Matematisk formelsamling stx A-niveau maj 2018 Denne udgave af Matematisk formelsamling stx A-niveau er udgivet af Undervisningsministeriet og gjort tilgængelig på uvm.dk. Formelsamlingen er udarbejdet i et samarbejde mellem Matematiklærerforeningen og Undervisningsministeriet, Styrelsen for Undervisning og Kvalitet, maj 2018 Kopiering til andet end personlig brug må kun ske efter aftale med Copy-Dan. ISBN: 978-87-603-3166-4 Forfattere: Gert Schomacker, Jesper Bang-Jensen, Bodil Bruun og Jørgen Dejgaard Forord: ”Matematisk formelsamling stx A” er udarbejdet til brug for eksaminanderne ved den skriftlige prøve og i undervisningen på stx i matematik på A-niveau. Formelsamlingen indeholder de emner, der forekommer i læreplanen for matematik på A-niveau på stx inden for både kernestof og supplerende stof. For overblikkets skyld er medtaget formler for areal og rumfang af en række elementærgeometriske figurer. Endvidere indeholder formelsamlingen en liste over matematiske standardsymboler. Hensigten hermed er dels at give eleverne et hurtigt overblik, dels at bidrage til, at undervisere og forfattere af undervisningsmaterialer kan anvende ensartet notation, symbolsprog og terminologi. Listen over matematiske standardsymboler går derfor ud over kernestoffet, men holder sig dog inden for det matematiske univers i gymnasiet og på hf. En række af formlerne i formelsamlingen er kun anvendelige under visse forudsætninger (fx at nævneren i en brøk er forskellig fra 0). Sådanne forudsætninger er af hensyn til overskueligheden ikke eksplicit nævnt. Figurerne er medtaget som illustration til formlerne, og den enkelte figur anskueliggør ofte ét blandt flere mulige tilfælde. Betydningen af de størrelser, der indgår i formlerne, er ikke altid forklaret, men vil dog være det i tilfælde, hvor betydningen ikke følger umiddelbart af skik og brug i den matematiske litteratur. Birte Iversen Undervisningsministeriet, Styrelsen for Undervisning og Kvalitet, Kontor for Prøver, Eksamen og Test Maj 2018 3 Indhold Procent- og rentesregning Indekstal Proportionalitet Brøkregler Kvadratsætninger Potensregneregler Ensvinklede trekanter Retvinklet trekant Vilkårlig trekant Vektorer i planen Linjer, cirkler og parabler Lineære funktioner Andengradspolynomier Logaritmefunktioner Eksponentielt voksende funktioner Eksponentielt aftagende funktioner Potensfunktioner Trigonometriske funktioner Differentialregning Afledede funktioner Stamfunktion Regneregler for integration Areal og rumfung Differentialligninger Vektorfunktioner Funktioner af to variable Grupperede observationer Ugrupperede observationer Lineær regression Kombinatorik Sandsynlighedsregning Binomialfordelingen Normalfordelingen Pascals trekant Multiplikationstabel Areal og omkreds, rumfang og overflade Matematiske standardsymboler Stikordsregister 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 10 13 16 17 18 19 20 21 22 24 25 26 27 28 29 31 32 35 36 38 39 40 41 43 45 46 47 48 54 Procent- og rentesregning Begyndelsesværdi B Slutværdi S (1) S B (1 r ) Vækstrate r (2) r Procentvis ændring p (3) p % = r ⋅100% Kapitalformel Startkapital K0 Rente p% pr. termin Kapital K efter n terminer (4) K = K 0 ⋅ (1 + r ) n Annuitetsopsparing Terminsindbetaling b Rentefod r Antal indbetalinger n Kapital A efter sidste indbetaling (5) A = b⋅ (1 + r ) n - 1 r Annuitetslån Hovedstol G Rentefod r Antal terminsydelser n Terminsydelse y (6) y=G⋅ r 1 - (1 + r ) - n (7) IS = S 1 B , hvor r p 100 Indekstal Værdi B S Indekstal IB IS S ⋅ IB B S= IS ⋅B IB 5 Proportionalitet (2) y = k·x y =k x (8) y= k⋅x (9) y=k⋅ (10) b a⋅b a⋅ = c c (1) x og y er proportionale Proportionalitetsfaktor k (2) y=k⋅ 1 x 1 x (1) x og y er omvendt proportionale Brøkregler (11) (12) 6 a b c = a⋅c b a b = a c b⋅ c (13) a b = a⋅d c b⋅c d (14) a c a⋅c ⋅ = b d b⋅d x⋅ y = k Kvadratsætninger (15) ( a + b) 2 = a 2 + b 2 + 2a ⋅ b (16) ( a - b ) 2 = a 2 + b 2 - 2a ⋅ b (17) (a + b)(a - b) = a 2 - b 2 (18) a r ⋅ a s = a r +s (19) ar = a r -s as (20) ( a r ) s = a r⋅ s (21) ( a ⋅ b) r = a r ⋅ b r (22) r æ a ö÷ çç ÷ = a r çè b ø÷ b (23) a0 = 1 (24) a-r = 1 ar (25) a-1 = 1 a (26) r a = ar (27) s ar = a s Potensregneregler r 1 r (28) a⋅b = a ⋅ b (29) a a = b b (30) a = a2 1 7 Ensvinklede trekanter B a c B1 A b (31) C a1 c1 a1 = k ⋅ a (32) A1 a1 b1 c1 = = =k a b c c1 = k ⋅ c C1 b1 b1 = k ⋅ b Retvinklet trekant B̅ c A 8 b a C Pythagoras’ sætning (33) cosinus (34) sinus (35) tangens (36) c 2 = a 2+ b 2 b c a sin( A) = c a tan( A) = b cos( A) = Vilkårlig trekant B̅ h A C g Trekantens vinkelsum (37) A + B + C = 180 Trekantens areal T (38) T = 1 h⋅ g cosinusrelation (39) c 2 = a 2+ b 2- 2a ⋅ b ⋅ cos(C ) sinusrelation (40) a b c = = sin( A) sin( B) sin(C ) Trekantens areal T (41) T = 1 a ⋅ b ⋅ sin(C ) 2 B̅ c A a b C 2 9 Vektorer i planen (2) a j a2 j a1i (1) i Koordinatsættet for vektor a , hvor | i | = | j | = 1 (42) æ a1 ö a = a1 ⋅ i + a 2 ⋅ j =ççç ÷÷÷ çèa 2 ÷ø (43) æcos(v)ö÷ ÷ e = çç çèsin(v) ÷÷ø (44) a e= a (45) æ a1 ö | a | = ççç ÷÷÷ = a12+ a 22 (46) æ a1 ö æ k ⋅ a1 ÷ö ÷ k ⋅ a = k ⋅ ççç ÷÷÷ = ççç çèa 2 ÷ø çèk ⋅ a 2 ÷÷ø (2) sin(v ) e v cos(v ) (1) Enhedsvektor Enhedsvektor e ensrettet med a a a2 a1 Længden af vektor a çèa 2 ÷ø a k ∙a Multiplikation af vektor a med tallet k 10 a b b a Summen af to vektorer a (47) æ a ö æ b1 ö æa 1 + b 1 ö÷ ÷ a + b = çç 1 ÷÷÷ + ççç ÷÷÷ = ççç çèa 2 ø÷ çèb 2 ø÷ èça 2+ b 2 ø÷÷ (48) æ a ö æ b1 ö æa1 - b1 ÷ö ÷ a - b = çç 1 ÷÷÷ - ççç ÷÷÷ = ççç çèa 2 ÷ø çèb 2 ÷ø çèa 2 - b 2 ÷÷ø (49) æ x 2 - x1 ö ÷÷ AB = ççç çè y 2 - y 1 ÷ø÷ (50) a ⋅ b = a 1b 1+ a 2b 2 (51) a ⋅ b = | a | ⋅ | b | ⋅cos(v) b b a Differensen mellem to vektorer (2) A(x1, y1) B(x2 , y2) (1) Koordinatsættet for vektor AB æb ö b = ççç 1 ÷÷÷ çèb 2 ø÷ v æa ö a = ççç 1 ÷÷÷ çèa 2 ÷ø Skalarproduktet (prikproduktet) af a og b (52) Ortogonale vektorer (53) Kvadratet på en vektor (54) a ⋅b cos(v) = | a |⋅| b | a ⋅b = 0 a ^ b a ⋅ a = a 2= | a | 2 11 b a ba Projektionen af b på a Længden af projektionen (2) (55) a ⋅b ba = 2 ⋅ a |a| (56) | a ⋅b | | ba | = |a| (57) æ a ö æ-a ö a = çç 1 ÷÷÷ = çç 2 ÷÷÷ çè a2 ø÷ èç a1 ø÷ + æ-a ö aˆ = çç 2 ÷÷ è a1 ø÷ æa ö a = çç 1 ÷÷÷ è a2 ø Tværvektoren til a æb ö b = çç 1 ÷÷ è b2 ø v (1) æa ö a = çç 1 ÷÷ è a2 ø Determinanten for vektorparret (a , b) Parallelle vektorer (58) det( a , b ) = a ⋅ b = a1b2 - a2b1 = a1 a2 (59) det(a , b) = | a | ⋅ | b | ⋅sin(v) (60) det(a , b) = 0 a b (61) A = | det(a, b) | b a Arealet af det parallelogram, som udspændes af a og b 12 b1 b2 Linjer, cirkler og parabler (2) l B(x2, y2) v (1) A(x1, y1) Q(0, b) Ligning for linjen l gennem Q (0, b ) med hældningskoefficient a (62) y = a⋅ x +b Hældningskoefficient (stigningstal) a for linjen l gennem A( x1 , y1 ) og (63) a= Skæring med y-aksen (64) b = y1 - a ⋅ x1 Ligning for linjen l gennem A( x1, y1 ) med hældningskoefficient a (65) y = a ⋅ ( x - x1 ) + y1 Hældningsvinklen v er vinklen fra førsteaksen til l regnet med fortegn (66) a = tan(v) (67) a ⋅ ( x - x0 ) + b ⋅ ( y - y0 ) = 0 (68) æ x ö æ x0 ÷ö æ r1 ö ççç ÷÷÷÷ = ççç ÷÷÷ + t ççç ÷÷÷÷ è yø è y0 ø èr2 ø y2 - y1 x2 - x1 B( x2 , y2 ) (2) l n r P0(x0, y0) (1) Ligning for linjen l gennem P0 med normalvektor æaö n = çç ÷÷÷ çè b ÷ø Parameterfremstilling for linjen l gennem P0 med ær ö çè r2 ø÷ retningsvektor r = çç 1 ÷÷÷ 13 (69) AB = ( x2 - x1 ) 2 + ( y2 - y1 )2 (70) æ x + x2 y1 + y2 ö÷ M çç 1 , ÷ çè 2 2 ÷ø Afstand dist(P,l) fra punktet P( x1 , y1 ) til linjen l med ligningen y = a⋅ x +b (71) dist( P, l ) = | a ⋅ x1 + b - y1 | Afstand dist(P,l) fra punktet P( x1 , y1 ) til linjen l med ligningen a⋅ x + b⋅ y + c = 0 (72) dist( P, l ) = | a ⋅ x1 + b ⋅ y1 + c | (73) ( x - a ) 2 + ( y - b) 2 = r 2 Afstand AB mellem to punkter A( x1 , y1 ) og B( x2 , y2 ) (2) A( x1, y1 ) M B( x2 , y2 ) (1) Midtpunkt M for linjestykke AB (2) P( x1 , y1) l (1) a 2 +1 a 2 + b2 (2) C(a,b) r (1) Ligning for cirkel med centrum i C ( a , b ) og radius r 14 (2) x=h S1 S2 (1) T(h,k) Ligning for parabel med symmetriakse parallel med andenaksen (74) Toppunkt T (75) y = a ⋅ x2 + b ⋅ x + c = a ⋅ ( x - h)2 + k æ -b -d ö÷ , , T ( h, k ) = T çç çè 2 a 4 a ÷÷ø hvor d = b 2 - 4 ac Skæringspunkter S1 og S 2 med førsteaksen (76) æ -b - d ö÷ æ -b + d ö÷ S1 ççç , 0÷÷ , S 2 ççç ,0÷÷ èç 2a ø÷ èç 2 a ø÷ 15 Lineære funktioner (2) a 1 b (1) (77) f ( x) = a ⋅ x + b Hældningskoefficienten a (stigningstallet) ud fra to punkter på grafen ( x1 , y1 ) og ( x2 , y2 ) (78) a= Skæring med y-aksen (79) b = y1 - a ⋅ x1 Førstegradspolynomium, lineær funktion f (2) f y2 y1 x1 16 x2 (1) y2 - y1 x2 - x1 Andengradspolynomier (2) p x2 x1 (1) T Andengradspolynomium p med nulpunkter (rødder) x1 og x2 (80) Nulpunkter (rødder) (81) Toppunkt T (82) p ( x) = a ⋅ x 2+ b ⋅ x + c = a ⋅ ( x - x1 ) ⋅ ( x - x2 ) -b - d -b + d , x2 = , 2a 2a hvor d = b 2 - 4ac x1 = æ -b -d ö÷ T çç , çè 2 a 4 a ÷ø÷ 17 Logaritmefunktioner (2) ln (x) 1 (1) 1 e Grafen for den naturlige logaritmefunktion (83) ln( x) -¥ for x0 (84) ln( x) ¥ x¥ (85) y = ln( x) x = e y (86) ln(e) = 1 (87) ln( a ⋅ b) = ln( a ) + ln(b) (88) æaö ln çç ÷÷÷ = ln(a ) - ln(b) çè b ø (89) ln(a r ) = r ⋅ ln(a) (90) log( x) -¥ for x0 (91) log( x) ¥ x¥ (92) y = log( x) x = 10 y (93) log(10) = 1 (94) log(a ⋅ b) = log(a ) + log(b) (95) æaö log çç ÷÷÷ = log(a) - log(b) çè b ø (96) log(a r ) = r ⋅ log(a) for (2) log(x) 1 1 10 (1) Grafen for logaritmefunktionen med grundtal 10 18 for Eksponentielt voksende funktioner (2) f b (1) Grafen for en eksponentielt voksende funktion f (97) f ( x) = b ⋅ a x = b ⋅ (1 + r ) x a >1 = b ⋅ ek⋅x , hvor k = ln(a) vækstraten r > 0 k >0 (98) f ( x) for x (99) f ( x) 0 for x 1 x2 - x1 æ y ö x2 -x1 y2 = ççç 2 ÷÷÷ y1 è y1 ø÷ Fremskrivningsfaktoren a ud fra to punkter på grafen ( x1 , y1 ) og ( x2 , y 2 ) (100) a= Skæring med y-aksen (101) b= (102) T2 = x 2 - x 1 (103) T2 = y1 a x1 (2) y = ba x 2y1 y1 x1 T2 x2 (1) Fordoblingskonstanten T2 log(2) ln(2) ln(2) = = log(a ) ln(a ) k 19 Eksponentielt aftagende funktioner (2) b (1) Grafen for en eksponentielt aftagende funktion f (104) f ( x) = b ⋅ a x = b ⋅ (1 + r ) x 0 < a <1 = b ⋅ e k ⋅ x , hvor k = ln( a ) vækstraten r < 0 k <0 (105) f ( x) 0 for x (106) f ( x) for x 1 x2 - x1 æ y ö x2 -x1 y2 = ççç 2 ÷÷÷ y1 è y1 ø÷ Fremskrivningsfaktoren a ud fra to punkter på grafen ( x1 , y1 ) og ( x2 , y 2 ) (107) a= Skæring med y-aksen (108) b= (109) T1 = x2 - x 1 (110) T1 = y1 a x1 (2) y = bax y1 1 2 y1 x1 T1 (1) x2 2 Halveringskonstanten T 1 2 20 2 2 log ( 12 ) log(a ) = ln( 12 ) ln( 12 ) = ln(a ) k Potensfunktioner (111) f ( x) = b ⋅ x a (112) a= log( y2 ) - log( y1 ) ln( y2 ) - ln( y1 ) = log( x2 ) - log( x1 ) ln( x2 ) - ln( x1 ) (113) b= y1 x1a Når x ganges med tallet 1 rx , så ganges f ( x) med tallet 1 ry (114) 1+ ry = (1+ rx )a Når x ganges med tallet k, så ganges f ( x) med tallet k a (115) f (k ⋅ x) = k a ⋅ f ( x) Potensfunktion (2) a> 1 a= 1 0 < a< 1 1 a<0 1 (1) Grafer for f ( x) x a Bestemmelse af tallet a ud fra to punkter på grafen ( x1 , y1 ) og ( x 2 , y 2 ) 21 Trigonometriske funktioner (2) x v 1 (1) Gradtal v omsat til radiantal x (116) Radiantal x omsat til gradtal v (117) v ⋅ 2π radian 360 x v= ⋅ 360 grader 2π x= (2) sin( x) x cos(x) 1 (1) Definition af cos(x) og sin(x) (2) 1 –1 2 (1) Grafen for cosinus (2) 1 –1 Grafen for sinus 22 2 (1) (118) cos 2 ( x) + sin 2 ( x) = 1 (119) cos( x + 2π) = cos( x) (120) cos(-x) = cos( x) (121) cos(π - x) = - cos( x) (122) sin( x + 2π) = sin( x) (123) sin(- x ) = - sin( x ) (124) sin(π - x ) = sin( x ) (2) tan(x) x 1 (1) Definition af tangens (125) Udvalgte funktionsværdier (126) Harmonisk svingning f tan( x ) = sin( x ) cos( x ) grader 0 radiantal 0 sin 0 cos 1 tan 0 30 45 60 90 6 1 2 4 3 2 2 2 3 2 1 3 2 3 3 2 2 1 1 3 (127) f (t ) = A ⋅ sin( ⋅ t + ) + d (128) T = t2 - t1 = 0 2 - (2) f A d t1 T̅ t2 Graf for harmonisk svingning f med amplitude A og periode (svingningstid) T (1) 2π 23 Differentialregning Differentialkvotienten f ¢( x0 ) for funktionen f i tallet x0 (129) f ¢( x0 ) = lim x x0 = lim h 0 f ( x) - f ( x0 ) x - x0 f ( x0 + h) - f ( x0 ) h (2) t f (x0) P f x0 24 (1) Ligning for tangenten t til grafen for f i P ( x0 , f ( x0 )) (130) y = f ¢( x0 ) ⋅ ( x - x0 ) + f ( x0 ) eller y = a⋅ x +b , hvor a = f ¢( x0 ) og b = y0 - a ⋅ x0 Regneregler for differentiation (131) (k ⋅ f ( x)) ¢ = k ⋅ f ¢( x) (132) ( f ( x) + g ( x))¢ = f ¢ x) + g ¢( x) (133) ( f ( x) - g ( x))¢ = f ¢ x) - g ¢( x) (134) ( f ( x) ⋅ g ( x))¢ = f ¢ x) ⋅ g ( x) + f ( x) ⋅ g ¢( x) (135) ( f ( a ⋅ x + b))¢ = a ⋅ f ¢(a ⋅ x + b) (136) ( f ( g ( x))¢ = f ¢( g ( x)) ⋅ g ¢( x) Afledede funktioner Funktion y f ( x) Afledet funktion dy d y ¢ = f ¢( x ) = = ( f ( x)) dx dx (137) a⋅ x +b a (138) k 0 Logaritmefunktion (139) ln( x) 1 = x-1 x Eksponentialfunktioner (140) ex ex (141) ek x k ek x (142) ax a x ⋅ ln(a) (143) xa a x a1 (144) 1 = x-1 x 1 - 2 = - x -2 x Lineær funktion Potensfunktioner Trigonometriske funktioner 1 2 1 -1 = 12 x 2 (145) x =x (146) cos( x) sin( x) (147) sin( x) cos( x) 2 x 25 Stamfunktion Stamfunktion f ( x) ò f ( x) dx Konstant funktion (148) a a⋅ x Logaritmefunktion (149) ln( x) x ⋅ ln( x) - x Eksponentialfunktioner (150) ex ex (151) ek x 1 ek x k (152) ax ax ln( a) (153) xa 1 x a +1 a+1 (154) 1 = x-1 x ln | x | (155) x = x2 (156) cos( x) sin( x) (157) sin( x) cos( x ) Potensfunktioner Trigonometriske funktioner 26 Funktion 1 2x 3 3 x = 23 x 2 Regneregler for integration Ubestemt integral (158) ò f ( x) dx = F ( x) + k , hvor F ( x) er en stamfunktion til f ( x) (159) ò k ⋅ f ( x) dx = k ⋅ ò f ( x) dx (160) ò ( f ( x) + g ( x)) dx =ò f ( x) dx + ò g ( x) dx (161) ò ( f ( x) - g ( x)) dx =ò f ( x) dx - ò g ( x) dx Integration ved substitution (162) ò f ( g ( x)) ⋅ g ¢( x) dx =ò f (t ) dt , hvor t = g ( x) Bestemt integral (163) ò f ( x) dx = [ F ( x)] = F (b) - F (a) , b b a a hvor F ( x) er en stamfunktion til f ( x) Integration ved substitution b c b a a c (164) ò f ( x) dx = ò f ( x) dx + ò f ( x) dx (165) ò k ⋅ f ( x) dx = k ⋅ ò f ( x) dx (166) ò ( f ( x ) + g ( x )) dx = ò f ( x ) dx + ò g ( x ) dx (167) ò ( f ( x ) - g ( x )) dx = ò f ( x ) dx -ò g ( x ) dx (168) ò f ( g ( x)) ⋅ g ¢( x) dx =ò b b a a b b b a a a b b b a a a b g (b) a g (a) g (b ) f (t ) dt = [ F (t )]g ( a ) = F ( g (b)) - F ( g (a)) , hvor F ( x) er en stamfunktion til f ( x) 27 Areal og rumfang (2) f a b (1) Arealet A af det markerede område b (169) A = ò f ( x ) dx (170) A = ò ( f ( x ) - g ( x )) dx (171) L=ò (172) V = π ò f ( x ) 2 dx a (2) f a b g (1) Arealet A af det markerede område (2) b a f a (1) b Kurvelængden L af den markerede del af grafen b 1 + f ¢ ( x ) 2 dx a (2) f a b Rumfanget V af omdrejningslegemet 28 (1) b a (2) f g a (1) b Rumfang V af hult omdrejningslegeme (173) b V = π ò ( f ( x ) 2 - g ( x ) 2 ) dx a Differentialligninger Ligning Løsning (174) y ¢ = h( x) y = ò h ( x ) dx (175) y¢ = h( x) ⋅ g ( y) ò g ( y) dy = ò h( x)dx (176) y¢ = k ⋅ y y = c ⋅ ek x (177) y¢ = b - a ⋅ y b y = + c ⋅ e-a x a (178) y¢ = y ⋅ (b - a ⋅ y) y= (179) y ¢ = a ⋅ y ⋅ ( M - y) y= (180) y¢ + a( x) ⋅ y = b( x) y = e- A ( x ) ò b ( x ) ⋅ e A ( x ) dx + c ⋅ e- A ( x ) , 1 b a 1 + c ⋅ e-b x M 1 + c ⋅ e-a M x hvor A(x) er stamfunktion til a(x) 29 Linjeelement (181) Hældningsfelt, Linjeelementer (182) ( x0 , y0 , y0¢ ) (2) (1) Løsningskurve (183) (2) P0 (1) 30 Vektorfunktioner (2) s (t ) (1) Vektorfunktion med koordinatfunktioner x (t ) og y (t ) (184) æ x(t ) ö÷ ÷ s (t ) = çç çè y (t )÷÷ø Hastighedsfunktion (185) v (t ) = s ¢ ( t ) Accelerationsfunktion (186) a (t ) = v ¢(t ) = s ¢¢ (t ) Parameterfremstilling for banekurven, x(t) og y(t) er koordinatfunktioner (187) æ x(t ) ö ÷÷ OP = çç çè y (t )ø÷÷ Retningsvektor v for tangenten i punktet P0 svarende til parameterværdien t0 (188) æ x ¢(t0 ) ÷ö ÷ v (t0 ) = s ¢(t0 ) = ççç çè y ¢(t0 )÷÷ø Parameterfremstilling for den rette linje l gennem P0 ( x0 , y0 ) ær ö med retningsvektor r = çç 1 ÷÷÷ çè r2 ÷ø (189) ær ö æ x (t ) ÷ö æ x0 ÷ö ÷÷ = çç ÷÷ + t ⋅ çç 1 ÷÷÷ çç èç y (t )ø÷ èç y0 ø÷ èçr2 ø÷ (2) v (1) P0 31 (2) C (a, b) r (1) Parameterfremstillingen for en cirkel med centrum C ( a , b) og radius r (190) æ x(t ) ö÷ æa÷ö ær ⋅ cos(t )÷ö çç ÷ = çç ÷ + çç ÷ èç y(t )÷ø÷ èçb ÷÷ø çèr ⋅ sin(t ) ÷÷ø (191) z = f ( x, y) (192) z = g ( x ) = f ( x, y ) , hvor y holdes fast (blå kurve) Funktioner af to variable z f y x Grafen for en funktion af to variable z f y h g Snitkurve for f i henholdsvis x-retningen og y-retningen x z = h( y ) = f ( x, y ) , hvor x holdes fast (rød kurve) 32 z f k y f ( x, y ) = k x Niveaukurve for f i xy-plan (193) f ( x, y ) = k De partielle afledede af f ( x, y ) mht. x og y (194) f x¢( x, y) = ¶ ( f ( x, y)) ¶x f y¢( x, y) = ¶ ( f ( x, y )) ¶y Gradienten for f (195) Tangentplanen z i punktet P0 ( x0 , y0 , z0 ) (196) æ f x¢( x , y ) ö÷ ÷÷ f ( x, y) = ççç çè f y¢( x, y )÷ø z = z0 + p ⋅ ( x - x0 ) + q ⋅ ( y - y0 ) , hvor p = f x¢( x0 , y0 ) og q = f y¢( x0 , y0 ) 33 (197) Stationært punkt P0 ( x0 , y0 , z0 ) for f æ0ö f ( x0 , y0 ) = 0 = çç ÷÷÷ çè0ø÷ f x¢( x0 , y0 ) = 0 og f y¢( x0 , y0 ) = 0 Arten af stationære punkter for f , hvor r = f xx¢¢( x0 , y0 ) s = f xy¢¢( x0 , y0 ) = f yx¢¢(x0 , y0 ) og t = f yy¢¢ ( x0 , y0 ) z P0 y f x Q0 Lokalt maksimum i P0 ( x0 , y0 , z0 ) (198) r ⋅ t - s 2 > 0 og r < 0 Lokalt minimum i Q0 ( x0 , y0 , z0 ) (199) r ⋅ t - s 2 > 0 og r > 0 Saddelpunkt i P0 ( x0 , y0 , z0 ) (200) r ⋅ t - s2 < 0 Arten ubestemt (201) r ⋅ t - s2 = 0 z f P0 y x 34 Grupperede observationer 10% Histogram (202) Arealet af en blok svarer til intervallets frekvens Histogram med ens intervallængder (203) Højden af en blok svarer til intervallets frekvens (204) Q1 : nedre kvartil, 25% -fraktilen m : median, 50% -fraktilen Q3 : øvre kvartil, 75% -fraktilen x p : p% -fraktilen % 30 20 10 % 100 Kumuleret frekvens 75 50 25 Q1 m Sumkurve % 100 Kumuleret frekvens Q3 80 p 60 40 20 xp 35 Ugrupperede observationer (205) Observationerne afsat på en tallinje (206) min: mindste observation (207) max: største observation (208) max - min (209) m: median (midterste observation, når antallet af observationer er ulige, ellers tallet midt mellem de to midterste observationer) (210) Q1 : nedre kvartil (medianen for den nederste halvdel af observationerne) (211) Q3 : øvre kvartil (medianen for den øverste halvdel af observationerne) (212) Q3 - Q1 (213) Boksplot, kassediagram (boksens højde er uden betydning) Kvartilsæt (214) (Q1 , m, Q3 ) Udvidet kvartilsæt (215) ( min, Q1 , m, Q3 , max ) Prikdiagram min max Variationsbredde m Q1 Q3 Kvartilbredde min 36 Q1 m Q3 max Outlier (216) Middeltal x for observationssættet x1 , x2 , ... , xn (217) Observation, der ligger mere end halvanden kvartilbredde under nedre kvartil eller mere end halvanden kvartilbredde over øvre kvartil x + x2 + ... + xn x= 1 n n Spredning af en stikprøve x1 , x2 , ... , xn fra en population å (x - x ) 2 i (218) s= = i =1 n -1 ( x1 - x )2 + + ( xn - x )2 n -1 x̅ (219) Middeltal mindre end medianen x < m Ikke-skæv fordeling (220) Middeltal lig med medianen x = m x̅ Højreskæv fordeling (221) Middeltal større end medianen x > m Venstreskæv fordeling x̅ 37 Lineær regression Tabel med observerede data (222) Regressionslinje (223) Punktplot og bedste rette linje (224) x y x1 y1 x2 y2 … … x3 y3 xn yn Bedste rette linje, graf for f ( x) = a ⋅ x + b (2) f (1) observerede datapunkter modelpunkter Residual (225) Residualtabel (226) x Residual Residualplot Forskel mellem observeret y-værdi og tilsvarende y-værdi i model x1 r1 = y1 - f ( x1 ) (227) x2 r2 = y2 - f ( x2 ) … … (2) r1 r3 x2 rn x1 x3 r2 Residualspredning 38 (228) s= xn (1) r12 + r2 2 + ... + rn 2 n-2 xn rn = yn - f ( xn ) Kombinatorik Multiplikationsprincip Antal mulige måder at vælge både ét element fra N og et element fra M, hvor N består af n elementer og M består af m elementer (229) n⋅ m Additionsprincip Antal mulige måder at vælge enten ét element fra N eller ét element fra M, hvor N består af n elementer og M består af m elementer (230) n+m Fakultet (231) n! = n ⋅ (n -1) ⋅ (n - 2) ⋅ ⋅ 2 ⋅1 Permutationer Antal muligheder for udvælgelse af r elementer blandt n elementer, når rækkefølgen har betydning (232) P ( n, r ) = n! ( n - r )! Kombinationer Antal muligheder for udvælgelse af r elementer blandt n elementer, når rækkefølgen ikke har betydning (233) K ( n, r ) = n! r !( n - r )! 39 Sandsynlighedsregning Sandsynlighedsfelt med udfaldsrum U og sandsynligheder p (234) (U , p) Udfaldsrum U med n udfald (235) Mængden af alle udfald {u1 , u2 ,⋅⋅⋅, un } Summen af alle sandsynligheder (236) p1 + p2 + p3 + ... + pn = 1 Sandsynlighedstabel (237) Udfald Sandsynlighed Hændelse A med k udfald fra U (238) Mængde af k udfald fra U Sandsynlighed for hændelse A (239) Summen af de k udfalds sandsynligheder Alle sandsynligheder er lige store (240) p1 = p2 = p3 = ... = pn = Sandsynlighed for udvælgelse af et element fra A (241) P( A) = Sandsynlighed ved kombination af uafhængige hændelser A og B (242) P (både A og B ) = P ( A) ⋅ P ( B ) Sandsynlighed ved kombination af hændelser A og B, som ikke har noget fælles udfald (243) P ( A eller B ) = P ( A) + P ( B ) u1 p1 u2 p2 Symmetrisk sandsynlighedsfelt 40 1 n k antal gunstige = n antal mulige u3 p3 … … un pn Sandsynlighedsfordelingstabel for en stokastisk variabel X (244) Søjlediagram. Højde af søjle svarer til sandsynlighed af udfald (245) xi x1 x2 x3 … xn P ( X = xi ) p1 p2 p3 … pn (2) x1 x2 x3 . . . xn (1) n m = E ( X ) = å xi ⋅ P( X = xi ) Middelværdi af en stokastisk variabel X (246) Varians af en stokastisk variabel X (247) Spredning af en stokastisk variabel X (248) s = s( X ) = Var( X ) Binomialfordelt stokastisk variabel X med antalsparameter n og sandsynlighedsparameter p (249) X b ( n, p ) Binomialkoefficient K (n, r ) (250) æ nö n! K ( n, r ) = çç ÷÷÷ = çèr ÷ø r !(n - r )! (251) K (n, r ) = K (n, n - r ) Sandsynlighedsfunktion for binomialfordelt stokastisk variabel X (252) P ( X = r ) = K ( n , r ) ⋅ p r ⋅ (1 - p ) n- r Middelværdi m (253) m = n⋅ p Spredning s (254) s = n ⋅ p ⋅ (1- p) i =1 = x1 ⋅ p1 + x2 ⋅ p2 + x3 ⋅ p3 + + xn ⋅ pn n Var( X ) = å ( xi - m ) 2 ⋅ P ( X = xi ) i =1 = ( x1 - m ) 2 ⋅ p1 + + ( xn - m ) 2 ⋅ p n Binomialfordeling 41 Statistisk usikkerhed i stikprøver Antal elementer i stikprøven n 95% konfidensinterval for populationens sandsynlighedsparameter p estimeret ud fra stikprøveandelen p̂ (255) Normalfordelingsapproksimation til binomialfordelt stokastisk variabel X med middelværdi m = n⋅ p (256) é ê pˆ - 2 ⋅ ê ëê pˆ ⋅ (1 - pˆ ) ; pˆ + 2 ⋅ n pˆ ⋅ (1 - pˆ ) ùú ú n ûú og spredning s = n ⋅ p ⋅ (1- p) m - 3s m - 2s m -s m m + s m + 2s m + 3s (1) normale udfald Exceptionelle udfald m - 3s m - 2s Exceptionelle udfald m -s m 68,27% 95,45% 99,73% 42 m + s m + 2s m + 3s (1) Normalfordelingen Standardnormalfordelt stokastisk variabel X (257) X N (0,1) Middelværdi (258) m = E( X ) = 0 Spredning (259) s = s( X ) = 1 Tæthedsfunktion (260) φ( x ) = 1 - ⋅x2 1 e 2 2π (2) (2) 1 F 1 2 (1) (1) a Fordelingsfunktion (261) F(a) = ò Sandsynligheden for, at X er større end eller lig med a (262) F( X ³ a) = 1 -F(a ) Sandsynligheden for, at X er større end eller lig med a og mindre end eller lig med b (263) F( a £ X £ b) = F(b) -F( a ) Normalfordelt stokastisk variabel X med middelværdi m og spredning s (264) X N (m, s ) -¥ φ( x ) dx (2) (2) 1 F f 1 2 m Fordelingsfunktion (1) (1) m (265) æ x - ö÷ F ( x) = çç çè ÷ø÷ (266) - ⋅ççç ÷÷÷ 1 f ( x) = e 2è s ø 2π ⋅ s 2 1 æ x-m ö Tæthedsfunktion 43 (2) f (1) a P( X £ a) = ò a Sandsynligheden for, at X er mindre end eller lig med a (267) Sandsynligheden for, at X er større end eller lig med a (268) P( X ³ a) = 1- P( X £ a) æ a - m ö÷ P( X ³ a) = 1-F çç çè s ÷÷ø Sandsynligheden for, at X er større end eller lig med a og mindre end eller lig med b (269) P ( a £ X £ b) = P ( X £ b) - P ( X £ a ) æ b - m ö÷ æ a - m ö÷ çç P(a £ X £ b) = F çç -F ÷ ÷ èç s ø÷ èç s ø÷ Fraktilplot QQ-plot (270) 2 -¥ f ( x ) dx æ a - m ö÷ P( X £ a) = Fçç çè s ÷ø÷ æ x - m ö÷ y = Φ-1 çç çè s ÷÷ø 1 0 -1 -2 m -s 44 m m+s x Pascals trekant (271) K(0,0) K(1,0) K(1,1) K(2,0) K(2,1) K(2,2) K(3,0) K(3,1) K(3,2) K(3,3) K(4,0) K(4,1) K(4,2) K(4,3) K(4,4) K(5,0) K(5,1) K(5,2) K(5,3) K(5,4) K(5,5) K(6,0) K(6,1) K(6,2) K(6,3) K(6,4) K(6,5) K(6,6) K(7,0) K(7,1) K(7,2) K(7,3) K(7,4) K(7,5) K(7,6) K(7,7) K(8,0) K(8,1) K(8,2) K(8,3) K(8,4) K(8,5) K(8,6) K(8,7) K(8,8) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8 3 5 7 6 15 1 4 10 20 35 56 1 3 10 21 28 2 4 6 1 5 15 35 70 1 1 6 21 56 1 7 28 1 8 1 45 Multiplikationstabel (272) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 3 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 4 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 5 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 6 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102 108 114 120 7 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105 112 119 126 133 140 8 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104 112 120 128 136 144 152 160 9 9 18 27 36 45 54 63 72 81 90 99 108 117 126 135 144 153 162 171 180 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 11 11 22 33 44 55 66 77 88 99 110 121 132 143 154 165 176 187 198 209 220 12 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228 240 13 13 26 39 52 65 78 91 104 117 130 143 156 169 182 195 208 221 234 247 260 14 14 28 42 56 70 84 98 112 126 140 154 168 182 196 210 224 238 252 266 280 15 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 16 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 256 272 288 304 320 17 17 34 51 68 85 102 119 136 153 170 187 204 221 238 255 272 289 306 323 340 18 18 36 54 72 90 108 126 144 162 180 198 216 234 252 270 288 306 324 342 360 19 19 38 57 76 95 114 133 152 171 190 209 228 247 266 285 304 323 342 361 380 20 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 Røde tal: Kvadrattal 46 Areal og omkreds, rumfang og overflade af geometriske figurer Trekant B h A C g h g A højde grundlinje areal A = 12 h ⋅ g h g A højde grundlinje areal A hg h a, b højde parallelle sider A areal r radius A areal A = π r2 O omkreds O = 2π ⋅ r r radius O overflade O = 4π ⋅ r 2 V rumfang V = 43 π ⋅ r 3 h r O højde grundfladeradius krum overflade O = 2π r ⋅ h V rumfang V = π r2 ⋅ h h s r O V højde sidelinje grundfladeradius krum overflade rumfang O πr s V = 1 π r2 ⋅ h Parallelogram h g Trapez a h b A = 12 h ⋅ ( a + b) Cirkel r Kugle r Cylinder r h r Kegle h s r 3 47 Generaliseret cylinder h h G h højde s omkreds af grundfladen G grundfladen O krum overflade V rumfang overflade = s ⋅ h + 2G s⋅h V = h⋅G Matematiske standardsymboler Symbol Betydning Eksempler, bemærkninger m.v. mængde på listeform {-5,0,3,10} , {2,4,6,...} , {..., -1,0,1,...} mængden af naturlige tal 1, 2,3,... mængden af hele tal ..., 2, 1,0,1, 2,... mængden af rationale tal tal, der kan skrives q , p , q mængden af reelle tal tilhører / er element i 2 [a ; b] lukket interval [1;3] = { x Î |1 £ x £ 3} ] a ; b] halvåbent interval ]1;3] = { x Î |1 < x £ 3} [a ; b [ halvåbent interval [1;3[ = { x Î |1 £ x < 3} ] a ;b [ åbent interval .,.,.,. 48 p er en ægte delmængde af ]1;3[ = { x Î |1 < x < 3} {1, 2,3} Ì N fællesmængde A B A B Foreningsmængde A B A B \ mængdedifferens A\B A B A komplementærmængde U \A U A Symbol Betydning Ø Eksempler, bemærkninger m.v. den tomme mængde disjunkte mængder A B Ø mængdeprodukt [-10;10]´[-10;10] ”og” i betydningen ”både og” (konjunktion) x2 ”eller” i betydningen ”og/eller” (disjunktion) x2 x 5 ”medfører”, ”hvis … så” x = 2 x2 = 4 (implikation) ”ensbetydende”, ”hvis og kun 2 x = 4 x = -2 x = 2 hvis” (biimplikation) n a i i 1 a1 a 2 ... a n n! n fakultet, n udråbstegn f ( x) funktionsværdi af x ved funktionen f Dm( f ) definitionsmængden for f Vm( f ) værdimængden for f log( x) logaritmefunktionen med grundtal 10 den naturlige logaritmefunktion den naturlige eksponentialfunktion ln( x) ex a x x a | x| eksponentialfunktionen med grundtal a, a 0 4 A y 5 i 1 2 3 4 2 2 B 2 2 2 i 1 n ! 1 2 ... n for n 1 0! = 1 f ( x) = 2 x + 1 , så er f (4) = 3 . y log( x) x 10 y y ln( x) x e y e x betegnes også exp(x) b a x kaldes undertiden for en eksponentialfunktion eller en eksponentiel udvikling b xa kaldes undertiden for en potensfunktion potensfunktion eller en potensudvikling | 3| 3 , | 7 | 7 numerisk (absolut) værdi af x | x | betegnes også abs(x) 49 Symbol Betydning sin( x) sinus cos( x) cosinus tan(x) tangens sin-1 ( y) omvendt funktion til sinus Eksempler, bemærkninger m.v. sin( x) cos( x) -1 sin ( y ) = x sin( x ) = y tan( x) = sin -1 (0,5) = 30 sin -1 betegnes også Arcsin cos-1 ( y ) omvendt funktion til cosinus cos-1 ( y ) = x cos( x) = y cos-1 (0,5) = 60 cos-1 betegnes også Arccos tan -1 ( y ) omvendt funktion til tangens tan -1 ( y ) = x tan( x) = y tan -1 (1) = 45 tan -1 betegnes også Arctan lim f ( x ) x x0 grænseværdien af f ( x) lim x +1 = 2 f ( x) a for x gående mod x0 grænseværdien af f ( x) for x gående mod ¥ f ( x) går mod a for x x0 for x gående mod x0 f ( x) a f ( x) går mod a for x gående mod e- x 0 for x ¥ x-tilvækst x x x0 y , f funktionstilvækst for y f ( x) y f f ( x) f ( x0 ) y f , x x differenskvotient for y f ( x) f ( x ) f ( x0 ) y f x x x x0 f ¢ x0 ) differentialkvotienten for y f ( x) i x 0 f ¢ x0 ) = lim lim f ( x) x¥ for x ¥ x x3 lim 1 0 x x x + 1 2 for x 3 f ( x) - f ( x0 ) x x0 x - x0 = lim x0 50 f x = lim x0 y x Symbol Betydning Eksempler, bemærkninger m.v. f¢ afledet funktion af y f ( x ) betegnes f ¢( x), y ¢ , f (n) den n’te afledede funktion af y f ( x) f (2) ( x) skrives ofte f ¢¢( x) , y ¢¢ AB linjestykket AB | AB | længden af linjestykket AB AB AB cirkelbuen | AB | a , AB | a |, | AB | a ab a1 b1 a2 b2 eller d ( f ( x)), dx d2y dx 2 AB længden af cirkelbuen vektor længden af vektoren tværvektor betegnelsen â kan også anvendes skalarprodukt, prikprodukt betegnelsen a b benyttes også determinanten for vektor parret ( a, b ) betegnelsen det( a , b ) benyttes også l ^ m læses også ”l og m er ortogonale” ”er vinkelret på” A vinkel A A 110 eller A=110 C B ABD vinkel B i trekant ABD A ( a , b ) vinklen v mellem a og b , hvor 0 v 180 D a v b 51 Symbol Betydning Eksempler, bemærkninger m.v. a –115° vinklen fra a til b b 245° hypotenuse modstående katete til v retvinklet trekant v hosliggende katete til v n midtnormalen n for linjestykket AB A B B̅ hb c højden fra B på siden b eller dens forlængelse A a hb C b B̅ mb c medianen fra B på siden b a mb A C b B̅ vB c vinkelhalveringslinjen for vinkel B vB A 52 b a C Symbol Betydning Eksempler, bemærkninger m.v. B̅ trekant ABC’s omskrevne cirkel C A B trekant ABC’s indskrevne cirkel vC C A 53 Stikordsregister A accelerationsfunktion additionsprincip afledet funktion afstand mellem - punkt og linje - to punkter amplitude andengradspolynomium annuitetslån annuitetsopsparing areal - cirkel - generaliseret cylinder - parallelogram - trapez - trekant 31 39 25, 51 B banekurven bedste rette linje begyndelsesværdi bestemt integral binomialfordeling binomialkoefficient boksplot brøkregler 31 38 5 27 31 31 36, 37 6 C cirkel cirklens ligning cosinus cosinusrelation cylinder 47 14 8, 50 9 47 D determinant differensen mellem differenskvotient differentialkvotient differentialligninger 12 11 50 24, 50 29 54 14 14 23 17 5 5 47 48 47 47 47 E eksponentiel funktion - aftagende - voksende enhedsvektor ensvinklede trekanter exceptionelle udfald 20 19 10 8 42 F fakultet fordoblingskonstant fordelingsfunktion fremskrivningsfaktor førstegradspolynomium 39, 49 19 43 19, 20 16 G generaliseret cylinder gradient gradtal grupperede observationer grænseværdi 48 33 22 35 50 H halveringskonstant harmonisk svingning hastighedsfunktion histogram hult omdrejningslegeme hældningskoefficient hældningsvinklen hændelse højde højreskæv 20 23 31 35 29 13, 16 13 40 47, 52 37 I ikke-skæv indekstal indskreven cirkel integration 37 5 53 27 K kapitalformel kegle kombinationer konfidensinterval koordinatsæt kugle kurvelængde kvadratsætninger kvartil kvartilbredde kvartilsæt L lineær funktion lineær regression linjens ligning logaritmefunktioner lokalt maksimum lokalt minimum længde af vektor løsningkurve M median (statistik) median (trekant) middeltal middelværdi midtnormal midtpunkt multiplikation af vektor multiplikationsprincip multiplikationstabel N nedre kvartil niveaukurve normale udfald normalfordeling normalvektor nulpunkter 5 47 39 42 11 47 28 7 35, 36, 37 36 36 16 28 13 18 34 34 10 30 36, 37 52 37 41 52 14 10 39 46 35 33 42 43 13 17 O omkreds, cirkel omskreven cirkel omvendt proportionalitet ortogonal, vinkelret ortogonale linjer ortogonale vektorer outlier overflade - cylinder - generaliseret cylinder - kegle - kugle 47 53 3 39 14 11 37 P p% -fraktil parabel parallelle vektorer parallelogram Pascals trekant permutationer potensfunktioner potensregneregler prikdiagram prikprodukt procent-procent tilvækst procentregning projektionen proportionalitet punktplot 35 15 12 47 45 39 21 7 36 11, 51 21 5 12 6 38 47 48 47 47 Q QQ-plot 44 R radiantal regneregler for differentiation regneregler for integration regression, lineær regressionslinje residual residualplot residualspredning retningsvektor 22 24 27 38 38 38 38 38 31 55 retvinklet trekant rod, rødder rumfang af - cylinder - generaliseret cylinder - kegle - kugle 8, 52 17 47 48 47 47 34 S saddelpunkt sandsynlighed 40, 41 sinus 8, 50 sinusrelation 9 skæringspunkt m. førsteaksen 15 skalafaktor 8 skalarprodukt 11, 39 spredning 37, 41 statistisk usikkerhed 42 stokastisk variabel 41, 42 sum af vektorer 11 sumkurve 35 symboler 48 symmetrisk sandsynlighedsfelt 40 søjlediagram 41 T tangens tangent til graf toppunkt trapez trigonometriske funktioner tværvektor tæthedsfunktion 8, 50 24 15, 17 47 22, 23 12 43 U uafhængige hændelser ubestemt integral udfaldsrum udvidet kvartilsæt ugrupperede observationer 30 27 40 36 36 56 V varians variationsbredde vektorer i planen venstreskæv fordeling vilkårlig trekant vinkelhalveringslinje vinkelret, ortogonal vinkelsum i trekant vinkler vækstrate Ø øvre kvartil 41 36 10 37 9 52 51 9 51, 52 5, 19, 20 35