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→∞ (5x2 + 4x − 3)/(4x2 + 4x + 4).
f(x) = (5x2 + 4x − 3)/(4x2 + 4x + 4)x → ∞
L =
2.GraniceTrudny
Oblicz granicę L = limx→0 ln(1 + 3x)/sin(5x), z x w radianach.
f(x) = ln(1 + 3x)/sin(5x)x → 0
L =
3.PochodneŚredni
Dana jest funkcja f(x) = x2·e0,5x. Wyznacz f′(1).
f(x) = x2·e0,5xx = 1
f′(1) =
4.PochodneTrudny
Styczna do f(x) = 3x2 − 5x + 2 w x = −2 przecina oś y w y = b. Wyznacz b.
f(x) = 3x2 − 5x + 2x = −2
b =
5.CałkiŚredni
Oblicz I = ∫₁6 x·ln x dx.
∫₁6 x ln x dx
I =
6.CałkiTrudny
Wyznacz pole A obszaru ograniczonego przez y = 2x2 i y = 3x.
y = 2x2y = 3x
A =
7.Liczby zespoloneŚredni
Zapisz z = −5 + j w postaci wykładniczej r·ejθ. Podaj θ w radianach, między −π a π.
z = −5 + j
θ = rad
8.Liczby zespoloneTrudny
Rozwiąż z² − 5z + 15,25 = 0. Pierwiastki to a ± jb; znajdź część rzeczywistą a.
p = −5q = 15,25
a =
9.Równania różniczkoweŚredni
Rozwiąż y″ + 7y′ + 12y = 0 z y(0) = 5 i y′(0) = 0. Wyznacz y(1,5).
y″ + 7y′ + 12y = 0y(0) = 5y′(0) = 0
y(1.5) =
10.Równania różniczkoweTrudny
Rozwiąż zagadnienie początkowe y′ + 3y/x = 5 dla x > 0, z y(1) = 1. Wyznacz y(2).
y′ + 3y/x = 5y(1) = 1
y(2) =
11.Macierze i wyznacznikiŚredni
Wyznacz wyznacznik det A pokazanej macierzy 3×3 A.
A = [−1 3 −4; −2 −2 3; 1 −5 −3]
det A =
12.Macierze i wyznacznikiTrudny
Rozwiąż układ 5x − 3y = 5 i x + y = 10. Wyznacz x.
5x − 3y = 5x + y = 10
x =
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
Znajdź rzut skalarny compb a wektora a = (1, −4, 3) na b = (4, 0, 1), czyli składową a w kierunku b.
a = (1, −4, 3)b = (4, 0, 1)
compb a =
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
Znajdź objętość V równoległościanu, którego krawędzie wychodzące z jednego wierzchołka to a = (5, −5, −3), b = (−4, 5, 5) i c = (3, 4, −5).
a = (5, −5, −3)b = (−4, 5, 5)c = (3, 4, −5)
V =
15.PrawdopodobieństwoŚredni
Dla pokazanego rozkładu wyznacz odchylenie standardowe σ zmiennej X.
x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0,25, 0,2, 0,2, 0,2, 0,15
σ =
16.PrawdopodobieństwoTrudny
Gra kosztuje €1. Wygrywasz €2 z prawdopodobieństwem 0,2 i €10 z prawdopodobieństwem 0,01; w pozostałych przypadkach nic nie wygrywasz. Stawka nie jest zwracana. Wyznacz oczekiwany zysk netto E(G) na jedną grę.
stawka = €1€2: p = 0,2€10: p = 0,01
E(G) = €
17.Statystyka opisowaŚredni
Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 23, 40, 15, 47, 48, 57.
n = 6
s =
18.Statystyka opisowaTrudny
Wyniki egzaminu mają rozkład normalny ze średnią 60 i odchyleniem standardowym 15. Wyznacz wynik z z dla wyniku 42.
μ = 60σ = 15x = 42
z =
19.Rozkład normalnyŚredni
Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole między −z a z pod standardową krzywą normalną wynosiło 0,7959. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.
A = 0,7959
z =
20.Rozkład normalnyTrudny
Rozkład czasów pracy baterii jest normalny ze średnią 500 h i odchyleniem standardowym 40 h. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane górne 75% leżało na prawo od niej. Znajdź wartość graniczną x.
μ = 500 hσ = 40 h75%
x = h
3Roztwory
1.Granice
Odpowiedź: L = 1,25
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).
Podziel przez najwyższą potęgę
(5 + 4/x + (−3)/x2)/(4 + 4/x + 4/x2)
Niech x → ∞
L = 5/4 = 1,25
Odpowiedź
L = 1,25
Przy równych stopniach granica jest ilorazem współczynników przy najwyższych potęgach.
2.Granice
Odpowiedź: L = 0,6
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 [3/(1 + 3x)]/[5·cos 5x]
Podstaw x = 0
L = 3/5 = 0,6
Odpowiedź
L = 0,6
3.Pochodne
Odpowiedź: f′(1) = 4,122
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′ = e0,5x·(2x + 0,5·x2)
Podstaw
f′(1) = 1,649·(2 + 0,5) = 4,122
Odpowiedź
f′(1) = 4,122
4.Pochodne
Odpowiedź: b = −10
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(−2) = 24
f′(x) = 6x − 5 → f′(−2) = −17
Styczna w x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 24 − (−17)·(−2) = −10
Odpowiedź
b = −10
5.Całki
Odpowiedź: I = 23,5
Całkowanie przez części: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, co wynika z reguły różniczkowania iloczynu. Za u wybierz czynnik, który po zróżniczkowaniu staje się prostszy (potęga x lub ln x), a za dv czynnik, który umiesz scałkować (eˣ, sin x, cos x albo x, gdy u = ln x). Dla całki oznaczonej oblicz u·v na obu granicach: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Czynnik x² wymaga dwóch rund.
Wybierz u i dv
u = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2
Funkcja pierwotna
∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4
Granice
(18·ln 6 − 9) − (0 − 0,25) = 23,5
Odpowiedź
I = 23,5
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: θ = 2,944 rad
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.
Moduł
r = √(25 + 1) = 5,099
Argument w radianach
θ = 168,7° = 168,7·π/180 = 2,944 rad
Postać wykładnicza
z = 5,099·ej2,944
Odpowiedź
θ = 2,944 rad
8.Liczby zespolone
Odpowiedź: a = 2,5
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.
Wyróżnik
p² − 4q = 25 − 61 = −36 < 0
Wzór na pierwiastki równania kwadratowego
z = (5 ± j√36)/2 = 2,5 + j3, 2,5 − j3
Odpowiedź
a = 2,5
Odpowiedź
a = 2,5
9.Równania różniczkowe
Odpowiedź: y(1.5) = 0,185
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 charakterystyczne
(r + 3)(r + 4) = 0 → r = −3, −4
Stałe z wartości początkowych
A + B = 5, −3A − 4B = 0
A = 20, B = −15
Oblicz
y(1,5) = 20·e−4,5 + (−15)·e−6 = 0,185
Odpowiedź
y(1,5) = 0,185
10.Równania różniczkowe
Odpowiedź: y(2) = 2,469
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.
Czynnik całkujący
μ = e∫3/x dx = x3
Całkuj
(x3y)′ = 5x3 → x3y = 5x4/4 + C
Warunek początkowy
1 = 5/4 + C → C = −0,25
Oblicz
y(2) = (5·24/4 + (−0,25))/23 = 2,469
Odpowiedź
y(2) = 2,469
11.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: det A = −78
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.
Minory 2×2 pierwszego wiersza
M₁₁ = 21, M₁₂ = 3, M₁₃ = 12
Rozwinięcie Laplace'a
det A = (−1)·21 − 3·3 + (−4)·12 = −78
Odpowiedź
det A = −78
12.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: x = 4,375
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 = 5·1 − (−3)·1 = 8
Zastąp kolumnę x
det Aₓ = 5·1 − (−3)·10 = 35
x = 35/8 = 4,375
Odpowiedź
x = 4,375
y = 5,625
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: compb a = 1,698
Dot product:a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, a scalar. It gives the angle between two vectors, cos θ = a·b/(|a|·|b|), and it is zero when they are perpendicular. The scalar projection of a onto b is a·b/|b|, and a constant force F moving through a displacement d does work W = F·d.
Iloczyn skalarny
a·b = 1·4 + (−4)·0 + 3·1 = 7
Długość b
|b| = √(4² + 0² + 1²) = 4,123
Rzut skalarny
compb a = a·b/|b| = 7/4,123 = 1,698
Odpowiedź
compb a = 1,698
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: V = 107
Cross product:a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) is perpendicular to both vectors, and |a × b| = |a|·|b|·sin θ is the area of the parallelogram they span (the triangle has half of it). Order matters: b × a = −(a × b). The moment of a force F applied at point A about point O is MO = r × F, with r = A − O.
Dyskretne zmienne losowe: rozkład prawdopodobieństwa wymienia każdą wartość x, jaką może przyjąć zmienna, wraz z jej prawdopodobieństwem p(x); prawdopodobieństwa mieszczą się między 0 a 1 i sumują się do 1. Wartość oczekiwana (średnia) to E(X) = Σx·p(x), średnia w długim okresie. Wariancja to Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², a odchylenie standardowe σ = √Var(X). Dla zmiany liniowej Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) i σY = |a|·σX; dodanie stałej nie zmienia rozrzutu.
Dyskretne zmienne losowe: rozkład prawdopodobieństwa wymienia każdą wartość x, jaką może przyjąć zmienna, wraz z jej prawdopodobieństwem p(x); prawdopodobieństwa mieszczą się między 0 a 1 i sumują się do 1. Wartość oczekiwana (średnia) to E(X) = Σx·p(x), średnia w długim okresie. Wariancja to Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², a odchylenie standardowe σ = √Var(X). Dla zmiany liniowej Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) i σY = |a|·σX; dodanie stałej nie zmienia rozrzutu.
Wyniki netto
G: 1 (p = 0,2), 9 (p = 0,01), −1 (p = 0,79)
Wartość oczekiwana
E(G) = 1·0,2 + 9·0,01 − 1·0,79 = −0,5 €
Odpowiedź
E(G) = −0,5 €
Wartość ujemna oznacza, że średnio tracisz pieniądze.
17.Statystyka opisowa
Odpowiedź: s = 16,12
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 = (42 − 60)/15 = −1,2
Odpowiedź
z = −1,2
19.Rozkład normalny
Odpowiedź: z = 1,27
Od pola z powrotem do z: Φ(z) to pole na lewo od z. Dla pola lewego ogona A znajdź w tablicy z, dla którego Φ(z) = A. Pole prawego ogona A oznacza Φ(z) = 1 − A. Pole środkowe A między −z a z zostawia (1 − A)/2 w każdym ogonie, więc Φ(z) = (1 + A)/2. Dla wartości x użyj x = μ + zσ.
Pole na lewo od z
Φ(z) = (1 + 0,7959)/2 = 0,8980
Czytaj tablicę z wstecz
Znajdź 0,8980 wewnątrz tablicy i odczytaj z.
z = 1,27
Odpowiedź
z = 1,27
20.Rozkład normalny
Odpowiedź: x = 473 h
Od pola z powrotem do z: Φ(z) to pole na lewo od z. Dla pola lewego ogona A znajdź w tablicy z, dla którego Φ(z) = A. Pole prawego ogona A oznacza Φ(z) = 1 − A. Pole środkowe A między −z a z zostawia (1 − A)/2 w każdym ogonie, więc Φ(z) = (1 + A)/2. Dla wartości x użyj x = μ + zσ.