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)x. Podaj wartość dziesiętną.
f(x) = (1 + 2/x)xx → ∞
L =
2.GraniceTrudny
Oblicz granicę L = limx→0 (1 − cos 2x)/(3x²), z x w radianach.
f(x) = (1 − cos 2x)/(3x²)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 − 3 w x = −1 przecina oś y w y = b. Wyznacz b.
f(x) = 0,5x2 − 5x − 3x = −1
b =
5.CałkiŚredni
Oblicz I = ∫02 e2x dx.
f(x) = e2x[0, 2]
I =
6.CałkiTrudny
Obszar między prostą y = 5x a parabolą y = 2x² obraca się wokół osi x. Wyznacz objętość V otrzymanej bryły.
y = 5xy = 2x²
V =
7.Liczby zespoloneŚredni
Zapisz z = 3∠−155° w postaci algebraicznej a + jb i podaj część urojoną b.
r = 3θ = −155°
b =
8.Liczby zespoloneTrudny
Użyj wzoru de Moivre’a, aby znaleźć część urojoną z⁷ dla z = 2 + j2.
z = 2 + j2n = 7
Im(z⁷) =
9.Równania różniczkoweŚredni
Filiżankę kawy o temperaturze 91 °C zostawiono w pokoju o temperaturze 19 °C. Po 8 min jej temperatura wynosi 71 °C. Podlega ona prawu stygnięcia Newtona, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Wyznacz stałą k w min⁻¹.
T0 = 91 °CTa = 19 °CT(8) = 71 °C
k = min⁻¹
10.Równania różniczkoweTrudny
Rozwiąż y′ + 3y = 7e−2t z y(0) = 4. Wyznacz y(2).
y′ + 3y = 7e−2ty(0) = 4
y(2) =
11.Macierze i wyznacznikiŚredni
Wyznacz wyznacznik det A pokazanej macierzy 3×3 A.
A = [−4 −2 2; −4 −1 2; −4 −4 0]
det A =
12.Macierze i wyznacznikiTrudny
Wyznacz większą wartość własną λ pokazanej macierzy A.
A = [0 2; 2 0]
λ =
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
Znajdź rzut skalarny compb a wektora a = (−1, −1, −3) na b = (−5, 0, −2), czyli składową a w kierunku b.
a = (−1, −1, −3)b = (−5, 0, −2)
compb a =
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
Znajdź pole A trójkąta o wierzchołkach A(3, −1, 4), B(3, 2, 1) i C(−1, 1, −2). Współrzędne podano w metrach.
A(3, −1, 4)B(3, 2, 1)C(−1, 1, −2)
A = m²
15.PrawdopodobieństwoŚredni
Uczciwą kostką rzucamy 3 razy. Jakie jest prawdopodobieństwo P wyrzucenia co najmniej jednej szóstki?
n = 3
P =
16.PrawdopodobieństwoTrudny
Test ma 11 pytań wielokrotnego wyboru. Studentka, która zgaduje, odpowiada poprawnie na każde z prawdopodobieństwem 0,7, niezależnie. Jakie jest prawdopodobieństwo P dokładnie 1 poprawnych odpowiedzi?
n = 11p = 0,7k = 1
P =
17.Statystyka opisowaŚredni
Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 34, 20, 45, 28, 26, 59.
n = 6
s =
18.Statystyka opisowaTrudny
Wielkość ma rozkład normalny ze średnią 70 i odchyleniem standardowym 5. Jaka część P wartości leży powyżej 60?
μ = 70σ = 5x = 60
P =
19.Rozkład normalnyŚredni
Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole między −z a z pod standardową krzywą normalną wynosiło 0,8664. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.
A = 0,8664
z =
20.Rozkład normalnyTrudny
Czas okrążenia X biegacza A i czas okrążenia Y biegacza B są niezależnymi zmiennymi o rozkładzie normalnym: X ma średnią 52 s i odchylenie standardowe 4 s, Y ma średnią 48 s i odchylenie standardowe 3 s. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że X jest większe od Y. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.
μX = 52 s, σX = 4 sμY = 48 s, σY = 3 s
P =
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→∞ x·ln(1 + 2/x)
Oblicz
ln(1 + u)/u → 1 przy u → 0, więc x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 1·2 = 2
Odwróć logarytm
L = e2 = 7,389
Odpowiedź
L = 7,389
2.Granice
Odpowiedź: L = 0,6667
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
2·sin 2x/(6x) → 0/0
Drugie zastosowanie
4·cos 2x/6
Podstaw x = 0
L = 4/6 = 0,6667
Odpowiedź
L = 0,6667
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 = −3,5
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) = 2,5
f′(x) = x − 5 → f′(−1) = −6
Styczna w x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 2,5 − (−6)·(−1) = −3,5
Odpowiedź
b = −3,5
5.Całki
Odpowiedź: I = 26,8
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) = e2x/2
Podstaw granice
I = (e4 − 1)/2 = (54,6 − 1)/2 = 26,8
Odpowiedź
I = 26,8
6.Całki
Odpowiedź: V = 163,6
Objętości brył obrotowych: obrót obszaru pod krzywą y = f(x) od x = a do x = b wokół osi x tworzy bryłę, której przekrojem w punkcie x jest koło o promieniu f(x). Dodanie tych kół daje V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Gdy obszar leży między krzywą zewnętrzną R(x) a wewnętrzną r(x), każdy plasterek jest pierścieniem: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Promienie podnieś do kwadratu przed odejmowaniem.
Punkty przecięcia
5x = 2x² → x = 0, x = 2,5
Metoda pierścieni
V = π∫₀2,5 ((5x)² − (2x²)²) dx
Całkuj
V = π(25·2,5³/3 − 4·2,5⁵/5) = π·52,08 = 163,6
Odpowiedź
V = 163,6
7.Liczby zespolone
Odpowiedź: b = −1,268
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 = 3·cos(−155°) = −2,719
b = 3·sin(−155°) = −1,268
Postać algebraiczna
z = −2,719 − j1,268
b = −1,268
Odpowiedź
b = −1,268
8.Liczby zespolone
Odpowiedź: Im(z⁷) = −1024
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 = 2 + j2 = 2√2∠45°
Wzór de Moivre’a
z⁷ = (2√2)⁷∠315° = 1448∠−45°
Postać algebraiczna
z⁷ = 1448·(cos −45° + j sin −45°) = 1024 − j1024
Im(z⁷) = −1024
Odpowiedź
Im(z⁷) = −1024
9.Równania różniczkowe
Odpowiedź: k = 0,04068 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−8k = 52/72
Wyznacz k
k = ln(72/52)/8 = 0,04068 min⁻¹
Odpowiedź
k = 0,04068 min⁻¹
10.Równania różniczkowe
Odpowiedź: y(2) = 0,1208
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)′ = 7et
Rozwiązanie ogólne
y = 7/1·e−2t + C·e−3t = 7·e−2t + C·e−3t
Warunek początkowy
4 = 7 + C → C = −3
Oblicz
y(2) = 7·0,01832 + (−3)·0,002479 = 0,1208
Odpowiedź
y(2) = 0,1208
11.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: det A = 8
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 = 8, M₁₂ = 8, M₁₃ = 12
Rozwinięcie Laplace'a
det A = (−4)·8 − (−2)·8 + 2·12 = 8
Odpowiedź
det A = 8
12.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: λ = 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.
Równanie charakterystyczne
λ² − (0)λ + (−4) = 0
Rozwiąż
λ = (0 ± √(16))/2 → λ = −2, 2
λ = 2
Odpowiedź
λ = 2
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: compb a = 2,043
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
a·b = (−1)·(−5) + (−1)·0 + (−3)·(−2) = 11
Długość b
|b| = √((−5)² + 0² + (−2)²) = 5,385
Rzut skalarny
compb a = a·b/|b| = 11/5,385 = 2,043
Odpowiedź
compb a = 2,043
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: A = 10,39 m²
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.
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)3 = 0,5787
P = 1 − 0,5787 = 0,4213
Odpowiedź
P = 0,4213
16.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: P = 4,547 × 10⁻⁵
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 = −2
Tablica rozkładu normalnego
Φ(−2) = 0,02275
P = 1 − 0,02275 = 0,9772
Odpowiedź
P = 0,9772
19.Rozkład normalny
Odpowiedź: z = 1,5
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 + 0,8664)/2 = 0,9332
Czytaj tablicę z wstecz
Znajdź 0,9332 wewnątrz tablicy i odczytaj z.
z = 1,50
Odpowiedź
z = 1,50
20.Rozkład normalny
Odpowiedź: P = 0,7881
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).