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→∞ (x2 + 6x + 8)/(5x2 + x + 1).
f(x) = (x2 + 6x + 8)/(5x2 + x + 1)x → ∞
L =
2.GraniceTrudny
Oblicz granicę L = limx→0 ln(1 + 2x)/sin(x), z x w radianach.
f(x) = ln(1 + 2x)/sin(x)x → 0
L =
3.PochodneŚredni
Dana jest funkcja f(x) = x2·e−0,5x. Wyznacz f′(1,5).
f(x) = x2·e−0,5xx = 1,5
f′(1.5) =
4.PochodneTrudny
Styczna do f(x) = 2x2 − 3x + 6 w x = −2 przecina oś y w y = b. Wyznacz b.
f(x) = 2x2 − 3x + 6x = −2
b =
5.CałkiŚredni
Oblicz I = ∫28 2/x dx.
f(x) = 2/x[2, 8]
I =
6.CałkiTrudny
Wyznacz pole A obszaru ograniczonego przez y = 2x2 i y = 2x.
y = 2x2y = 2x
A =
7.Liczby zespoloneŚredni
Zapisz z = 4 + j7 w postaci wykładniczej r·ejθ. Podaj θ w radianach, między −π a π.
z = 4 + j7
θ = rad
8.Liczby zespoloneTrudny
Pierwiastki zⁿ = w z n = 3 i w = 8∠−60° to zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2. Znajdź argument z₀ w stopniach, między −180° a 180°.
w = 8∠−60°n = 3k = 0
θ₀ = °
9.Równania różniczkoweŚredni
Rozwiąż y″ + 2y′ + y = 0 z y(0) = 2 i y′(0) = -2. Wyznacz y(1,5).
y″ + 2y′ + y = 0y(0) = 2y′(0) = -2
y(1.5) =
10.Równania różniczkoweTrudny
Zbiornik zawiera 400 L czystej wody. Solanka zawierająca 0,2 kg soli na litr wpływa z natężeniem 20 L/min, a dobrze wymieszany roztwór wypływa z tym samym natężeniem. Ile soli m jest w zbiorniku po 5 min?
V = 400 Lm0 = 0 kgc = 0,2 kg/Lr = 20 L/min
m = kg
11.Macierze i wyznacznikiŚredni
Wyznacz wyznacznik det A pokazanej macierzy 3×3 A.
A = [−3 1 −3; −5 0 −5; −4 3 3]
det A =
12.Macierze i wyznacznikiTrudny
Rozwiąż układ x + 4y = −5 i −6x − 4y = −7. Wyznacz x.
x + 4y = −5−6x − 4y = −7
x =
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
Znajdź iloczyn skalarny a·b wektorów a = (4, 2, −2) i b = (3, 3, −5).
a = (4, 2, −2)b = (3, 3, −5)
a·b =
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
Znajdź pole A trójkąta o wierzchołkach A(1, −1, −3), B(−4, −2, −1) i C(4, 2, −4). Współrzędne podano w metrach.
A(1, −1, −3)B(−4, −2, −1)C(4, 2, −4)
A = m²
15.PrawdopodobieństwoŚredni
Dla pokazanego rozkładu wyznacz odchylenie standardowe σ zmiennej X.
x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,25, 0,2, 0,35, 0,2
σ =
16.PrawdopodobieństwoTrudny
Test ma 10 pytań wielokrotnego wyboru. Studentka, która zgaduje, odpowiada poprawnie na każde z prawdopodobieństwem 0,6, niezależnie. Jakie jest prawdopodobieństwo P dokładnie 4 poprawnych odpowiedzi?
n = 10p = 0,6k = 4
P =
17.Statystyka opisowaŚredni
Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 28, 24, 11, 57, 59, 17, 20.
n = 7
s =
18.Statystyka opisowaTrudny
Wyniki egzaminu mają rozkład normalny ze średnią 170 i odchyleniem standardowym 20. Wyznacz wynik z z dla wyniku 182.
μ = 170σ = 20x = 182
z =
19.Rozkład normalnyŚredni
Rozkład czasów pracy baterii jest normalny ze średnią 500 h i odchyleniem standardowym 40 h. Jaka część wartości leży między 482 a 580 h? Podaj P w postaci dziesiętnej.
μ = 500σ = 40x1 = 482x2 = 580
P =
20.Rozkład normalnyTrudny
Masa X produktu z linii 1 i masa Y produktu z linii 2 są niezależnymi zmiennymi o rozkładzie normalnym: X ma średnią 500 g i odchylenie standardowe 8 g, Y ma średnią 490 g i odchylenie standardowe 6 g. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że X jest większe od Y. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.
μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
3Roztwory
1.Granice
Odpowiedź: L = 0,2
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
(1 + 6/x + 8/x2)/(5 + 1/x + 1/x2)
Niech x → ∞
L = 1/5 = 0,2
Odpowiedź
L = 0,2
Przy równych stopniach granica jest ilorazem współczynników przy najwyższych potęgach.
2.Granice
Odpowiedź: L = 2
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)]/[cos x]
Podstaw x = 0
L = 2/1 = 2
Odpowiedź
L = 2
3.Pochodne
Odpowiedź: f′(1.5) = 0,8857
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′ = e−0,5x·(2x + (−0,5)·x2)
Podstaw
f′(1,5) = 0,4724·(3 + (−1,125)) = 0,8857
Odpowiedź
f′(1,5) = 0,8857
4.Pochodne
Odpowiedź: b = −2
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) = 20
f′(x) = 4x − 3 → f′(−2) = −11
Styczna w x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 20 − (−11)·(−2) = −2
Odpowiedź
b = −2
5.Całki
Odpowiedź: I = 2,773
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.
Funkcja pierwotna
F(x) = 2·ln x
Podstaw granice
I = 2·(ln 8 − ln 2) = 2·ln 4 = 2,773
Odpowiedź
I = 2,773
6.Całki
Odpowiedź: A = 0,3333
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 = 2x → x = 0, x = 1
Całkuj górną minus dolną
A = [x2 − 0,6667x3]01 = 0,3333
Odpowiedź
A = 0,3333
7.Liczby zespolone
Odpowiedź: θ = 1,052 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 = √(16 + 49) = 8,062
Argument w radianach
θ = 60,26° = 60,26·π/180 = 1,052 rad
Postać wykładnicza
z = 8,062·ej1,052
Odpowiedź
θ = 1,052 rad
8.Liczby zespolone
Odpowiedź: θ₀ = −20 °
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
81/3 = 2
Argument pierwiastka
θ₀ = (−60° + 360°·0)/3 = −20°
Argument
θ₀ = −20°
Odpowiedź
θ₀ = −20°
Pierwiastki (3) leżą na okręgu o promieniu 2, w odstępach 120°.
9.Równania różniczkowe
Odpowiedź: y(1.5) = 0,4463
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.
Pierwiastek podwójny
(r + 1)² = 0 → r = −1
Stałe
A = y(0) = 2
y′(0) = B − 1A → B = -2 + 2 = 0
Oblicz
y(1,5) = (2 + 0·1,5)·e−1,5 = 0,4463
Odpowiedź
y(1,5) = 0,4463
10.Równania różniczkowe
Odpowiedź: m = 17,7 kg
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.
Ułóż równanie
dm/dt = 20·0,2 − (20/400)·m = 4 − 0,05·m
Rozwiąż
Czynnik całkujący to ert/V; rozwiązanie dąży do stanu równowagi c·V.
m(t) = 80 + (−80)·e−t/20
Podstaw t
m(5) = 80 + (−80)·0,7788 = 17,7 kg
Odpowiedź
m = 17,7 kg
11.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: det A = 35
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 = 15, M₁₂ = −35, M₁₃ = −15
Rozwinięcie Laplace'a
det A = (−3)·15 − 1·(−35) + (−3)·(−15) = 35
Odpowiedź
det A = 35
12.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: x = 2,4
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 = 1·(−4) − 4·(−6) = 20
Zastąp kolumnę x
det Aₓ = (−5)·(−4) − 4·(−7) = 48
x = 48/20 = 2,4
Odpowiedź
x = 2,4
y = −1,85
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: a·b = 28
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.
Pomnóż odpowiadające sobie składowe i dodaj
a·b = 4·3 + 2·3 + (−2)·(−5) = 12 + 6 + 10 = 28
Odpowiedź
a·b = 28
Dodatni: kąt między wektorami jest mniejszy niż 90°.
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: A = 6,519 m²
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.
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.
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 = (182 − 170)/20 = 0,6
Odpowiedź
z = 0,6
19.Rozkład normalny
Odpowiedź: P = 0,6509
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 = (482 − 500)/40 = −0,45
z₂ = (580 − 500)/40 = 2
Pole pomiędzy
P = Φ(2) − Φ(−0,45) = 0,9772 − 0,3264 = 0,6509
Odpowiedź
P = 0,6509
20.Rozkład normalny
Odpowiedź: P = 0,8413
Sumy i różnice zmiennych normalnych: jeśli X i Y są niezależne i mają rozkład normalny, to X + Y i X − Y również mają rozkład normalny. Średnie dodają się lub odejmują: E(X ± Y) = μX ± μY. Wariancje zawsze się dodają, także dla różnicy: Var(X ± Y) = σX² + σY², więc σ = √(σX² + σY²). Odchylenia standardowe nigdy nie dodają się bezpośrednio. Suma n niezależnych elementów o tym samym rozkładzie ma średnią n·μ i odchylenie standardowe σ·√n. Potem standaryzuj jak zwykle: z = (x − średnia)/σ i odczytaj Φ(z).