Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
CUPRINS ALGEBRÃ ALGEBRÃ ................ ........................ ................. ................. ................. ................. ................. ................. ................ ................. ................. ................. ............ ... 5 I. Elemente de logicã matematicã...........................................................................5 I.1. Noiunea de propoziie ................. .......................... ................. ................. ................. ................ ................. ................. ............. ..... 5 I.2. Operatori logici............................................................................................5 I.3. Expresii în calculul propoziiilor iilor ................ ......................... ................. ................. ................. ................ ................ ........77 I.4. Noiunea iunea de predic predicat at ................ ......................... ................. ................ ................. ................. ................. ................. ................ .......... 7 I.5. Cuantifica Cuantificatori tori ....................................... .................. .......................................... .......................................... ................................... .............. 7 I.6. Metoda de demonstraie prin reducere la absurd...........................................7 I.7. Proprietãi fundamentale ale operatorilor logici............................................8 II. Mulimi..............................................................................................................8 II.1. Egalitatea mulimlor A şi B: ........................................................................8 II.2. Incluziunea mulimii A în mulimea B: ................. ......................... ................ ................. ................. ............. ..... 8 II.3. Reuniunea mulimilor A şi B: ......................................................................9 II.4. Intersecia mulimilor A şi B: ......................................................................9 II.5. Diferena mulimilor A şi B: ........................................................................9 II.6. Diferena simetricã a mulimilor A şi B: ................. ......................... ................. ................. ................. ............ ... 9 II.7. Complementara unei mulimi A în raport cu mulimea E: ................. ......................... ........ 10 II.8. Formulele lui de Morgan (∀A, B⊂E).................. E)........................... ................. ................ ................. ............. .... 10 II.9. Produsul cartezian a douã mulimile A şi B: ................. ......................... ................ ................. ............. .... 10 III. Relaii binare binare ......................................... .................... ......................................... ......................................... ..................................... ................ 11 IV. Funcii................... ii ........................................ .......................................... .......................................... .......................................... .......................... ..... 12 IV.1. Noiunea de funcie ................ ......................... ................. ................. ................. ................. ................. ................ .............. ...... 12 IV.2. Funcii injective, injective, surjective, surjective, bijective bijective .......................................... ..................... ................................. ............ 12 IV.3. Compunerea funciilor................................. iilor............. ......................................... .......................................... ......................... 12 IV.4. Funcia inversã inversã ................ ......................... ................. ................. ................. ................. ................. ................ ................. ............. .... 13 V. Operaii cu num numere ere reale.......................................... reale..................... .......................................... ........................................ ................... 13 V.1. Puteri Puteri naturale naturale ale ale numerelor numerelor reale................................................... reale.............................. .............................. ......... 13 V.2. Identitãi fundamentale fundamentale ........................................ ................... .......................................... ..................................... ................ 14 V.3. Radicali. Proprietãi ................ ......................... ................. ................ ................. ................. ................. ................. ............... ....... 14 VI. Ecuaii şi inecuaii de gradul întâi.......................................................... întâi..................................... .............................. ......... 15 VI.1. Ecuaii de gradul întâi sau ecuaii afine ................ ........................ ................. ................. ................. ........... 15 VI.2. Inecuaii de gradul întâi sau ecuaii fine.............. fine................................... ..................................... ................ 15 VI.3. Modului Modului unui numãr real ........................................ ................... .......................................... ................................. ............ 16 VII. Numere complexe complexe .......................................... ..................... .......................................... .......................................... .......................... ..... 17 VII.1. Forma Forma algebricã algebricã a numerelo numerelorr complexe.......... complexe............................... ........................................ ................... 17 VII.2. Modulul Modulul unui numãr complex ......................................... .................... .......................................... ......................... 18 VII.2. Forma Forma trigonometric trigonometricãã a numerelor numerelor complexe complexe ....................................... .................. ......................... 18 VII.4. Formula Formula lui Moivre ........................................ ................... .......................................... ........................................ ................... 18 VII.5. Extragerea rãdãcinii de ordinul n dintr-un numãr complex..................... complex............ ......... 18 VII.6. Ecuaia binomã binomã ................. .......................... ................. ................. ................. ................ ................. ................. ................. ........... 19 VIII. Ecuaii şi inecuaii de gradul gradul al II-lea........................................ II-lea................... ........................................ ................... 19 VIII.1. Ecuaii de gradul gradul al doilea........................................... doilea...................... .......................................... .......................... ..... 19 VIII.2. Inecuaii fundamen fundamentale tale de gradul gradul al II-lea II-lea ........................................ ................... .......................... ..... 22 VIII.3. Rezolvarea sistemelor de ecuaii cu coeficieni reali reali ................ ......................... ............. .... 22 1
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
IX. Ecuaii algebrice de gradul III, IV şi V ................. ......................... ................. ................. ................. ................. ........ 24 X. Logaritmi................ Logaritmi..................................... .......................................... .......................................... .......................................... .......................... ..... 24 X.1. Ecuaii şi inecuaii logaritm logaritmice ice fundamen fundamentale.................. tale....................................... .......................... ..... 25 X.2. Ecuaii şi inecuaii exponeniale fundam fundamental entalee ................. .......................... ................. ............... ....... 26 XI. Metoda induciei matematice....................... matematice............................................ .......................................... .............................. ......... 26 XI.1. Axioma de recurenã a lui Peano ................ ......................... ................. ................ ................. ................. ........... ... 26 XI.2. Metoda induciei matematice.......... matematice.............................. ......................................... ..................................... ................ 26 XI.2. Variantã a metodei induciei matematice matematice ........................................ ................... .............................. ......... 26 XII. Analizã combinatorie combinatorie ........................................ .................... ......................................... .......................................... ......................... 27 XII.1. Permutãri Permutãri ......................................... .................... .......................................... .......................................... ................................. ............ 27 XII.2. Aranjamente............. Aranjamente.................................. ......................................... ......................................... ..................................... ................ 27 XII.3. Combinãri Combinãri ........................................ ................... .......................................... .......................................... ................................. ............ 27 XII.4. Binomul Binomul lui Newton............................ Newton........ ......................................... .......................................... .............................. ......... 27 XII.5. Suma puterilor asemenea ale primelor n num numere ere naturale..................... naturale......................... 28 XIII. Progresii Progresii ......................................... .................... .......................................... .......................................... ........................................ ................... 28 XIII.1. XIII.1. Progresii Progresii aritmetice aritmetice.................. ....................................... .......................................... ........................................ ................... 28 XIII.2. XIII.2. Progresii Progresii geometrice geometrice ........................................ ................... .......................................... ..................................... ................ 29 XIV. Polino Polinoame ame ................ ......................... ................. ................. ................. ................ ................. ................. ................. ................. ............... ....... 29 XIV.1. Forma Forma algebricã algebricã a unui unui polinom ........................................ ................... ........................................ ................... 29 XIV.2. Divizibilitat Divizibilitatea ea polinoamelor polinoamelor ....................................... .................. .......................................... .......................... ..... 30 XIV.3. Rãdãcinile Rãdãcinile polinoamelor polinoamelor.................... ......................................... .......................................... .............................. ......... 30 XIV.4. Ecuaii algebrice algebrice ....................................... ................... ......................................... .......................................... ......................... 30 XIV.5. Polinoame cu coeficieni din R, Q, Z ................. ......................... ................. ................. ................. ........... 31 XV. Permutãri, matrici, determinani ................. ......................... ................ ................. ................. ................. ................. ........ 31 XV.1. Permutãri Permutãri ......................................... .................... .......................................... .......................................... ................................. ............ 31 XV.2. Matrici Matrici .......................................... ..................... ......................................... ......................................... ..................................... ................ 32 XV.3. Determinani ................. ......................... ................. ................. ................. ................. ................. ................. ................ .............. ...... 33 XV.4. Inversa Inversa unei matrici matrici ....................................... .................. .......................................... ........................................ ................... 34 XVI. Sisteme lineare lineare ......................................... ..................... ......................................... .......................................... .............................. ......... 34 XVI.1. Notaii: ................. ......................... ................. ................. ................. ................. ................. ................. ................ ................. ............. .... 34 XVI.2. Compatibilit Compatibilitatea atea ....................................... ................... ......................................... .......................................... ......................... 35 XVI.3. Sisteme Sisteme omogene.......................................... omogene..................... .......................................... ........................................ ................... 35 XVII. Structuri Structuri algebrice algebrice ....................................... .................. .......................................... .......................................... .......................... ..... 35 XVII.1. Monoid................................................. Monoid............................ .......................................... .......................................... .......................... ..... 35 XVII.2. Grup.................. Grup ....................................... .......................................... .......................................... ........................................ ................... 35 XVII.3. Inel.................... Inel ......................................... .......................................... .......................................... ........................................ ................... 36 XVII.4. Corp ....................................... .................. .......................................... .......................................... ........................................ ................... 37 GEOMETRIE ŞI TRIGONOMETRIE TRIGONOMETRIE.................. ....................................... .......................................... .............................. ......... 37 Notaii: ................ ......................... ................. ................. ................. ................. ................. ................ ................. ................. ................. ................. ........ 37 I. Triunghiul Triunghiul ......................................... .................... ......................................... ......................................... .......................................... ......................... 38 II. Poligoane Poligoane convexe convexe ........................................ .................... ......................................... .......................................... .............................. ......... 38 III. Relaii metrice metrice în triunghi............................ triunghi........ ......................................... .......................................... .............................. ......... 38 III.1. III.1. Triunghiul Triunghiul dreptunghic dreptunghic ....................................... .................. .......................................... ..................................... ................ 38 III.2. Triungh Triunghiul iul dreptunghic dreptunghic ABC ABC (a = b = c)............................ c)....... .......................................... .............................. ......... 39 III.3. Triunghiul oarecare ABC (AD⊥ BC) BC) ................. ......................... ................. ................. ................ ................. ............. .... 39 2
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
IX. Ecuaii algebrice de gradul III, IV şi V ................. ......................... ................. ................. ................. ................. ........ 24 X. Logaritmi................ Logaritmi..................................... .......................................... .......................................... .......................................... .......................... ..... 24 X.1. Ecuaii şi inecuaii logaritm logaritmice ice fundamen fundamentale.................. tale....................................... .......................... ..... 25 X.2. Ecuaii şi inecuaii exponeniale fundam fundamental entalee ................. .......................... ................. ............... ....... 26 XI. Metoda induciei matematice....................... matematice............................................ .......................................... .............................. ......... 26 XI.1. Axioma de recurenã a lui Peano ................ ......................... ................. ................ ................. ................. ........... ... 26 XI.2. Metoda induciei matematice.......... matematice.............................. ......................................... ..................................... ................ 26 XI.2. Variantã a metodei induciei matematice matematice ........................................ ................... .............................. ......... 26 XII. Analizã combinatorie combinatorie ........................................ .................... ......................................... .......................................... ......................... 27 XII.1. Permutãri Permutãri ......................................... .................... .......................................... .......................................... ................................. ............ 27 XII.2. Aranjamente............. Aranjamente.................................. ......................................... ......................................... ..................................... ................ 27 XII.3. Combinãri Combinãri ........................................ ................... .......................................... .......................................... ................................. ............ 27 XII.4. Binomul Binomul lui Newton............................ Newton........ ......................................... .......................................... .............................. ......... 27 XII.5. Suma puterilor asemenea ale primelor n num numere ere naturale..................... naturale......................... 28 XIII. Progresii Progresii ......................................... .................... .......................................... .......................................... ........................................ ................... 28 XIII.1. XIII.1. Progresii Progresii aritmetice aritmetice.................. ....................................... .......................................... ........................................ ................... 28 XIII.2. XIII.2. Progresii Progresii geometrice geometrice ........................................ ................... .......................................... ..................................... ................ 29 XIV. Polino Polinoame ame ................ ......................... ................. ................. ................. ................ ................. ................. ................. ................. ............... ....... 29 XIV.1. Forma Forma algebricã algebricã a unui unui polinom ........................................ ................... ........................................ ................... 29 XIV.2. Divizibilitat Divizibilitatea ea polinoamelor polinoamelor ....................................... .................. .......................................... .......................... ..... 30 XIV.3. Rãdãcinile Rãdãcinile polinoamelor polinoamelor.................... ......................................... .......................................... .............................. ......... 30 XIV.4. Ecuaii algebrice algebrice ....................................... ................... ......................................... .......................................... ......................... 30 XIV.5. Polinoame cu coeficieni din R, Q, Z ................. ......................... ................. ................. ................. ........... 31 XV. Permutãri, matrici, determinani ................. ......................... ................ ................. ................. ................. ................. ........ 31 XV.1. Permutãri Permutãri ......................................... .................... .......................................... .......................................... ................................. ............ 31 XV.2. Matrici Matrici .......................................... ..................... ......................................... ......................................... ..................................... ................ 32 XV.3. Determinani ................. ......................... ................. ................. ................. ................. ................. ................. ................ .............. ...... 33 XV.4. Inversa Inversa unei matrici matrici ....................................... .................. .......................................... ........................................ ................... 34 XVI. Sisteme lineare lineare ......................................... ..................... ......................................... .......................................... .............................. ......... 34 XVI.1. Notaii: ................. ......................... ................. ................. ................. ................. ................. ................. ................ ................. ............. .... 34 XVI.2. Compatibilit Compatibilitatea atea ....................................... ................... ......................................... .......................................... ......................... 35 XVI.3. Sisteme Sisteme omogene.......................................... omogene..................... .......................................... ........................................ ................... 35 XVII. Structuri Structuri algebrice algebrice ....................................... .................. .......................................... .......................................... .......................... ..... 35 XVII.1. Monoid................................................. Monoid............................ .......................................... .......................................... .......................... ..... 35 XVII.2. Grup.................. Grup ....................................... .......................................... .......................................... ........................................ ................... 35 XVII.3. Inel.................... Inel ......................................... .......................................... .......................................... ........................................ ................... 36 XVII.4. Corp ....................................... .................. .......................................... .......................................... ........................................ ................... 37 GEOMETRIE ŞI TRIGONOMETRIE TRIGONOMETRIE.................. ....................................... .......................................... .............................. ......... 37 Notaii: ................ ......................... ................. ................. ................. ................. ................. ................ ................. ................. ................. ................. ........ 37 I. Triunghiul Triunghiul ......................................... .................... ......................................... ......................................... .......................................... ......................... 38 II. Poligoane Poligoane convexe convexe ........................................ .................... ......................................... .......................................... .............................. ......... 38 III. Relaii metrice metrice în triunghi............................ triunghi........ ......................................... .......................................... .............................. ......... 38 III.1. III.1. Triunghiul Triunghiul dreptunghic dreptunghic ....................................... .................. .......................................... ..................................... ................ 38 III.2. Triungh Triunghiul iul dreptunghic dreptunghic ABC ABC (a = b = c)............................ c)....... .......................................... .............................. ......... 39 III.3. Triunghiul oarecare ABC (AD⊥ BC) BC) ................. ......................... ................. ................. ................ ................. ............. .... 39 2
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
III.4. Relaii exprimate prin funcii trigonom trigonometri etrice ce ................ ......................... ................. ................. ........... 39 IV. Patrulatere Patrulatere ......................................... .................... .......................................... .......................................... ........................................ ................... 40 IV.1. Paralelogramul Paralelogramul ......................................... .................... .......................................... .......................................... .......................... ..... 40 IV.2. Dreptunghiul D C........................ C................................ ................. ................. ................. ................. ............... ....... 40 IV.3. Rombul Rombul ....................................... .................. .......................................... .......................................... .......................................... .......................... ..... 40 IV.4. Pãtratul............................................ Pãtratul....................... ......................................... ......................................... .......................................... ......................... 41 IV.5. Trapezul D C................... C........................... ................ ................. ................. ................. ........... 41 V. Poligoane Poligoane înscrise înscrise în cerc ........................................ ................... .......................................... ........................................ ................... 41 V.1. Patrulaterul Patrulaterul înscris înscris în cerc A ........................................ ................... ................................. ............ 41 V.2. Poligoane regulate înscrise în cercul de razã R................. ......................... ................. ................. ........ 41 VI. Cercul.................... Cercul......................................... .......................................... .......................................... .......................................... .......................... ..... 41 VII. Complemente Complemente de geometrie geometrie planã ....................................... .................. .......................................... .......................... ..... 42 VIII. Poliedre Poliedre .......................................... ..................... .......................................... .......................................... ........................................ ................... 43 VIII.1. VIII.1. Prisma.......................................... Prisma..................... ......................................... ......................................... ..................................... ................ 43 VIII.2. VIII.2. Piramida Piramida ......................................... .................... .......................................... .......................................... ................................. ............ 44 VIII.3. VIII.3. Trunchiul Trunchiul de piramidã.... piramidã........................ ......................................... .......................................... .............................. ......... 45 VIII.4. VIII.4. Poliedrul regulat ....................................... ................... ......................................... .......................................... ......................... 46 IX. Corpuri Corpuri rotunde rotunde ........................................ ................... .......................................... .......................................... ................................. ............ 46 IX.2. Conul circular circular drept.................................................... drept............................... .......................................... ..................................... ................ 47 IX.3. Trunchiul Trunchiul de con ....................................... .................. .......................................... .......................................... ................................. ............ 47 IX.4. Sfera................................................ Sfera........................... ......................................... ......................................... .......................................... ......................... 47 X. Funcii trigonometrice trigonometrice ......................................... ..................... ......................................... .......................................... ......................... 47 X.2. Proprietãile funciilor trigonometrice................... trigonometrice........................................ .......................................... ......................... 48 XI. Formule Formule trigonometrice trigonometrice..................... .......................................... .......................................... ........................................ ................... 48 XI.1. Relaii între funciile trigonometri trigonometrice ce ale unui argument:..................... argument:.......................... ..... 48 XI.2. Formule Formule de adunare: adunare:................... ........................................ .......................................... ........................................ ................... 49 XI.3. Formule Formule pentru pentru multiplii multiplii de argument argument ......................................... .................... ................................. ............ 49 XI.4. Formule pentru jumãtãi de argument: argument:.................... ......................................... ................................. ............ 50 XI.5. Sume, diferene şi produse: produse: ................. .......................... ................. ................ ................. ................. ................. ........... 50 XII. Inversarea funciilor trigonometrice trigonometrice ....................................... .................. .......................................... ......................... 50 XIII. Soluiile ecuaiilor trigonometrice trigonometrice simple ........................................ ................... ................................. ............ 51 XIII.1. Ecuaii fundamentale fundamentale ....................................... .................. .......................................... ..................................... ................ 51 XIII.2. XIII.2. Tabele de valori: ....................................... ................... ......................................... .......................................... ......................... 51 XIV. Elemente Elemente de geometrie geometrie analiticã ........................................ ................... .......................................... .......................... ..... 52 XIV.1. Segmente Segmente................... ........................................ .......................................... .......................................... ................................. ............ 52 XIV.2. Ecuaia dreptei............................ dreptei........ ......................................... .......................................... ..................................... ................ 52 XIV.3. Cercul............................... Cercul.......... .......................................... .......................................... .......................................... .......................... ..... 53 XIV.4. Conice Conice raportate raportate la axele de simetrie simetrie ........................................ ................... ................................. ............ 53 ANALIZÃ MATEMATICÃ MATEMATICÃ ........................................ .................... ......................................... .......................................... ......................... 54 I. Şiruri........................ iruri... .......................................... .......................................... .......................................... .......................................... .......................... ..... 54 I.1. Şiruri şi limite limite ................ ......................... ................. ................. ................. ................ ................. ................. ................. ................. ........ 54 I.2. Criterii suficiente de convergenã sau de existenã a limitei unui şir........ ir........... ... 55 I.2. Operaii cu şiruri convergente convergente .......................................... ..................... .......................................... .......................... ..... 55 I.3. Operaii cu şiruri care au limitã ........................................ ................... .......................................... .......................... ..... 55 I.4. Şiruri tip................... tip ........................................ .......................................... .......................................... ........................................ ................... 56 3
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
II. Limite de funcii .............................................................................................. 56 II.1. Definiii ale limitei.................................................................................... 57 II.2. Operaii cu limite de funcii ...................................................................... 57 II.3. Limite tip .................................................................................................. 57 II.4. Continuitatea funciilor ............................................................................. 58 III. Funcii derivabile............................................................................................ 59 III.1. Definiia derivatei într-un punct............................................................... 59 III.2. Reguli de derivare.................................................................................... 59 III.3. Derivatele funciilor elementare............................................................... 59 III.4. Derivata funciilor compuse..................................................................... 60 III.5. Derivatele de ordin superior ale unor funcii elementare.......................... 61 III.6. Proprietãi ale funciilor derivabile .......................................................... 61 IV. Asimptote....................................................................................................... 62 IV.1. Asimptote orizontale ............................................................................... 62 IV.2. Asimptote oblice ..................................................................................... 62 IV.3. Asimptote verticale ................................................................................. 62 V. Primitive.............................................................................................................. 62 Integrarea prin pări.......................................................................................... 63 V.1. Prima metodã de schimbare a variabilei.................................................... 63 V.2. A doua metodã de schimbare a variabilei.................................................. 63 V.3. Tabel de primitive..................................................................................... 63 V.4. Primitivele funciilor raionale .................................................................. 64 VI. Integrale definite ............................................................................................ 64 IV.1. Definiia integrabilitãii (integrale Riemann) ........................................... 64
4
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
ALGEBRÃ
I. Elemente de logicã matematicã I.1. Noiunea de propoziie
Definiia I.1.1. Se nume ş te propozi ie un enun despre care se poate spune cã este adevãrat sau fals, adr nu şi adevãrat şi fals simultan. Se noteazã cu p,q, P, Q Ex: 1) π∉Q : acesta este un enun care exprimã un adevãr, deci o propoziie adevãratã. 2) x + 5 = 3, x∈N este o propoziie falsã, pentru cã nu existã nici un numãr natural astfel ca x + 5 = 3 3) x ≤ y, x,y∈N este un enun despre care nu se poate spune nimic. Deci nu este o propoziie. Valoarea logicã sau valoarea de adevãr a unei propozi ii. Dacã o propoziie p este adevãratã se spune cã are valoarea logicã sau valoarea de adevãr: adevãrul; aceastã valoare de adevãr se noteazã cu simbolul 1 sau a şi scriem v(p) = 1 sau (v)p = a. Daca o propoziie q este falsã, se spune cã are valoarea de adevãr: falsul; aceastã valoare de adevãr se noteazã cu simbolul 0 sau f şi scriem v(q) = 0 sau v(q) = f .
I.2. Operatori logici Nega ia
Definiia I.1.2. Nega ia unei propozi ii p este propozi ia care este falsã când p este adevãratã şi este adevãratã când p este falsã. Se noteazã: non p, p, p . Tabela de adevãr a propoziiei non p se întocmeşte be baza relaiei v(non p) = 1 – v(p). p non p
1 0
0 1
Conjunc ia
Definiia I.2.2. Conjunc ia a douã propozi ii p şi q este propozi ia care este adevãratã dacã şi numai dacã fiecare propozi ie p şi q este adevãratã. Se noteazã: p ∧ q Tabela de adevãr a propozi iei p ∧ q este: p q p ∧ q 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0
5
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
Disjunc ia
Definiia I.2.3. Disjunc ia a douã propozi ii p şi q este propozi ia care este adevãratã dacã şi numai dacã cel pu in una din propozi iile p, qeste adevãratã. Se noteazã: p ∨ q Tabela de adevãr a propozi iei p ∨ q este: p
q
p ∨ q
1 1 0 0
1 0 1 0
1 1 1 0
Implica ia
Definiia I.2.4. Implica ia propozi iilor p şi q este propozi ia care este falsã dacã şi numai dacã p este adevãratã şi q este falsã. Se noteazã: (non p) sau q, p→q şi se citeşte: “ p implicã q” sau “dacã p, atunci q”. Propoziia p este ipoteza, iar propoziia q este concluzia. Tabela de adevãr a propozi iei p→q este:
p
1 1 0 0
non p(non p)∨ q
q
1 0 1 0
0 0 1 1
1 0 1 1
Echivalen a logicã
Definiia I.2.4. Propozi iile p şi q sunt echivalente logic , dacã şi numai dacã p, q sunt adevãrate sau false simultan. Se noteazã (non p)∨q şi (non q)∨ p; ( p→q) şi (q→ p); p↔q; se citeşte: “ p echivalent cu q” sau “ p dacã şi numai dacã q”, “ p este condiie necesarã şi suficientã pentru q”. Tabela de adevãr a propozi iei compuse p↔q este: p
q
non p
1 1 0 0
1 0 1 0
0 0 1 1
non q p→q
0 1 0 1
1 0 1 1
6
q→ p
→q)∧ (q→ p) (p
1 1 0 1
1 0 0 1
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
I.3. Expresii în calculul propozi iilor Propoziiile p,q, r, … fiind date, cu ajutorul operatorilor logici , ∨, ∧, →, ↔ putem formula diferite expresii, care se numesc formule ale calculului cu propozi ii sau expresii logice. Ele se noteazã α sau α (p,q,r,…), β (p,q,r,…). Înlocuind în α pe p,q,r,… cu diferite propoziii obinem o altã propoziie, adevãratã sau nu, a cãrei valoare de adevãr se numeşte valoarea expresiei α , obinutã pentru propoziiile p,q,r,… respective. Definiia I.3.1. O expresie logicã α care se reduce la o propozi ie adevãratã, oricare ar fi propozi iile p,q,r,… se nume ş te tautologie. Definiia I.3.2. Douã expresii logice α şi β se numesc echivalente dacã şi numai dacã pentru orice propozi ii p,q,r,… cele douã expresii reprezintã propozi ii care au aceea şi valoare de adevãr. În scris se noteazã α ≡ β .
I.4. Noiunea de predicat
Definiia I.4.1. Se nume ş te predicat sau propozi ie cu variabile un enun care depinde de o variabilã sau de mai multe variabile şi are proprietatea cã pentru orice valori date variabilelor se ob ine o propozi ie adevãratã sau o propozi ie falsã. Predicatele se noteazã p(z,y,z,…), q(x,y,z,…) şi pot fi unare (de o variabilã), binare (de douã variabile), ternare (de trei variabile), etc., variabilele x,y,z,… luând valori în mulimi date. Definiia I.4.2. Predicatele p(z,y,z,…), q(x,y,z,…) se numesc echivalente dacã, oricare ar fi valorile pe care le iau x,y,z,… în unul şi acela şi domeniu, propozi iile corespunzãtoare au acelea şi valori de adevãr. Scriem p(z,y,z,…)⇔ q(x,y,z,…).
I.5. Cuantificatori Definiia I.5.1. Fie p(x), cu x∈ M , un predicat. Dacã existã (cel pu in) un element x’∈ M , astfel încât propozi ia p(x’) este adevãratã, atunci scriem ∃ xp(x), (∃ x) p(x) sau (∃ x∈ M ) p(x). Simbolul ∃ se nume ş te cuantificator existen ial şi se cite ş te “existã”. Definiia I.5.2. Fie p(x) cu x∈ M , un predicat. Dacã p(x) este o propozi ie adevãratã pentru orice x∈ M , atunci scriem ∀ xpx, (∀ x) p(x) sau (∀ x∈ M ) p(x). Simbolul ∀ se nume ş te cuantificator universal şi se cite ş te “oricare ar fi”. Proprietatea de comutativitate a cuantificatorilor:
1. (∀x)(∀y)p(x,y) ⇔ (∀y)(∀x)p(x,y); 2. (∃x)( ∃y)p(x,y) ⇔ (∃y)( ∃x)p(x,y); Reguli de negare:
1. 2. 3. 4.
((∃x)p(x)) ⇔ ((∀x)(p(x)); ((∀x)p(x)) ⇔ ((∃x)(p(x)); ((∃x)(∃y)p(x,y))⇔((∀x)(∀y)p(x,y)); ((∀x)( ∀y)p(x,y))⇔(( ∃x)( ∃y)p(x,y));
I.6. Metoda de demonstraie prin reducere la absurd Aceastã metodã se bazeazã pe tautologia (p→q) ≡ (non p→non q), care ne aratã cã pentru a demonstra cã p→q, este totuna cu a demonstra cã non p→non q. 7
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
I.7. Proprietãi fundamentale ale operatorilor logici 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Oricare ar fi propoziiile p,q,r,… avem: non(non p) ≡ p; (p∧q) ≡ (q∧ p) (comutativitatea conjunciei); ((p∧q)∧r) ≡ (p∧(q∧r)) (asociativitatea conjunciei); (p∨q) ≡ (q∨ p) (comutativitatea disjunciei); ((p∨q) ∨r) ≡ (p∨ (q∨r)) (asociativitatea discjunciei); ((p→q)∧(q→r)) →(p→r) (tranzitivitatea implicaiei); non(p∧q) ≡ (non p)∨(non q) legile lui de Morgan; non(p∨q) ≡ (non p)∧(non q) (p∧(q∨r)) ≡ ((p∧q)∧(p∧r)) conjuncia este distributivã în raport cu disjuncia şi (p∨(q∨r)) ≡ ((p∨q)∧(p∨r)) disjunc ia este distributivã în raport cu conjuncia
II. Mulimi imilor. Mulimile se definesc fie prin indicarea Moduri de definire a mul elementelor lor (de pildã {0,1,3} sau {x,y,z}), fie prin specificarea unei proprietã i caracteristice a elementelor lor (de exemplu {x∈Rx2 – 3x + 2 = 0}). Mulimile se noteazã cu litere mari: A, B, C,… X, Y, Z, iar elementele lor cu litere mici: a, b, c,… Apartenen a unui element la o mul ime. Dacã un element a aparine unei mulimi A, acesta se noteazã a∈ A şi se citeşte “ a aparine lui A”. Definiie. Mul imea vidã este mul imea care nu are nici un element. Se noteazã cu ∅.
II.1. Egalitatea mulimlor A şi B: (A = B) ⇔ (∀x∈A ⇒ x∈B) şi (∀y∈B ⇒ y∈A) Proprietã ile egalitã ii:
1. ∀ A, A = A (reflexivitatea); 2. (A = B) ⇒ (B = A) (simetria); 3. (A = B ∧ B = C) ⇒ (A = C) (tranzitivitatea);
II.2. Incluziunea mulimii A în mulimea B: (A ⊂ B) ⇔ (∀x∈A ⇒ x ∈B) Mulimea A se numeşte o parte sau o submul ime a lui B. Proprietã ile incluziunii:
1. 2. 3. 4.
∀ A, A ⊂ A (reflexivitatea); (A ⊂ B) ∧ (B ⊂ A) ⇒ (A = B) (antisimetria); (A ⊂ B ∧ B ⊂ C) ⇒ (A ⊂ C) (tranzitivitatea); ∀ A, ∅ ⊂ A 8
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
Relaia de neincluziune se noteazã A ⊄ B.
II.3. Reuniunea mulimilor A şi B: A ∪ B = {xx∈A ∨ x∈B} Proprietã ile reuniunii:
1. 2. 3. 4. 5.
∀ A, B: A ∪ B = B ∪ A (reflexivitatea); ∀ A, B, C: (A ∪ B) ∪ C) = A ∪ (B ∪ C) (asociativitatea); ∀ A: A ∪ A = A (idempotena); ∀ A: A ∪ ∅ = A; ∀ A, B: A ⊂ A ∪ B, B ⊂ A ∪ B.
II.4. Intersecia mulimilor A şi B: A ∩ B = {xx∈A ∧ x∈B} Proprietã ile intersec iei:
∀ A, B: A ∩ B = B ∩ A (comutativitatea); ∀ A, B, C: (A ∩ B) ∩ C = A ∩ (B ∩ C) (asociativitatea); ∀ A: A ∩ A = A (idempotena); ∀ A: A ∩ ∅ = ∅ ∀ A, B: A ∩ B ⊂ A, A ∩ B ⊂ B ∀ A, B, C: (A ∪ B) ∩ C = (A ∩ C) ∪ (B ∩ C) (distributivitatea interseciei faã de reuniune); 7. ∀ A, B, C: (A ∩ B) ∪ C = (A ∪ C) ∩ (B ∪ C) (distributivitatea reuniunii faã de intersecie); 8. ∀ A, B: A ∩ (A ∪ B) = A, A ∪ (A ∩ B) = A (absorbia). 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Definiie. Mul imile A şi B care nu au nici un element comun se numesc disjuncte. Pentru ele avem A ∩ B = ∅.
II.5. Diferena mulimilor A şi B: A \ B = {xx∈A ∧ x∉B} Proprietã ile diferen ei:
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
∀ A: A \ A = ∅; ∀ A, B, C: (A \ B) ∩ C = (A ∩ C) \ (B ∩ C); ∀ A, B: A \ B = A \ (A ∩ B); ∀ A, B: A = (A ∩ B) ∪ (A \ B); ∀ A, B, C: A \ (B ∪ C) = (A \ B) \ C; ∀ A, B, C: A \ (B ∩ C) = (A \ B) ∪ (A \ C); ∀ A, B, C: (A ∪ B) \ C = (A \ C) ∪ (B \ C); ∀ A, B, C: (A ∩ B) \ C = A ∩ (B \ C) = (A \ C) ∩ B.
II.6. Diferena simetricã a mulimilor A şi B: A ∆ B = (A \ B) ∪ (B \ A) Proprietã ile diferen ei simetrice:
1. ∀ A: A ∆ A = ∅; 9
Zaharia Virgil-Mihail
2. 3. 4. 5. 6.
Mic memorator matematic
∀ A, B: A ∆ B = B ∆ A (comutativitatea); ∀ A: A ∆ ∅ = ∅ ∆ A = A; ∀ A, B, C: (A ∆ B) ∆ C = A ∆ (B ∆ C) (asociativitatea); ∀ A, B, C: A ∩ (B ∆ C) = (A ∩ B) ∆ (A ∩ C); ∀ A, B: A ∆ B = A ∪ B \ (A ∩ B)
II.7. Complementara unei mul imi A în raport cu mul imea E: ( A fiind o parte a lui E , adicã A⊂ E ) CEA = {xx∈E ∧ x∉A} Proprietã i: (∀A, B⊂E) 1. CE(CEA) = A (principiul reciprocitãii); 2. CEA = E \ A; 3. CE∅ = E; 4. CEE = ∅; 5. A ∪ CEA = A (principiul exluderii teriului); 6. A ∩ CEA = ∅ (principiul necontradiciei); 7. A ⊂ B ⇔ CEB ⊂ CEA; 8. A \ B = CE(A ∩ B).
II.8. Formulele lui de Morgan (∀A, B⊂E) CE(A ∪ B) = CEA ∩ CEB; CE(A ∩ B)= CEA ∪ CEB. II.9. Produsul cartezian a douã mulimile A şi B: A x B = {(a,b)a∈A ∧ b∈B} Proprietã ile produsului cartezian (∀ A,B,C,D avem): 1. A x B ≠ B x A, dacã A ≠ B; 2. (A x B) ∪ (A x C) = A x (B ∪ C); 3. (A ∪ B) x C = (A x C) ∪ (B x C); 4. (A ∩ B) x C = (A x C) ∩ (B x C); 5. (A \ B) x C = A x C \ B x C; 6. (A ∩ B) x (C ∩ D) = (A x C) ∩ (B x D) Definiia II.9.1. Mul imile A şi B se numesc echipotente dacã existã o bijec ie de la A la B . Definiia II.9.2. Fie E o mul ime. Aceasta se nume ş te finitã dacã E = ∅ sau dacã existã n∈ N , astfel încât E este echipotentã cu mul imea {1,2,…,n}. Definiia II.9.3. O mul ime E se nume ş te infinitã dacã ea nu este finitã. Exemple de mulimi infinite sunt: N, Z, Q, R. Definiia II.9.4. Fie E o mul ime. Aceasta se nume ş te numãrabilã dacã este echipoentã cu N. Exemplu: Mulimea numerelor raionale. Definiia II.9.5. O mul ime se nume ş te cel mult numãrabilã dacã este finitã sau numãrabilã. imi un Definiia II.9.6. Fie E o mul ime. Se nume ş te cardinalul acestei mul simbo asociat ei, notat E sau card E , astfel încât E = F , dacã şi numai dacã E este echipotentã cu F ; cardinalul mul imii vide se noteazã cu 0 , cardinalul mul imii 10
Zaharia Virgil-Mihail
{1,2,…,n} cu n∈ N ,
zero).
Mic memorator matematic
senoteazã cu n , iar cardinalul mul imii N se noteazã cu x0 (alef
Teorema II.9.1. Fie A şi B douã mul imi finite. Atunci: A ∪ B = A + B -A ∩ B Teorema II.9.2. Fie A, B şi C trei mul imi finite. Atunci: A ∪ B ∪ C= A +B +C - A ∩ B - A ∩ C - B ∩ C + A ∩ B ∩C
III. Relaii binare Rela ia binarã pe o mul ime Definiia III.1. Fie M o mul ime nevidã. Se nume ş te rela ia binarã R pe M o parte a produsului cartezian MxM. Dacã x∈ M este rela ia R cu y ∈ M, atunci scriem xRy sau (x,y)∈ R. Deci o rela ie binarã se referã la perechile de elemente din M. Proprietã i ale rela iilor binare pe o mul ime: 1. Relaia binarã R pe mulimea M se numeşte reflexivã dacã ∀ a∈M avem pe aRa. 2. Relaia binarã R pe mulimea M se numeşte simetricã dacã ∀ a,b∈M avem aRb implicã bRa. 3. Relaia binarã R pe mulimea M se numeşte antisimetricã dacã ∀ a,b∈M, aRb şi bRa implicã a=b. 4. Relaia binarã R pe mulimea M se numeşte tranzitivã dacã ∀ a,b,c ∈M, aRb implicã bRc implicã aRc. iei R definitã pe M mul imea Definiia III.2. Se nume ş te greficul rela
G = {(x,y) xRy}. Definiia III.3. O rela ie binarã R definitã pe o mul ime nevidã M se nume ş te rela ie de echivalen ã dacã ea este reflexicã, tranzitivã şi simetricã. Exemplu: Fie N mulimea numerelor naturale şi numãrul 3 fixat. Pe N stabilim urmãtoarea relaie R: a şi b din N sunt în relaie cu R, dacã a şi b împãrite la 3 dau acelaşi rest. Scriem a ≡ b (mod 3); de pildã 4 ≡ 1 (mod 3). Aceasta este o relaie de echivalenã. ime. R o rela ie de echivalen ã pe M şi a un Definiia III.4. Fie M o mul element fixat din M. Se nume ş te clasã de echivalen ã corespunzãtoare elementului a mul imea C a = {x ∈ M xRa}. Douã clase de echivalen ã C a şi C b sau coincid (când aRb ) sau sunt disjuncte. ime şi R o rela ie de echivalen ã pe M. Se Definiia III.5. Fie M o mul imea cât a lui M în raport cu rela ia R şi se noteazã M/R mul imea nume ş te mul claselor de echivalen ã. Definiia III.6. Fie M o mul ime nevidã. Se nume ş te rela ie de ordin pe M o rela ie binarã care este reflexivã, tranzitivã şi antisimetricã. Se noteazã: “<” sau “ ≤” De exemplu: relaia cunoscutã de ordine naturalã “ ≤” pe N, Z, Q şi R este o relaie de ordine. 11
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
ime nevidã şi “ ≤ Definiia III.7. Fie M o mul o rela ie de ordin pe M. ≤” Aceastã rela ie de ordin se nume ş te rela ie de ordine totalã dacã oricare douã elemente ale lui M sunt comparabile adicã ∀a,b∈ M avem sau a
IV. Funcii IV.1. Noiunea de funcie
Definiia IV.1.1. Fie A şi B douã mul imi. Prin func ie definitã pe mul imea A, cu valori în mul imea B se în elege orice lege (procedeu sau conven ie) f, în baza cãreia oricãrui element a∈ A i se asociazã un unic element, notat f(a) , din B. ie , iar mul imea B se nume ş te Mul imea A se nume ş te domeniu de defini codomeniu de defini ie sau domeniul valorilor func iei. Definiia IV.1.2. Fie f:A→ B o func ie. Prin graficul acestei func ii în elegem submul imea G f a produsului cartezian A x B formatã din toate perechile (a,f(a)), a∈ A. deci G f = {(a, f(a) a∈ A} Definiia IV.1.3. Se nume ş te func ie numericã o func ie f:A→ B , pentru care atât domeniul de defini ie A cât şi domeniul valorilor B sunt submul imi ale mul imilor numerelor reale (deci A, B⊂R ).
IV.2. Funcii injective, surjective, bijective Definiia IV.2.1. Fie f:A→ B o func ie. Spunem cã f este o func ie injectivã , dacã pentru oricare douã elemente x şi y ale lui A , x≠ y , avem f(x) ≠ f(y). Faptul cã f este injectivã se mai exprimã şi altfel: ∀x,y∈A: f(x) = f(y) ⇒ x = y De exemplu: f:N→N, definitã prin formula f(x) = x2, este injectivã, dar g:Z→N, g(x) = x2 nu este o funcie injectivã deoarece g(-2) = g(2) = 4. Definiia IV.2.2. O func ie f:A→ B este o func ie surjectivã , dacã pentru orice b∈ B existã cel pu in un element a∈ A , astfel încât f(a) ≠ b. Deci f:A→ B nu este surjectivã dacã ∃ b∈ B avem f(a) ≠ b(∀)a∈ A. De exemplu: f:R→R, f(x) = ax, a ≠ 0 este surjectivã. Definiia IV.2.3. O func ie f:A→ B care este simultan injectivã şi surjectivã se nume ş te func ie bijectivã. De exemplu: Fie A = {x∈Rx ≥ 0} şi f:R→R, f(x) = x2. Funcia f este bijectivã.
IV.3. Compunerea funciilor Definiia IV.3.1. Fie func iile f:A→ B şi f:B→C (domeniul de defini ie al func iei g coincide cu codomeniul func iei f ). Fie a∈ A, atunci f(a)∈ B, deci existã imaginea sa prin g , adicã g(f(a))∈C. Astfel putem defini o func ie h:A→C unde 12
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
h(a) = g(f(a)) pentru ∀a∈ A . Func ia h astfel definitã se noteazã g◦ f (sau gf ) şi se nume ş te compunerea func iei g cu func ia f . Observaii: 1. Dacã f:A→B şi g:C→D sunt douã funcii, are sens sã vorbim de compunerea funciei g cu funcia f numai dacã B = C. 2. Dacã f:A→B şi g:B→A sunt douã funcii, are sens g◦f:A→A şi f ◦g:B→B. în general f ◦g ≠ g◦f. Teoremã. Fie f:A→B şi g:B→C şi h:C→D trei funcii. Atunci fiecare din funciile h◦(g◦f), (h◦g)◦f are sens şi existã egalitatea: h◦(g◦f) = (h◦g)◦f.
IV.4. Funcia inversã ime oarecare. Notãm cu 1 A:A→ A func ia Definiia IV.4.1. Fie A o mul definitã astfel: 1 A(a) = a pentru ∀ a∈ A. 1 A se nume ş te func ia identicã a mul imii A. Propoziie. Fie A o mulime şi 1A funcia sa identicã. Atunci: 1. Pentru orice mulime B şi pentru orice funcie f:A→B avem f ◦1A= f 2. Pentru orice mulime C şi pentru orice funcie g:C→A avem 1A◦g = g Definiia IV.4.2. O func ie f:A→ B se nume ş te inversabilã dacã existã o func ie g:B→ A astfel încât g◦ f = 1 A şi f ◦g = 1 B. Teoremã. O funcie este inversabilã dacã şi numai dacã este bijectivã.
V. Operaii cu numere reale V.1. Puteri naturale ale numerelor reale 1.
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
(+a)n = +an (-a)2n = +a2n (-a)2n+1 = -a2n+1 am⋅an = am+n am:an = am-n, a ≠ 0 am⋅bm=(a⋅b)m m a m m a :b = , b ≠ 0; b
1
m
1 = = a −m , a ≠ a
0; am 9.(am)n = amn = (an)m; 10. a0 = 1, a ≠ 0; 11. 0n = 0, n ≠ 0, n∈N. Puterile numerelor reale se extind atât pentru exponeni raionali pozitivi sau negativi, cât şi pentru exponeni reali, puterile reale fiind definite cu ajutorul şirurilor de puteri raionale. Aceste puteri au proprietãi identice cu exponeni numere naturale.
13
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
V.2. Identitãi fundamentale Oricare ar fi x,y,z,t,a,b,c∈R şi n∈N, avem: 1. a – b2 = (a – b)(a + b); 4ab = (a + b) 2 – (a – b)2; 2. (a2 + b2)(x2 + y2) = (ax – by)2 + (ax + bx)2; 3. (a2 + b2 + c2)(x2 + y2 + z2 + t2) = (ax – by – cz – bt)2 + (bx + ay – dz – ct)2 + (cx + + dy +az – bt)2 + (dx – cy + bz + at)2; 4. a3 – b3 = (a – b)(a2 + ab + b2); 5. a3 + b3 = (a + b)(a2 – ab + b2); 6. x3 + y3 + z3 – 3xyz = (x + y + z)(x2 + y2 + z2 – xy – xz – yz); 7. x3 + y3 + z3 = (x + y + z)3 – 3(x + y)(y + z)(z + x); 8. a4 – b4 = (a – b)(a + b)(a 2 + b2); 9. a4 + b4 = (a2 + b2 – ab 10.a5 – b5 = (a – b)(a4 + a3b + a2b2 + ab3 + b4); 11.a5 + b5 = (a + b)(a4 – a3b + a2b2 – ab3 + b4); 12.(1 + a)(1 + a2 + a4) = 1 + a + a2 + a3 + a4 + a5; 13.a6 + b6 = (a3 – 2ab2)2 + (b3 – 2a2b)2 (G. de Recquigny-Adanson); 14.an – bn = (a – b)(an-1 + an-2b + … + abn-2 + bn-1); 15.a2n – b2n = (a2 – b2)(a2n-2 + a2n-4b2 + … + a2b2n-4 + b2n-2); 16.a2n+1 + b2n+1 = (a + b)(a2n + a2n-1b + … + ab2n-1 +b2n); 17.(1 + a + a2 + … + an)(1 + an+1) = 1 + a + a2 + … + a2n+1. 2
V.3. Radicali. Proprietã i 1.
1
= a ,a > 0; 1 − 1 1 2. m = m = a m , a > 0 ; m
m
a
a
a
3. (m a ) = a, a ≥ 0 ; 4. m a ⋅ m b = m ab , a, b ≥ 0 ; m
1
m
5.
m
6.
m
a ⋅m b ⋅m c
7.
m
a
1 ,a > 0; = a a
= m abc , a, b, c, ≥ 0 ; a
: m b = m , a ≥ 0, b > 0 ; b
8. m a ⋅ n a = m+n a m +n , a ≥ 0 ; 9. m a : n a = m+ n a m −n , a > 0 ; 10. n a nm = a m , a ≥ 0 ; n
11. a = ( a ) = a , a ≥ 0 ; 12. mn a mp = n a p , a > 0 ; 13. m a p ⋅ n b q = mn a pn ⋅ b qm , a, b ≥ 0 ; m
n
m
n
m
14
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
14. m n a = mn a = n m a , a ≥ 0 ; 15. m a p : n b q = mn a pn : b qm , a ≥ 0, b > 0 ; 16. a 2 = a , a ∈ R; 1 2 n +1
17. − a = −a = − 2n +1 a , a ≥ 0 ; 2 n +1 18. (2n +1 − a ) = −a, a ≥ 0 ; 19. a + b = a + b + 2 ab , a, b ≥ 0 ; 2 n +1
20.
A ± B
=
A + C
2
±
A − C
2
, dacã şi numai dacã A2 – B = C2;
21.Expresia conjugatã a lui 3 a 2 + 3 ab + 3 b 2
a
±
b
este
a
+
iar pentru
b
3
a
±3
b
este
VI. Ecuaii şi inecuaii de gradul întâi VI.1. Ecuaii de gradul întâi sau ecua ii afine ax + b = 0, a,b,x∈R Fie S mulimea de soluii a acestei ecuaii. Dacã b
b
a
a
1. a ≠ 0, x = − (soluie unicã). S = { − }. 2. a = 0 şi b ≠ 0, ecuaia nu are soluii: S = ∅; 3. a = 0 şi b = 0, orice numãr real x este soluie a ecuaiei afine date; S = R. Semnul funciei afine f:R→R, f(x) = ax + b, a ≠ 0 x b -∞ − a
f(X)
semnul lui a 0 Graficul funciei de gradul întâi va fi o linie dreaptã. y semn contrar lui a
A(0,b)
x b
B( − ,0) a
VI.2. Inecuaii de gradul întâi sau ecua ii fine Cazul 1. ax + b > 0, a,b,x∈R. Fie S mulimea b
1. a > 0, S =( − , + ∞); a
15
soluiilor. Dacã:
+∞
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
b
2. a < 0, S = (-∞, − ); a
3. a = 0, b > 0, S = R; 4. a = 0, b = 0, S = ∅. Cazul 2. ax + b = 0, a,b,x∈R. Dacã: b
1. a > 0, S = (+∞, − ] a
b
2. a < 0, S = [ − ,+∞) a
3. a = 0, b = 0, S = R; 4. a = 0, b > 0, S = ∅. Inecuaiile ax + b < 0 şi ax + b ≥ 0 se reduc la cele douã cazuri (prin înmul irea inecuaiei respective cu –1 şi schimbarea sensului inegalitãilor).
VI.3. Modului unui numãr real − x, daca x < 0 x = 0, daca x = 0 x, daca x > 0
Proprietãi:∀ x,y∈R, avem: 1. x = 0 ⇔ x = 0 ; 2. − x = x ; 3. x = y ⇔ x = y sau x = − y ; 4. x = a ⇔ − a = x = a, a ∈ R; 5. − x ≤ x ≤ x ; 6. x + y ≤ x + y ; 7. x − y ≤ x + y 8. x − y ≤ x − y ; 9. x − y ≤ x + y ≤ x + y ; 10. xy = x ⋅ y ; 11.
x y
=
x y
, y ≠ 0 .
Ecuaii şi inecuaii fundamentale, care conin modulul: 1. x − a = b , (a,b,x∈R, S = mulimea soluiilor) b
S
b<0 b=0 b >0
∅ a {a – b; a + b}
2. x − a > b 16
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
b
S
b<0 b=0 b >0
R R\{a} {-∞,a – b)∪{a + b,∞}
3. x − a < b b
S
b<0 b=0 b >0
∅ ∅ {a – b; a + b}
VII. Numere complexe Definiia VII.1. Se nume ş te numãr complex orice element z=(a,b) al mul imii RxR = {(a,b) a,b∈R }, înzestrate cu douã opera ii algebrice, adunarea: ∀ z=(a,b), ∀ z’=(a’,b’) ∈RxR, z + z’ = (a + a’, b + b’) şi înmul irea: ∀ z=(a,b), imea numerelor complexe se ∀ z’=(a’,b’) ∈RxR, z z’ = (aa’-bb’, ab’ +a’ b) . Mul noteazã cu C şi este corp comutativ.
VII.1. Forma algebricã a numerelor complexe
z = a + ib, cu a = (a,0), b = (b,0) şi i = (0,1), respectiv i2 = -1. Egalitatea a douã numere complexe z şi z’: a + ib = a’ + ib’ ⇔ a = a’ şi b = b’ Adunarea numerelor complexe are proprietãile: este asociativã, comutativã, admite ca element neutru pe 0 şi orice numãr complex a + bi admite un opus –a – ib. Înmulirea numerelor complexe are proprietãile: este asociativã, comutativã, admite ca element neutru pe 1 şi orice numãr complex a + bi
−1 nenul admite un invers (a + bi ) =
a a
2
+ b2
−
este distributivã faã 2 2 a + b b
i ;
de adunare z(z’ + z”) = zz’ + zz” ∀z,z’,z”∈C.
Puterile numãrului i: ∀m∈N, i4m = 1, i4m+1 = i, i4m+2 = -1, i4m+3 = -i. Definiia 2.1.1. Dacã z = a +bi, atunci numãrul a – ib se nume ş te conjugatul lui z şi se noteazã a – ib = a + ib = z . Au loc urmãtoarele proprietãi, ∀z,z’,z”∈C. 1. z + z = 2a; 2. z - z = 2bi; 3. z ± z ' = z ± z ' ; 4. zz ' = z ⋅ z ' ; 5. zz ' = a 2 + b 2 = (a + bi )(a − bi) ; 17
Zaharia Virgil-Mihail
6.
z z '
=
z ' z
Mic memorator matematic
;
z z
7. z n = ( z ) ; z ' z ' 8. = . n
z z
VII.2. Modulul unui numãr complex ∀ z∈C
= z z sau z = Avem apoi: z = z z + z ' ≤ z + z ' ; z − z ' ≤ z + z ' ≤ z + z ' ; zz ' = z z ' ; z ' z ' = , z ≠ 0 . z
1. 2. 3. 4. 5.
z
a2
+ b2
z
VII.2. Forma trigonometricã a numerelor complexe z = r(cos u + isin u) unde r = z , iar unghiul u∈[0,2π) este soluia ecuaiilor trigonometrice r cos u = a şi r sin u = b. 5π 5π 5π De exemplu: dacã z = -1 – i, atunci z = 2 , u = şi z = 2 (cos + i sin ) . 4 4 4
VII.4. Formula lui Moivre
∀u∈R şi ∀n∈N, (cos u + isin u)n = cos(nu) + isin(nu) Consecinele formulei lui Moivre cos nu = cosn u + C2ncosn-2u sin2u + C4ncosn-4u sin4u + …; sin nu = C1ncosn-1u sin u + C3ncosn-3u sin3u + …; 1 2 3 5 5 C tgu − C tg u + C tg u − ... tg nu = . 2 2 4 4 1 − C tg u + C tg u − ... n
n
n
n
n
VII.5. Extragerea rãdãcinii de ordinul n dintr-un numãr complex z = r(cos u + isin u) 1 n ( z )k = r n cos u + 2k π + i sin u + 2k π , k = 0,1,2,..., n − 1
( 1) n
k
(
n
= cos
n
2k π n
− 1) = cos k
+ i sin
n
2k π
(2k + 1)π n
n
, k = 0,1,2,..., n − 1
+ i sin
(2 k + 1)π n
, k = 0,1,2,..., n − 1 18
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
Pentru simplificare folosim urmãtoarea notaie: (n 1)k = ε k şi (n − 1)k = ω k a + ib = ±
a
2
b + b2 + a +i 2 b
a
2
+ b 2 − a 2
VII.6. Ecuaia binomã
xn – A = 0, A∈C, A = ρ(cos ϕ + isin ϕ ) xk = A1/nωk, k = 0, n − 1, A∈R, A < 0; xk = A1/nεk, k = 0, n − 1, A∈R, A > 0; ϕ + 2k π ϕ + 2k π cos sin + xk = n p i , k = 0, n − 1, A∈C\R
n
n
VIII. Ecuaii şi inecuaii de gradul al II-lea VIII.1. Ecuaii de gradul al doilea
ax2 + bx + c = 0, a,b,c∈R, a ≠ 0 1. Formule de rezolvare: ∆ > 0 −b+ ∆ −b− ∆ , x2 = , ∆ = b2 – 4ac; sau x1 = 2a 2a − b'+ ∆' − b'− ∆ ' , x2 = , b = 2b’, ∆’ = b’2 – ac. x1 = a
a
2. Formule utile în studiul ecua iei de gradul al II-lea: x12 + x22 = (x1 + x2)2 – 2x1x2 = S2 – 2P x13 + x23 = (x1 + x2)3 – 3x1x2(x1 + x2) = S3 – 2SP x14 + x24 = (x1 + x2)4 – 2x12x22= S4 – 4S2P + 2P2 3. Discu ia naturii şi semnul rãdãcinilor în funcie de semnele lui ∆ = b2 – 4ac, P = x1x2, S = x1 + x2.
∆ ∆<0
P -
S -
∆=0
-
-
∆>0
P>0 P>0 P<0
S>0 S<0 S>0
P<0
S<0
Natura şi semnul rãdãcinilor −b±i −∆ Rãdãcini complexe: x1, 2 = 2a Rãdãcini reale şi egale x1 = x 2 = −
b
2a
Rãdãcini reale pozitive Rãdãcini reale negative Rãdãcini reale şi de semne contrare; cea pozitivã este mai mare decât valoarea absoluta a celei negativi Rãdãcini reale şi de semne contrare; cea negativã este mai mare în valoare absolutã. 19
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
4. Semnul func iei f:R→R, f(x) = ax2 + bx + c, a,b,c∈R ∆ > 0: a ≠ 0, x1 < x2. x -∞ x1 x2 f(x) semnul lui a 0 semn contrar lui a 0
∆=0 X -∞ f(x)
semnul lui a
∆<0 X -∞ f(x)
x1 = x2 0
+∞ semnul lui a +∞ semnul lui a +∞
semnul lui a
5. Graficul func iei f:R→R, f(x) = ax2 + bx + c, a,b,c∈R este o parabolã. Aceastã 2 −∆ b funcie se poate scrie şi sub forma f ( x ) = a x + + , numitã formã canonicã. 4a 2a
∆>0 a>0 A(x1,0) B(x2,0) C(0,c)
y
V −
C
b
2a
O A
B
,−
∆ 4a
x
D 6. Maximul sau minimul func iei de gradul al doilea 1. Dacã a > 0, funcia f(x) = ax2 + bx + c are un minim egal cu realizeazã pentru x =
−b 2a
2. Dacã a < 0, funcia f(x) = ax2 + bx + c are un maxim egal cu realizeazã pentru x =
−∆ , minim ce se 4a −∆ , maxim ce se 4a
−b 2a
7. Intervale de monotonie pentru func ia de gradul al doilea Teoremã. Fie funcia de gradul al doilea f(x) = ax2 + bx + c, a≠0 20
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
1. Dacã a > 0, func ia f este strict descrescãtoare pe intervalul (−∞,
− b şi strict 2a
−b crescãtoare pe intervalul ,+∞) . 2a 2. Dacã a < 0, funcia f este strict crescãtoare pe intervalul (−∞,
− b şi strict 2a
−b descrescãtoare pe intervalul ,+∞) . 2a −b −b Observaie: Intervalele (−∞, şi ,+∞) se numesc intervale de 2a 2a monotonie ale func iei f . Descompunerea trinomului f(x) = aX2 + bX + c, a,b,c∈R, a ≠0, x1 şi x2 fiind rãdãcinile trinomului. 1. ∆ > 0, f(x) = a(X – x1)(X – x2); 2. ∆ = 0, f(x) = a(X – x1)2; 3. ∆ < 0, f(x) este ireductibil pe R, deci f(x) = aX2 + bX + c Construirea unei ecua ii de gradul al doilea când se cunosc suma şi produsul 2 rãdãcinilor ei: x – Sx + P = 0, cu S = x1 + x2 şi P = x1x2. Teoremã: Ecuaiile ax2 + bx + c = 0 şi a’x2 + b’x + c’ = 0, ∀a,b,c,a’,b’,c’ ∈R, a,a’≠0, au cel puin o rãdãcinã comunã dacã şi numai dacã:
a 0 a’ 0
b a b’ a’
c b c’ b’
0 c = 0 sau (ac’ – a’c)2 – (ab’ – a’b)(bc’ – b’c) = 0 0 c’
Condi ii necesare şi suficiente pentru ca numerele reale date α şi β sã fie în 2 anumite rela ii cu rãdãcinile x1 şi x2 ale ecua iei de gradul al doilea f(x)=ax + bx + c a,b,c∈R, a≠0, respectiv, pentru ca f(x) sã pãstreze un semn constant ∀x,x∈R. Nr.crt. Condi ii necesare şi suficiente Rela ii între x1 , x2 , α şi β
1
α < x1 < β < x2 sau x1 < α < x2 <β
2
α < x1 ≤ x2 < β
3
x1 < α < β < x2
1. f(α )f(β) < 0 1. ∆ = b2 – 4ac = 0 2. af(α) > 0 3. af(β) > 0 −b 4. α < 2a −b 5. β > 2a 1. af(α) < 0 2. af(β) < 0 ceea ce atrage dupã sine ∆ >0 21
Zaharia Virgil-Mihail
4
x1 < α < x2
5
α < x1 ≤ x2
6
x1 ≤ x2 < α
7
f(X) = 0, ∀x, x∈R
8
f(X) ≤ 0, ∀x, x∈R
Mic memorator matematic
1. af(α) < 0 1. ∆ = 0 2. af(α) > 0 −b 3. α < 2a 1. ∆ = 0 2. af(α) > 0 −b 3. <α 2a 1. 2. 1. 2.
∆≤0 a>0 ∆≤0 a<0
Observaie: Rezolvarea ecuaiei bipãtrate ax2n + bxn + c = 0, ∀n∈N, n > 2, prin substituia xn = y, se reduce la rezolvarea unei ecuaii de gradul al doilea în y, anume ay2 + by + c = 0 şi la rezolvarea a douã ecuaii binome de forma xn = y1, xn = y2.
VIII.2. Inecuaii fundamentale de gradul al II-lea
1. ax2 + bx + c > 0, a,b,c∈R, a≠0, S = mulimea soluiilor: a S ∆ ∆ > 0 a > 0 (-∞, x1)∪(x2, +∞) (x1,x2) ∆>0 a<0 R\{x1} ∆=0 a>0 ∅ ∆=0 a<0 R ∆<0 a>0 ∅ ∆<0 a<0 2. 2. ax2 + bx + c ≥ 0, a,b,c∈R, a≠0, S = mulimea soluiilor: a S ∆ ∆ > 0 a > 0 (-∞, x1]∪[x2, +∞) [x1,x2] ∆>0 a<0 R ∆=0 a>0 {x1} ∆=0 a<0 R ∆<0 a>0 ∅ ∆<0 a<0 Inecuaiile ax2 + bx + c < 0 şi ax2 + bx + c ≤ 0 se reduc la cazurile precedente (prin înmulirea cu –1 şi schimbarea sensului acestor inegalitãi).
VIII.3. Rezolvarea sistemelor de ecuaii cu coeficieni reali 1. Sisteme formate dintr-o ecua ie de gradul al doilea şi una de gradul întâi Aceste sisteme sunt de forma: 22
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
ax + by + c = 0
(S )
2 2 a1 x + b1 xy + c1 y + d 1 x + e1 y + f 1 = 0
Se rezolvã prin metoda substitu iei. În prima ecuaie putem presupune cã sau a≠0 sau b≠0 (dacã a = b = 0 atunci prima ecuaie dispare). Presupunând cã b≠0, a c − c − ax atunci ecuaia ax + by + c =0 este echivalentã cu ecua ia y = = − x − . b
b
b
Dacã substituim în y în cea de a doua ecuaie a sistemului (S), atunci (S) este echivalent cu sistemul: a c y x = − − b b (S ' ) 2 a c a c a c a x 2 + b x − x − + c − x − + d x + e − − x + f 1 = 0 1 1 1 1 1 b b b b b b
Rezolvând ecuaia a doua a sistemului (S’) obinem valorile lui x, apoi, înlocuind în prima ecuaie din sistemul (S’) obinem valorile lui y. Discuie. 1. Dacã ecuaia a doua din sistemul (S’) are douã rãdãcini reale, atunci sistemul (S) are o soluie realã. 2. Dacã ecuaia a doua din sistemul (S’) are douã rãdãcini egale, sau în cazul când aceasta este o ecua ie de gradul întâi, atunci sistemul (S) are douã soluii reale. 3. Dacã ecuaia a doua a sistemului (S’) nu are nici o rãdãcinã realã, atunci sistemul (S) nu are soluii reale. 2. Sisteme de ecua ii omogene Un astfel de sistem este de forma: a1 x 2 + b1 xy + c1 y 2 = d 1 (S ) 2 2 a 2 x + b2 xy + c2 y = d 2 Sistemul (S) se numeşte omogen deoarece polinoamele a1X2 + b 1XY + c1Y2 şi a2X2 + b2XY + c2Y2 sunt omogene, în sensul cã toate monoamele care apar în scrierea lor au acelaşi grad. Presupunem mai întâi cã d1≠0 şi d2≠0. Existã în aces caz numerele reale α şi β diferite de zero astfel încât αd1 + βd2 = 0. Se înmuleşte prima ecuaie cu α şi cea de a doua cu β şi apoi se adunã. Se obine sistemul echivalent: a1 x 2 + b1 xy + c1 y 2 = d 1 (S ' ) 2 2 (α a2 + β a 2 ) x + (α b1 + β b2 ) xy + (α c1 + β c2 ) y = 0 Notãm coeficientul ecuaiei a doua din (S’) cu a 3,b3,c3. Atunci: a1 x 2 + b1 xy + c1 y 2 = d 1 (S ' ) 2 2 a3 x + b3 xy + c3 y = 0 Deoarece d1≠0 sistemul (S’) nu are soluia x = 0 şi y = 0. Putem presupune cã x≠0. Împãrim ecuaia a doua din (S’) cu x2 şi ob inem ecuaia de gradul al doilea în 23
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
2
y y : c3 + b3 + a 3 = 0 care, rezolvatã, ne dã în general douã valori k 1 şi k2 pentru x x x y y x
adicã,
y x
= k 1 şi
y x
= k2.
Rezolvarea sistemului (S) este echivalentã cu rezolvarea urmãtoarelor douã sisteme: y = k x y = k 2 x ( S1 ) 2 1 ( ) i ş S 2 2 2 2 + + = a x b xy c y d 1 1 1 1 a1 x + b1 xy + c1 y = d 1 Când d1 = 0 şi d2 = 0, sistemul (S) este de forma (S’) şi rezolvarea se continuã ca pentru sistemul (S’). 3. Sisteme de ecua iiii simetrice Definiia VIII.3.3. O ecua ie ie în douã necunoscute se zice simetricã dacã x cu y şi y cu x , ecua ia înlocuind x ia nu se schimbã. Rezolvarea sistemelor de ecuaii simetrice se face astfel: se introduc necunoscutele auxiliare s şi p date de relaiile: x + y = s şi xy = p. Prin introducerea acestor noi necunoscute s şi p, în foarte multe cazuri sistemul se reduce la un sistem de ecua ii format dintr-o ecuaie de gradul întâi şi o ecuaie de gradul al doilea în necunoscutele s şi p.
IX. Ecuaii algebrice de gradul III, IV şi V
IX.1. Ecuaia reciprocã de gradul al treilea
ax3 + bx2 ± bx ± a = 0, a,b∈R, a≠0 Rezolvarea ei se reduce la aceea a ecuaiei (x ± 1)[ax2 + (b + a) + a] = 0
IX.2. Ecuaia reciprocã de gradul al patrulea
ax4 ± bx3 + cx2 ± bx + a = 0, a,b,c∈R, a≠0 Rezolvarea ei se reduce la aceea a unei ecuaii de gradul al doilea, prin 1 1 1 substituia y = x + : a(x2 + 2 ) ± b(x + ) + c = 0 sau ay2 + by + c – 2a= 0. x x x
IX.2. Ecuaia bipãtratã
ax4 + bx2 + c = 0, a,b,c∈R, a≠0 2
2
Cu x = y , rezultã ecuaia ay + by + c = 0, deci x1, 2 ,3, 4 = ±
−b ±
b2
− 4ac
2a
X. Logaritmi Definiia X.1. Fie a∈R*+, a ≠ ≠ 1 şi b∈R*+ douã numere reale. Se nume ş te logaritm al numãrului real strict pozitiv b exponentul la care trebuie ridicat numãrul a, numit bazã, pentru a ob ine ine numãrul b. Logaritmul numãrului b în baza a se noteazã logab 24
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
Evident b = a log b . Pentru a = 10 obinem logaritmi zecimali, iar pentru a = e obinem logaritmi naturali. a
Proprietã i: i:
1. logab = logac ⇔ b = c, (b,c > 0); 2. logaa = 1; 3. loga1 = 0 1 4. logaac = c; loga =- logab; logax2n = 2n logax , x≠0 b 1 5. log a m b = log a b, (b > 0, m ∈ N , m ≥ 2) ; m
6. logab logba = 1; 7. Formula de schimbare a bazei logaritmului: log a b =
log c b log c a
8. x>0 şi y>0 ⇒ logaxy = logax + logay; x 9. x>0 şi y>0 ⇒ loga = logax – logay; cologax = - logay y 10.a>1 10. a>1 şi x∈(0,1) ⇒ logax < 0; a>1 şi x>1 ⇒ logax > 0; 11.0 0; 01⇒ logax < 0; 12.a>1 12. a>1 şi 00, y>0, a>0, b>0, a≠1, b≠1 ⇒ ; = log a y log b y 14.x>0, 14.x>0, a>0, a≠1, n∈N ⇒ logax = logaxn; 15.x 15. x∈R, a>0, a≠1 ⇒ ax = exlna. Opera iiii cu logaritmi zecimali 1. Suma a doi logaritmi: se adunã separat caracteristicile (se adunã algebric, întrucât existã caracteristici pozitive şi caracteristici negative) şi separat mantisele (care sunt întotdeauna pozitive în afarã de cazul în care întregul logaritm este negativ); apoi cele douã rezultate se adunã algebric. 2. Scãderea a doi logaritmi: se adunã descãzutul cu logaritmul scãzãtorului. 3. Înmulirea unui logaritm cu un numãr întreg: când caracteristica este pozitivã, înmulirea se face în mod obişnuit; când caracteristica este negativã se înmuleşte separat mantisa şi separat caracteristica şi se adunã algebric rezultatele. 4. Împãrirea unui logaritm printr-un numãr întreg: în cazul când caracteristica este pozitivã, împãrirea se face obişnuit. În cazul în care este negativã se împarte separat mantisa şi separat caracteristica; dacã nu se împarte exact cu caracteristica prin numãrul dat, atunci se adaugã caracteristicii atâtea unitãi negative câte sunt necesare pentru a avea un numãr divizibil prin împãritorul respectiv şi, pentru a nu se modifica rezultatul, se adaugã şi mantisei tot atâtea unitãi, dar pozitive. X.1. Ecuaii şi inecuaii logaritmice fundamentale 1. logax = b, a>0, a≠1, b∈R. Soluia: x = ab. 2. logax > b, b∈R. Fie S mulimea soluiilor. Avem: 25
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
a S a>1 (ab, +∞) 01 (0, ab) 0 < a < 1 (ab, +∞)
X.2. Ecuaii şi inecuaii exponeniale fundamentale
1. ax = b, a>0, a≠1, b>0. Soluia x = logab, b∈R 2. ax = b, a>0, a≠1, b≤0, nu are nici o soluie realã 3. ax > b. Fie S mulimea soluiilor. Avem: a b S a>1 b>0 (logab, +∞) 00 (-∞, logab) a>0 b<0 R a≠1 x 4. a < b. Fie S mulimea soluiilor. Avem: a b S a>1 b>0 (-∞, logab) 00 (logab, +∞) a>0 b<0 ∅ a≠1
XI. Metoda induciei matematice XI.1. Axioma de recuren ã a lui Peano
Fie A o parte a lui N astfel cã: 1. 0∈A 2. (∀n∈N), n∈A ⇒ n+1∈A. Atunci rezultã A = N.
XI.2. Metoda induc iei matematice
Fie P(n) o propoziie care depinde de numãrul natural n. Dacã avem: 1. P(0) adevãratã; 2. ∀n∈N, P(n) adevãratã ⇒ P(n+1) adevãratã, atunci P(n) este adevãratã pentru orice numãr natural n. În demonstraie prin metoda induc iei matematice (recurenã) poate apãrea în loc de 0, un numãr natural n0, dacã în propoziia P(n) pe care vrem sã demonstrãm am constatat n≠n0.
XI.2. Variantã a metodei induciei matematice Fie P(n) o propoziie care depinde de numãrul natural n≠n0. Dacã avem: 1. P(n0) adevãratã; 26
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
2. (∀m∈N, n0≤m≤k) P(m) adevãratã ⇒ P(k) adevãratã, atunci P(n) este adevãratã pentru orice numãr natural n≥n0.
XII. Analizã combinatorie XII.1. Permutãri Definiia XII.1.1. O mul ime împreunã cu o ordine bine determinatã de dispunere a elementelor sale este o mul ime ordonatã şi se notazã (a1 ,a2 ,…,an). Definiia XII.1.2. Se numesc permutãri ale unei mul imi A cu n elemente toate mul imile ordonate care se pot forma cu cele n elemente ale lui n. Numãrul permutãrilora n elemente, n∈N* , este P n=1⋅ ⋅ 2 ⋅ ⋅ 3 ⋅ ⋅… ⋅ ⋅ n = n!; 0! = 1 (prin defini ie). (n + 1)! Factoriale (proprietãi): n! = (n – 1)!n; n! = n +1
XII.2. Aranjamente Definiia XII.2.1. Se numesc aranjamente a n elemente luate câte m (m≤ ≤ n) ale unei mul imi A cu n elemente, toate submul imile ordonate cu câte m elemente care se pot forma din cele n elemente ale mul imii A. Se noteazã Amn. Numãrul aranjamentelor a n elemente luate câte m este: n! Amn = n(n – 1)…(n – m + 1) = , n≥m. (n − m)! n! n n Proprietã i: A n = Pn; A n = sau Ann= n!; Ann−1 = Ann ; An0 = 1 . 0!
XII.3. Combinãri Definiia XII.3.1. Se numesc combinãri a n elemente luate câte m (m≤ ≤ n) ale unei mul imi A cu n elemente toate submul imile cu câte m elemente, care se pot forma din cele n elemente ale mul imii A. Se noteazã C nm . Proprietã i: C n = n; C nn = C n0
= C 00 = 1 ; 1. 2. C nn = C nn −m ; C nm = C nm−1 + C nm−−11 ; 3. Numãrul submulimilor unei mulimi cu n elemente este 2n; 4. C nm = C nm−−11 + C nm−−11 + ... + C mm+−11 + C mm−1 + C mm−−11 ; n! 5. = C n p C n p− p ...C n−( p +...+ p ) unde p1 + … pm-1 < n p1! p2 !... pn ! 1
1
2
1
1
m −1
XII.4. Binomul lui Newton
(x + a)n = C n0 x n + C n1 x n−1 a + ... + C nk x n −k a k + ... + C nn a n (x – a)n = C n0 x n − C n1 x n −1 a + ... + (−1) k C nk x n−k a k + ... + (−1) n C nn a n unde n∈N Proprietã i:
1. Termenul de rank k+1 este Tk+1 = (-1)k C nk xn-kak; 27
Zaharia Virgil-Mihail
2. C nk +1 = 3. Tk+2 =
Mic memorator matematic
n − k k k +1 C n ; C n +1 k + 1 n − k a
⋅
k + 1 x
=
n − k k C n ; k + 1
Tk+1 sau Tk+2 = −
n − k a
⋅ Tk+1;
k + 1 x
4. Numãrul termenilor dezvoltãrii (x ± a)n este n+1; 5. Coeficienii termenilor egal depãrtai de extremi sunt egali. Rela ii importante: n n n n 0 1 0 1 C n + C n + ... + C n = 2 ; C n − C n + ... + (−1) C n = 0; n n C n0 + C n2 + C n4 + ... = 2 −1 ; C n1 + C n3 + C n5 + ... = 2 −1 ; n n C 2 n = (C n0 ) 2 + (C n1 ) 2 + ... + (C n ) 2 Dezvoltãri particulare uzuale:
1. 2. 3. 4. 5. 6.
(a ± b)2 = a2 ± 2ab + b2; (a + b + c)2 = a2 + b2 + c2 + 2(ab + bc + ac); (a + b)3 = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3; (a – b)3 = a3 – 3a2b + 3ab2 – b3; (a + b + c)3 = a3 + b3 + c3 + 3(a2b + a2c + b2a + b2c + c2a + c2b) + 6abc; (a + b)4 = a4 + 4a3b + 6a2b2 + 4ab3 + b4.
XII.5. Suma puterilor asemenea ale primelor n numere naturale
Dacã Sp = 1p + 2p + …+ np, p∈N, atunci avem: 2 n(n + 1) n(n + 1)(2n + 1) n( n + 1 ; S2 = ; S3 = S1 = 2 6 2 n(n + 1)(6n 3 + 9n 2 + n − 1) n 2 (n + 1) 2 (2n 2 + 2n − 1) ; S5 = S4 = 30 12 O relaie care permite calculul lui Sp, când se cunosc Sp-1, Sp-2,…, S1 este formula lui Pascal: (n+a)p+1 = 1+ C p1 +1 S p + C P2+1 S p −1 + ... + C p p+1 S1 + n
XIII. Progresii XIII.1. Progresii aritmetice Definiia XIII.1.1. Se nume ş te progresie aritmeticã un şir de numere a1 ,a 2 ,a 3 ,…,a n ,… în care fiecare termen, începând cu a 2 , se ob ine din cel precedent ia progresiei. Se noteazã prin adãugarea unui numãr constant numit ra ÷a1,a2,a3,…an,… Dacã a1 este primul termen, an cel de-al n-lea termen (termenul general), r raia, n numãrul termenilor şi Sn suma celor n termeni, atunci avem: an = an-1 + r, n≥2 (prin definiie) an = a1 + (n – 1)r, n≥2 (prin definiie) (a + a )n Sn = a1 + a2 + …+ an, Sn = 1 n 2 28
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
2a 1 + (n − 1)r n 2 Termenii echidistan i de extremi. Într-o progresie aritmeticã suma termenilor Sn =
echidistan i de extremi este egalã cu suma termenilor extremi: ak + an-k+1 = a1 + an. Observaie. Dacã numãrul termenilor este impar (n = 2m + 1), atunci existã un termen în mijloc, am+1 , astfel încât 2am+1 = a1 + a2m+1. Condiia necesarã şi suficientã pentru ca trei termeni a,b,c, luate în aceastã ordine, sã formeze o progresie aritmeticã, este sã avem 2b = a + c.
XIII.2. Progresii geometrice Definiia XIII.2.1. Se nume ş te progresie geometricã un şir de numere a1 ,a 2 ,a 3 ,…,a n ,… în care fiecare termen, începând cu a 2 , se ob ine din cel precedent irea acestuia cu un acela şi numãr q (q≠ prin înmul ≠ 0) numit ra ie. Se noteazã ÷÷a1,a2,a3,…an,… Dacã a1 este primul termen, an cel de-al n-lea termen (termenul general), q raia, n numãrul termenilor şi Sn suma celor n termeni, atunci avem: an = qan-1, n≥2 (prin definiie) an = a1qn-1, n≥2 (an în funcie de a1, q şi n) qn − 1 Sn = a1 + a2 + …+ an, Sn = a 1 q −1 a −a q Sn = 1 n , q ≠ 1 1− q Termeni echidistan i de extremi. Într-o progresie geometricã, produsul a doi termeni echidistan i de extremi este egal cu produsul termenilor extremi: a pan-p+1 = a1an. Observaie. Dacã numãrul termenilor este impar (n = 2m + 1) atunci existã un termen la mijloc, am+1 , astfel încât am2 +1 = a1 a2 m+1 . Condiia necesarã şi suficientã ca trei numere a,b,c, luate în aceastã ordine, sã formeze o progresie geometricã este sã avem b2 = ac.
XIV. Polinoame XIV.1. Forma algebricã a unui polinom
f ∈C[x] este f = a0Xn + a 1Xn-1 + a 2Xn-2 + … + an, unde n este gradul, a0 – coeficientul dominant, an – termenul liber. ~ ~ Func ia polinomialã asociatã lui f ∈C[x] este f :C→C f (α) = f(α) ∀α∈C; f(α) fiind valoarea polinomului f în α. Teorema împãr irii cu rest: ∀f,g∈C[x], g≠0 existã polinoamele unice q,r∈C[x] astfel încât f = gq + r, grad r < grad g. Împãr irea unui polinom cu X-a: Restul împãririi polinomului f ∈C[x], f ≠0 la X-a este f(a).
29
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
Schema lui Horner: ne ajutã sã aflãm câtul q = b0Xn-1 + b1Xn-2 + … + bn-1 al împãririi polinomului f = a0Xn + a 1Xn-1 + a2Xn-2 + … + an la binomul X-a; precum şi restul acestei împãriri r = f(a); a0 a1 … an-1 an a b0 = a0 b1 = ab0+a1 … bn-1 = abn-2+an-1 r=f(a)=abn-1+an
XIV.2. Divizibilitatea polinoamelor Definiia XIV.2.1. Fie f,g∈C[x], spunem cã g divide pe f şi notãm g f dacã ∃q∈C[x] astfel încât f=gq. Proprietãi: 1. a f, ∀a∈C*, ∀f ∈C[x]; 2. g f şi f ≠0 ⇔ r = 0; 3. g f şi f ≠0 ⇒ grad f ≥ grad g; 4. a∈C* ⇒ af f; 5. f f (refelexivitate); 6. f g şi g h ⇒ f h (tranzitivitate); 7. f g şi g f ⇒ ∃ a∈C* cu f = ag (f,g sunt asociate în divizibilitate). Definiia XIV.2.2. Un polinom d se nume ş te cel mai mare divizor comun (c.m.m.d.c.) al polinoamelor f şi g dacã: 1) d f şi d g. 2) d’ f şi d’ g ⇒ d’ d şi notãm d=(f,g) Definiia XIV.2.3. Dacã d=1 atunci f şi g se numesc prime între ele. Definiia XIV.2.4. Un polinom m se nume ş te cel mai mic multiplu comun (c.m.m.m.c.) al polinoamelor f şi g dacã: 1) f m şi g m. 2) f m’ şi g m’ ⇒ m m’ f ⋅ g Teoremã. Dacã d=(f,g) atunci m = d
XIV.3. Rãdãcinile polinoamelor
Definiia XIV.3.1. Numãrul α α∈ C se nume ş te rãdãcinã a polinomului f dacã ~ şi numai dacã f ( α α ) = 0. Teorema lui Bezout: Numãrul α∈C este rãdãcinã a polinomului f ≠0⇔(X-a) f. Definiia XIV.3.2. Numãrul α α se nume ş te rãdãcinã multiplã de ordinul p a polinomului f ≠0 dacã şi numai dacã (X-a) f iar (X-a) p+1 nu-l divide pe f . Teoremã: Dacã f ∈C[x] este un polinom de gradul n şi x1 ,x2 ,x3 ,…,xn sunt rãdãcinile lui cu ordinele de multiplicitate m1 ,m2 ,m3 ,…,mn atunci m f = a0 ( X − x1 ) m ( X − x2 ) m ...( X − xn ) unde a0 este coeficientul dominant al lui f , iar m1 + m2 + … + mn = grad f . XIV.4. Ecuaii algebrice Definiia XIV.4.1. O ecua ie de forma f(x) = 0 unde f ≠ ≠ 0 este un polinom, se nume ş te ecua ie algebricã. Teorema lui Abel-Ruffini: Ecuaiile algebrice de grad mai mare decât patru nu se pot rezolva prin radicali. Teorema lui D’Alambert-Gauss: Orice ecuaie algebricã de grad mai mare sau egal cu unu, are cel puin o rãdãcinã (complexã). 1
2
n
30
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
Formulele lui Viete: Dacã numerele x1 ,x2 ,…,xn sunt rãdãcinile polinomului f ∈C[x], f = a0Xn + a1Xn-1 + …+ an, a0≠0 atunci: a1 x x x ... + + + = − n 1 2 a0 a2 x1 x 2 + ... + x1 x n + x 2 x3 + ... + x n−1 x n = a 0 a3 x1 x 2 x3 + x1 x 2 x 4 + ... + x n− 2 x n −1 x n = − a0 ...................................................... a x1 x 2 ... x k + x1 x 2 ... x k −1 x k +1 + ... + x m −k +1 x m − k + 2 ... x m = (−1) k k a0 ....................................................... n an x1 x 2 ... x n = (−1) a0
XIV.5. Polinoame cu coeficieni din R, Q, Z Teoremã: Dacã f ∈R[x] admite pe α = a + ib, b≠0 ca rãdãcinã atunci el admite ca rãdãcinã şi peα = a – ib, iar α şiα au acelaşi ordin, de mutiplicitate. Teoremã: Dacã un polinom f ∈Q[x] admite pe α = a + b d (a,b∈Q, b≠0, d∈R\Q) ca rãdãcinã, atunci el admite şi pe α = a – b d , iar α şiα au acelaşi ordin, de mutiplicitate. p Teoremã: Dacã un polinom f ∈Z[x], grad f ≥1, admite o rãdãcinã α = ∈Q, 2 (p,q) = 1 atunci p an şi q a0. În particular dacã f ∈Z[x] are rãdãcina α=p∈Z atunci p an.
XV. Permutãri, matrici, determinani XV.1. Permutãri Definiie XV.1.1. Fie A={1,2,…n}, ϕ se nume ş te permutare de gradul n daacã ϕ:A→ → A şi ϕ bijectivã. 2 ... n 1 ϕ = ϕ ϕ σ (1) (2) ... (n) Sn – mulimea permutãrilor de grad n; card Sn = n! 1 2 ... n 1A = e, permutarea identicã e = 1 2 ... n 31
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
Compunerea permutãrilor 1 Fie σ,τ∈Sn atunci σoτ = ϕ (τ (1))
2 ... n ∈Sn ϕ (τ (2)) ... σ (τ (n))
Transpozi ii Definiia XV.1.2. Fie i,j∈A, i≠ j, τij∈S n , τij se nume ş te transpozi ie dacã: j, daca k = i 1 2 ... i ... k ... j ... n τ ij (k ) = i, daca k = j τ ij (k ) = 1 2 ... j ... k ... i ... n k, daca k ≠ i, j Observaii: 1. (τij)-1 = τij; 2. Numãrul transpoziiilor de grad n este C n2 Signatura (semnul) unei permutãri Definiia XV.1.3. Fie (i,j)∈AxA, i
XV.2. Matrici Definiia XV.2.1. Fie M = {1,2,…m} şi N = {1,2,…n}. O aplicaie A:MxN→C A(i,j)=aij se numeşte matrice de tipul (m,n): cu m linii şi n coloane: a11 a12 ... a1n a21 a22 ... a2 n şi notãm Mm,n(C) mulimea matricelor de tipul (m,n) cu A = ... ... ... ... a m1 am 2 ... amn elemente numere complexe. Definiia XV.2.2. Dacã m=n atunci matricea se nume ş te pãtraticã de ordinul imea lor se noteazã M n(C). n , iar mul Definiia XV.2.3. Douã matrici A,B∈ M m,n(C) sunt egale dacã şi numai dacã aij = bij ∀(i,j)∈ MxN. Operaii cu matrici: 1. Adunarea Fie A,B∈Mm,n(C) atunci C = A + B∈Mm,n(C) unde cij=aij + bij ∀ (i,j)∈MxN este suma lor. Proprietã i ∀A,B,C∈Mm,n(C): 1. A+B = B+A (comutativitate); 2. (A+B)+C = A+(B+C) (asociativitate); 32
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
3. A+0 = 0+A = A (elementul neutru este matricea nula 0); 4. A+(-A) = (-A)+A = 0 (opusul lui A este –A). 2. Înmul irea cu scalari Fie A∈Mm,n(C) şi λ∈C atunci B=λA∈Mm,n(C) unde bij=λij ∀(i,j)∈MxN este produsul matricei A cu scalarul λ. Proprietã i ∀A,B∈M m,n(C) şi λµ∈C. 1. 1⋅A = A; 2. λ⋅A = A⋅λ; 3. λ(A+B) = λA + λB; 4. (λ+µ)A = λA + µA; 5. λ(µA) = (λµ)A = µ (λA). 3. Transpusa unei matrici Fie A∈Mm,n(C) atunci tA∈Mm,n(C) unde taij = a ji, ∀(i,j)∈MxN 4. Înmul irea matricelor Fie A∈Mm,n(C) şi B∈Mn,p(C) atunci C=A⋅B∈Mm,p(C) unde
n
cij
= ∑a k =1
∀(i,j)∈MxN este produsul lor Proprietã i:
1. (A⋅B) ⋅C = A⋅(B⋅C) (asociativitate); 1 0 2. A⋅In = In⋅A (element neutru-matricea unitate) I n = ... 0
0 1 ... 0
... ... ... ...
3. (A+B)⋅C = A⋅C + B⋅C; 4. A⋅(B+C) = A⋅B + A⋅C.
XV.3. Determinani
Fie Mn(C) – mulimea matricilor pãtrate de ordin n cu elemente din C: a11 a12 ... a1n ... a a a 21 22 2n , A∈Mn(C) A = ... ... ... ... a m1 am 2 ... amn Definiia XV.3.1. Se nume ş te determinantul matricii A , numãrul det A = ∑ ε (σ )a1σ (1) a2σ ( 2 ) ...anσ ( n ) σ ∈S n
det A =
a11
a12
a21
a22
...
...
a n1
an 2
... a1n ... a 2 n ... ... ... anm 33
b
ik kj
0 0 ... 1
,
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
det A = ai1Ai1 + ai2Ai2 + … + ainAin unde Aij este complementul algebric al elementului aij din matricea A: a 11 a 12 ... a 1j-1 a 1j+1 ... a 1n a 21 a 22 ... a 2j-1 a 2j+1 ... a 2n ... .... ... ... ... ... ... Aij = (-1)i+j a i−11 a i-12 ... a i-1j-1 a i -1j+1 ... a i-1n a i+11 a i+12 ... a i +1j-1 a i+1j+1 ... a i +1n ... ... ... ... ... ... ... a n1 a n2 ... a nj-1 a nj+1 ... a nm Dacã C = AB, atunci det C = det A det B (A,B,C∈Mn(C)) Determinantul de ordinul 2: a11
a12
a21
a 22
= a11 a22 − a12 a21
Determinantul de ordinul 3: a11
a12
a13
a21
a 22
a 23
a31
a32
a33
= a11a22 a33 + a21a32 a13 + a12 a23 a31 − a31a22 a13 − a11a32 a23 − a21 a12 a33
XV.4. Inversa unei matrici
Fie A∈Mn(C), dacã det A≠0 existã A-1∈Mn(C) astfel încât AA-1 = In, In∈Mn(C), In – matricea unitate: A11 A21 ... An1 A A A ... 1 12 n2 22 −1 A = det A ... ... ... ... A1n A2 n ... Ann
XVI. Sisteme lineare XVI.1. Notaii: aij – coeficieni, xI – necunoscute, bi – termeni liberi; a11 x1 + a12 x2 + ... + a1n x n = b1 a x + a x + ... + a x = b 2n n 2 (S) 21 1 22 2 , m – ecuaii, n – necunoscute; .......... .......... .......... ......... am1 x1 + a m 2 x 2 + ... + amn xn = bn 34
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
... a1n a11 a12 a22 ... a2 n a21 a22 , A = ... ... ... ... ... am 2 ... amn a m1 am 2 r – rangul matricii A = rangul sistemului
a11 a21 A = ... a m1
a12
... a1n ... a2 n ... ... ... a mn
b1
b2
...
,
bn
XVI.2. Compatibilitatea Sistemul (S) este compatibil determinat dacã: 1. r = m = n (sistem de tip Cramer) şi det A = ∆ ≠ 0, atunci xI =
∆ , unde ∆ i
... b1 ... a1n a 22 ... b2 ... a 2 n ... ... ... ... ... an 2 ... bn ... ann 2. r = n < m şi rang A = r. Sistemul (S) este incompatibil dacã r ≤ min (m,n) şi rang A = r + 1. a11 a ∆ i = 21 ... a n1
a12
XVI.3. Sisteme omogene (bi = 0)
1. Sunt compatibile determinate (x1 = x2 = … = xn = 0) dacã r = n; 2. Sunt compatibile nedeterminate dacã r < n.
XVII. Structuri algebrice XVII.1. Monoid Fie (M,*), MxM→M, (x,y)→x*y, M-nevidã. Axiomele monoidului: M1. (x*y)*z = x*(y*z) ∀x,y,z∈M (asociativitatea); M2. ∃ e∈M astfel încât x*e = e*x = x ∀x∈M (e element neutru); dacã M3. x*y = y*x, ∀x,y∈M monidul este comutativ. Ex: 1. (N,+), (N,⋅) sunt monoizi comutativi; 2. (F(E),o) monoid necomutativ (F(E) este mulimea funciilor f:E→E, E – nevidã, o – compunerea funciilor).
XVII.2. Grup Fie (G,*), GxG→G, (x,y)→x*y, G-nevidã. Axiomele grupului: G1. (x*y)*z = x*(y*z) ∀x,y,z∈G(asociativitatea); G2. ∃ e∈G astfel încât x*e = e*x = x ∀x∈G (e element neutru); G3. ∀ x∈G ∃ x’∈G astfel încât x’*x = x*x’ = e (x’ simetricul lui x); dacã G4. x*y = y*x, ∀x,y∈G grupul este comutativ (sau abelian). Ex: 1. (Z,+), (Q,+), (R,+), (C,+) – grupuri comutative; 35
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
2. (Rn,⊕) – grupul resturilor modulo n, comutativ; 3. (Mn(Z),+) – grupul matricilor pãtrate de ordin n cu elemente din Z; 4. (K, o) – grupul lui Klein (al simetriilor faã de sistemul de coordonate), comutativ; 5. (σn, o) – grupul simetric de grad n (al permutãrilor de n elemente) nu este comutativ; Definiia XVII.2.1. Fie (G,*) grup, H ⊂G, H este subgrup dacã ∀ x,y∈ H ⇒ x*y∈ H şi ∀ x∈ H ⇒ x’∈ H (x’ este simetricul lui x în raport cu opera ia *); Fie grupurile (G1,⊥ ), (G2,∆): ş te morfism de grupuri dacã Definiia XVII.2.2. f:G1→G2 se nume f(x⊥y)=f(x)∆f(y), ∀x,y∈G1. Definiia XVII.2.3. f:G1→G2 se nume ş te izomorfism de grupuri dacã f este bijectivã şi f(x⊥ y)=f(x)∆f(y), ∀x,y∈G1. ş te automorfism (endomorfism) al Definiia XVII.2.4. f:G1→G2 se nume grupului G1 , dacã f este un izomorfism (morfism).
XVII.3. Inel Fie (A,+,•), AxA→A, (x,y)→x+y şi AxA→A, (x,y)→x•y, A nevidã; Definiia XVII.3.1. (A,+,•) este inel dacã: G. (A,+) este grup abelian; M. (A,•) este monoid şi D. • este distributivã faã de +: x•(y+z) = x•y + y•z (y+z)•x = y•x + y•z, ∀x,y,z∈A dacã C. x•y = y•x ∀x,y∈A, inelul este comutativ. Exemple de inele: 1. (Z,+,⋅) – inelul numerelor întregi; 2. (Z[i],+, ⋅) – inelul întregilor lui Gauss, Z[i] = {z = a + bia,b∈Z} 3. (Rn,⊕,⊗) – inelul resturilor modulo n; 4. (Mn(A),+,⋅) – inelul matricelor pãtratice (cu elemente din inelul A); 5. (Zn,+,⋅) – inelul claselor de resturi modulo n. Fie inelele (A,⊥,*) şi (A’,∆,o): Definiia XVII.3.1. f:A→A’ se nume ş te izomorfism de inele dacã f este bijectivã şi f(x⊥ y) = f(x)∆f(y), f(x*y) = f(x)of(y), ∀x,y∈A. Definiia XVII.3.2. (A,+,•) este inel fãrã divizori ai lui zero dacã x≠0, y≠0 implicã x• y≠0. Definiia XVII.3.3. Un inel comutativ cu cel pu in douã elemente şi fãrã divizori ai lui zero se nume ş te domeniu integritate. Definiia XVII.3.4. Dacã (A,+,⋅ ) este inel, atunci (A[X],+ ,⋅ ) este inelul comutativ al polinoamelor cu coeficien i în A. f ∈A[X], f = a0 + a1X + a2X2 + … + anXn este forma algebricã a unui polinom de nedeterminatã X cu coeficieni în A: - dacã an≠0, grad f = n (an – coeficient dominant); 36
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
- dacã a0 = a1 = … = an, f = 0 (polinom nul), grad 0 = -∞. Proprietã i: 1. grad ( f+g) ≤ max{grad f , grad g}; 2. grad f ⋅g ≤ grad f + grad g. Teoremã. Dacã A este domeniu de integritate atunci A[X] este domeniu de integritate şi grad f ⋅g = grad f + grad g, ∀ f,g∈ A[X].
XVII.4. Corp Fie (K,+,•), KxK→K, (x,y)→x+y şi KxK→k, (x,y)→x•y, K – nevidã. Definiia XVII.4.1. (K,+,• • ) este corp dacã (K,+,• • ) este inel, 0≠1 şi ∀x∈K, x≠0 ⇒ ∃ x-1∈K, astfel încât x• x-1 = x-1 • x = 1. Dacã x•y = y•x ∀x,y∈K, corpul este comutativ. Exemple de corpuri: 1. (Q,+,⋅) – corpul numerelor raionale; 2. (R,+, ⋅) – corpul numerelor reale; 3. (C,+, ⋅) – corpul numerelor complexe; 4. (Q( d ),+,⋅) – corpul numerelor pãtratice (d∈Z, d – liber de pãtrate); 5. (Zp,+, ⋅) – corpul claselor de resturi modulo p ( p∈N*, p >1, p – numãr prim). Definiia XVII.4.2. Fie corpurile (K,⊥ ⊥ ,*) şi (K’,∆ , o ), f:K → K’ este izomorfism de corpuri dacã f este bijectivã, f(x⊥ y) = f(x) ∆ f(y), f(x*y) = f(x) o f(y) ∀ x,y∈R. Teorema împãririi cu rest în mulimea K[X], K corp comutativ şi g∈K[X], g≠0: ∀f ∈K[X], existã polinoamele q,r∈K[X], unic determinate astfel încât f = q⋅g+r, grad r < grad g.
GEOMETRIE ŞI TRIGONOMETRIE
Notaii:
- lugimea laturilor triunghiului ABC, AB = c, BC = a, CA = b; - lungimile segmentelor importante în triunghi: AD = ha (AD⊥ BC, ha lugimea înãlimii din A, D∈BC); AD = ma (BD=BC, ma lugimea medianei din A, D∈(BC)); AD = ba (∠BAD =∠CAD, ba lugimea bisectoarei din A, D∈(BC)); a+b+c = p (p – semiperimetrul triunghiului ABC); 2 - AABC – aria triunghiului ABC, notatã şi S; - R – raza cercului circumscris unui poligon; - r – raza cercului înscris într-un poligon; - ln – latura poligonului regulat cu n laturi; - an – apotema poligonului regulat cu n laturi; - P – perimetrul poligonului; - Alat – aria lateralã (prismã, piramidã, trunchi de piramidã); - Atot – aria totalã, notatã şi A; - V – volumul. 37
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
I. Triunghiul Inegalitã i gemetrice: 1. m(∠MBA) > m(∠A), m(∠MBA) > m(∠C), ∠MBA este unghi exterior; 2. a+b > c, b+c > a, a+c > b 3. a > b-c , b > c-a , c > a-b A b+c 4. ma < 2 5. p < ma + mb + mc < P Teorema bisectoarei (∠BAD ≡ ∠DAC) B C BD AB a⋅c a ⋅b = ; BD = ; DC = DC AC b+c b+c Observaii: 1. Centrul cercului circumscris unui triunghi este punctul de intersecie al mediatoarelor; 2. Centrul cercului înscris într-un triunghi este punctul de intersecie al bisectoarelor; 3. Centrul de greutate al triunghiului este punctul de intersecie al medianelor. 4. Ortocentrul triunghiului este punctul de intersecie al înãlimilor.
II. Poligoane convexe
Suma Sn a mãsurilor unghiurilor unui poligon convex cu n laturi: Sn = (n – 2)⋅180° Poligonul regulat este inscriptibil într-un cerc şi poate fi circumscris unui alt cerc.
III. Relaii metrice în triunghi
III.1. Triunghiul dreptunghic 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
ABC (m(∠A) = 90°, AD⊥BC) Teorema lui Pitagora: a2 = b2 + c2; Teorema catetei: b2 = a⋅CD, c2 = a⋅BD; Teorema înãlimii: h a2 =BD⋅DC; b⋅c ha = , h = b, hc = c ; 2 b 3 3 a ma = , mb2 = a 2 − b 2 , mc2 = a 2 − c 2 ; 2 4 4 2a 2a b⋅c ; ba = 2 ; bb = c ⋅ ;bc = b ⋅ b+c a+c a+c b⋅c ; A ABC = 2 38
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
a
8. R = ; 2
b⋅c
9. r =
;
a+b+c 10.Relaii exprimate prin funcii trigonometrice: b = a⋅sin B, b = a⋅cos C , b = c⋅tg B, b = c⋅ctg C .
III.2. Triunghiul dreptunghic ABC (a = b = c) 1. ha = ma = ba = a
2. A ABC =
4
3
2
;
3
a
3. R =
2
3
a
3 a 3 4. r = 6
III.3. Triunghiul oarecare ABC (AD⊥BC) 1. Teorema lui Pitagora generalizatã: a) b2 = a2 + c2 – 2a⋅BD, dacã m(∠B)<90° ; b) b2 = a2 + c2 + 2a⋅BD, dacã m(∠B)>90° ; 2. Relaiile lui Steward O∈(BC): b2⋅BO + c2⋅CO – a2⋅AO = a⋅BO⋅CO; 2(b 2 + c 2 ) − a 2 2 3. ma = ; 4 2 4. ha = p( p − a)( p − b)( p − c) ; a
2 p ( p − a )bc ; b+c a ⋅ ha 6. A ABC = =S; 2 7. S = p( p − a )( p − b)( p − c) ; 5. ba =
8. R =
abc
9. r =
S
4S
p
;
.
III.4. Relaii exprimate prin funcii trigonometrice 1. Teorema sinusurilor:
a
=
b
=
c
sin A sin B sin C 2
2
2
= 2 R ;
2. Teorema cosinusului: a = b + c − 2bc cos A; cos A = 39
b
2
+ c2 − a2 ; 2bc
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
3. Teorema tangentelor: tg
A − B
C
=
a −b
; 2 2 a+b ab sin C a 2 sin B sin C A ,S = , S = p( p − a)tg , S = 2 R 2 sin A sin B sin C ; 4. S = 2 2 sin A 2 A
B
tg
C
5. p = 4 R cos cos cos ; 2 2 2 6. ha = 2 R sin B sin C ; 7. ma2 = R 2 (sin 2 A + 4 cos A sin B sin C ) ; 2bc A 8. ba = cos ; 2 b+c A p ( p − a ) 9. cos = ; 2 bc ( p − b)( p − c) A 10. sin = ; 2 bc ( p − b)( p − c) A 11. tg = . 2 p ( p − a)
IV. Patrulatere IV.1. Paralelogramul ABCD (AB CD, BC AD, DE⊥ AB) AC∩BD = {O} OA = OC, OB = OD AABCD = AB⋅DE AABCD = AB⋅AD⋅sin A. A
D
IV.2. Dreptunghiul
D
ABCD (AB CD, BC AD, ∠A = 90°) AC = BD AABCD = AB⋅AD
C O E
B C O
A
B
IV.3. Rombul ABCD (AB CD, BC AD, AB = BC) AC = d1, BD = d2 AB = a AC⊥ BD d ⋅d AABCD = 1 2 2
A
C
B
40
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
IV.4. Pãtratul ABCD (AB CD, BC AD, AB = AC ∠A = 90°, AB = a, AC = d) AC = BD AC⊥ BD d=a 2 AABCD = a2.
D O A
IV.5. Trapezul
B
D
ABCD (AB CD, AB = B, DC = b MN – linie mijlocie) M B + b MN = 2 AABCD =
C
C
M
N
A
B
( B + b) ⋅ h = MN ⋅ h 2
V. Poligoane înscrise în cerc V.1. Patrulaterul înscris în cerc
A
+ ∠BCD = 180°; ∠BAC ≡ ∠BDC; Teorema lui Ptolomeu AB⋅DC + AD⋅BC = AC⋅BD AABCD = ½ AC⋅BD⋅sin α ∠BAD
D M
α C B
V.2. Poligoane regulate înscrise în cercul de razã R 3 3 R 2 1. Triunghiul echilateral: l3 = R 3 , a3 = , S = ; 2 4 R 2 , S = 2 R 2 ; 2. Pãtratul: l4 = R 2 , a4 = 2 3 3 R 2 R 3 ,S = 3. Hexagonul regulat: l6 = R, a6 = ; 2 2 R
π π 2π n 4. Poligonul regulat cu n laturi: ln = 2 R sin , an = R cos , S = R 2 sin = p ⋅ an 2 n n n n ⋅ ln unde p = . 2
VI. Cercul
Lungimi şi arii: lcerc = 2πR, Acerc = πR2; 41
Zaharia Virgil-Mihail
larcAB=
π Rα
180
AsectorAB =
Mic memorator matematic
; α - mãsura în grade;
A
R 2α π
α O
180 α ⋅ π µ(∠AOB) = (µ - mãsura în radiani) 180 Unghi cu vârful în interiorul cercului: m(∠AOB) = m(AB) m(AB) + m(CD) m(∠AMB) = 2 Unghi cu vârful pe cerc OM⊥ MT m(AB) m(∠AMB) = 2 m(AM) m(∠AMT) = 2
B B A M
D
C
M T A
B
Unghi cu vârful în exteriorul cercului OT⊥ MT m(AB) − m(CD) m(∠AMB) = 2 m(BT) − m(DT) m(∠AMB) = 2
M C D
T
A
Puterea unui punct fa ã de un cerc OT⊥ MT ρ(M) = MA⋅MB = OM2 – r2 = MT2 ρ(N) = NA⋅NB = r2 – ON2
B N
B
M
T A
VII. Complemente de geometrie planã Triunghiul ortic este triunghiul determinat de picioarele înãl imilor unui triunghi; dintre toate triunghiurile cu vârfurile respectiv pe laturile unui triunghi (sau pe prelungiri), triunghiul ortic are cel mai mic perimetru. Ceviana este dreapta determinatã de vârful unui triunghi şi un punct al laturii opuse. Teorema lui Ceva: Cevienele AM, BN, CP ale triunghiului ABC sunt concurente dacã şi numai dacã
MB NC PA
⋅
⋅
MC NA PB
42
= 1.
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
Teorema lui Menelaus: Pe dreptele BC, CA, AB, determinate de laturile triunghiului ABC, se considerã punctele M, N respectiv P situate douã dintre ele pe laturile triunghiului şi unul pe prelungirea unei laturi, sau toate trei pe prelungiri de laturi. Punctele M, N, P sunt colineare dacã şi numai dacã:
MB NC PA
⋅
⋅
MC NA PB
= 1.
Dreapta lui Euler: Într-un triunghi oarecare, punctele H, O şi G (ortocentrul, centrul cercului circumscris şi centrul de greutate) sunt colineare. Dreapta lui Simson: Proiec iile unui punct de pe cercul circumscris unui triunghi, pe dreptele suport ale laturilor acestuia, sunt colineare. Cercul exînscris: unui triunghi este tangent la o laturã a triunghiului şi la ia prelungirile celorlalte douã laturi; centrul cercului exînscris este intersec bisectoarei unui unghi interior cu bisectoarele celorlalte douã unghiuri exterioare. Cercul lui Euler (cercul celor nouã puncte): picioarele înãl imilor unui triunghi, mijloacele laturilor şi mijloacele segmentelor determinate de ortocentru şi vârfurile triunghiului sunt conciclice.
VIII. Poliedre VIII.1. Prisma 1. Paralelipipedul dreptunghic Alat = 2(a + b)c; Atot = 2(ab + ac + bc); V = abc d 2 = a 2 + b 2 + c2 2. Cubul (de laturã a = b = c) A = 6a2 V = a3 a=a 3 3. Paralelipipedul B’O⊥(ABC) B’O = h V = AABCD⋅h
c
d
b
a
c d a
b
D’
C’
A’
B’ D
O
A
4. Prisma (dreaptã sau oblicã, de înãlime h) V = Abazei⋅h
C B
C’ A’
B’ h
C
Prisma triunghiularã regulatã (AB = a) Alat = 3a⋅h
A
B A’
43
C’ O’
B’
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
a2 3 Atot = 3a⋅h + 2 a2 3 V= ⋅h 4
C
O
A
B
VIII.2. Piramida 1. Tetraedrul regulat (toate muchiile sunt congruente, AO⊥ (BCD), AM⊥ DC) a 6 a 3 , AM = ; h= 3 2 6 ˆO = 2 2 sin A Bˆ O = , sin A M 3 3 a3 2 2 A = a 3;V = 12
A
B
C
2. Tetraedul dreptunghic (OA⊥ OB⊥OC⊥ OA, OA = OB = OC = a, CM⊥ AB) a 2 a 6 , CM = ; AB = a 2 OM = 2 2 2 a 3 A ABC = 2 2 3a a 2 3 + Atot = 2 2 V =
a
C
3
6
3. Piramida triunghiularã regulatã (AB = AC = BC = A, VA = VB = VC VM ⊥ BC, VM – apotemã) VM = h
2
+
a2
12
3a ⋅ VM 2 a 2 3 3a ⋅ VM + Atot = 4 2 a2 3 h ⋅ V = 4 3 Alat =
44
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
Piramida patrulaterã regulatã (ABCD–pãtrat de laturã a, VA = VB = VC = VD, VM⊥ BC) VM = h
2
+
a
2
4
Alat = 2a ⋅ VM Atot = a 2 V =
+ 2a ⋅ VM
a2 ⋅ h
3
4. Piramida hexagonalã regulatã (ABCDEF – hexagon regulat VM ⊥ BC, VA = VB = VC = VD = VE = VF = a) 3a 2 2 VM = h + 4 Alat = 3a ⋅ VM 3a 2 3 Atot = + 3a ⋅ VM 2 a 2 3h V = 2 M A
5. Piramida regulatã (piciorul înãlimii coincide cu centrul circumscris bazei): ⋅ apotema P Alat = bazei 2 A ⋅h Atot = Abazei + Alat ;V = bazei 3 6. Piramida (de înãlime h): A ⋅h Atot = Abazei + Alat ;V = bazei 3
VIII.3. Trunchiul de piramidã ( B – aria bazei mari, b – aria bazei mici, h – înãlimea) 45
B
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
1. Trunchiul de piramidã oarecare : V =
h
3
( B + b + B ⋅ b
2. Trunchiul de piramidã regulat P – perimetrul bazei mari, p – perimetrul bazei mici, a p – apotema ( P + p)a p Alat = 2 ( P + p )a p Atot = B + b + 2 V =
h
3
( B + b + B ⋅ b )
VIII.4. Poliedrul regulat Relaia lui Euler: v-m+f = 2 (v – numal vârfurilor, m – numãrul muchiilor, f – numãrul feelor) Tipurile de poliedre regulate: - tetraedrul regulat: f = 4, v = 4, m = 6; - cubul (hexaedru regulat): f = 6, v = 8, m = 12; - octaedrul regulat: f = 8, v = 6, m = 12; - dodecaedrul regulat: f = 12, v = 20, m = 30; - icosaedrul regulat: f = 20, v = 12, m = 30;
IX. Corpuri rotunde Notaii: R – razã, G – generatoare, h – înãlime IX.1. Cilindrul circular drept h=G Alat = 2π RG Atot = 2π R ( R + G ) 2
V = π R h
46
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
IX.2. Conul circular drept G 2 = h 2 + R 2 Alat = π RG Atot = π R( R + G ) V =
π R 2 h
3
IX.3. Trunchiul de con (r – raza bazei mici) 2 2 2 G = h + ( R − r ) Alat = π G ( R + r ) Atot = π G ( R + r ) + π ( R V =
π h
3
2
+ r 2 )
( R 2 + r 2 + Rr )
IX.4. Sfera 2 A = 4π R 4π R 3 V = 3 Acalotei sferice A zonei
= 2π Rh1
= 2π Rh2
X. Funcii trigonometrice X.1. Definiii în triunghiul dreptunghic b
c
b
a c
a
c
sin B = , cos B = , tgB = ctgB =
b
C b
, sin B = cos C , tgB = ctgC
A
47
a c
B
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
X.2. Proprietãile funciilor trigonometrice 1. sin:R→[-1,1]
sin(-x) = -sin x, sin(x + 2kπ) = sin x, (k∈Z) 2. cos:R→[-1,1
cos(-x) = cos x, cos (x + 2kπ) = cos x, (k∈Z) π
3. tg:R\{(2k+1) }→R 2
4. ctg:R\{kπ}→R
tg(-x) = -tg x tg(x+kπ) = tg x, (k∈Z)
ctg(-x) = -ctg x ctg(x + kπ) = ctg x, (k∈Z)
XI. Formule trigonometrice XI.1. Relaii între funciile trigonometrice ale unui argument: 1. sin 2 α + cos 2 α = 1; sin α = ± 1 − cos 2 α ; cosα = ± 1 − sin 2 α sin α 2. tgα = cosα 48
Zaharia Virgil-Mihail
sin α =
tgα
± 1 + tg 2α
Mic memorator matematic
; cosα =
1 ± 1 + tg 2α
3. sin − α = cosα ; tg − α = ctgα 2 2 4. sin(π − α ) = sin α cos(π − α ) = − cosα ; tg (π − α ) = −tgα π
π
5. sin + α = cosα 2 π
cos + α = − sin α , tg + α = −ctgα 2 2 6. sin(π + α ) = − sin α cos(π + α ) = − cosα ; tg (π + α ) = tgα 7. sin( 2π − α ) = − sin α sin( 2π − α ) = cosα ; tg (2π − α ) = −tgα π
π
XI.2. Formule de adunare:
sin(α ± β ) = sin α ⋅ cos β ± sin β ⋅ cosα cos(α ± β ) = cosα ⋅ cos β sin α ⋅ sin β tgα ± tg β tg (α ± β ) = 1 tgα ⋅ tg β
XI.3. Formule pentru multiplii de argument: sin 2α = 2 sin α ⋅ cosα
cos 2α = cos 2 α − sin 2 α = 1 − 2 sin 2 α = 2 cos 2 α − 1 2tgα 2 tg 2α = = 1 − tg 2α ctgα − tgα ctg 2α − 1 ctgα − tgα = ctg 2α = 2ctgα 2 sin 3α = 3 sin α − 4 sin 3 α cos 3α = 4 cos 3 α − 3 cosα 2tgα 1 − tg 2α sin 2α = ; cos 2α = 1 + tg 2α 1 + tg 2α sin nα = cos n α − C n2 cos n−2 α ⋅ sin 2 α + C n4 cos n−4 α ⋅ sin 4 α − ... cos nα = C n1 cos n−1 α ⋅ sin α − C n3 cos n−3 α ⋅ sin 3 α + C n5 cos n−5 α ⋅ sin 5 α − ...
49
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
XI.4. Formule pentru jumãtã i de argument: α 1 − cosα 1 + cosα ; cos = ± 2 2 2 2 α sin α 1 − cosα 1 − cosα = =± tg = 2 1 + cosα sin α 1 + cosα
sin
α
=±
XI.5. Sume, diferene şi produse: sin α + sin β = 2 sin
α + β
cos
α − β
2 2 α − β α + β sin α − sin β = 2 sin cos 2 2 α + β α − β cosα + cos β = 2 cos cos 2 2 α + β β − α cosα − cos β = 2 sin sin 2 2 sin(α + β ) sin(α − β ) ; tgα − tg β = tgα + tg β = cosα ⋅ cos β cosα ⋅ cos β sin α + cosα = 2 sin + α = 2 cos − α 4 4 π
π
sin α − cosα = − 2 sin + α = − 2 cos − α 4 4 1 sin α ⋅ sin β = [cos(α − β ) − cos(α + β )] 2 1 cosα ⋅ cos β = [cos(α + β ) + cos(α − β )] 2 1 sin α ⋅ cos β = [sin(α + β ) + sin(α − β )] 2 tgα + tg β tgα ⋅ tg β = ctgα + ctg β π
π
XII. Inversarea funciilor trigonometrice π π
XII.1. arcsin:[-1.1]→[- , ], arcsen y = x sin x = y 2 2 arcsin (-x) = - arcsin x XII.2. arcos:[-1,1]→[0,π], arcos (-x) = π - arcos x
50
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
XII.3. arctg:R → − , , arctg (-x) = -arctg x 2 2 π π
XII.4. arctg:R→(0,π), arctg (-x) = π - arctg x
XIII. Soluiile ecuaiilor trigonometrice simple XIII.1. Ecuaii fundamentale 1.sin x = a, a ∈[−1,1] ⇒ x ∈{(−1) k arcsin a + k π k ∈ Z } 2.cos x = a, a ∈ [−1,1] ⇒ x ∈{± arccos a + 2k π k ∈ Z } 3.tgx = a, a ∈ R ⇒ x ∈{arctga + k π k ∈ Z 4.ctgx = a, a ∈ R ⇒ x ∈{accctga + k π k ∈ Z }
XIII.2. Tabele de valori: x funcia sin x
0
cos x
1
tg x
0
ctg x
/
x funcia arcsin x
-1
arcos x x functia
π
2
π
− 3
0
1
π
π
π
6 1 2 3 2
4 2 2 2 2
3 3 2 3 2
2 1 0
3 3 3
1
3
1
3 3
0
3 − 2
−
-1
π
0
−
2 π
0
3π 2 -1
π
2 − 2
−
π
−
π
−
3
5π 6
4
3π 4 -1
/
0 /
0
/ 0
0 /
1 2
0
1 2
3 2
1
π
0
2 2
π
π
π
π
6
4
3
2 0
6
2π 3
π
π
π
π
2
3
4
6
3 − 3
0
51
3 3
1
3
Zaharia Virgil-Mihail
arctg x arcctg x
−
Mic memorator matematic
π
3
5π 6
−
π
−
4
3π 4
0
π
π
π
π
6
4
3
π
π
π
π
2
3
4
6
6
2π 3
XIV. Elemente de geometrie analiticã XIV.1. Segmente 1. Distana dintre douã puncte A(x1,y1), B(x2,y2): AB = ( x2 − x1 ) 2 + ( y 2 − y1 ) 2 y − y 2. Panta dreptei AB: m AB = 2 1 x2 − x1 x + x y + y 3. Coordonatele (x,y) ale mijlocului segmentului AB: x = 1 2 , y = 1 2 2 2 4. Coordonatele punctului M care împarte segmentul (AB) în raportul k: x + kx2 y + ky 2 , y = 1 x = 1 1 + k 2 XIV.2. Ecuaia dreptei 1. Drepte paralele cu axele de coordonate: (d):x = a (d Oy), (d):y = a (d Ox) 2. Dreapta determinatã de punctul M o(xo ,yo) şi vectorul nul a (u, v) : (d ) : r = r o + t a , t ∈R, r o -vectorul de poziie a lui M o; r-vectorul de poziie a unui punct M al dreptei d . x = xo + ut (d ) : , t ∈R, ecuaiile parametrice; y = yo + vt 3. Ecuaia explicitã: y =mx + n (m∈R*, n∈R, m – panta, n – ordonata la origine); 4. Ecuaia prin tãieturi:
x a
+
y
− 1 = 0, (a, b ∈ R*);
b 5. Ecuaia dreptei de pantã m, prin punctul M o(xo ,yo): y – yo = m(x – xo), (m≠0); 6. Ecuaia dreptei determinatã de punctele A(x1 ,y2), B(x2 ,y2): y − y1 y − y1 x − x1 ( x − x1 ), , ( x1 ≠ x2 , y1 ≠ y 2 ) sau y − y1 = 2 = x 2 − x1 y 2 − y1 x 2 − x1
1 x1 y1 1 = 0 x2 y 2 1 7. Ecuaia generalã: ax + by + c = 0; x
y
8. Aria triunghiului ABC (A(x1,y1), B(x2,y2), C(x3,y3)): AABC =
52
1 ∆ , unde 2
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
1 ∆ = x1 y1 1 , dacã ∆ = 0 atunci A, B, C sunt colineare x2 y 2 1 9. Poziia relativã a dreptelor (d1) şi (d2): (d 1 ) : a1 x + b1 y + c1 = 0 şi (d 2 ) : a2 x + b2 y + c2 = 0 x
y
d1 = d2, dacã d1 d2, dacã
a1
=
a2 a1 a2
=
b1 b2 b1 b2
= ≠
c1 c2 c1 c2
;
d1 ≠ d2 şi d1 ∩ d2 ≠ ∅, dacã
a1 a2
≠
b1
b2 (h): ax + by + c = 0
10.Distana de la punctul M o(xo ,yo) la dreapta ax0 + by0 + c d ( M , h) = 2 2 a +b 11.Unghiul α determinat de dreptele: ( d 1 ) : y = m1 x + n1 şi (d 2 ) : y = m2 x + n2 m − m1 , (m m ≠ −1) tgα = 2 1 + m1m2 1 2 d1 ⊥ d2, dacã m1m2 = -1
XIV.3. Cercul Cercul C de centru M(a,b) şi razã r : 1. Ecuaia cercului (x – a)2 + (y – b)2 = r2; dacã M(a,b) = 0(0,0): x2 + y2 = r2; m n 2. Ecuaia generalã: x2 + y2 + mx + ny + p = 0, unde a = − , b = − şi 2 2 1 r2 = (m2 + n2) – p. 4
XIV.4. Conice raportate la axele de simetrie 1. Elipsa E: F(c,0), F’(-c,0), A(a,0), A’(-a,0), B(0,b), B’(0,-b), MF + MF’ = 2a, M ∈E x
2
a
2
Ecua ia elipsei:
+
y
2
b
2
A’
− 1 = 0, b 2 + c 2 = a 2 B M F
F’ O
B’ Ecua ia tangentei în punctul M(x o ,y o ), M ∈ E: xxo a
2
+
yyo b
2
−1= 0 53
A
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
2. Hiperbola H: F(c,0), F’(-c,0), A(a,0), A’(-a,0), MF – MF’= 2a, M∈ H . Ecua iea hiperbolei:
x 2 a
2
−
y 2 b
2
− 1 = 0, c 2 − b 2 = a 2
Ecua ia tangentei în M o(x o ,y o ), M o∈ H . xx0 a
2
−
yy0 b
2
−1 = 0
p
p
3. Parabola P: F( ,0), h:x = - (h – dreapta directoare): d(M,h) = MF, M∈P. 2 2 2 Ecua ia parabolei P: y = 2px Ecua ia tangentei în M o(x o ,y o ), M o∈ P: yyo = p(x + xo)
ANALIZÃ MATEMATICÃ
I. Şiruri I.1. Şiruri şi limite Definiia I.1.1. Se nume ş te şir de numere reale o func ie f:N→R , f(n) = a n . Definiia I.1.2. Ş irul (a n ) n≥ ≥0 se nume ş te crescãtor (respectiv descrescãtor ) dacã a n ≤ ≤ a n+1 , ∀ n∈N (respectiv a n ≥ ≥ a n+1 , ∀ n∈N ). Ş irurile crescãtoare şi şirurile descrescãtoare se numesc şiruri monotone. Definiia I.1.3. Ş irul (a n ) n≥ ≥0 este mãrginit dacã şi numai dacã ∃ M>0 astfel încât a n≤ M , ∀ n∈N. Notaie: (an)n≥0, an∈R, R = R ∪ {-∞, +∞}. Definiia I.1.4. Ş irul (a n ) n≥ ≥ 0 , a n∈R are limita a şi scriem lim an = a , a∈ R n→∞
dacã în orice vecinãtate a punctului a se aflã to i termenii şirului începând de la un anumit rang. Definiia I.1.5. Ş irul este convergent , lim a n = a , a∈R, dacã ∀ε >0, ∃ N ε ∈N n →∞
astfel încât ∀ n> N ε , an - a<ε . Definiia I.1.6. lim an = a dacã ∃ε >0, ∃ N ε∈ N astfel încât an > ε , ∀ n > N ε. n →∞
Definiia I.1.7.
an = −∞ dacã ∀ε >0, ∃ N ε∈ N astfel încât an < -ε , ∀ n > N ε. lim n →∞
54
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
Dacã lim a n = ±∞ , atunci şirul este divergent. n→ ∞
I.2. Criterii suficiente de convergenã sau de existenã a limitei unui şir 1. dacã lim bn = 0 , bn≥ 0 şi an - a≤ bn atunci lim an = a ; n→ ∞
n→∞
2. dacã lim bn = ∞ şi an ≥ bn atunci lim an = +∞ ; n→∞
n→ ∞
3. dacã lim bn = −∞ şi an ≤ bn atunci lim an = −∞ ; n→ ∞
n→ ∞
4. orice şir monoton şi mãrginit este convergent (criteriul lui Weierstrass); 5. dacã bn ≤ an ≤ cn şi lim bn = lim cn = a atunci lim an = a ; n→ ∞
n→∞
n→∞
6. criteriul lui Stolz:
− an , atunci n→∞ bn +1 − bn
- dacã (bn)n≥0 crescãtor: lim bn = ∞ şi existã lim n→∞
lim
n→∞
an+1
− an ; n→∞ bn+1 − bn
an
= lim
bn
an+1
- dacã (an)n≥0, an > 0 şi existã lim
n→∞
an +1 an
atunci lim n a n = lim n→∞
n→∞
- - dacã (bn)n≥0 crescãtor: lim an = lim bn = 0 şi existã lim n→∞
lim
n→∞
n →∞
n→ ∞
an +1 an
(Cesaro);
an+1 − a n bn+1 − bn
, atunci
− an ; n→∞ bn+1 − bn
an
= lim
bn
an+1
I.2. Operaii cu şiruri convergente lim an = a , lim bn = b , a,b∈R
n→∞
n→∞
1. lim (an + bn ) = a + b, lim (an − bn ) = a − b; n →∞
n →∞
2. lim α an = α a,α ∈ R; n→∞
3. lim
n→∞
an bn
a
= , (daca b ≠ 0) b
I.3. Operaii cu şiruri care au limitã lim an = a , lim bn = b , a,b∈ R
n→∞
n→∞
1. dacã lim a n = ∞ şi lim bn = b , b∈R atunci lim (an + bn ) = +∞, lim n→ ∞
n→ ∞
n→∞
n →∞
1 an
+ ∞, daca b > 0 lim an ⋅ bn = n→∞ − ∞, daca b < 0
2. lim a n = lim bn = +∞ atunci lim (an + bn ) = +∞ , lim (an ⋅ bn ) = +∞ ; n→∞
n→∞
n→ ∞
n→ ∞
55
= 0,
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
3. dacã lim a n = −∞ şi lim bn = b , b∈R, atunci lim (a n + bn ) = −∞ n→ ∞
n→∞
n→ ∞
− ∞, daca b > 0 = ; n→∞ + ∞, daca b < 0 4. lim a n = lim bn = −∞ atunci lim (an + bn ) = −∞ , lim (an ⋅ bn ) = +∞ ;
lim an ⋅ bn
n→∞
n→∞
n→ ∞
n→ ∞
5. dacã lim a n = ∞ şi lim bn = −∞ atunci lim (an ⋅ bn ) = −∞ ; n→ ∞
n→∞
n→∞
6. dacã lim an = 0 atunci lim n→∞
n→∞
1 an
= ∞ dacã an > 0 şi lim
n→∞
1 an
= −∞ dacã an < 0.
I.4. Şiruri tip 0, daca − 1 < q < 1 1, daca q = 1 n 1. lim q = n →∞ + ∞, daca q > 1 nu exista, daca q ≤ −1 + ∞, daca a0 > 0
2. lim (a0 n k + a1n k −1 + ... + ak −1n + a k ) = lim a0 n k = n→∞
n →∞
− ∞, daca a0 < 0
0, daca k < p + ∞, daca k > p si a p > 0 o o 1 a0 n k + a1n k − + ... + ak −1n + a k = − ∞, daca k > p si ao po < 0 3. lim p p−1 n→∞ b0 n + b1n + ... + b p−1n + n p a 0 , daca k = p b0
4. lim (1 + q + q 2 + ... + q n ) = n→∞
1 , daca q < 1; 1− q
1 1 1 5. lim (1 + + + ... + ) = +∞; 2 3 n→∞ n 6. lim n a = 1, ∀a > 0; n→∞
7. lim n 1 p + 2 p + ... + n p = 1, ∀ p ≥ 1; n→∞
n
1 8. lim 1 + = e; n→∞ n n
1 1 1 + + + + 9. lim 1 ... = e. 1! 2! n→∞ n!
II. Limite de funcii Notaii: f :D→R, D⊂R, α - punct de acumulare a lui D; 56
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
II.1. Definiii ale limitei Definiia II.1.1. lim f ( x ) = l , l ∈ R , dacã pentru orice vecinãtate V a lui l x→α
existã o vecinãtate U a lui α astfel încât ∀ x∈D∩U, x≠α, sã rezulte f(x)∈V. Definiia II.1.2. lim f ( x ) = l , l ∈ R , dacã pentru orice şir (x n ) n≥ ≥ 0 , x n∈D\{α} , x→α
având lim xn = α rezultã lim f ( x) = l (criteriul cu şiruri); n→∞
n→∞
Definiia II.1.3. lim f ( x ) = l , l ∈ R , dacã ∀ε>0, ∃δε >0 astfel încât ∀x∈D\{α} x→α
şi x - α< δε rezultã f(x) - l< ε; Definiia II.1.4. lim f ( x) = l , dacã ls = ld = l, unde ls x→α
= lim f ( x ) x →α x <α
şi
ld = lim f ( x) . x→α x >α
II.2. Operaii cu limite de funcii f:D→R, g:D→R, α - punct de acumulare a lui D, lim f ( x ) = l1 , lim g ( x) = l2 , l1 ,l2∈R; x→α
1. lim ( f ( x) + g ( x )) = l1 + l2 ; x →α
2. lim f ( x ) ⋅ g ( x) = l1 ⋅ l2 ; x→α
3. lim af ( x) = a ⋅ l1 ; x →α
4.daca l2 ≠ 0, lim
f ( x )
x →α
g ( x)
l
= 1. l2
II.3. Limite tip 1. lim (a0 x n + a1 x n−1 + ... + an ) = a0α n + a1α n−1 + ... + a n x →α
n n−1 n lim (a0 x + a1 x + ... + an ) = lim a0 x ;
x→±∞
x →±∞ n
+ a1 x + ... + an a0α + a1α n−1 + ... + an = 2. lim m m −1 x→α b x + b1 x + ... + bm b0α m + b1α m−1 + ... + bm 0 n n −1 n a0 x + a1 x + ... + an a0 x = lim ; lim m m −1 m x→±∞ b x x →±∞ b x + + + ... b x b 0 1 0 m 3. lim n x = n α ,α ∈ R+ , n ∈ N , n ≥ 2 a0 x
n
n −1
x →α
lim n x = ∞ , lim
x→∞
x→−∞
2 n+1
x
= −∞ ;
4. lim a x = aα ,α ∈ R, a ∈ R+* \ {1} x→α x
x lim a = ∞ , lim a = 0 , dacã a > 1;
x→∞
x→ −∞
57
x→α
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
x x lim a = 0 , lim a = ∞ , dacã 0 < a < 1;
x→∞
x→ −∞
4. lim log a x = log a α ,α > 0 finita, α ∈ R+* \ {1} x→α
lim log a x = −∞ şi lim log a x = +∞ dacã a > 1;
x →0 x > 0
x→∞
lim log a x = +∞ şi lim log a x = −∞ dacã 0 < a < 1;
x →0 x > 0
x→∞
6. lim sin x = sin α , lim cos x = cosα x→α
x→α
lim tgx = tgα ,α ∉
x→α
π
2
+ π Z , lim ctgx = ctgα ,α ∉ π Z
limπ tgx = ∞ , limπ tgx = −∞
x→ x<
x→
2
π
x >
2
x→α
2
π
2
7. lim ctgx = ∞ , lim ctgx = −∞ x→0 x> 0
x→0 x<0
lim arcsin x = arcsin α ,α ∈ [−1,1] , lim arccos x = arccosα ,α ∈ [−1,1]
x→α
x→α
lim arctgx = arctgα ,α ∈ R , lim arcctgx = arcctgα ,α ∈ R
x→α
x→α
π
π
lim arctgx = − , lim arctgx = x→−∞ 2 x→∞ 2 lim arcctgx = π , lim arcctgx = 0 ; x→−∞
8. lim x→0
9. lim
x→∞
sin x x n x
x→∞
a x
= 1 , lim x →0
tgx x
= 1 , lim
arcsin x
x →0
x
= 1 , lim x →0
arctgx x
= 1;
= 0, ∀n ∈ Z , a > 1; 1
x
1 10. lim 1 + = e, lim (1 + x) x = e; x→±∞ x→0 x 11. lim
ln(1 + x ) x
x →0
12. lim
a x
x →0
13. lim x→0
−1
x
= 1;
= ln a, a > 0 ,
(1 + x) r − 1 x
= r , ∀r ∈ R .
II.4. Continuitatea funciilor Definiia II.4.1. Fie f:D→R, xo∈D, xo – punct de acumulare a lui D , f este continuã în xo , dacã lim f ( x) = f ( x0 ) , xo se nume ş te punct de continuitate. x→ x0
58
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
Definiia II.4.2. Fie α∈ D, α este punct de discontinuitate de prima spe ã dacã existã şi sunt finite limitele laterale în α , dar func ia nu este continuã în α . Definiia II.4.3. Fie α∈ D, α este punct de discontinuitate de spe a a doua dacã nu este de prima spe ã. Teoremã. Dacã f:I →R , I – interval şi f continuã pe I , atunci J = f(I) este interval ( o func ie continuã pe un interval are proprietatea lui Darboux pe acel interval).
III. Funcii derivabile III.1. Definiia derivatei într-un punct f :E→R, xo∈E, xo – punct de acumulare a lui E: f ( x) − f ( x0 ) f ( x0 + h) − f ( x0 ) f’(x0) = lim = lim x→ x0 h→0 x − x0 h x0 + h∈ E
lim
f ( x ) − f ( x0 )
f s’(x0) =
f’(x0) = f s’(x0) = f d ’(x0)
x→ x0 x< x0
x − x0
, f d’(x 0) = lim
f ( x) − f ( x0 )
x→ x0 x > x0
x − x0
Interpretarea geometricã: - dacã f’(x0)∈R, y - f(x0) = f’(x0)(x – x0) este ecuaia tangentei la graficul funciei f în punctul A(x0 ,f(x0)); - dacã f este continuã în x0, f d’(x 0) = +∞, f s’(x0) = -∞, sau invers, x0 este punct de întoarcere al graficului; - dacã f este continuã în x0 şi existã derivatele laterale în x0 , cel puin una fiind finitã, dar f nu este derivabilã în x0, x0 este punct unghiular al graficului.
III.2. Reguli de derivare 1. 2. 3.
f,g:E→R, f,g derivabile în x∈E: (f + g)’(x) = f’(x) + g’(x); (cf)’(x) = cf’(x), c∈R; (f ⋅g )’(x) = f’(x)⋅ g(x) + f(x)⋅ g’(x) '
f f ' ( x) g ( x) − f ( x) g ' ( x ) 4. dacã g(x)≠ 0, ( x) = ; 2 g ( x) g
5. dacã f:I→J, g:J→R, f derivabilã în x0∈I şi g derivabilã în y0 = f(x0), atunci (go f)’(x0) = g’(y0)f’(x0); 6. dacã f:I→J continuã, bijectivã şi derivabilã în x0 cu f’(x0)≠ 0, atunci f -1:J→I este 1 derivabilã în y0 , y0 = f(x0) şi f -1(y0) = . f ' ( x0 )
III.3. Derivatele funciilor elementare Funcia (condiii) C
Derivata (condiii) 0 59
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic n-1
x , n∈N* r x , r ∈R, x>0
nx n-1 rx
x , x ≥ 0
1
n
loga x, a≠ 1, a>0, x>0 ln x, x>0 x
a , a≠ 1, a>0, x>0 x e sin x cos x
π
tg x, x ≠ (2k + 1) , k ∈ Z 2 ctg x, x ≠ k π , k ∈ Z arcsin x, x∈[0,1] arcos x, x∈[0,1] arctg x arcctg x
, x > 0
2 1 1 ⋅ ln a x 1 x
x x a ln a x e cos x -sin x
1 cos 2 x 1 − 2 sin x 1 , x ∈ (0,1) 2 1 − x 1 , x ∈ (0,1) − 2 1 − x 1 1 + x 2 1 − 1 + x 2
III.4. Derivata funciilor compuse Funcia (condiii) n u , n∈N* r u , r ∈R, u>0 u,u ≥ 0 logau, a≠ 1, a>0, u>0 ln u, u>0 u
a , a≠ 1, a>0 u e sin u cos u
Derivata (condiii) n-1
nu ⋅ u’ n-1 ux ⋅ u’ u' ,u > 0 2 u 1 u'
⋅ ln a u 1 ⋅ u'
u u a ln a⋅ u’ u e ⋅ u’ cos u⋅ u’ - sin u⋅ u’
60
Zaharia Virgil-Mihail
tg u, cos u≠ 0 ctg u, sin u≠ 0 arcsin u, u ∈[-1,1] arccos u, u∈[-1,1] arctg u arcctg u v
u , u>0
Mic memorator matematic
1 ⋅ u' 2 cos u 1 − 2 ⋅ u' sin u 1 ⋅ u ' , u ∈ (−1,1) 2 1− u 1 − ⋅ u ' , u ∈ (−1,1) 2 1− u 1 ⋅ u' 2 1+ u 1 − ⋅ u' 2 1+ u v v-1 u ⋅ v’⋅ ln u + v⋅ u ⋅ u’
III.5. Derivatele de ordin superior ale unor func ii elementare
Funcia (condiii) m x , m∈N, m≥ n 1 , m ∈ N m x x e x a ln x
Funcia (condiii) sin x
Derivata de ordinul n(f (n))
m(m-1)…(m-n+1)x
m-n
n
(-1) m(m-1)…(m+n-1) x
1 m n x +
e
(ln a)n⋅ a x
1
n-1
(-1) (n-1)! n x
Derivata de ordinul n(f (n))
cos x
sin x +
nπ
2
nπ cos x + 2
Formula lui Leibniz: ( f ⋅ g ) ( n) = f ( n) ⋅ g + C n1 f ( n−1) ⋅ g '+C n2 f ( n−2 ) ⋅ g ' '+...C nn−1 f '⋅g ( n−1) + C nn f ⋅ g ( n) = n
= ∑ C nk f ( n−k ) ⋅ g ( k ) , f ( 0) = f k = 0
III.6. Proprietãi ale funciilor derivabile
Teorema lui Fermat: Fie f :I→R derivabilã pe I. În orice punct extrem local din interiorul lui I, f’ este nulã. Teorema lui Rolle: Dacã funcia continuã f :[a,b]→R este derivabilã pe (a,b) şi f(a) = f(b) atunci existã c∈(a,b) astfel încât f’(c) = 0. 61
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
Teorema lui Lagrange: Dacã funcia continuã f :[a,b]→R este derivabilã pe (a,b), atunci existã c∈(a,b) f (b) − f (a) = f ' (c ) . astfel încât b−a Teoremã. Dacã funcia f este continuã şi derivabilã pe I (I – interval deschis), atunci: 1. între douã rãdãcini consecutive ale funciei existã cel puin o rãdãcinã a derivatei; 2. între douã rãdãcini consecutive ale derivatei existã cel mult o rãdãcinã a funciei. Teorema lui Cauchy: Dacã f,g:[a,b]→R continue pe [a,b], derivabile pe (a,b) şi g’(x)≠0, ∀x∈(a,b) f (b) − f (a) f ' (c) atunci ∃c∈(a,b) astfel încât = g (b) − g (a) g ' (c)
IV. Asimptote IV.1. Asimptote orizontale ( f :D→R) Definiia IV.1.1. Dacã lim f ( x ) = l1 sau lim f ( x ) = l2 , l1 ,l2∈R, dreptele y=l1 x→+∞
x→−∞
şi y=l2 sunt asimptote orizontale a lui f spre +∞, respectiv -∞
IV.2. Asimptote oblice ( f :D→R) Definiia IV.2.1. Dacã
lim
f ( x) x
x→∞
= m ≠ 0 şi
lim [ f ( x) − mx] = n, m, n ∈ R
x→+∞
dreapta y = mx + n este asimptotã oblicã a lui f spre +∞. f ( x) = m' ≠ 0 şi lim [ f ( x) − m' x] = n' , m' , n'∈ R Definiia IV.2.2. Dacã lim x→∞
x
x→+∞
dreapta y = m’x + n’ este asimptotã oblicã a lui f spre -∞.
IV.3. Asimptote verticale ( f :D→R) Definiia IV.3.1. Dacã lim f ( x) = ±∞ , α - punct de acumulare a lui D , x→α x<α
dreapta x=α este asimptotã verticalã la stânga a lui f . Definiia IV.3.2. Dacã lim f ( x) = ±∞ , α - punct de acumulare a lui D , x→α x >α
dreapta x=α este asimptotã verticalã la dreapta a lui f .
V. Primitive (integrale nedefinite) 62
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
Definiia V.1. Fie func ia f :J→R, J – interval, F:J→R este primitiva lui f , dacã F este derivabilã pe J şi F’(x) = f(x), ∀ x∈ J . Se noteazã: ∫ f ( x)dx = F ( x ) + c Proprietã i ale primitivelor: ∫ [ f 1 ( x) + f 2 ( x)]dx = ∫ f 1 ( x)dx + ∫ f 2 ( x )dx ;
1. 2. ∫ af ( x )dx = a ∫ f ( x)dx ; Integrarea prin pări ∫ f ( x) g ' ( x )dx = f ( x) g ( x) − ∫ f ' ( x) g ( x)dx .
V.1. Prima metodã de schimbare a variabilei Dacã ϕ :I→J, f :J→R,ϕ derivabilã pe I, f admite primitive (F), atunci ∫ f (ϕ (t )) ⋅ ϕ ' (t )dt = F ϕ (t ) + c
V.2. A doua metodã de schimbare a variabilei Dacã ϕ :I→J, f :J→R,ϕ bijectivã, derivabilã, cu derivata nenulã pe I, 1 h = ( f ϕ ) ⋅ ϕ ' admite primitive (H) atunci ∫ f ( x)dx = H ϕ − ( x) + c .
V.3. Tabel de primitive: ( I – interval, I ⊂R) 1. ∫ x dx = n
2. ∫ xα dx = 3. ∫ a dx = x
dx
4. ∫
x
x n+
1
n +1 1 x α +
+ c, x ∈ R, n ∈ N ;
α + 1 a x
ln a
+ c, x ∈ (0,+∞),α ∈ R \ {−1} ;
+ c, x ∈ R, a > 0, a ≠ 1 ;
= ln x + c, x ∈ I , I ⊂ R ;
1 1 x − a = + c, x ∈ I , I ⊂ R \ {− a, a} ; ln dx 2 2 2a x + a x − a 1 1 x = + c, x ∈ R, a ≠ 0 ; 6. ∫ 2 dx arctg 2 a a x + a 7. ∫ sin xdx = − cos x + c, x ∈ R ; 8. ∫ cos xdx = sin x + c, x ∈ R ; 1 π 9. ∫ 2 dx = tgx + c, x ∈ I , I ⊂ R \ (2k + 1) k ∈ Z ; 2 cos x 1 10. ∫ 2 dx = −ctgx + c, x ∈ I , I ⊂ R \ {k π k ∈ Z }; sin x 5. ∫
11. ∫ tgxdx = − ln cos x + c, x ∈ I , I ⊂ R \ (2k + 1) k ∈ Z ; 2 12. ∫ ctgxdx = ln sin x + c, x ∈ I , I ⊂ R \ {k π k ∈ Z }; π
63
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
1 2 2 dx = ln ( x + x + a ) + c, x ∈ R ; x 2 + a 2 1 2 2 14. ∫ dx = ln x + x − a + c, x ∈ (a,+∞) sau x ∈ (−∞,− a), a > 0 ; x 2 − a 2 x 1 15. ∫ dx = arcsin + c, x ∈ ( −a, a ), a > 0 a a 2 − x 2 13. ∫
V.4. Primitivele funciilor raionale 1. ∫ (ax + b) n dx = 2. ∫
dx ax + b
1 (ax + b) n+1 + c, n ∈ N , n ≠ −1, a ≠ 0 ; (n + 1)a
1 = ln(ax + b) + c, a ≠ 0 ; a
1 dx = − + c, n ∈ N , n ≠ 1, a ≠ 0 ; 3. ∫ n n−1 (ax + b) (n − 1)a (ax + b) 1 dx x + b 4. ∫ = + c, a ≠ b ; ln ( x + a )( x + b) a − b x + a 1 dx dx 2 = ∫ + ∆ = − 4ac, a ≠ 0 . , unde b 5. ∫ 2 c 2 ax + bx + c a 2 ∆ b x + − 2a 4a Substitu iile lui Euler: 1. ax 2 + bx + c = t ± x a , daca a > 0 ; 2. ax 2 + bx + c = tx ± c , daca c > 0 ; 3. ax 2 + bx + c = t ( x − x1 ), daca b 2 − 4ac > 0 si x1 este o rãdãcinã a ecuaiei 2 ax + bx + c = 0.
VI. Integrale definite IV.1. Definiia integrabilitãii (integrale Riemann) Notaii: f :[a,b]→R, ∆ = (a = x0 , x1 , x2 , …, xn = n) diviziune, xi-1 ≤ ξ i ≤ xi , ξ i – puncte n
intermediare, σ ∆(f, ξ ) – suma Riemann: σ ∆ ( f ,ξ ) = ∑ f (ξ i )( xi − xi −1 ) i =1
Definiia VI.1.1. f se nume ş te integrabilã dacã existã numãrul real I f cu proprietatea: ∀ε > 0, ∃η ε >0 astfel încâtr pentru orice divizune ∆ a lui [a,b] cu ∆ < η ε şi orice puncte intermediare ξ i are loc σ ∆ ( f ,ξ ) − I f < ε unde ∆ = max ( xi − xi −1 ) 1≤i ≤ n
b
Se noteazã: I f = ∫ f ( x)dx a
64
Zaharia Virgil-Mihail
Mic memorator matematic
Proprietã i ale integralei definite: b
b
b
a b
a
a
1. ∫ (α f ( x ) + β g ( x ))dx = α ∫ f ( x)dx + β ∫ g ( x)dx ; c
b
a
c
2. ∫ f ( x)dx = ∫ f ( x )dx + ∫ f ( x)dx ; a b
a
3. ∫ f ( x)dx = − ∫ f ( x)dx ; a a
b
4. ∫ f ( x)dx = 0 . a
Formula lui Leibniz-Newton: b
∫ f ( x)dx = F (b ) − F (a ) (F – primitivã a lui f)
a
Teorema de medie: b
Dacã f continuã pe [a,b], atunci ∃ξ ∈[a,b] astfel încât: ∫ f ( x)dx = (b − a ) f (ξ ) a
Formula de integrare prin pãr i: b
b
∫ f ( x) g ' ( x )dx = f ( x) g ( x) − ∫ f ' ( x) g ( x) dx b a
a
a
Formula de schimbare de variabilã: Dacã ϕ :[a,b]→J, f:J→R, f continuã pe J, ϕ derivabilã cu derivata continuã pe b
ϕ ( b )
a
ϕ ( a )
[a,b], atunci ∫ f (ϕ (t )) ⋅ ϕ ' (t )dt = ∫ f ( x)dx Proprietã i de paritate: 0, daca f impara Dacã f :[-a,a]→R continuã atunci: ∫ f ( x)dx = a −a 20∫ f ( x )dx, daca f para a
VI.2. Aplicaii ale integralei definite 1. Aria subgraficului Γ f , f :[a,b]→R+, f continuã: b
aria Γ f = ∫ f ( x )dx a
Aria subgraficului Γ f,g, f,g:[a,b]→R şi f(x) ≤ g(x) ∀ x∈[a,b] b
aria Γ f , g = ∫ [ f ( x) − g ( x)]dx a
2. Volumul corpurilor de rotaie, f :[a,b]→R+, f continuã: b
2
vol (C f ) = π ∫ f ( x )dx a
65