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 + 0,5/x)2x. Podaj wartość dziesiętną.
f(x) = (1 + 0,5/x)2xx → ∞
L =
2.GraniceTrudny
Oblicz granicę L = limx→0 (ex − 1 − x)/x².
f(x) = (ex − 1 − x)/x²x → 0
L =
3.PochodneŚredni
Dana jest funkcja f(x) = x3·e2x. Wyznacz f′(2).
f(x) = x3·e2xx = 2
f′(2) =
4.PochodneTrudny
Dana jest funkcja f(x) = x3 − 12x2 + 36x. Wyznacz współrzędną x x maksimum lokalnego.
f(x) = x3 − 12x2 + 36x
x =
5.CałkiŚredni
Oblicz I = ∫₀π/3 x·cos x dx (x w radianach).
∫₀π/3 x·cos x dx
I =
6.CałkiTrudny
Wyznacz pole A obszaru między parabolą y = 4 − x² a osią x.
y = 4 − x²
A =
7.Liczby zespoloneŚredni
Znajdź argument θ liczby z = 3 − j4 w stopniach, jako wartość główną między −180° a 180°.
z = 3 − j4
θ = °
8.Liczby zespoloneTrudny
Dokładnie jeden z punktów A–D jest pierwiastkiem równania z⁶ = 729∠180°. Kliknij go.
w = 729∠180°n = 6
1A (3∠−150°)
2B (3∠180°)
3C (5,4∠−150°)
4D (3∠−120°)
9.Równania różniczkoweŚredni
Rozwiąż y″ + 3y′ + 2y = 0 z y(0) = 1 i y′(0) = 2. Wyznacz y(1,5).
y″ + 3y′ + 2y = 0y(0) = 1y′(0) = 2
y(1.5) =
10.Równania różniczkoweTrudny
Rozwiąż y′ + 3y = 9e−t z y(0) = 0. Wyznacz y(1).
y′ + 3y = 9e−ty(0) = 0
y(1) =
11.Macierze i wyznacznikiŚredni
Niech C = AB dla pokazanych macierzy. Wyznacz element c11 (wiersz 1, kolumna 1).
A = [−3 6; 1 −2]B = [6 2; 0 −6]
c11 =
12.Macierze i wyznacznikiTrudny
Rozwiąż układ 5x + 5y = 12 i 5x − 5y = −5. Wyznacz x.
5x + 5y = 125x − 5y = −5
x =
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
Znajdź wartość k, dla której wektory a = (−1, −1, 1) i b = (−4, 0, k) są prostopadłe.
a = (−1, −1, 1)b = (−4, 0, k)
k =
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
Wersor n̂ jest prostopadły do wektorów a = (2, −4, −4) i b = (−4, 5, 0) i ma dodatnią składową z. Znajdź jego składową x, czyli n̂x.
a = (2, −4, −4)b = (−4, 5, 0)n̂z > 0
n̂x =
15.PrawdopodobieństwoŚredni
Na ile sposobów N można wybrać komisję 4 osób z grupy 8 osób? Kolejność nie ma znaczenia.
n = 8k = 4
N =
16.PrawdopodobieństwoTrudny
Gra kosztuje €3. Wygrywasz €6 z prawdopodobieństwem 0,25 i €60 z prawdopodobieństwem 0,05; w pozostałych przypadkach nic nie wygrywasz. Stawka nie jest zwracana. Wyznacz oczekiwany zysk netto E(G) na jedną grę.
stawka = €3€6: p = 0,25€60: p = 0,05
E(G) = €
17.Statystyka opisowaŚredni
Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 44, 24, 16, 54, 59.
n = 5
s =
18.Statystyka opisowaTrudny
Wielkość ma rozkład normalny ze średnią 60 i odchyleniem standardowym 20. Jaka część P wartości leży poniżej 80?
μ = 60σ = 20x = 80
P =
19.Rozkład normalnyŚredni
Rozkład mas worków jest normalny ze średnią 250 g i odchyleniem standardowym 5 g. Jaka część wartości leży między 250 a 259,25 g? Podaj P w postaci dziesiętnej.
μ = 250σ = 5x1 = 250x2 = 259,25
P =
20.Rozkład normalnyTrudny
Rozkład mas worków jest normalny ze średnią 250 g i odchyleniem standardowym 5 g. Wyznacz wartość x, poniżej której leży 25% wszystkich wartości (25. percentyl).
μ = 250σ = 5P = 25%
x = g
3Roztwory
1.Granice
Odpowiedź: L = 2,718
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 + 0,5/x)
Oblicz
ln(1 + u)/u → 1 przy u → 0, więc x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 2·0,5 = 1
Odwróć logarytm
L = e1 = 2,718
Odpowiedź
L = 2,718
2.Granice
Odpowiedź: L = 0,5
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
(1·ex − 1)/(2x) → 0/0
Drugie zastosowanie
1·ex/2
Podstaw x = 0
L = 1·1/2 = 0,5
Odpowiedź
L = 0,5
3.Pochodne
Odpowiedź: f′(2) = 1529
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 iloczynu
f′(x) = u′v + uv′ = e2x·(3x2 + 2·x3)
Podstaw
f′(2) = 54,6·(12 + 16) = 1529
Odpowiedź
f′(2) = 1529
4.Pochodne
Odpowiedź: x = 2
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 − 24x + 36 = 3·(x2 − 8x + 12)
Rozwiąż f′(x) = 0
x = 2 lub x = 6
Które jest które
f″(x) = 6x − 24: ujemna w maksimum, dodatnia w minimum.
f″(2) = −12, f″(6) = 12
x = 2
Odpowiedź
x = 2
5.Całki
Odpowiedź: I = 0,4069
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.
Wybierz u i dv
u = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x
Funkcja pierwotna
∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x
Granice
(π/3·sin π/3 + cos π/3) − (0 + 1) = 0,4069
Odpowiedź
I = 0,4069
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.
Miejsca zerowe
4 − x² = 0 → x = ±2
Całkuj
A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67
Odpowiedź
A = 10,67
7.Liczby zespolone
Odpowiedź: θ = −53,13 °
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 = 3, b = −4 → IV
Kąt odniesienia
α = atan(4/3) = 53,13°
Argument
θ = −α = −53,13°
Odpowiedź
θ = −53,13°
W postaci biegunowej z = 5∠−53,13°.
8.Liczby zespolone
Odpowiedź: A (3∠−150°)
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| = 3
θ = 30°, 90°, 150°, −150°, −90°, −30°
Punkt
A = 3∠−150°
Odpowiedź
A (3∠−150°)
9.Równania różniczkowe
Odpowiedź: y(1.5) = 0,7432
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 = 4, B = −3
Oblicz
y(1,5) = 4·e−1,5 + (−3)·e−3 = 0,7432
Odpowiedź
y(1,5) = 0,7432
10.Równania różniczkowe
Odpowiedź: y(1) = 1,431
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)′ = 9e2t
Rozwiązanie ogólne
y = 9/2·e−t + C·e−3t = 4,5·e−t + C·e−3t
Warunek początkowy
0 = 4,5 + C → C = −4,5
Oblicz
y(1) = 4,5·0,3679 + (−4,5)·0,04979 = 1,431
Odpowiedź
y(1) = 1,431
11.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: c11 = −18
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
c11 = (−3)·6 + 6·0 = −18
Odpowiedź
c11 = −18
12.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: x = 0,7
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 = 5·(−5) − 5·5 = −50
Zastąp kolumnę x
det Aₓ = 12·(−5) − 5·(−5) = −35
x = −35/(−50) = 0,7
Odpowiedź
x = 0,7
y = 1,7
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: k = −4
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 równa się zero
a·b = (−1)·(−4) + (−1)·0 + 1·k = 0
4 + 1·k = 0
Wyznacz k
k = −4/1 = −4
Odpowiedź
k = −4
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: n̂x = −0,7603
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
(a × b)x = aybz − azby = (−4)·0 − (−4)·5 = 20
(a × b)y = azbx − axbz = (−4)·(−4) − 2·0 = 16
(a × b)z = axby − aybx = 2·5 − (−4)·(−4) = −6
Normalizacja
Składowa z wektora a × b jest ujemna, więc użyj −(a × b).
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(8, 4) = (8·7·6·5)/(4·3·2·1) = 70
Odpowiedź
N = 70
16.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: E(G) = 1,5 €
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: 3 (p = 0,25), 57 (p = 0,05), −3 (p = 0,7)
Wartość oczekiwana
E(G) = 3·0,25 + 57·0,05 − 3·0,7 = 1,5 €
Odpowiedź
E(G) = 1,5 €
Wartość dodatnia oznacza, że średnio wygrywasz pieniądze.
17.Statystyka opisowa
Odpowiedź: s = 18,73
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: P = 0,4678
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 = (250 − 250)/5 = 0
z₂ = (259,25 − 250)/5 = 1,85
Pole pomiędzy
P = Φ(1,85) − Φ(0) = 0,9678 − 0,5 = 0,4678
Odpowiedź
P = 0,4678
20.Rozkład normalny
Odpowiedź: x = 246,6 g
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.