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→∞ (1 + 0,5/x)2x. Podaj wartość dziesiętną.
f(x) = (1 + 0,5/x)2xx → ∞
L =
2.GraniceTrudny
Oblicz granicę L = limx→0 (1 − cos 4x)/(4x²), z x w radianach.
f(x) = (1 − cos 4x)/(4x²)x → 0
L =
3.PochodneŚredni
Dana jest funkcja f(x) = (3x + 1)5. Wyznacz f′(1).
f(x) = (3x + 1)5x = 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 = ∫03 ex dx.
f(x) = ex[0, 3]
I =
6.CałkiTrudny
Wyznacz pole A obszaru ograniczonego przez y = 0,5x2 i y = x.
y = 0,5x2y = x
A =
7.Liczby zespoloneŚredni
Znajdź argument θ liczby z = −5 + j w stopniach, jako wartość główną między −180° a 180°.
z = −5 + j
θ = °
8.Liczby zespoloneTrudny
Znajdź część urojoną (−1 + j)⁵.
z = −1 + jn = 5
Im(z⁵) =
9.Równania różniczkoweŚredni
Filiżankę kawy o temperaturze 94 °C zostawiono w pokoju o temperaturze 24 °C. Po 18 min jej temperatura wynosi 65 °C. Podlega ona prawu stygnięcia Newtona, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Po jakim czasie od początku, t, osiągnie 74 °C?
T0 = 94 °CTa = 24 °CT(18) = 65 °CT = 74 °C
t = min
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 5 L/min, a dobrze wymieszany roztwór wypływa z tym samym natężeniem. Ile soli m jest w zbiorniku po 70 min?
V = 500 Lm0 = 5 kgc = 0,1 kg/Lr = 5 L/min
m = kg
11.Macierze i wyznacznikiŚredni
Wyznacz wyznacznik det A pokazanej macierzy 3×3 A.
A = [4 3 −2; −1 −3 −4; −1 2 −1]
det A =
12.Macierze i wyznacznikiTrudny
Rozwiąż układ −x + 6y = −6 i −4x − 5y = 10. Wyznacz x.
−x + 6y = −6−4x − 5y = 10
x =
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
Znajdź iloczyn skalarny a·b wektorów a = (−3, −2, −4) i b = (−5, 7, −4).
a = (−3, −2, −4)b = (−5, 7, −4)
a·b =
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
Dla a = (−4, −5, −4) i b = (−2, 2, 0) znajdź składową x, czyli (a × b)x, iloczynu wektorowego a × b.
a = (−4, −5, −4)b = (−2, 2, 0)
(a × b)x =
15.PrawdopodobieństwoŚredni
W worku jest 5 kul czerwonych i 6 niebieskich. Losujesz dwie kule bez zwracania pierwszej. Jakie jest prawdopodobieństwo P, że obie są czerwone?
5 / 6
P =
16.PrawdopodobieństwoTrudny
Test ma 7 pytań wielokrotnego wyboru. Studentka, która zgaduje, odpowiada poprawnie na każde z prawdopodobieństwem 0,5, niezależnie. Jakie jest prawdopodobieństwo P dokładnie 2 poprawnych odpowiedzi?
n = 7p = 0,5k = 2
P =
17.Statystyka opisowaŚredni
Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 52, 43, 21, 12, 35.
n = 5
s =
18.Statystyka opisowaTrudny
Wyniki egzaminu mają rozkład normalny ze średnią 50 i odchyleniem standardowym 8. Wyznacz wynik z z dla wyniku 46.
μ = 50σ = 8x = 46
z =
19.Rozkład normalnyŚredni
Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole pod standardową krzywą normalną, na prawo od z, wynosiło 0,0548. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.
A = 0,0548
z =
20.Rozkład normalnyTrudny
Rozkład wyników egzaminu jest normalny ze średnią 65 pkt i odchyleniem standardowym 10 pkt. Wyznacz wartość x, poniżej której leży 75% wszystkich wartości (75. percentyl).
μ = 65σ = 10P = 75%
x = pkt
3Roztwory
1.Granice
Odpowiedź: L = 2,718
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).
Zlogarytmuj
ln L = limx→∞ 2·x·ln(1 + 0,5/x)
Oblicz
ln(1 + u)/u → 1 przy u → 0, więc x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 2·0,5 = 1
Odwróć logarytm
L = e1 = 2,718
Odpowiedź
L = 2,718
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).
Pierwsze zastosowanie
4·sin 4x/(8x) → 0/0
Drugie zastosowanie
16·cos 4x/8
Podstaw x = 0
L = 16/8 = 2
Odpowiedź
L = 2
3.Pochodne
Odpowiedź: f′(1) = 3840
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) = 5·(3x + 1)4·3
Podstaw
f′(1) = 5·44·3 = 3840
Odpowiedź
f′(1) = 3840
4.Pochodne
Odpowiedź: x = −3
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 = −3 lub x = −2
Które jest które
f″(x) = 6x + 15: ujemna w maksimum, dodatnia w minimum.
f″(−3) = −3, f″(−2) = 3
x = −3
Odpowiedź
x = −3
5.Całki
Odpowiedź: I = 19,09
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) = ex/1
Podstaw granice
I = (e3 − 1)/1 = (20,09 − 1)/1 = 19,09
Odpowiedź
I = 19,09
6.Całki
Odpowiedź: A = 0,6667
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 = x → x = 0, x = 2
Całkuj górną minus dolną
A = [0,5x2 − 0,1667x3]02 = 0,6667
Odpowiedź
A = 0,6667
7.Liczby zespolone
Odpowiedź: θ = 168,7 °
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.
Ćwiartka
a = −5, b = 1 → II
Kąt odniesienia
α = atan(1/5) = 11,31°
Argument
θ = 180° − α = 168,7°
Odpowiedź
θ = 168,7°
W postaci biegunowej z = 5,099∠168,7°.
8.Liczby zespolone
Odpowiedź: Im(z⁵) = −4
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.
Potęgi krok po kroku
z² = (−1 + j)(−1 + j) = −j2
z³ = (−j2)(−1 + j) = 2 + j2
z⁴ = (2 + j2)(−1 + j) = −4
z⁵ = (−4)(−1 + j) = 4 − j4
Sprawdź wzorem de Moivre’a
z = 1,414∠135° → z⁵ = 5,657∠−45°
Im(z⁵) = −4
Odpowiedź
Im(z⁵) = −4
9.Równania różniczkowe
Odpowiedź: t = 11,32 min
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.
Stała stygnięcia
k = ln(70/41)/18 = 0,02972 min⁻¹
Czas do osiągnięcia celu
t = ln(70/50)/0,02972 = 11,32 min
Odpowiedź
t = 11,32 min
10.Równania różniczkowe
Odpowiedź: m = 27,65 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 = 5·0,1 − (5/500)·m = 0,5 − 0,01·m
Rozwiąż
Czynnik całkujący to ert/V; rozwiązanie dąży do stanu równowagi c·V.
m(t) = 50 + (−45)·e−t/100
Podstaw t
m(70) = 50 + (−45)·0,4966 = 27,65 kg
Odpowiedź
m = 27,65 kg
11.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: det A = 63
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 = 11, M₁₂ = −3, M₁₃ = −5
Rozwinięcie Laplace'a
det A = 4·11 − 3·(−3) + (−2)·(−5) = 63
Odpowiedź
det A = 63
12.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: x = −1,034
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)·(−5) − 6·(−4) = 29
Zastąp kolumnę x
det Aₓ = (−6)·(−5) − 6·10 = −30
x = −30/29 = −1,034
Odpowiedź
x = −1,034
y = −1,172
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: a·b = 17
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.
Dodatni: kąt między wektorami jest mniejszy niż 90°.
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: (a × b)x = 8
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.
Iloczyn wektorowy, składowa po składowej
(a × b)x = aybz − azby = (−5)·0 − (−4)·2 = 8
(a × b)y = azbx − axbz = (−4)·(−2) − (−4)·0 = 8
(a × b)z = axby − aybx = (−4)·2 − (−5)·(−2) = −18
Żądana składowa
(a × b)x = 8
Odpowiedź
(a × b)x = 8
Sprawdzenie: a × b jest prostopadły do obu wektorów, więc jego iloczyn skalarny z a i z b jest równy zero.
15.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: P = 0,1818
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.
Pierwsze i drugie losowanie
P = 5/11 · 4/10 = 20/110 = 0,1818
Odpowiedź
P = 0,1818
16.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: P = 0,1641
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 = (46 − 50)/8 = −0,5
Odpowiedź
z = −0,5
19.Rozkład normalny
Odpowiedź: z = 1,6
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 − 0,0548 = 0,9452
Czytaj tablicę z wstecz
Znajdź 0,9452 wewnątrz tablicy i odczytaj z.
z = 1,60
Odpowiedź
z = 1,60
20.Rozkład normalny
Odpowiedź: x = 71,75 pkt
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.