a). Reguła potęgowa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Pole między dwiema krzywymi to ∫(górna − dolna) dx.
Punkty przecięcia
2x2 = 3x → x = 0, x = 1,5
Całkuj górną minus dolną
A = [1,5x2 − 0,6667x3]01,5 = 1,125
Odpowiedź
A = 1,125
7.Liczby zespolone
Odpowiedź: a = −9,193
Postać biegunowa: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ, gdzie r = |z| i θ = arg z. Powrót do postaci algebraicznej: a = r cos θ, b = r sin θ. Argument wymaga ustalenia ćwiartki: θ = atan(b/a) tylko dla a > 0; dla a < 0 dodaj lub odejmij 180°. W postaci biegunowej mnożenie jest łatwe: pomnóż moduły i dodaj argumenty; przy dzieleniu podziel moduły i odejmij argumenty.
Składowe
a = 12·cos(140°) = −9,193
b = 12·sin(140°) = 7,713
Postać algebraiczna
z = −9,193 + j7,713
a = −9,193
Odpowiedź
a = −9,193
8.Liczby zespolone
Odpowiedź: θ₂ = −150 °
Wzór de Moivre’a i pierwiastki: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. Równanie zⁿ = R∠φ ma dokładnie n pierwiastków, wszystkie o module R1/n, o argumentach (φ + 360°·k)/n dla k = 0, 1, …, n − 1: leżą równomiernie na okręgu, co 360°/n. Równanie kwadratowe z² + pz + q = 0 z p² < 4q ma pierwiastki zespolone z = −p/2 ± j√(q − p²/4); wielomian o współczynnikach rzeczywistych ma pierwiastki zespolone zawsze w parach sprzężonych a ± jb.
Moduł pierwiastków
161/4 = 2
Argument pierwiastka
θ₂ = (120° + 360°·2)/4 = 210° → −150°
Argument
θ₂ = −150°
Odpowiedź
θ₂ = −150°
Pierwiastki (4) leżą na okręgu o promieniu 2, w odstępach 90°.
9.Równania różniczkowe
Odpowiedź: k = 0,06878 min⁻¹
Równania różniczkowe pierwszego rzędu: dy/dt = k·y ma rozwiązanie y = y₀·ekt (wzrost dla k > 0, zanik dla k < 0); okres połowicznego rozpadu T daje k = ln 2/T. Prawo stygnięcia Newtona, dT/dt = −k·(T − Tₐ), daje T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Równanie liniowe y′ + p(x)·y = q(x) rozwiązuje się czynnikiem całkującym μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, więc μy = ∫μq dx + C.
Stosunek różnic temperatur
e−9k = -14/-26
Wyznacz k
k = ln(-26/-14)/9 = 0,06878 min⁻¹
Odpowiedź
k = 0,06878 min⁻¹
10.Równania różniczkowe
Odpowiedź: y(1) = −0,6938
Liniowe równania drugiego rzędu: dla y″ + b·y′ + c·y = 0 spróbuj y = ert: otrzymasz równanie charakterystyczne r² + b·r + c = 0. Dwa różne pierwiastki rzeczywiste r₁ ≠ r₂ dają y = A·er₁t + B·er₂t (tłumienie nadkrytyczne); pierwiastek podwójny r daje y = (A + Bt)·ert (tłumienie krytyczne); pierwiastki zespolone −α ± jω dają y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (tłumienie podkrytyczne, drgania). Wartości początkowe y(0) i y′(0) wyznaczają A i B. Zapisane jako y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn jest częstością drgań własnych, a ζ współczynnikiem tłumienia: dla ζ < 1 występują drgania. Przy stałym wymuszeniu y″ + by′ + cy = c·K rozwiązaniem jest wartość ustalona K plus odpowiedź swobodna.
Pierwiastki zespolone
r = −1 ± 3j
Stałe
A = 2, B = 1·2/3 = 0,6667
Oblicz
y(1) = e−1(2·cos 3 + 0,6667·sin 3) = −0,6938
Odpowiedź
y(1) = −0,6938
11.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: c12 = −28
Macierze: wyznacznik macierzy 2×2 to ad − bc. Dla 3×3 rozwiń względem wiersza: każdy element razy wyznacznik macierzy 2×2, która zostaje po skreśleniu jego wiersza i kolumny, ze znakami na przemian + − +. Wartości własne λ spełniają det(A − λI) = 0; dla 2×2 to λ² − (ślad)·λ + det = 0.
Wiersz razy kolumna
c12 = 1·(−4) + (−6)·4 = −28
Odpowiedź
c12 = −28
12.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: x = 0,6
Macierze: wyznacznik macierzy 2×2 to ad − bc. Dla 3×3 rozwiń względem wiersza: każdy element razy wyznacznik macierzy 2×2, która zostaje po skreśleniu jego wiersza i kolumny, ze znakami na przemian + − +. Wartości własne λ spełniają det(A − λI) = 0; dla 2×2 to λ² − (ślad)·λ + det = 0.
Wyznacznik macierzy współczynników
det A = (−6)·(−3) − (−1)·2 = 20
Zastąp kolumnę x
det Aₓ = (−7)·(−3) − (−1)·(−9) = 12
x = 12/20 = 0,6
Odpowiedź
x = 0,6
y = 3,4
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: k = 12
Iloczyn skalarny:a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, jest skalarem. Pozwala wyznaczyć kąt między dwoma wektorami, cos θ = a·b/(|a|·|b|), i jest równy zero, gdy wektory są prostopadłe. Rzut skalarny a na b wynosi a·b/|b|, a stała siła F na przemieszczeniu d wykonuje pracę W = F·d.
Iloczyn skalarny równa się zero
a·b = 0·(−6) + 1·k + 2·(−6) = 0
−12 + 1·k = 0
Wyznacz k
k = −(−12)/1 = 12
Odpowiedź
k = 12
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: n̂x = −0,14
Iloczyn wektorowy:a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) jest prostopadły do obu wektorów, a |a × b| = |a|·|b|·sin θ to pole równoległoboku, który rozpinają (trójkąt ma połowę tego pola). Kolejność ma znaczenie: b × a = −(a × b). Moment siły F przyłożonej w punkcie A względem punktu O to MO = r × F, gdzie r = A − O.
Iloczyn wektorowy
(a × b)x = aybz − azby = (−1)·(−3) − 0·(−2) = 3
(a × b)y = azbx − axbz = 0·(−5) − 5·(−3) = 15
(a × b)z = axby − aybx = 5·(−2) − (−1)·(−5) = −15
Normalizacja
Składowa z wektora a × b jest ujemna, więc użyj −(a × b).
Prawdopodobieństwo: przy jednakowo prawdopodobnych wynikach P(A) = sprzyjające/wszystkie. Dla zdarzeń niezależnych mnożymy: P(A i B) = P(A)·P(B). Często pomaga zdarzenie przeciwne: P(co najmniej jedno) = 1 − P(żadne). Rozkład dwumianowy: w n niezależnych próbach z prawdopodobieństwem sukcesu p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
Zdarzenie przeciwne
P(brak szóstki) = (5/6)5 = 0,4019
P = 1 − 0,4019 = 0,5981
Odpowiedź
P = 0,5981
16.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: P = 0,004395
Prawdopodobieństwo: przy jednakowo prawdopodobnych wynikach P(A) = sprzyjające/wszystkie. Dla zdarzeń niezależnych mnożymy: P(A i B) = P(A)·P(B). Często pomaga zdarzenie przeciwne: P(co najmniej jedno) = 1 − P(żadne). Rozkład dwumianowy: w n niezależnych próbach z prawdopodobieństwem sukcesu p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
Statystyka opisowa: średnia to suma podzielona przez n; mediana to środkowa wartość uporządkowanych danych (średnia dwóch środkowych, gdy n jest parzyste). Odchylenie standardowe z próby to s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Wynik z = (x − μ)/σ mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej.
Statystyka opisowa: średnia to suma podzielona przez n; mediana to środkowa wartość uporządkowanych danych (średnia dwóch środkowych, gdy n jest parzyste). Odchylenie standardowe z próby to s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Wynik z = (x − μ)/σ mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej.
Standaryzuj
z = −0,5
Tablica rozkładu normalnego
Φ(−0,5) = 0,3085
P = 1 − 0,3085 = 0,6915
Odpowiedź
P = 0,6915
19.Rozkład normalny
Odpowiedź: P = 0,6377
Rozkład normalny: zamień wartość x na wynik z, z = (x − μ)/σ, który mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej. Tablica rozkładu normalnego (czyli Φ(z)) podaje pole na lewo od z, czyli P(X < x). Pole na prawo to 1 − Φ(z), a pole między dwiema wartościami to różnica ich dwóch pól.
Wyniki z
z₁ = (93,25 − 100)/15 = −0,45
z₂ = (127 − 100)/15 = 1,8
Pole pomiędzy
P = Φ(1,8) − Φ(−0,45) = 0,9641 − 0,3264 = 0,6377
Odpowiedź
P = 0,6377
20.Rozkład normalny
Odpowiedź: x = 172,1 cm
Rozkład normalny: zamień wartość x na wynik z, z = (x − μ)/σ, który mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej. Tablica rozkładu normalnego (czyli Φ(z)) podaje pole na lewo od z, czyli P(X < x). Pole na prawo to 1 − Φ(z), a pole między dwiema wartościami to różnica ich dwóch pól.