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 + 8x) − x).
f(x) = √(x2 + 8x) − xx → ∞
L =
2.GraniceTrudny
Oblicz granicę L = limx→0 (e0,5x − 1 − 0,5x)/x².
f(x) = (e0,5x − 1 − 0,5x)/x²x → 0
L =
3.PochodneŚredni
Dana jest funkcja f(x) = (−2x + 1)5. Wyznacz f′(0).
f(x) = (−2x + 1)5x = 0
f′(0) =
4.PochodneTrudny
Styczna do f(x) = 3x2 + 4x + 6 w x = −2 przecina oś y w y = b. Wyznacz b.
f(x) = 3x2 + 4x + 6x = −2
b =
5.CałkiŚredni
Oblicz I = ∫02 2x·(x² + 1)2 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)2[0, 2]
I =
6.CałkiTrudny
Oblicz I = ∫₀2,5 x²·eˣ dx.
∫₀2,5 x²eˣ dx
I =
7.Liczby zespoloneŚredni
Rysunek przedstawia z = 2 − j2. Przy w = 2∠180° kliknij punkt, który przedstawia z·w.
z = 2 − j2w = 2∠180°
1A (4 − j4)
2B (−1 + j)
3C (−4 + j4)
4D (−2 + j2)
8.Liczby zespoloneTrudny
Użyj wzoru de Moivre’a, aby znaleźć część rzeczywistą z³ dla z = 1 − j√3.
z = 1 − j√3n = 3
Re(z³) =
9.Równania różniczkoweŚredni
Rozwiąż y″ + 7y′ + 12y = 0 z y(0) = 4 i y′(0) = 2. Wyznacz y(1,5).
y″ + 7y′ + 12y = 0y(0) = 4y′(0) = 2
y(1.5) =
10.Równania różniczkoweTrudny
Rozwiąż zagadnienie początkowe y′ + y/x = 5x dla x > 0, z y(1) = 2. Wyznacz y(2).
y′ + y/x = 5xy(1) = 2
y(2) =
11.Macierze i wyznacznikiŚredni
Niech C = AB dla pokazanych macierzy. Wyznacz element c12 (wiersz 1, kolumna 2).
A = [3 5; 6 3]B = [3 4; 0 −3]
c12 =
12.Macierze i wyznacznikiTrudny
Rozwiąż układ −6x − 5y = 0 i −3x − 2y = 10. Wyznacz x.
−6x − 5y = 0−3x − 2y = 10
x =
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
Znajdź kąt θ między wektorami a = (1, −4, 2) i b = (−6, −2, −6), w stopniach.
a = (1, −4, 2)b = (−6, −2, −6)
θ = °
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
Dla a = (−4, −1, 5) i b = (−4, 4, 0) znajdź składową z, czyli (a × b)z, iloczynu wektorowego a × b.
a = (−4, −1, 5)b = (−4, 4, 0)
(a × b)z =
15.PrawdopodobieństwoŚredni
Na ile sposobów N można wybrać komisję 5 osób z grupy 10 osób? Kolejność nie ma znaczenia.
n = 10k = 5
N =
16.PrawdopodobieństwoTrudny
Gra kosztuje €10. Wygrywasz €40 z prawdopodobieństwem 0,3 i €100 z prawdopodobieństwem 0,02; w pozostałych przypadkach nic nie wygrywasz. Stawka nie jest zwracana. Wyznacz oczekiwany zysk netto E(G) na jedną grę.
stawka = €10€40: p = 0,3€100: p = 0,02
E(G) = €
17.Statystyka opisowaŚredni
Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 13, 31, 18, 59, 53, 23, 56.
n = 7
s =
18.Statystyka opisowaTrudny
Wielkość ma rozkład normalny ze średnią 70 i odchyleniem standardowym 5. Jaka część P wartości leży powyżej 80?
μ = 70σ = 5x = 80
P =
19.Rozkład normalnyŚredni
X ma rozkład normalny ze średnią 250 g i odchyleniem standardowym 4 g; zmienna Y jest niezależna i ma rozkład normalny ze średnią 500 g i odchyleniem standardowym 9 g. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że X + Y jest większe niż 764,8 g. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.
μX = 250, σX = 4μY = 500, σY = 9X + Y > 764,8 g
P =
20.Rozkład normalnyTrudny
Rozkład mas worków jest normalny ze średnią 250 g i odchyleniem standardowym 5 g. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane górne 30% leżało na prawo od niej. Znajdź wartość graniczną x.
μ = 250 gσ = 5 g30%
x = g
3Roztwory
1.Granice
Odpowiedź: L = 4
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) = 8x/(√(x2 + 8x) + x)
Podziel przez x
f(x) = 8/(√(1 + 8/x) + 1)
Niech x → ∞
L = 8/(1 + 1) = 4
Odpowiedź
L = 4
2.Granice
Odpowiedź: L = 0,125
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
(0,5·e0,5x − 0,5)/(2x) → 0/0
Drugie zastosowanie
0,25·e0,5x/2
Podstaw x = 0
L = 0,25·1/2 = 0,125
Odpowiedź
L = 0,125
3.Pochodne
Odpowiedź: f′(0) = −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.
Reguła łańcuchowa
f′(x) = 5·(−2x + 1)4·(−2)
Podstaw
f′(0) = 5·14·(−2) = −10
Odpowiedź
f′(0) = −10
4.Pochodne
Odpowiedź: b = −6
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) = 10
f′(x) = 6x + 4 → f′(−2) = −8
Styczna w x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 10 − (−8)·(−2) = −6
Odpowiedź
b = −6
5.Całki
Odpowiedź: I = 41,33
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 = ∫15 u2 du
Scałkuj i podstaw granice
I = [u3/3]15 = (125 − 1)/3 = 41,33
Odpowiedź
I = 41,33
6.Całki
Odpowiedź: I = 37,59
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.
Pierwsza runda
∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx
Druga runda
∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)
Granice
12,18·(3,25) − 1·2 = 37,59
Odpowiedź
I = 37,59
7.Liczby zespolone
Odpowiedź: C (−4 + j4)
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.
Działanie w
|z·w| = 2·|z|, arg(z·w) = arg z + 180°
Punkt
z·w = −4 + j4 → C
Odpowiedź
C (−4 + j4)
8.Liczby zespolone
Odpowiedź: Re(z³) = −8
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 = 1 − j√3 = 2∠−60°
Wzór de Moivre’a
z³ = (2)³∠−180° = 8∠180°
Postać algebraiczna
z³ = 8·(cos 180° + j sin 180°) = −8
Re(z³) = −8
Odpowiedź
Re(z³) = −8
9.Równania różniczkowe
Odpowiedź: y(1.5) = 0,1653
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 = 4, −3A − 4B = 2
A = 18, B = −14
Oblicz
y(1,5) = 18·e−4,5 + (−14)·e−6 = 0,1653
Odpowiedź
y(1,5) = 0,1653
10.Równania różniczkowe
Odpowiedź: y(2) = 6,833
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∫1/x dx = x1
Całkuj
(x1y)′ = 5x2 → x1y = 5x3/3 + C
Warunek początkowy
2 = 5/3 + C → C = 0,3333
Oblicz
y(2) = (5·23/3 + 0,3333)/21 = 6,833
Odpowiedź
y(2) = 6,833
11.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: c12 = −3
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 = 3·4 + 5·(−3) = −3
Odpowiedź
c12 = −3
12.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: x = −16,67
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)·(−2) − (−5)·(−3) = −3
Zastąp kolumnę x
det Aₓ = 0·(−2) − (−5)·10 = 50
x = 50/(−3) = −16,67
Odpowiedź
x = −16,67
y = 20
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: θ = 104,5 °
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·(−6) + (−4)·(−2) + 2·(−6) = −10
Długości
|a| = √(1² + (−4)² + 2²) = 4,583
|b| = √((−6)² + (−2)² + (−6)²) = 8,718
Kąt
cos θ = −10/(4,583·8,718) = −0,2503
θ = arccos(−0,2503) = 104,5°
Odpowiedź
θ = 104,5°
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: (a × b)z = −20
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 = (−1)·0 − 5·4 = −20
(a × b)y = azbx − axbz = 5·(−4) − (−4)·0 = −20
(a × b)z = axby − aybx = (−4)·4 − (−1)·(−4) = −20
Żądana składowa
(a × b)z = −20
Odpowiedź
(a × b)z = −20
Sprawdzenie: a × b jest prostopadły do obu wektorów, więc jego iloczyn skalarny z a i z b jest równy zero.
15.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: N = 252
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.
Kombinacje
C(10, 5) = (10·9·8·7·6)/(5·4·3·2·1) = 252
Odpowiedź
N = 252
16.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: E(G) = 4 €
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: 30 (p = 0,3), 90 (p = 0,02), −10 (p = 0,68)
Wartość oczekiwana
E(G) = 30·0,3 + 90·0,02 − 10·0,68 = 4 €
Odpowiedź
E(G) = 4 €
Wartość dodatnia oznacza, że średnio wygrywasz pieniądze.
17.Statystyka opisowa
Odpowiedź: s = 19,43
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 = 2
Tablica rozkładu normalnego
Φ(2) = 0,9772
P = 1 − 0,9772 = 0,02275
Odpowiedź
P = 0,02275
19.Rozkład normalny
Odpowiedź: P = 0,06681
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).
Rozkład sumy
μ = 750 g, σ = √(4² + 9²) = 9,849 g
Standaryzuj
z = (764,8 − 750)/9,849 = 1,5
Górny ogon
P = 1 − Φ(1,5) = 1 − 0,9332 = 0,06681
Odpowiedź
P = 0,06681
20.Rozkład normalny
Odpowiedź: x = 252,6 g
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.