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)2x. Podaj wartość dziesiętną.
f(x) = (1 + 1/x)2xx → ∞
L =
2.GraniceTrudny
Oblicz granicę L = limx→0 ln(1 + 3x)/sin(2x), z x w radianach.
f(x) = ln(1 + 3x)/sin(2x)x → 0
L =
3.PochodneŚredni
Dana jest funkcja f(x) = (2x + 5)3. Wyznacz f′(2).
f(x) = (2x + 5)3x = 2
f′(2) =
4.PochodneTrudny
Dana jest funkcja f(x) = x3 − 15x2 + 63x − 5. Wyznacz współrzędną x x maksimum lokalnego.
f(x) = x3 − 15x2 + 63x − 5
x =
5.CałkiŚredni
Oblicz I = ∫03 e−0,5x dx.
f(x) = e−0,5x[0, 3]
I =
6.CałkiTrudny
Wyznacz pole A obszaru ograniczonego przez y = x2 i y = 3x.
y = x2y = 3x
A =
7.Liczby zespoloneŚredni
Liczba z = 3·ej2,8 ma kąt w radianach. Znajdź jej część rzeczywistą a.
r = 3θ = 2,8 rad
a =
8.Liczby zespoloneTrudny
Równanie z² − 5z + 7,25 = 0 ma dwa pierwiastki zespolone. Znajdź ich moduł |z|.
p = −5q = 7,25
|z| =
9.Równania różniczkoweŚredni
Rozwiąż y″ + 8y′ + 16y = 0 z y(0) = 5 i y′(0) = -2. Wyznacz y(2).
Wyznacz wyznacznik det A pokazanej macierzy 3×3 A.
A = [5 1 −1; −3 −2 −2; −2 0 −3]
det A =
12.Macierze i wyznacznikiTrudny
Rozwiąż układ −x + 6y = 6 i 3x − 4y = 6. Wyznacz x.
−x + 6y = 63x − 4y = 6
x =
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
Znajdź iloczyn skalarny a·b wektorów a = (−4, −3, 7) i b = (−7, −3, −2).
a = (−4, −3, 7)b = (−7, −3, −2)
a·b =
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
Znajdź objętość V równoległościanu, którego krawędzie wychodzące z jednego wierzchołka to a = (−2, −1, 2), b = (0, 4, 3) i c = (−2, 0, −2).
a = (−2, −1, 2)b = (0, 4, 3)c = (−2, 0, −2)
V =
15.PrawdopodobieństwoŚredni
Na ile sposobów N można wybrać komisję 5 osób z grupy 15 osób? Kolejność nie ma znaczenia.
n = 15k = 5
N =
16.PrawdopodobieństwoTrudny
X ma pokazany rozkład, a Y = 10X + 1. Wyznacz odchylenie standardowe σY zmiennej Y.
x: 1, 2, 3, 4p(x): 0,2, 0,2, 0,3, 0,3Y = 10X + 1
σY =
17.Statystyka opisowaŚredni
Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 33, 39, 22, 42, 39, 20.
n = 6
s =
18.Statystyka opisowaTrudny
Wielkość ma rozkład normalny ze średnią 70 i odchyleniem standardowym 12. Jaka część P wartości leży poniżej 82?
μ = 70σ = 12x = 82
P =
19.Rozkład normalnyŚredni
Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole pod standardową krzywą normalną, na prawo od z, wynosiło 0,8665. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.
A = 0,8665
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 = 7,389
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 + 1/x)
Oblicz
ln(1 + u)/u → 1 przy u → 0, więc x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 2·1 = 2
Odwróć logarytm
L = e2 = 7,389
Odpowiedź
L = 7,389
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).
Reguła de l'Hospitala
L = limx→0 [3/(1 + 3x)]/[2·cos 2x]
Podstaw x = 0
L = 3/2 = 1,5
Odpowiedź
L = 1,5
3.Pochodne
Odpowiedź: f′(2) = 486
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) = 3·(2x + 5)2·2
Podstaw
f′(2) = 3·92·2 = 486
Odpowiedź
f′(2) = 486
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 − 30x + 63 = 3·(x2 − 10x + 21)
Rozwiąż f′(x) = 0
x = 3 lub x = 7
Które jest które
f″(x) = 6x − 30: ujemna w maksimum, dodatnia w minimum.
f″(3) = −12, f″(7) = 12
x = 3
Odpowiedź
x = 3
5.Całki
Odpowiedź: I = 1,554
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.
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 = 3x → x = 0, x = 3
Całkuj górną minus dolną
A = [1,5x2 − 0,3333x3]03 = 4,5
Odpowiedź
A = 4,5
7.Liczby zespolone
Odpowiedź: a = −2,827
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 = 3·(cos 2,8 + j sin 2,8)
Składowe (radiany)
a = 3·cos 2,8 = −2,827
b = 3·sin 2,8 = 1,005
a = −2,827
Odpowiedź
a = −2,827
8.Liczby zespolone
Odpowiedź: |z| = 2,693
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.
Wyróżnik
p² − 4q = 25 − 29 = −4 < 0
Wzór na pierwiastki równania kwadratowego
z = (5 ± j√4)/2 = 2,5 + j, 2,5 − j
Odpowiedź
|z| = √(2,5² + 1²) = √7,25 = 2,693
Odpowiedź
|z| = 2,693
9.Równania różniczkowe
Odpowiedź: y(2) = 0,01375
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.
Pierwiastek podwójny
(r + 4)² = 0 → r = −4
Stałe
A = y(0) = 5
y′(0) = B − 4A → B = -2 + 20 = 18
Oblicz
y(2) = (5 + 18·2)·e−8 = 0,01375
Odpowiedź
y(2) = 0,01375
10.Równania różniczkowe
Odpowiedź: y(2) = 1,32
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 = e3t
(e3ty)′ = 9e2,5t
Rozwiązanie ogólne
y = 9/2,5·e−0,5t + C·e−3t = 3,6·e−0,5t + C·e−3t
Warunek początkowy
2 = 3,6 + C → C = −1,6
Oblicz
y(2) = 3,6·0,3679 + (−1,6)·0,002479 = 1,32
Odpowiedź
y(2) = 1,32
11.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: det A = 29
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 = 6, M₁₂ = 5, M₁₃ = −4
Rozwinięcie Laplace'a
det A = 5·6 − 1·5 + (−1)·(−4) = 29
Odpowiedź
det A = 29
12.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: x = 4,286
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)·(−4) − 6·3 = −14
Zastąp kolumnę x
det Aₓ = 6·(−4) − 6·6 = −60
x = −60/(−14) = 4,286
Odpowiedź
x = 4,286
y = 1,714
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: a·b = 23
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: V = 38
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 b × c
(b × c)x = bycz − bzcy = 4·(−2) − 3·0 = −8
(b × c)y = bzcx − bxcz = 3·(−2) − 0·(−2) = −6
(b × c)z = bxcy − bycx = 0·0 − 4·(−2) = 8
Iloczyn skalarny z a
a·(b × c) = (−2)·(−8) + (−1)·(−6) + 2·8 = 38
V = |38| = 38
Odpowiedź
V = 38
15.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: N = 3003
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(15, 5) = (15·14·13·12·11)/(5·4·3·2·1) = 3003
Odpowiedź
N = 3003
16.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: σY = 11
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.
Rozrzut X
μ = 2,7, Var(X) = 1,21, σX = 1,1
Zmiana liniowa
σY = |10|·1,1 = 11
Odpowiedź
σY = 11
Średnia się przesuwa: E(Y) = 10·2,7 + 1 = 28.
17.Statystyka opisowa
Odpowiedź: s = 9,397
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 = −1,11
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 − 0,8665 = 0,1335
Czytaj tablicę z wstecz
Znajdź 0,1335 wewnątrz tablicy i odczytaj z.
z = −1,11
Odpowiedź
z = −1,11
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.