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 ln(1 + 5x)/sin(2x), z x w radianach.
f(x) = ln(1 + 5x)/sin(2x)x → 0
L =
3.PochodneŚredni
Dana jest funkcja f(x) = (2x + 1)3. Wyznacz f′(1).
f(x) = (2x + 1)3x = 1
f′(1) =
4.PochodneTrudny
Styczna do f(x) = 2x2 + 3x − 6 w x = 2 przecina oś y w y = b. Wyznacz b.
f(x) = 2x2 + 3x − 6x = 2
b =
5.CałkiŚredni
Oblicz I = ∫01 2x·(x² + 1)3 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)3[0, 1]
I =
6.CałkiTrudny
Wyznacz pole A obszaru ograniczonego przez y = x2 i y = 3x.
y = x2y = 3x
A =
7.Liczby zespoloneŚredni
Znajdź argument θ liczby z = −2 − j2 w stopniach, jako wartość główną między −180° a 180°.
z = −2 − j2
θ = °
8.Liczby zespoloneTrudny
Użyj wzoru de Moivre’a, aby znaleźć część rzeczywistą z⁸ dla z = −1 + j.
z = −1 + jn = 8
Re(z⁸) =
9.Równania różniczkoweŚredni
Puszkę napoju o temperaturze 3 °C wyjęto z lodówki do pokoju o temperaturze 30 °C. Po 7 min jej temperatura wynosi 8 °C. Podlega ona prawu stygnięcia Newtona, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Wyznacz stałą k w min⁻¹.
T0 = 3 °CTa = 30 °CT(7) = 8 °C
k = min⁻¹
10.Równania różniczkoweTrudny
Układ spełnia równanie y″ + 3y′ + 27,25y = 272,5 dla t ≥ 0, startując ze spoczynku: y(0) = 0, y′(0) = 0. Wyznacz wartość szczytową ymax jego odpowiedzi skokowej.
y″ + 3y′ + 27,25y = 272,5y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.Macierze i wyznacznikiŚredni
Niech C = AB dla pokazanych macierzy. Wyznacz element c22 (wiersz 2, kolumna 2).
A = [−1 1; −4 5]B = [−5 0; −1 −3]
c22 =
12.Macierze i wyznacznikiTrudny
Rozwiąż układ 4x + 5y = 5 i −3x − 4y = 4. Wyznacz x.
4x + 5y = 5−3x − 4y = 4
x =
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
Znajdź wartość k, dla której wektory a = (−6, 5, −2) i b = (−2, k, 4) są prostopadłe.
a = (−6, 5, −2)b = (−2, k, 4)
k =
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
Siła F = (−60, −20, −60) N działa w punkcie A(2, 4, 3). Współrzędne podano w metrach. Znajdź składową x, czyli Mx, momentu tej siły względem punkt O(−1, −1, −1).
F = (−60, −20, −60) NA(2, 4, 3) mO(−1, −1, −1) m
Mx = N·m
15.PrawdopodobieństwoŚredni
Na ile sposobów N można wybrać komisję 3 osób z grupy 9 osób? Kolejność nie ma znaczenia.
n = 9k = 3
N =
16.PrawdopodobieństwoTrudny
Test ma 7 pytań wielokrotnego wyboru. Studentka, która zgaduje, odpowiada poprawnie na każde z prawdopodobieństwem 0,2, niezależnie. Jakie jest prawdopodobieństwo P dokładnie 1 poprawnych odpowiedzi?
n = 7p = 0,2k = 1
P =
17.Statystyka opisowaŚredni
Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 25, 40, 32, 14, 12, 21, 10.
n = 7
s =
18.Statystyka opisowaTrudny
Wielkość ma rozkład normalny ze średnią 500 i odchyleniem standardowym 40. Jaka część P wartości leży powyżej 524?
μ = 500σ = 40x = 524
P =
19.Rozkład normalnyŚredni
Masy pudeł są niezależne i mają rozkład normalny ze średnią 12 kg i odchyleniem standardowym 0,8 kg. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że łączna masa 6 z nich przekroczy 71 kg. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.
μ = 12 kgσ = 0,8 kgn = 6> 71 kg
P =
20.Rozkład normalnyTrudny
Rozkład mas worków jest normalny ze średnią 250 g i odchyleniem standardowym 5 g. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane dolne 95% leżało na lewo od niej. Znajdź wartość graniczną x.
μ = 250 gσ = 5 g95%
x = g
3Roztwory
1.Granice
Odpowiedź: L = 0,01832
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 = e−4 = 0,01832
Odpowiedź
L = 0,01832
2.Granice
Odpowiedź: L = 2,5
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 [5/(1 + 5x)]/[2·cos 2x]
Podstaw x = 0
L = 5/2 = 2,5
Odpowiedź
L = 2,5
3.Pochodne
Odpowiedź: f′(1) = 54
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 + 1)2·2
Podstaw
f′(1) = 3·32·2 = 54
Odpowiedź
f′(1) = 54
4.Pochodne
Odpowiedź: b = −14
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) = 8
f′(x) = 4x + 3 → f′(2) = 11
Styczna w x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 8 − 11·2 = −14
Odpowiedź
b = −14
5.Całki
Odpowiedź: I = 3,75
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 = ∫12 u3 du
Scałkuj i podstaw granice
I = [u4/4]12 = (16 − 1)/4 = 3,75
Odpowiedź
I = 3,75
6.Całki
Odpowiedź: A = 4,5
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: θ = −135 °
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 = −2, b = −2 → III
Kąt odniesienia
α = atan(2/2) = 45°
Argument
θ = −(180° − α) = −135°
Odpowiedź
θ = −135°
W postaci biegunowej z = 2,828∠−135°.
8.Liczby zespolone
Odpowiedź: Re(z⁸) = 16
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 = √2∠135°
Wzór de Moivre’a
z⁸ = (√2)⁸∠1080° = 16∠0°
Postać algebraiczna
z⁸ = 16·(cos 0° + j sin 0°) = 16
Re(z⁸) = 16
Odpowiedź
Re(z⁸) = 16
9.Równania różniczkowe
Odpowiedź: k = 0,02926 min⁻¹
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.
Stosunek różnic temperatur
e−7k = -22/-27
Wyznacz k
k = ln(-27/-22)/7 = 0,02926 min⁻¹
Odpowiedź
k = 0,02926 min⁻¹
10.Równania różniczkowe
Odpowiedź: ymax = 13,9
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 = −1,5 ± 5j
Stałe z wartości początkowych
y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −1,5A + 5B = 0 → B = −3
Szczyt
t = π/5 = 0,6283
ymax = 10·(1 + e−1,5·π/5) = 13,9
Odpowiedź
ymax = 13,9
11.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: c22 = −15
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
c22 = (−4)·0 + 5·(−3) = −15
Odpowiedź
c22 = −15
12.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: x = 40
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 = 4·(−4) − 5·(−3) = −1
Zastąp kolumnę x
det Aₓ = 5·(−4) − 5·4 = −40
x = −40/(−1) = 40
Odpowiedź
x = 40
y = −31
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: k = −0,8
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 równa się zero
a·b = (−6)·(−2) + 5·k + (−2)·4 = 0
4 + 5·k = 0
Wyznacz k
k = −4/5 = −0,8
Odpowiedź
k = −0,8
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: Mx = −220 N·m
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.
Wektor położenia od O do A
r = A − O = (2, 4, 3) − (−1, −1, −1) = (3, 5, 4) m
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(9, 3) = (9·8·7)/(3·2·1) = 84
Odpowiedź
N = 84
16.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: P = 0,367
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.
Wzór dwumianowy
P(X = 1) = 7·0,21·0,86 = 7·0,2·0,2621 = 0,367
Odpowiedź
P = 0,367
17.Statystyka opisowa
Odpowiedź: s = 11,12
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 = 0,6
Tablica rozkładu normalnego
Φ(0,6) = 0,7257
P = 1 − 0,7257 = 0,2743
Odpowiedź
P = 0,2743
19.Rozkład normalny
Odpowiedź: P = 0,695
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 całkowitej
μT = 72 kg, σT = 0,8·√6 = 1,96 kg
Standaryzuj
z = (71 − 72)/1,96 = −0,51
Prawdopodobieństwo
P = 1 − Φ(−0,51) = 0,695
Odpowiedź
P = 0,695
20.Rozkład normalny
Odpowiedź: x = 258,2 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.