高中數學公式表

高中數學公式表

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乘法公式

(a+b)2=a2+2ab+b2,(ab)2=a22ab+b2,a2+b2=(a+b)22ab=(ab)2+2ab,a2b2=(a+b)(ab),(a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3,(ab)3=a33a2b+3ab2b3,a3+b3=(a+b)(a2ab+b2),a3b3=(ab)(a2+ab+b2),

分點公式

數線上 A=x1,B=x2平面直角坐標上 A=(x1,y1),B=(x2,y2)空間直角坐標上 A=(x1,y1,z1),B=(x2,y2,z2)
¯AB 線段中點 M 的坐標 M=x1+x22M=(x1+x22,y1+y22)M=(x1+x22,y1+y22,z1+z22)
¯AB 線段內分點 C 的坐標,其中 ¯AC:¯CB=m:nC=x1n+x2mm+nC=(x1n+x2mm+n,y1n+y2mm+n)C=(x1n+x2mm+n,y1n+y2mm+n,z1n+z2mm+n)

絕對值的定義

|x|={x,x0;x,x<0.

絕對值的幾何意義

|ab| 表示數線上兩點 ab 之間的距離。

平方再開平方根

a2=|a|.

雙重根號

(a+b)+2ab=a+b,(a+b)2ab=ab.

大一新鮮人的夢

(a+b)2a2+b2,(a×b)2=a2×b2,a2+b2a+b,a2×b2=|a|×|b|.

無限循環小數化成分數


算幾不等式

+2

指數律

  • aman=am+n
  • aman=amn
  • (ab)m=ambm
  • (ab)m=ambm
  • (am)n=amn
  • a1=1a
  • amn=nam

另一種背法

相乘相除
同底aman=am+naman=amn
同指(ab)n=anbn(ab)n=anbn

對數律

  • logaxy=logax+logay
  • logaxy=logaxlogay
  • logaxm=mlogax
  • loganx=1nlogax
  • logax=logbxlogba
  • alogax=x

直線的斜率

平面上通過 A=(x1,y1),B=(x2,y2) 兩點的直線的斜率為 y2y1x2x1

由斜率求直線的方程式

平面上通過點 P=(x1,y1) 且斜率為 m 的直線方程式為 yy1=m(xx1)

由直線的方程式求斜率

方程式為 y=mx+b 的直線斜率為 m

垂直直線的斜率關係

平面上兩直線 L1L2,假設直線 L1 的斜率為 mL1,直線 L2 的斜率為 mL2

若兩直線平行,則 mL1=mL2

若兩直線垂直,則 mL1mL2=1

三角形的重心與內心坐標

ABC 中,A(x1,y1),B(x2,y2),C(x3,y3)¯AB=c,¯BC=a,¯CA=b,則

內心 I 坐標為 I=(ax1+bx2+cx3a+b+c,ay1+by2+cy3a+b+c)


重心 G 坐標為 G=(x1+x2+x33,y1+y2+y33)

點與直線的距離公式

平面上一點 P=(x1,y1),一直線 L:ax+by+c=0,則點 P 到直線 L 的距離為 |ax1+by1+c|a2+b2

兩平行線的距離公式

平面上兩直線 L1:ax+by+c1=0L2:ax+by+c2=0,則兩直線的距離為 |c1c2|a2+b2
注意到兩直線方程的 x,y 係數必須變形為相同。

圓方程式

回憶到兩點 P(x1,y1),Q(x2,y2) 的距離公式為 (x2x1)2+(y2y1)2
圓心在 (x1,y1) 半徑為 r 的圓方程式為 (xx1)2+(yy1)2=r2

過圓上一點的切線方程式

已知一圓圓心為 O(a,b),半徑為 r,圓方程式為 C:(xa)2+(yb)2=r2,假設圓上一點 P(x1,y1),則過 P 點且與圓 C 相切的直線方程式 L 求法如下:

先求 ¯OP 的斜率 m¯OP

因為 ¯OPL,所以 mLm¯OP=1,由此求 mL

直線 L 斜率為 mL 且通過點 P(x1,y1,由此求直線 L 的斜率。

過圓外一點的切線方程式

已知一圓圓心為 O(a,b),半徑為 r,圓方程式為 C:(xa)2+(yb)2=r2,假設圓外一點 P(x1,y1),則過 P 點且與圓 C 相切的直線方程式 L 求法如下:

假設直線 L 的斜率為 m,則直線 L 的方程式為 L:yy1=m(xx1)

利用圓心到直線 L 的距離為半徑 r,由此可解出 m

除法原理

被除數=除數×商數+餘數
除數>餘數
被除式=除式×商式+餘式
deg 除式>deg 餘式

長除法與綜合除法的比較

由下面的過程可以看出長除法跟綜合除法得出的結果相同。

長除法 anxn1+(an1+ban)xn2+[an2+b(an1+ban)]xn3+xb)anxn+an1xn1+an2xn2+anxnbanxn1(an1+ban)xn1+an2xn2(an1+ban)xn1b(an1+ban)xn2[an2+b(an1+ban)]xn2+


綜合除法 anan1an2|bbanb(an1+ban)|an(an1+ban)[an2+b(an1+ban)]

餘式定理、因式定理

f(x)=(ax+b)Q(x)+rf(ba)=r,f(x)=(ax+b)Q(x)f(ba)=0.

函數圖形的平移

f(x)+1
f(x+1)f(x)f(x1)
f(x)1

二次函數的頂點

二次函數 y=f(x)=ax2+bx+c 的頂點 x-坐標為 b2a

三次函數 y=f(x)=ax3+bx2+cx+d 的對稱中心 x-坐標為 b3a

三次函數圖形的分類

三次函數 y=f(x)=ax3+px 的圖形可以分成下面四類。而一般的三次函數 y=f(x)=ax3+bx2+cx+d 都可以經由綜合除法或是配立方法化成形如 y=f(x)=a(xm)3+p(xm)+n 的樣子。


二次函數恆正或恆負


大域特徵與局部特徵

y=f(x)=ax3+bx2+cx+dx 很大時,f(x) 的大域特徵近似於 ax3

y=f(x)=a(xm)3+s(xm)2+t(xm)+ux 很靠近 m 時,f(x) 的局部特徵近似於 y=t(xm)+u

等差數列、等比數列、等差級數、等比級數

數列級數
等差a1
a2=a1+d,
a3=a1+2d
a4=a1+3d
...
an=a1+(n1)d
Sn=(a1+an)n2
等比a1
a2=a1r
a3=a1r2
a4=a1r3
...
an=a1rn1
Sn=a1(1rn1)(1r)

平方和公式、立方和公式

1+2++n=n(n+1)2,12+22++n2=16n(n+1)(2n+1),13+23++n3=[n(n+1)2]2.

排容原理

n(ABC)=n(A)+n(B)+n(C)n(AB)n(BC)n(AC)+n(ABC).

排列組合

Pnr=n!(nr)!
筆者的背法是,寫 n,然後往下寫階乘 r 個(包括 n 總共 r 個),例如 P73=7×6×5Cnr=n!r!(nr)!
筆者的背法是,寫 n,然後往下寫階乘 r 個(包括 n 總共 r 個),再除以 r!,例如 C73=7×6×53×2×1

巴斯卡定理

Cnr+Cnr+1=Cn+1r+1,上標為行,下標為列,注意到按照此編號排序,加的規則變成:上加下等於右下,一個L型。

所以這題 C105+C106+C117+C128 可以用如下的表格來幫助計算並完成。
10111213
5C105
6C106
7C117
8C128
C105+C106+C117+C128=C138

二項式定理

(x+y)n=Cnnxn+Cnn1xn1y+Cnn2xn2y2++Cn2x2yn2+Cn1xyn1+Cn0yn

數據平移與伸縮對各統計量的影響

數據+a×k
均眾中+a×k
差距不變×|k|

均中眾表示算術平均數、中位數、眾數,差距表示標準差、全距。


μax+b=aμx+b
μcy+d=cμy+d

σax+b=|a|σx
σcy+d=|c|σy

Sax+b,ax+b=a2Sxx
Scy+d,cy+d=c2Syy
Sax+b,cy+d=acSxy

rax+b,cy+d=ac|ac|rx,y

標準差、離均平方差、數據平方和

Sxx
σ=SxxnSxx=(x21+x22++x2n)nμ2
σ(x21+x22++x2n)=n(σ2+μ2)x21+x22++x2n

相關係數與迴歸直線

相關係數 r=SxySxxSyy=Sxynσxnσy
回歸直線 yμy=SxySxx(xμx),yμy=rσyσx(xμx)

算法如下
μx=x1+x2++xnn
μy=y1+y2++ynn
xiμxyiμy(xiμx)(yiμy)(xiμx)2(yiμy)2
00SxySxxSyy
下面證明迴歸直線的公式
Sxx,Syy,Sxy
Sxx=nσ2x
Syy=nσ2y
Sxx=(x21+x22++x2n)nμ2x
Syy=(y21+y22++y2n)nμ2y
Sxy=(x1y1+x2y2++xnyn)nμxμy
由此可得 r=SxySxxSyy=Sxynσxσy

另外,r 為標準化後的數據的迴歸直線的斜率,也就是 yμyσy=rxμxσx,整理一下得到 yμy=rσyσx(xμx),將上面的結果代入即得到 yμy=SxySxx(xμx)

圓周長與弧長、圓面積與扇形面積

全部部分
長度圓周長=2rπ弧長=2rπθ2π
面積圓面積=r2π扇形面積=r2πθ2π

三角函數

30°45°60°
sin122232
cos322212
tan1313


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180°-θ180°+θ
sin+sinθ-sinθ-sinθ
cos-cosθ+cosθ-cosθ
tan-tanθ-tanθ+tanθ

正弦定理、餘弦定理

正弦定理
asinA=bsinB=csinC=2R
其中 R 為外接圓半徑
三角形面積公式
12absinC
s(sa)(sb)(sc)
其中 s 為半周長 a+b+c2
分角線長度公式
AD2=AB×ACBD×DC
餘弦定理
c2=a2+b22abcosC
cosC=a2+b2c22ab
四邊形面積公式
12(a+b)(c+d)sinθ
中線長度公式
AB2+AC2=2(AM2+BM2)

和角公式

sin(A+B)=sinAcosB+sinBcosAsin(AB)=sinAcosBsinBcosAcos(A+B)=cosAcosBsinAsinBcos(AB)=cosAcosB+sinAsinBtan(A+B)=tanA+tanB1tanAtanBtan(AB)=tanAtanB1+tanAtanB
sin2θ=2sinθcosθcos2θ=cos2θsin2θ=12sin2θ=2cos2θ1tan2θ=2tanθ1tan2θ
sinθ2=±1cosθ2cosθ2=±1+cosθ2tanθ2=sinθ1+cosθ
sin2θ=2tanθ1+tan2θcos2θ=1tan2θ1+tan2θ

函數圖形的伸縮


分點公式

PC=nm+nPA+mm+nPB

共線定理


三角形的四心,向量版

IABC 的內心,P 為任一點,則 PI=aa+b+cPA+ba+b+cPB+ca+b+cPC.
GABC 的重心,P 為任一點,則 PG=13PA+13PB+13PC.
OABC 的外心,則 AOAB=12¯AB2.
HABC 的垂心,則 AHAB=ABAC.

正射影

向量 a 在向量 b 上的正射影為 p=ab|b|2b

柯西不等式

(2+2)(2+2)(+)2

方向向量,法向量

ax+by+c=0x=dt+e
y=ft+g
方向向量法向量的 x,y 互換,其中一個變號(d,f)
法向量
(a,b)
方向向量的 x,y 互換,其中一個變號

二階行列式、三階行列式、內積、外積

二階行列式三階行列式內積外積
定義與性質a=(x1,y1)
b=(x2,y2)
det[x1y1x2y2]=x1y2x2y1
a=(x1,y1,z1)
b=(x2,y2,z2)
c=(x3,y3,z3)
det[x1y1z1x2y2z2x3y3z3]
=x1y2z3+x2y3z1+x3y1z2z1y2x3z2y3x1z3y1x2
=x1det[y2z2y3z3]x2det[y1z1y3z3]+x3det[y1z1y2z2]
=a(b×c)
a=(x1,y1)
b=(x2,y2)
ab
=|a||b|cosθ
=x1x2+y1y2

a=(x1,y1,z1)
b=(x2,y2,z2)
ab=x1x2+y1y2+z1z2
a=(x1,y1,z1)
b=(x2,y2,z2)
a×b=det[ijkx1y1z1x2y2z2]
幾何意義向量 a,b 決定的平行四邊形面積為 |det[x1y1x2y2]|
向量 a,b,c 決定的平行六面體體積為 |det[x1y1z1x2y2z2x3y3z3]|
W=Fs
|a×b|=|a||b|sinθ

容易混淆的部分

  • ab 為純量,a×b 為向量。
  • 平行六面體體積為 det[x1y1z1x2y2z2x3y3z3],外積定義為 a×b=det[ijkx1y1z1x2y2z2]
  • ab=|a||b|cosθ|a×b|=|a||b|sinθ
其它公式
  • 平面上 (x1,y1),(x2,y2),(x3,y3) 三點圍成的三角形面積為 12|det[x1y11x2y21x3y31]|
  • 平面上三線 {a1x+b1y=c1a2x+b2y=c2a3x+b3y=c3 共點,則 det[a1b1c1a2b2c2a3b3c3]=0
  • 空間中三向量決定的四面體體積為六面體體積的 16 倍。

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