12. Viðauki
12.1. Þrepun
Þrepun er leið til þess að sanna setningar og formúlur. Þá er fyrst sýnt fram á að setningin gildi um grunntilvik (upphafstilvik, núlltilvik). Að því loknu er sýnt fram á að ef setningin gildir um eitthvert ótiltekið tilvik, þá gildir það um það næsta.
Þetta svipar til þess að ganga upp stiga: ef við getum komist upp fyrsta þrepið og frá hverju þrepi í það næsta, þá hljótum við að geta gengið upp allan stigann.
Hér er til dæmis reglan um að summa allra heiltalna frá einum upp í \(n\) er:
Við ætlum að sýna fram á að þessi formúla gildi um allar jákvæðar heiltölur \(n=1,2,3, \dots\) . Sjáum til dæmis að hún gildir fyrir \(n=4\) því
og
Sönnum setninguna með þrepun:
Grunntilvik:
Prófum að setja \(n=1\) í setninguna:
Formúlan virkar því til þess að reikna summu allra talna frá einum upp í einn.
Þrepun:
Gerum núna ráð fyrir að formúlan virki fyrir eitthvert \(n\) , þ.e. að
sé sönn staðhæfing.
Þá ætlum við að sýna að hún gildi líka fyrir næsta skref \(n+1\) .
Í síðustu línunni birtist formúlan eins og hún væri ef \(n+1\) væri sett inn í formúluna og því gildir formúlan líka fyrir \(n+1\) .
Því getum við ályktað að setningin gildi um öll \(n\) .
12.2. Ritháttur
- \(\mathbb{N} \quad\) „Náttúrulegu tölurnar“
\(0,1,2,3, \dots\) köllum við náttúrulegu tölurnar
- \(\mathbb{Z} \quad\) „Heiltölur“
\(\dots ,-3, -2, -1, 0,1,2,3, \dots\) köllum við heiltölurnar
- \(\mathbb{Q} \quad\) „Ræðu tölurna“
\(\frac{p}{q}\) þar sem \(p\) og \(q\) eru heilar tölur og \(q \neq 0\)
- \(\mathbb{R} \quad\) „Rauntölurnar“
mengi allra ræðra talna, auk óræðra talna
- \(:= \; \text{eða} \; \equiv \quad\) „skilgreint sem“
notað til að skilgreina stærðir
- \(\in \quad\) „stak í“
oft erum við að tala um stak í menginu \(x \in A\) \(x\) er stak í menginu \(A\)
- \(\notin \quad\) „ekki stak í“
\(x \notin A\) \(x\) er ekki stak í menginu \(A\)
- \(\forall \quad\) „fyrir öll“
\(\forall n \in \mathbb{N}\) fyrir öll stök í mengi náttúrulegra talna
- \(\approx \quad\) „um það bil“
\(\pi \approx 3.14\)
- \(< \qquad\) „minna en“
\(3<4\)
- \(> \qquad\) „stærra en“
\(6>2\)
- \(\leq \qquad\) „minna en eða jafnt og“
\(a \leq x \leq b\) lokað bil
- \(\geq \qquad\) „stærra en eða jafnt og“
\(a \geq x \geq b\) opið bil
- \(\sum_{n}^{m} \quad\) „summa frá n upp í m“
við getum haf endanlegar og óendanlegar summur, þ.e.a.s. \(m= \infty\) eða/og \(n= -\infty\)
- \(\prod_{n}^{m} \quad\) „margfeldi frá n upp í m“
við getum haft endanleg og óendanleg margfeldi, þ.e.a.s. \(m= \infty\) eða/og \(n= -\infty\)
- \(\parallel \quad\) „samsíða“
sjá kafla um samsíða línur
- \(\perp \quad\) „hornrétt“ eða „þverstætt“
sjá kafla um þverstæð línur
- \(\subset \quad\) „hlutmengi“
t.d. \(A \subset B\) \(B\) er hlutmengi í \(A\)
- \(| \quad \text{eða} \quad ; \quad\) „þar sem“
oft þegar við erum að skilgreina mengi þá erum við með skilyrði \(p(x)\), t.d. \(A = \{x \in C \ | \ p(x)\}\). Þetta þýðir að í \(A\) eru öll stök í \(C\) þar sem \(p(x)\) gildir
- \(\cup \quad\) „sammengi“
\(A \cup B\) „sammengi \(A\) og \(B\)“
- \(\cap \quad\) „sniðmengi“
\(A \cap B\) „sniðmengi \(A\) og \(B\)“
- \(\setminus \quad\) „mengjamismunur“
\(A\setminus B\) „\(A\) án \(B\)“
- \(A^c \quad\) „fyllimengi \(A\)“
\(A^c \quad\) „allt sem er ekki í \(A\)“
- \((a,b) \quad \text{eða} \quad ]a,b[ \quad\) „opið bil“
\((a,b)=\{x\in \mathbb{R}; a<x<b\}\)
- \([a,b] \quad\) „lokað bil“
\([a,b]=\{x\in \mathbb{R}; a\leq x\leq b\}\)
- \(f(x)|_{x=a} \quad\) „stingum in \(x=a\)“
\(x^2+3x-1|_{x=3} = (3)^2+3(3)-1 = 17\)
- \(! \qquad\) „aðfeldi“ eða „hrópmerkt“
\(6! = 1 \cdot 2\cdot 3\cdot 4 \cdot 5 \cdot 6 =720\)
- \(° \qquad\)“gráður“
\(30°\)
- \(Rad \quad\) „radian“ eða „bogaeining“
\(\frac{\pi}{6} Rad\)
- \(\boldsymbol{a} \quad \vec{a} \quad \bar{a} \quad\) „vigurinn \(a\)“
sjá Vigrar
- \(f'(x) \quad f' \quad \frac{df}{dx} \quad \frac{d}{dx} f(x) \quad D_x f \qquad\) „afleiða \(f(x)\)“
með tilliti til \(x\)
12.3. Formúlublað
Samantekt af hentugum reglum og formúlum úr köflunum.
12.3.1. Algebra
12.3.1.1. Einfaldar reiknireglur
12.3.1.2. Brotareiknireglur
12.3.1.3. Veldareiknireglur
12.3.1.4. Reiknireglur fyrir rætur
12.3.2. Jöfnur og ójöfnur
12.3.2.1. Lausnarformúla annars stigs jöfnu
Látum \(ax^2+bx+c=0\) vera annars stigs jöfnu.
Ef \(d = b^2-4ac<0\) þá hefur jafnan enga rauntölulausn.
Ef \(d = b^2-4ac=0\) þá hefur jafnan eina lausn:
Ef \(d = b^2-4ac>0\) þá hefur jafnan tvær lausnir:
eða
12.3.2.2. Reiknireglur fyrir tölugildi
Látum \(a\) og \(b\) vera rauntölur. Þá gildir eftirfarandi:
12.3.2.3. Regla Pýþagórasar
12.3.2.4. Fjarlægð milli punkta
Fjarlægðin milli punktanna \(P_1=(x_1,y_1)\) og \(P_2=(x_2,y_2)\) í hnitakerfinu er
12.3.2.5. Hallatala línu
Ef við höfum tvo punkta \((x_1,y_1)\) og \((x_2,y_2)\) fæst með formúlunni
12.3.2.6. Miðpunktsregla
Reikna má miðpunkt striksins á milli \(A(x_1, x_2)\) og \(B(x_2,y_2)\) með:
12.3.2.7. Flatarmál
Flatarmál
rétthyrnings
en: rectangle
Smelltu fyrir ítarlegri þýðingu.
Flatarmál
samsíðungs
en: parallelogram
Smelltu fyrir ítarlegri þýðingu.
Flatarmálið er þá \(F=|\bar{a}| \cdot |\bar{b}| \cdot \sin(\theta)\) og ummálið er \(U=2|\bar{a}|+2|\bar{b}|\) .
Flatarmál hrings er \(F=r^2\cdot\pi\) og ummálið er \(U=2r\pi\) .
Flatarmál sporöskju er \(F=a\cdot b\cdot\pi\) .
Flatarmál
þríhyrnings
en: triangle
Smelltu fyrir ítarlegri þýðingu.
Flatarmálið er þá \(F=\frac{1}{2}|\bar{a}| \cdot |\bar{b}| \cdot \sin(\theta)\) .
12.3.3. Föll
12.3.3.1. Oddstætt og jafnstætt
Látum \(f: \mathbb{R} \to \mathbb{R}\) vera fall.
Jafnstætt
en: even
Smelltu fyrir ítarlegri þýðingu.
Oddstætt
en: odd
Smelltu fyrir ítarlegri þýðingu.
12.3.3.2. Lograreglur
Fyrir \(a,b,x,y\in \mathbb{R}_+\) og \(r \in \mathbb{R}\) gildir:
\(\qquad \log_a(1)=0\)
\(\qquad \log_a(1/x)=-\log_a(x)\)
\(\qquad \log_a(xy)=\log_a(x)+\log_a(y)\)
\(\qquad \log_a(x/y)=\log_a(x)-\log_a(y)\)
\(\qquad \log_a(x^r)=r\log_a(x)\)
\(\qquad \log_a(x)=\dfrac{\log_b(x)}{\log_b(a)}\).
12.3.3.3. Stofnbrotaliðun
12.3.4. Margliður
12.3.4.1. Nokkrar liðanir
12.3.5. Hornaföll
12.3.5.1. Gráður og bogaeiningar
12.3.5.2. Hliðar þríhyrnings
12.3.5.3. Grunnreglan
12.3.5.4. Hliðrunarreglur
12.3.5.5. Summuformúlur
1.
2.
3.
4.
5.
6.
12.3.5.6. Tvöföldunarformúlur
1.
2.
3.
12.3.5.7. Helmingunarformúlur
1.
2.
3.
12.3.5.8. Summu- og margfeldisformúlur
Margfeldisritháttur í summurithátt
1.
\[\sin(u)\sin(v) = \frac{1}{2}\left(\cos(u-v) - \cos(u+v)\right)\]2.
\[\cos(u)\cos(v) = \frac{1}{2}\left(\cos(u-v) + \cos(u+v)\right)\]3.
\[\sin(u)\cos(v) = \frac{1}{2}\left(\sin(u+v) + \sin(u-v)\right)\]4.
\[\cos(u)\sin(v) = \frac{1}{2}\left(\sin(u+v) - \sin(u-v)\right)\]
Summuritháttur í margfeldisrithátt
1.
\[\sin(u) + \sin(v) = 2\sin\left(\frac{u+v}{2}\right)\cos\left(\frac{u-v}{2}\right)\]2.
\[\sin(u) - \sin(v) = 2\cos\left(\frac{u+v}{2}\right)\sin\left(\frac{u-v}{2}\right)\]3.
\[\cos(u) + \cos(v) = 2\cos\left(\frac{u+v}{2}\right)\cos\left(\frac{u-v}{2}\right)\]4.
\[\cos(u) - \cos(v) = -2\sin\left(\frac{u+v}{2}\right)\sin\left(\frac{u-v}{2}\right)\]
12.3.5.9. Kósínusreglan
Í \(\triangle ABC\) gildir
12.3.5.10. Sínusreglan
Í \(\triangle ABC\) gildir
Þar sem \(A\), \(B\) og \(C\) eru horn þríhyrningsins og \(a\), \(b\) og \(c\) eru lengdir hliðanna
12.3.6. Vigrar
12.3.6.1. Reiknireglur
12.3.7. Markgildi
12.3.7.1. Reiknireglur fyrir markgildi
Gerum ráð fyrir að \(f\) og \(g\) séu föll og að \(c\in \mathbb{R} \cup\{-\infty,\infty\}\) Gerum ráð fyrir að bæði markgildin
séu skilgreind og að hvorugt þeirra sé jafnt plús eða mínus óendanlegu. Gerum ráð fyrir að \(k\in\mathbb{R}\) sé fasti. Þá gildir:
12.3.8. Diffrun
12.3.8.1. Reiknireglur
Gerum ráð fyrir að \(f,g\) séu deildanleg föll á \(\mathbb{R}\).
Látum \(a\in \mathbb{R}\) vera fasta.
Þá gildir:
\((a\cdot f)'=af'\)
\((f+g)'=f'+g'\)
\((f-g)'=f'-g'\)
\((f\cdot g)'=f'g+fg'\)
\((f\circ g)'=(f'\circ g)\cdot g'\)
Ef \(g(x)\) er ekki jafnt núlli fyrir öll \(x\in I\), þá gildir einnig:
\(\left(\frac{1}{g}\right)'=\frac{-g'}{g^2}\)
\(\left(\frac{f}{g}\right)'=\frac{f'g-fg'}{g^2}\)
Ef \(f\) er andhverfanlegt gildir einnig:
Ef \(f(x_0)=y_0\) þá er \((f^{-1})'\circ f=\frac{1}{f'}\)
12.3.8.2. Þekktar afleiður
Ef \(a\) er fasti og \(f(x)=a\) þá er
Ef \(n\in \mathbb{R}\setminus\{0\}\) og \(f(x)=x^n\) þá er
Ef \(a\in \mathbb{R}_+\) og \(f(x)=a^x\) þá er
Ef \(a\in \mathbb{R}_+\) og \(f(x)=\log_a(x)\) þá er
Ef \(f(x) = \ln(x)\) þá er
Ef \(f(x) = e^x\) þá er
Ef \(f(x)=\cos(x)\) þá er
Ef \(f(x)=\sin(x)\) þá er