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 − 1/x)3x. Podaj wartość dziesiętną.
f(x) = (1 − 1/x)3xx → ∞
L =
2.GraniceTrudny
Oblicz granicę L = limx→0 (1 − cos 5x)/(2x²), z x w radianach.
f(x) = (1 − cos 5x)/(2x²)x → 0
L =
3.PochodneŚredni
Dana jest funkcja f(x) = ln(x2 + 2). Wyznacz f′(1).
f(x) = ln(x2 + 2)x = 1
f′(1) =
4.PochodneTrudny
Styczna do f(x) = 0,5x2 − 5x + 5 w x = −1 przecina oś y w y = b. Wyznacz b.
f(x) = 0,5x2 − 5x + 5x = −1
b =
5.CałkiŚredni
Oblicz I = ∫210 1/x dx.
f(x) = 1/x[2, 10]
I =
6.CałkiTrudny
Wyznacz pole A obszaru ograniczonego przez y = x2 i y = 4x.
y = x2y = 4x
A =
7.Liczby zespoloneŚredni
Zapisz z = 2,5∠35° w postaci algebraicznej a + jb i podaj część rzeczywistą a.
r = 2,5θ = 35°
a =
8.Liczby zespoloneTrudny
Pierwiastki zⁿ = w z n = 3 i w = 27∠−120° to zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2. Znajdź część urojoną z₁.
w = 27∠−120°n = 3k = 1
Im(z₁) =
9.Równania różniczkoweŚredni
Odkuwkę stalową o temperaturze 500 °C zostawiono do ostygnięcia w warsztacie o temperaturze 23 °C. Po 57 min jej temperatura wynosi 176 °C. Podlega ona prawu stygnięcia Newtona, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Po jakim czasie od początku, t, osiągnie 306 °C?
T0 = 500 °CTa = 23 °CT(57) = 176 °CT = 306 °C
t = min
10.Równania różniczkoweTrudny
Układ spełnia równanie y″ + 2y′ + 26y = 260 dla t ≥ 0, startując ze spoczynku: y(0) = 0, y′(0) = 0. Wyznacz wartość szczytową ymax jego odpowiedzi skokowej.
y″ + 2y′ + 26y = 260y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.Macierze i wyznacznikiŚredni
Wyznacz wyznacznik det A pokazanej macierzy 3×3 A.
A = [5 −3 −4; 3 −3 −4; 4 −2 −3]
det A =
12.Macierze i wyznacznikiTrudny
Wyznacz większą wartość własną λ pokazanej macierzy A.
A = [6 −2; 4 0]
λ =
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
Znajdź rzut skalarny compb a wektora a = (−1, −2, 2) na b = (−6, 6, −3), czyli składową a w kierunku b.
a = (−1, −2, 2)b = (−6, 6, −3)
compb a =
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
Znajdź objętość V równoległościanu, którego krawędzie wychodzące z jednego wierzchołka to a = (3, −5, −1), b = (4, 1, 5) i c = (−2, 4, −2).
a = (3, −5, −1)b = (4, 1, 5)c = (−2, 4, −2)
V =
15.PrawdopodobieństwoŚredni
Uczciwą kostką rzucamy 6 razy. Jakie jest prawdopodobieństwo P wyrzucenia co najmniej jednej szóstki?
n = 6
P =
16.PrawdopodobieństwoTrudny
Gra kosztuje €10. Wygrywasz €40 z prawdopodobieństwem 0,15 i €100 z prawdopodobieństwem 0,01; w pozostałych przypadkach nic nie wygrywasz. Stawka nie jest zwracana. Wyznacz oczekiwany zysk netto E(G) na jedną grę.
stawka = €10€40: p = 0,15€100: p = 0,01
E(G) = €
17.Statystyka opisowaŚredni
Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 52, 37, 32, 26, 39, 50.
n = 6
s =
18.Statystyka opisowaTrudny
Wielkość ma rozkład normalny ze średnią 100 i odchyleniem standardowym 12. Jaka część P wartości leży powyżej 94?
μ = 100σ = 12x = 94
P =
19.Rozkład normalnyŚredni
Rozkład wzrostu dorosłych mężczyzn jest normalny ze średnią 178 cm i odchyleniem standardowym 7 cm. Jaka część wartości leży między 169,6 a 190,95 cm? Podaj P w postaci dziesiętnej.
μ = 178σ = 7x1 = 169,6x2 = 190,95
P =
20.Rozkład normalnyTrudny
Rozkład wyników egzaminu jest normalny ze średnią 65 pkt i odchyleniem standardowym 10 pkt. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane górne 25% leżało na prawo od niej. Znajdź wartość graniczną x.
μ = 65 pktσ = 10 pkt25%
x = pkt
3Roztwory
1.Granice
Odpowiedź: L = 0,04979
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→∞ 3·x·ln(1 − 1/x)
Oblicz
ln(1 + u)/u → 1 przy u → 0, więc x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 3·(−1) = −3
Odwróć logarytm
L = e−3 = 0,04979
Odpowiedź
L = 0,04979
2.Granice
Odpowiedź: L = 6,25
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).
Pierwsze zastosowanie
5·sin 5x/(4x) → 0/0
Drugie zastosowanie
25·cos 5x/4
Podstaw x = 0
L = 25/4 = 6,25
Odpowiedź
L = 6,25
3.Pochodne
Odpowiedź: f′(1) = 0,6667
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 dla logarytmu
f′(x) = 2x/(x2 + 2)
Podstaw
f′(1) = 2/3 = 0,6667
Odpowiedź
f′(1) = 0,6667
4.Pochodne
Odpowiedź: b = 4,5
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(−1) = 10,5
f′(x) = x − 5 → f′(−1) = −6
Styczna w x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 10,5 − (−6)·(−1) = 4,5
Odpowiedź
b = 4,5
5.Całki
Odpowiedź: I = 1,609
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) = ln x
Podstaw granice
I = (ln 10 − ln 2) = ln 5 = 1,609
Odpowiedź
I = 1,609
6.Całki
Odpowiedź: A = 10,67
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
x2 = 4x → x = 0, x = 4
Całkuj górną minus dolną
A = [2x2 − 0,3333x3]04 = 10,67
Odpowiedź
A = 10,67
7.Liczby zespolone
Odpowiedź: a = 2,048
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.
Składowe
a = 2,5·cos(35°) = 2,048
b = 2,5·sin(35°) = 1,434
Postać algebraiczna
z = 2,048 + j1,434
a = 2,048
Odpowiedź
a = 2,048
8.Liczby zespolone
Odpowiedź: Im(z₁) = 2,954
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
271/3 = 3
Argument pierwiastka
θ₁ = (−120° + 360°·1)/3 = 80°
Postać algebraiczna
z₁ = 3·(cos 80° + j sin 80°) = 0,5209 + j2,954
Im(z₁) = 2,954
Odpowiedź
Im(z₁) = 2,954
Pierwiastki (3) leżą na okręgu o promieniu 3, w odstępach 120°.
9.Równania różniczkowe
Odpowiedź: t = 26,17 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(477/153)/57 = 0,01995 min⁻¹
Czas do osiągnięcia celu
t = ln(477/283)/0,01995 = 26,17 min
Odpowiedź
t = 26,17 min
10.Równania różniczkowe
Odpowiedź: ymax = 15,33
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.
Wartość ustalona i pierwiastki
yss = 10, r = −1 ± 5j
Stałe z wartości początkowych
y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −1A + 5B = 0 → B = −2
Szczyt
t = π/5 = 0,6283
ymax = 10·(1 + e−1·π/5) = 15,33
Odpowiedź
ymax = 15,33
11.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: det A = 2
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 = 1, M₁₂ = 7, M₁₃ = 6
Rozwinięcie Laplace'a
det A = 5·1 − (−3)·7 + (−4)·6 = 2
Odpowiedź
det A = 2
12.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: λ = 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.
Równanie charakterystyczne
λ² − (6)λ + (8) = 0
Rozwiąż
λ = (6 ± √(4))/2 → λ = 2, 4
λ = 4
Odpowiedź
λ = 4
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: compb a = −1,333
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 = (−1)·(−6) + (−2)·6 + 2·(−3) = −12
Długość b
|b| = √((−6)² + 6² + (−3)²) = 9
Rzut skalarny
compb a = a·b/|b| = −12/9 = −1,333
Odpowiedź
compb a = −1,333
Ujemny: a ma składową skierowaną przeciwnie do b.
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: V = 74
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 = 1·(−2) − 5·4 = −22
(b × c)y = bzcx − bxcz = 5·(−2) − 4·(−2) = −2
(b × c)z = bxcy − bycx = 4·4 − 1·(−2) = 18
Iloczyn skalarny z a
a·(b × c) = 3·(−22) + (−5)·(−2) + (−1)·18 = −74
V = |−74| = 74
Odpowiedź
V = 74
15.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: P = 0,6651
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.
Zdarzenie przeciwne
P(brak szóstki) = (5/6)6 = 0,3349
P = 1 − 0,3349 = 0,6651
Odpowiedź
P = 0,6651
16.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: E(G) = −3 €
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 = 0,15), 90 (p = 0,01), −10 (p = 0,84)
Wartość oczekiwana
E(G) = 30·0,15 + 90·0,01 − 10·0,84 = −3 €
Odpowiedź
E(G) = −3 €
Wartość ujemna oznacza, że średnio tracisz pieniądze.
17.Statystyka opisowa
Odpowiedź: s = 10,11
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 = −0,5
Tablica rozkładu normalnego
Φ(−0,5) = 0,3085
P = 1 − 0,3085 = 0,6915
Odpowiedź
P = 0,6915
19.Rozkład normalny
Odpowiedź: P = 0,8528
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 = (169,6 − 178)/7 = −1,2
z₂ = (190,95 − 178)/7 = 1,85
Pole pomiędzy
P = Φ(1,85) − Φ(−1,2) = 0,9678 − 0,1151 = 0,8528
Odpowiedź
P = 0,8528
20.Rozkład normalny
Odpowiedź: x = 71,7 pkt
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.