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→∞ (−2x2 + 4x + 6)/(x2 + 5x + 7).
f(x) = (−2x2 + 4x + 6)/(x2 + 5x + 7)x → ∞
L =
2.GraniceTrudny
Oblicz granicę L = limx→0 (1 − cos 3x)/(x²), z x w radianach.
f(x) = (1 − cos 3x)/(x²)x → 0
L =
3.PochodneŚredni
Dana jest funkcja f(x) = (3x − 1)4. Wyznacz f′(0).
f(x) = (3x − 1)4x = 0
f′(0) =
4.PochodneTrudny
Styczna do f(x) = 3x2 − 5x + 2 w x = −1 przecina oś y w y = b. Wyznacz b.
f(x) = 3x2 − 5x + 2x = −1
b =
5.CałkiŚredni
Oblicz I = ∫03 e0,5x dx.
f(x) = e0,5x[0, 3]
I =
6.CałkiTrudny
Oblicz I = ∫₀2 x²·eˣ dx.
∫₀2 x²eˣ dx
I =
7.Liczby zespoloneŚredni
Zapisz z = 5∠−130° w postaci algebraicznej a + jb i podaj część rzeczywistą a.
r = 5θ = −130°
a =
8.Liczby zespoloneTrudny
Równanie z² + 3z + 6,25 = 0 ma dwa pierwiastki zespolone. Znajdź ich moduł |z|.
p = 3q = 6,25
|z| =
9.Równania różniczkoweŚredni
Rozwiąż y″ + 8y′ + 16y = 0 z y(0) = 3 i y′(0) = -1. Wyznacz y(0,5).
y″ + 8y′ + 16y = 0y(0) = 3y′(0) = -1
y(0.5) =
10.Równania różniczkoweTrudny
Układ spełnia równanie y″ + 4y′ + 8y = 80 dla t ≥ 0, startując ze spoczynku: y(0) = 0, y′(0) = 0. Wyznacz wartość szczytową ymax jego odpowiedzi skokowej.
y″ + 4y′ + 8y = 80y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.Macierze i wyznacznikiŚredni
Niech C = AB dla pokazanych macierzy. Wyznacz element c12 (wiersz 1, kolumna 2).
A = [6 1; 1 −6]B = [−4 −3; 0 −3]
c12 =
12.Macierze i wyznacznikiTrudny
Rozwiąż układ 5x − 3y = −9 i 6x − 5y = 9. Wyznacz x.
5x − 3y = −96x − 5y = 9
x =
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
Znajdź iloczyn skalarny a·b wektorów a = (0, −7, −4) i b = (5, 0, −5).
a = (0, −7, −4)b = (5, 0, −5)
a·b =
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
Dla a = (−3, 4, −4) i b = (2, 4, −5) znajdź składową z, czyli (a × b)z, iloczynu wektorowego a × b.
a = (−3, 4, −4)b = (2, 4, −5)
(a × b)z =
15.PrawdopodobieństwoŚredni
W worku jest 8 kul czerwonych i 3 niebieskich. Losujesz dwie kule bez zwracania pierwszej. Jakie jest prawdopodobieństwo P, że obie są czerwone?
8 / 3
P =
16.PrawdopodobieństwoTrudny
X ma pokazany rozkład, a Y = 10X − 3. Wyznacz odchylenie standardowe σY zmiennej Y.
x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,35, 0,3Y = 10X − 3
σY =
17.Statystyka opisowaŚredni
Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 34, 13, 46, 17, 35, 18.
n = 6
s =
18.Statystyka opisowaTrudny
Wielkość ma rozkład normalny ze średnią 50 i odchyleniem standardowym 5. Jaka część P wartości leży powyżej 44?
μ = 50σ = 5x = 44
P =
19.Rozkład normalnyŚredni
Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole między −z a z pod standardową krzywą normalną wynosiło 0,8029. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.
A = 0,8029
z =
20.Rozkład normalnyTrudny
Rozkład wzrostu dorosłych mężczyzn jest normalny ze średnią 178 cm i odchyleniem standardowym 7 cm. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane dolne 80% leżało na lewo od niej. Znajdź wartość graniczną x.
μ = 178 cmσ = 7 cm80%
x = cm
3Roztwory
1.Granice
Odpowiedź: L = −2
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).
Podziel przez najwyższą potęgę
(−2 + 4/x + 6/x2)/(1 + 5/x + 7/x2)
Niech x → ∞
L = −2/1 = −2
Odpowiedź
L = −2
Przy równych stopniach granica jest ilorazem współczynników przy najwyższych potęgach.
2.Granice
Odpowiedź: L = 4,5
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/(2x) → 0/0
Drugie zastosowanie
9·cos 3x/2
Podstaw x = 0
L = 9/2 = 4,5
Odpowiedź
L = 4,5
3.Pochodne
Odpowiedź: f′(0) = −12
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·(3x − 1)3·3
Podstaw
f′(0) = 4·(−1)3·3 = −12
Odpowiedź
f′(0) = −12
4.Pochodne
Odpowiedź: b = −1
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) = 10
f′(x) = 6x − 5 → f′(−1) = −11
Styczna w x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 10 − (−11)·(−1) = −1
Odpowiedź
b = −1
5.Całki
Odpowiedź: I = 6,963
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) = e0,5x/0,5
Podstaw granice
I = (e1,5 − 1)/0,5 = (4,482 − 1)/0,5 = 6,963
Odpowiedź
I = 6,963
6.Całki
Odpowiedź: I = 12,78
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.
Pierwsza runda
∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx
Druga runda
∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)
Granice
7,389·(2) − 1·2 = 12,78
Odpowiedź
I = 12,78
7.Liczby zespolone
Odpowiedź: a = −3,214
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 = 5·cos(−130°) = −3,214
b = 5·sin(−130°) = −3,83
Postać algebraiczna
z = −3,214 − j3,83
a = −3,214
Odpowiedź
a = −3,214
8.Liczby zespolone
Odpowiedź: |z| = 2,5
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 = 9 − 25 = −16 < 0
Wzór na pierwiastki równania kwadratowego
z = (−3 ± j√16)/2 = −1,5 + j2, −1,5 − j2
Odpowiedź
|z| = √((−1,5)² + 2²) = √6,25 = 2,5
Odpowiedź
|z| = 2,5
9.Równania różniczkowe
Odpowiedź: y(0.5) = 1,15
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) = 3
y′(0) = B − 4A → B = -1 + 12 = 11
Oblicz
y(0,5) = (3 + 11·0,5)·e−2 = 1,15
Odpowiedź
y(0,5) = 1,15
10.Równania różniczkowe
Odpowiedź: ymax = 10,43
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 = −2 ± 2j
Stałe z wartości początkowych
y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −2A + 2B = 0 → B = −10
Szczyt
t = π/2 = 1,571
ymax = 10·(1 + e−2·π/2) = 10,43
Odpowiedź
ymax = 10,43
11.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: c12 = −21
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
c12 = 6·(−3) + 1·(−3) = −21
Odpowiedź
c12 = −21
12.Macierze i wyznaczniki
Odpowiedź: x = −10,29
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.
Wyznacznik macierzy współczynników
det A = 5·(−5) − (−3)·6 = −7
Zastąp kolumnę x
det Aₓ = (−9)·(−5) − (−3)·9 = 72
x = 72/(−7) = −10,29
Odpowiedź
x = −10,29
y = −14,14
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: a·b = 20
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.
Pomnóż odpowiadające sobie składowe i dodaj
a·b = 0·5 + (−7)·0 + (−4)·(−5) = 0 + 0 + 20 = 20
Odpowiedź
a·b = 20
Dodatni: kąt między wektorami jest mniejszy niż 90°.
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy
Odpowiedź: (a × b)z = −20
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, składowa po składowej
(a × b)x = aybz − azby = 4·(−5) − (−4)·4 = −4
(a × b)y = azbx − axbz = (−4)·2 − (−3)·(−5) = −23
(a × b)z = axby − aybx = (−3)·4 − 4·2 = −20
Żądana składowa
(a × b)z = −20
Odpowiedź
(a × b)z = −20
Sprawdzenie: a × b jest prostopadły do obu wektorów, więc jego iloczyn skalarny z a i z b jest równy zero.
15.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: P = 0,5091
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.
Pierwsze i drugie losowanie
P = 8/11 · 7/10 = 56/110 = 0,5091
Odpowiedź
P = 0,5091
16.Prawdopodobieństwo
Odpowiedź: σY = 8,047
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 = 0,95, Var(X) = 0,6475, σX = 0,8047
Zmiana liniowa
σY = |10|·0,8047 = 8,047
Odpowiedź
σY = 8,047
Średnia się przesuwa: E(Y) = 10·0,95 − 3 = 6,5.
17.Statystyka opisowa
Odpowiedź: s = 13,04
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 = −1,2
Tablica rozkładu normalnego
Φ(−1,2) = 0,1151
P = 1 − 0,1151 = 0,8849
Odpowiedź
P = 0,8849
19.Rozkład normalny
Odpowiedź: z = 1,29
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 + 0,8029)/2 = 0,9015
Czytaj tablicę z wstecz
Znajdź 0,9015 wewnątrz tablicy i odczytaj z.
z = 1,29
Odpowiedź
z = 1,29
20.Rozkład normalny
Odpowiedź: x = 183,9 cm
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.