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 − 5x) − x).
f(x) = √(x2 − 5x) − xx → ∞
L =
2.GraniceTrudny
Oblicz granicę L = limx→0 (ex − 1 − x)/x².
f(x) = (ex − 1 − x)/x²x → 0
L =
3.PochodneŚredni
Dana jest funkcja f(x) = (4x − 3)4. Wyznacz f′(1).
f(x) = (4x − 3)4x = 1
f′(1) =
4.PochodneTrudny
Dana jest funkcja f(x) = x3 − 7,5x2 + 18x + 5. Wyznacz współrzędną x x maksimum lokalnego.
f(x) = x3 − 7,5x2 + 18x + 5
x =
5.CałkiŚredni
Oblicz I = ∫01 2x·(x² + 1)1 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)1[0, 1]
I =
6.CałkiTrudny
Wyznacz pole A obszaru ograniczonego przez y = 0,5x2 i y = 3x.
y = 0,5x2y = 3x
A =
7.Liczby zespoloneŚredni
Liczba z = 2,5·ej2 ma kąt w radianach. Znajdź jej część rzeczywistą a.
r = 2,5θ = 2 rad
a =
8.Liczby zespoloneTrudny
Użyj wzoru de Moivre’a, aby znaleźć część urojoną z⁶ dla z = 2 + j2.
z = 2 + j2n = 6
Im(z⁶) =
9.Równania różniczkoweŚredni
Rozwiąż y″ + 8y′ + 15y = 0 z y(0) = 4 i y′(0) = -4. Wyznacz y(1).
y″ + 8y′ + 15y = 0y(0) = 4y′(0) = -4
y(1) =
10.Równania różniczkoweTrudny
Zbiornik zawiera 500 L wody, w której rozpuszczono 5 kg soli. Solanka zawierająca 0,1 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 25 min?
V = 500 Lm0 = 5 kgc = 0,1 kg/Lr = 20 L/min
m = kg
11.Macierze i wyznacznikiŚredni
Niech C = AB dla pokazanych macierzy. Wyznacz element c21 (wiersz 2, kolumna 1).
A = [1 −2; 5 3]B = [−1 −2; −5 −6]
c21 =
12.Macierze i wyznacznikiTrudny
Wyznacz większą wartość własną λ pokazanej macierzy A.
A = [5 2; 4 −2]
λ =
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
Znajdź kąt θ między wektorami a = (−3, −2, −6) i b = (−2, −3, 5), w stopniach.
a = (−3, −2, −6)b = (−2, −3, 5)
θ = °
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
Znajdź objętość V równoległościanu, którego krawędzie wychodzące z jednego wierzchołka to a = (−2, 3, 4), b = (3, 3, 2) i c = (1, 1, −5).
a = (−2, 3, 4)b = (3, 3, 2)c = (1, 1, −5)
V =
15.PrawdopodobieństwoŚredni
Dla pokazanego rozkładu wyznacz odchylenie standardowe σ zmiennej X.
x: 0, 1, 2p(x): 0,3, 0,35, 0,35
σ =
16.PrawdopodobieństwoTrudny
Test ma 9 pytań wielokrotnego wyboru. Studentka, która zgaduje, odpowiada poprawnie na każde z prawdopodobieństwem 0,3, niezależnie. Jakie jest prawdopodobieństwo P dokładnie 2 poprawnych odpowiedzi?
n = 9p = 0,3k = 2
P =
17.Statystyka opisowaŚredni
Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 44, 14, 47, 44, 57, 51.
n = 6
s =
18.Statystyka opisowaTrudny
Wielkość ma rozkład normalny ze średnią 100 i odchyleniem standardowym 12. Jaka część P wartości leży poniżej 112?
μ = 100σ = 12x = 112
P =
19.Rozkład normalnyŚredni
Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole między −z a z pod standardową krzywą normalną wynosiło 0,8638. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.
A = 0,8638
z =
20.Rozkład normalnyTrudny
Rozkład czasów dostawy jest normalny ze średnią 32 min i odchyleniem standardowym 6 min. Wyznacz wartość x, poniżej której leży 75% wszystkich wartości (75. percentyl).
μ = 32σ = 6P = 75%
x = min
3Roztwory
1.Granice
Odpowiedź: L = −2,5
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).
Pomnóż przez sprzężenie
f(x) = −5x/(√(x2 − 5x) + x)
Podziel przez x
f(x) = −5/(√(1 + (−5)/x) + 1)
Niech x → ∞
L = −5/(1 + 1) = −2,5
Odpowiedź
L = −2,5
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).
Pierwsze zastosowanie
(1·ex − 1)/(2x) → 0/0
Drugie zastosowanie
1·ex/2
Podstaw x = 0
L = 1·1/2 = 0,5
Odpowiedź
L = 0,5
3.Pochodne
Odpowiedź: f′(1) = 16
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 łańcuchowa
f′(x) = 4·(4x − 3)3·4
Podstaw
f′(1) = 4·13·4 = 16
Odpowiedź
f′(1) = 16
4.Pochodne
Odpowiedź: x = 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.
Pochodna
f′(x) = 3x2 − 15x + 18 = 3·(x2 − 5x + 6)
Rozwiąż f′(x) = 0
x = 2 lub x = 3
Które jest które
f″(x) = 6x − 15: ujemna w maksimum, dodatnia w minimum.
f″(2) = −3, f″(3) = 3
x = 2
Odpowiedź
x = 2
5.Całki
Odpowiedź: I = 1,5
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 u1 du
Scałkuj i podstaw granice
I = [u2/2]12 = (4 − 1)/2 = 1,5
Odpowiedź
I = 1,5
6.Całki
Odpowiedź: A = 18
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
0,5x2 = 3x → x = 0, x = 6
Całkuj górną minus dolną
A = [1,5x2 − 0,1667x3]06 = 18
Odpowiedź
A = 18
7.Liczby zespolone
Odpowiedź: a = −1,04
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.
Wzór Eulera
z = 2,5·(cos 2 + j sin 2)
Składowe (radiany)
a = 2,5·cos 2 = −1,04
b = 2,5·sin 2 = 2,273
a = −1,04
Odpowiedź
a = −1,04
8.Liczby zespolone
Odpowiedź: Im(z⁶) = −512
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.
Postać biegunowa
z = 2 + j2 = 2√2∠45°
Wzór de Moivre’a
z⁶ = (2√2)⁶∠270° = 512∠−90°
Postać algebraiczna
z⁶ = 512·(cos −90° + j sin −90°) = −j512
Im(z⁶) = −512
Odpowiedź
Im(z⁶) = −512
9.Równania różniczkowe
Odpowiedź: y(1) = 0,3713
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 + 5) = 0 → r = −3, −5
Stałe z wartości początkowych
A + B = 4, −3A − 5B = -4
A = 8, B = −4
Oblicz
y(1) = 8·e−3 + (−4)·e−5 = 0,3713
Odpowiedź
y(1) = 0,3713
10.Równania różniczkowe
Odpowiedź: m = 33,45 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 = 20·0,1 − (20/500)·m = 2 − 0,04·m
Rozwiąż
Czynnik całkujący to ert/V; rozwiązanie dąży do stanu równowagi c·V.
m(t) = 50 + (−45)·e−t/25
Podstaw t
m(25) = 50 + (−45)·0,3679 = 33,45 kg
Odpowiedź
m = 33,45 kg
11.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: c21 = −20
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
c21 = 5·(−1) + 3·(−5) = −20
Odpowiedź
c21 = −20
12.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: λ = 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.
Równanie charakterystyczne
λ² − (3)λ + (−18) = 0
Rozwiąż
λ = (3 ± √(81))/2 → λ = −3, 6
λ = 6
Odpowiedź
λ = 6
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: θ = 114,7 °
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
a·b = (−3)·(−2) + (−2)·(−3) + (−6)·5 = −18
Długości
|a| = √((−3)² + (−2)² + (−6)²) = 7
|b| = √((−2)² + (−3)² + 5²) = 6,164
Kąt
cos θ = −18/(7·6,164) = −0,4171
θ = arccos(−0,4171) = 114,7°
Odpowiedź
θ = 114,7°
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: V = 85
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 b × c
(b × c)x = bycz − bzcy = 3·(−5) − 2·1 = −17
(b × c)y = bzcx − bxcz = 2·1 − 3·(−5) = 17
(b × c)z = bxcy − bycx = 3·1 − 3·1 = 0
Iloczyn skalarny z a
a·(b × c) = (−2)·(−17) + 3·17 + 4·0 = 85
V = |85| = 85
Odpowiedź
V = 85
15.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: σ = 0,8047
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.
Średnia
μ = 0·0,3 + 1·0,35 + 2·0,35 = 1,05
Średnia kwadratów
E(X²) = 0·0,3 + 1·0,35 + 4·0,35 = 1,75
Wariancja
Var(X) = 1,75 − 1,05² = 0,6475
σ = √0,6475 = 0,8047
Odpowiedź
σ = 0,8047
16.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: P = 0,2668
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 = 1
Tablica rozkładu normalnego
Φ(1) = 0,8413
P = 0,8413
Odpowiedź
P = 0,8413
19.Rozkład normalny
Odpowiedź: z = 1,49
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 + 0,8638)/2 = 0,9319
Czytaj tablicę z wstecz
Znajdź 0,9319 wewnątrz tablicy i odczytaj z.
z = 1,49
Odpowiedź
z = 1,49
20.Rozkład normalny
Odpowiedź: x = 36,05 min
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.