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 + 2/x)2x. Podaj wartość dziesiętną.
f(x) = (1 + 2/x)2xx → ∞
L =
2.GraniceTrudny
Oblicz granicę L = limx→0 (1 − cos 3x)/(3x²), z x w radianach.
f(x) = (1 − cos 3x)/(3x²)x → 0
L =
3.PochodneŚredni
Dana jest funkcja f(x) = (−2x − 1)4. Wyznacz f′(2).
f(x) = (−2x − 1)4x = 2
f′(2) =
4.PochodneTrudny
Dana jest funkcja f(x) = x3 − 13,5x2 + 54x − 4. Wyznacz współrzędną x x minimum lokalnego.
f(x) = x3 − 13,5x2 + 54x − 4
x =
5.CałkiŚredni
Oblicz I = ∫02 2x·(x² + 1)3 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)3[0, 2]
I =
6.CałkiTrudny
Wyznacz pole A obszaru między parabolą y = 1 − x² a osią x.
y = 1 − x²
A =
7.Liczby zespoloneŚredni
Zapisz z = 8 − j6 w postaci wykładniczej r·ejθ. Podaj θ w radianach, między −π a π.
z = 8 − j6
θ = rad
8.Liczby zespoloneTrudny
Dokładnie jeden z punktów A–D jest pierwiastkiem równania z³ = 8∠60°. Kliknij go.
w = 8∠60°n = 3
1A (2∠−130°)
2B (2∠−100°)
3C (2∠100°)
4D (3,6∠−100°)
9.Równania różniczkoweŚredni
Rozwiąż y″ + 3y′ + 2y = 0 z y(0) = 1 i y′(0) = -2. Wyznacz y(0,5).
y″ + 3y′ + 2y = 0y(0) = 1y′(0) = -2
y(0.5) =
10.Równania różniczkoweTrudny
Układ spełnia równanie y″ + 2y′ + 17y = 17 dla t ≥ 0, startując ze spoczynku: y(0) = 0, y′(0) = 0. Wyznacz wartość szczytową ymax jego odpowiedzi skokowej.
y″ + 2y′ + 17y = 17y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.Macierze i wyznacznikiŚredni
Wyznacz wyznacznik det A pokazanej macierzy 3×3 A.
A = [0 3 1; −2 0 −1; −2 0 3]
det A =
12.Macierze i wyznacznikiTrudny
Wyznacz większą wartość własną λ pokazanej macierzy A.
A = [−2 −3; −1 0]
λ =
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
Znajdź rzut skalarny compb a wektora a = (2, 3, 3) na b = (−3, −3, 1), czyli składową a w kierunku b.
a = (2, 3, 3)b = (−3, −3, 1)
compb a =
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
Dla a = (3, −5, 4) i b = (3, 6, 2) znajdź składową x, czyli (a × b)x, iloczynu wektorowego a × b.
a = (3, −5, 4)b = (3, 6, 2)
(a × b)x =
15.PrawdopodobieństwoŚredni
Dla pokazanego rozkładu wyznacz wariancję Var(X) zmiennej X.
x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,3, 0,35
Var(X) =
16.PrawdopodobieństwoTrudny
Test ma 10 pytań wielokrotnego wyboru. Studentka, która zgaduje, odpowiada poprawnie na każde z prawdopodobieństwem 0,2, niezależnie. Jakie jest prawdopodobieństwo P dokładnie 4 poprawnych odpowiedzi?
n = 10p = 0,2k = 4
P =
17.Statystyka opisowaŚredni
Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 47, 18, 57, 56, 29, 50, 45.
n = 7
s =
18.Statystyka opisowaTrudny
Wyniki egzaminu mają rozkład normalny ze średnią 500 i odchyleniem standardowym 100. Wyznacz wynik z z dla wyniku 300.
μ = 500σ = 100x = 300
z =
19.Rozkład normalnyŚredni
X ma rozkład normalny ze średnią 60 s i odchyleniem standardowym 5 s; zmienna Y jest niezależna i ma rozkład normalny ze średnią 45 s i odchyleniem standardowym 4 s. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że X + Y jest większe niż 113 s. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.
μX = 60, σX = 5μY = 45, σY = 4X + Y > 113 s
P =
20.Rozkład normalnyTrudny
Rozkład wyników egzaminu jest normalny ze średnią 65 pkt i odchyleniem standardowym 10 pkt. Wyznacz wartość x, poniżej której leży 10% wszystkich wartości (10. percentyl).
μ = 65σ = 10P = 10%
x = pkt
3Roztwory
1.Granice
Odpowiedź: L = 54,6
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 + 2/x)
Oblicz
ln(1 + u)/u → 1 przy u → 0, więc x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 2·2 = 4
Odwróć logarytm
L = e4 = 54,6
Odpowiedź
L = 54,6
2.Granice
Odpowiedź: L = 1,5
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
3·sin 3x/(6x) → 0/0
Drugie zastosowanie
9·cos 3x/6
Podstaw x = 0
L = 9/6 = 1,5
Odpowiedź
L = 1,5
3.Pochodne
Odpowiedź: f′(2) = 1000
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·(−2x − 1)3·(−2)
Podstaw
f′(2) = 4·(−5)3·(−2) = 1000
Odpowiedź
f′(2) = 1000
4.Pochodne
Odpowiedź: x = 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.
Pochodna
f′(x) = 3x2 − 27x + 54 = 3·(x2 − 9x + 18)
Rozwiąż f′(x) = 0
x = 3 lub x = 6
Które jest które
f″(x) = 6x − 27: ujemna w maksimum, dodatnia w minimum.
f″(3) = −9, f″(6) = 9
x = 6
Odpowiedź
x = 6
5.Całki
Odpowiedź: I = 156
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 u3 du
Scałkuj i podstaw granice
I = [u4/4]15 = (625 − 1)/4 = 156
Odpowiedź
I = 156
6.Całki
Odpowiedź: A = 1,333
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.
Miejsca zerowe
1 − x² = 0 → x = ±1
Całkuj
A = [1x − x³/3]−11 = 0,6667 − (−0,6667) = 1,333
Odpowiedź
A = 1,333
7.Liczby zespolone
Odpowiedź: θ = −0,6435 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 = √(64 + 36) = 10
Argument w radianach
θ = −36,87° = −36,87·π/180 = −0,6435 rad
Postać wykładnicza
z = 10·e−j0,6435
Odpowiedź
θ = −0,6435 rad
8.Liczby zespolone
Odpowiedź: B (2∠−100°)
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 i argumenty pierwiastków
|z| = 2
θ = 20°, 140°, −100°
Punkt
B = 2∠−100°
Odpowiedź
B (2∠−100°)
9.Równania różniczkowe
Odpowiedź: y(0.5) = 0,3679
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 + 1)(r + 2) = 0 → r = −1, −2
Stałe z wartości początkowych
A + B = 1, −1A − 2B = -2
A = 0, B = 1
Oblicz
y(0,5) = 0·e−0,5 + 1·e−1 = 0,3679
Odpowiedź
y(0,5) = 0,3679
10.Równania różniczkowe
Odpowiedź: ymax = 1,456
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 = 1, r = −1 ± 4j
Stałe z wartości początkowych
y(0) = 1 + A = 0 → A = −1
y′(0) = −1A + 4B = 0 → B = −0,25
Szczyt
t = π/4 = 0,7854
ymax = 1·(1 + e−1·π/4) = 1,456
Odpowiedź
ymax = 1,456
11.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: det A = 24
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 = 0, M₁₂ = −8, M₁₃ = 0
Rozwinięcie Laplace'a
det A = 0·0 − 3·(−8) + 1·0 = 24
Odpowiedź
det A = 24
12.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: λ = 1
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 − (−2)λ + (−3) = 0
Rozwiąż
λ = (−2 ± √(16))/2 → λ = −3, 1
λ = 1
Odpowiedź
λ = 1
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: compb a = −2,753
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 = 2·(−3) + 3·(−3) + 3·1 = −12
Długość b
|b| = √((−3)² + (−3)² + 1²) = 4,359
Rzut skalarny
compb a = a·b/|b| = −12/4,359 = −2,753
Odpowiedź
compb a = −2,753
Ujemny: a ma składową skierowaną przeciwnie do b.
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: (a × b)x = −34
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, składowa po składowej
(a × b)x = aybz − azby = (−5)·2 − 4·6 = −34
(a × b)y = azbx − axbz = 4·3 − 3·2 = 6
(a × b)z = axby − aybx = 3·6 − (−5)·3 = 33
Żądana składowa
(a × b)x = −34
Odpowiedź
(a × b)x = −34
Sprawdzenie: a × b jest prostopadły do obu wektorów, więc jego iloczyn skalarny z a i z b jest równy zero.
15.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: Var(X) = 0,7
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 = 0·0,35 + 1·0,3 + 2·0,35 = 1
Średnia kwadratów
E(X²) = 0·0,35 + 1·0,3 + 4·0,35 = 1,7
Wariancja
Var(X) = 1,7 − 1² = 0,7
Odpowiedź
Var(X) = 0,7
16.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: P = 0,08808
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 = (300 − 500)/100 = −2
Odpowiedź
z = −2
19.Rozkład normalny
Odpowiedź: P = 0,1056
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 = 105 s, σ = √(5² + 4²) = 6,403 s
Standaryzuj
z = (113 − 105)/6,403 = 1,25
Górny ogon
P = 1 − Φ(1,25) = 1 − 0,8944 = 0,1056
Odpowiedź
P = 0,1056
20.Rozkład normalny
Odpowiedź: x = 52,18 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.