附录 公式定理速查

一、集合与常用逻辑用语

  • 子集个数:含 $n$ 个元素的集合有 $2^n$ 个子集,$2^n-1$ 个真子集,$2^n-2$ 个非空真子集。
  • 容斥原理: $$ |A\cup B|=|A|+|B|-|A\cap B| $$ $$ |A\cup B\cup C|=|A|+|B|+|C|-|A\cap B|-|A\cap C|-|B\cap C|+|A\cap B\cap C| $$
  • 德摩根律: $$ \complement_U(A\cap B)=(\complement_UA)\cup(\complement_UB) $$ $$ \complement_U(A\cup B)=(\complement_UA)\cap(\complement_UB) $$
  • 充分条件:$p\Rightarrow q$,$p$ 是 $q$ 的充分条件。
  • 必要条件:$q\Rightarrow p$,$p$ 是 $q$ 的必要条件。
  • 充要条件:$p\Leftrightarrow q$。
  • 全称命题 $\forall x\in M,p(x)$ 的否定是 $\exists x\in M,\neg p(x)$。
  • 存在命题 $\exists x\in M,p(x)$ 的否定是 $\forall x\in M,\neg p(x)$。

二、不等式

  • 基本不等式: $$ a+b\ge2\sqrt{ab}\quad(a>0,b>0) $$ $$ ab\le\left(\frac{a+b}{2}\right)^2 $$ $$ a^2+b^2\ge2ab $$
  • 三元基本不等式: $$ a+b+c\ge3\sqrt[3]{abc}\quad(a,b,c>0) $$
  • 一元二次不等式($a>0$):
    • $\Delta>0$:$ax^2+bx+c>0$ 的解集为 $(-\infty,x_1)\cup(x_2,+\infty)$,$ax^2+bx+c<0$ 的解集为 $(x_1,x_2)$;
    • $\Delta=0$:$ax^2+bx+c>0$ 的解集为 ${x\mid x\ne x_0}$,$ax^2+bx+c<0$ 的解集为 $\varnothing$;
    • $\Delta<0$:$ax^2+bx+c>0$ 的解集为 $\mathbb{R}$,$ax^2+bx+c<0$ 的解集为 $\varnothing$。
  • 绝对值不等式: $$ |x|<a\Leftrightarrow-a<x<a\quad(a>0) $$ $$ |x|>a\Leftrightarrow x<-a\text{ 或 }x>a\quad(a>0) $$ $$ ||a|-|b||\le|a\pm b|\le|a|+|b| $$
  • 分式不等式: $$ \frac{f(x)}{g(x)}>0\Leftrightarrow f(x)g(x)>0 $$ $$ \frac{f(x)}{g(x)}\ge0\Leftrightarrow f(x)g(x)\ge0\text{ 且 }g(x)\ne0 $$
  • 高次不等式:因式分解后,用穿根法(奇穿偶不穿)写出解集。

三、函数

  • 常见定义域限制:
    • 分式:分母不为 $0$;
    • 偶次根式:被开方数大于等于 $0$;
    • 对数:真数大于 $0$,底数大于 $0$ 且不等于 $1$;
    • 正切:$x\ne\frac{\pi}{2}+k\pi$。
  • 奇偶性:
    • 偶函数:$f(-x)=f(x)$,图像关于 $y$ 轴对称;
    • 奇函数:$f(-x)=-f(x)$,图像关于原点对称。
  • 单调性:
    • $f'(x)>0$:函数单调递增;
    • $f'(x)<0$:函数单调递减。
  • 周期性:若 $f(x+T)=f(x)$,则 $T$ 是函数的一个周期。
  • 对称性:
    • $f(a+x)=f(a-x)$:图像关于直线 $x=a$ 对称;
    • $f(a+x)=-f(a-x)$:图像关于点 $(a,0)$ 中心对称。
  • 指数运算: $$ a^ma^n=a^{m+n},\quad (a^m)^n=a^{mn},\quad (ab)^n=a^nb^n $$ $$ a^{-n}=\frac1{a^n},\quad a^0=1\quad(a\ne0) $$
  • 对数运算: $$ \log_a(MN)=\log_aM+\log_aN $$ $$ \log_a\frac MN=\log_aM-\log_aN $$ $$ \log_aM^n=n\log_aM $$ $$ \log_ab=\frac{\log_cb}{\log_ca} $$ $$ a^{\log_aN}=N $$
  • 零点存在定理:若 $f(x)$ 在 $[a,b]$ 上连续,且 $f(a)f(b)<0$,则 $f(x)$ 在 $(a,b)$ 内至少有一个零点。
  • 图像变换:$y=f(x-a)$ 右移 $a$;$y=f(x)+b$ 上移 $b$;$y=f(\omega x)$ 横坐标变为原来的 $\frac1{|\omega|}$;$y=Af(x)$ 纵坐标变为原来的 $|A|$ 倍。
  • 对勾函数 $y=x+\frac ax$($a>0$):增区间 $(-\infty,-\sqrt a)$、$(\sqrt a,+\infty)$,减区间 $(-\sqrt a,0)$、$(0,\sqrt a)$;值域 $(-\infty,-2\sqrt a]\cup[2\sqrt a,+\infty)$。

四、三角函数与解三角形

  • 弧度制:$\pi$ 弧度 $=180^\circ$。
  • 弧长与扇形面积: $$ l=\alpha r,\quad S=\frac12lr=\frac12\alpha r^2 $$
  • 同角三角函数关系: $$ \sin^2\alpha+\cos^2\alpha=1,\quad \tan\alpha=\frac{\sin\alpha}{\cos\alpha} $$
  • 诱导公式口诀:奇变偶不变,符号看象限。
  • 和差角公式: $$ \sin(\alpha\pm\beta)=\sin\alpha\cos\beta\pm\cos\alpha\sin\beta $$ $$ \cos(\alpha\pm\beta)=\cos\alpha\cos\beta\mp\sin\alpha\sin\beta $$ $$ \tan(\alpha\pm\beta)=\frac{\tan\alpha\pm\tan\beta}{1\mp\tan\alpha\tan\beta} $$
  • 二倍角公式: $$ \sin2\alpha=2\sin\alpha\cos\alpha $$ $$ \cos2\alpha=\cos^2\alpha-\sin^2\alpha=2\cos^2\alpha-1=1-2\sin^2\alpha $$ $$ \tan2\alpha=\frac{2\tan\alpha}{1-\tan^2\alpha} $$
  • 降幂公式: $$ \sin^2\alpha=\frac{1-\cos2\alpha}{2},\quad \cos^2\alpha=\frac{1+\cos2\alpha}{2} $$
  • 辅助角公式: $$ a\sin x+b\cos x=\sqrt{a^2+b^2}\sin(x+\varphi) $$ 其中 $\tan\varphi=\frac ba$。
  • 正弦定理: $$ \frac a{\sin A}=\frac b{\sin B}=\frac c{\sin C}=2R $$
  • 余弦定理: $$ a^2=b^2+c^2-2bc\cos A $$ $$ \cos A=\frac{b^2+c^2-a^2}{2bc} $$
  • 三角形面积: $$ S=\frac12ab\sin C=\frac12bc\sin A=\frac12ca\sin B $$
  • 三角形内角和:$A+B+C=\pi$,$\sin(A+B)=\sin C$,$\cos(A+B)=-\cos C$。

特殊角的三角函数值

$\alpha$ $0$ $\frac{\pi}{6}$ $\frac{\pi}{4}$ $\frac{\pi}{3}$ $\frac{\pi}{2}$
$\sin\alpha$ $0$ $\frac12$ $\frac{\sqrt2}{2}$ $\frac{\sqrt3}{2}$ $1$
$\cos\alpha$ $1$ $\frac{\sqrt3}{2}$ $\frac{\sqrt2}{2}$ $\frac12$ $0$
$\tan\alpha$ $0$ $\frac{\sqrt3}{3}$ $1$ $\sqrt3$ 不存在

五、平面向量

  • 坐标运算:设 $\vec a=(x_1,y_1)$,$\vec b=(x_2,y_2)$。
  • 加减法: $$ \vec a\pm\vec b=(x_1\pm x_2,y_1\pm y_2) $$
  • 数乘:$\lambda\vec a=(\lambda x_1,\lambda y_1)$。
  • 模: $$ |\vec a|=\sqrt{x_1^2+y_1^2} $$
  • 数量积: $$ \vec a\cdot\vec b=|\vec a||\vec b|\cos\theta=x_1x_2+y_1y_2 $$
  • 夹角: $$ \cos\theta=\frac{\vec a\cdot\vec b}{|\vec a||\vec b|} $$
  • 垂直: $$ \vec a\perp\vec b\Leftrightarrow\vec a\cdot\vec b=0\Leftrightarrow x_1x_2+y_1y_2=0 $$
  • 平行: $$ \vec a\parallel\vec b\Leftrightarrow x_1y_2-x_2y_1=0 $$
  • 投影:$\vec b$ 在 $\vec a$ 方向上的投影为 $\frac{\vec a\cdot\vec b}{|\vec a|}$。

六、复数

  • 代数形式:$z=a+bi$($a,b\in\mathbb{R}$),$i^2=-1$。
  • 模:$|z|=\sqrt{a^2+b^2}$。
  • 共轭复数:$\overline z=a-bi$。
  • 复数相等:$a+bi=c+di\Leftrightarrow a=c$ 且 $b=d$。
  • 四则运算: $$ (a+bi)\pm(c+di)=(a\pm c)+(b\pm d)i $$ $$ (a+bi)(c+di)=(ac-bd)+(ad+bc)i $$ $$ \frac{a+bi}{c+di}=\frac{(a+bi)(c-di)}{c^2+d^2} $$
  • 重要关系: $$ z\overline z=|z|^2 $$
  • $i$ 的幂的周期性: $$ i^{4n}=1,\quad i^{4n+1}=i,\quad i^{4n+2}=-1,\quad i^{4n+3}=-i $$
  • 几何意义:$z=a+bi$ 对应复平面内的点 $(a,b)$;$|z-z_0|$ 表示点 $z$ 到点 $z_0$ 的距离。

七、数列

  • 通项与前 $n$ 项和的关系: $$ a_n=\begin{cases}S_1,&n=1\S_n-S_{n-1},&n\ge2\end{cases} $$
  • 等差数列: $$ a_n=a_1+(n-1)d $$ $$ S_n=\frac{n(a_1+a_n)}{2}=na_1+\frac{n(n-1)}{2}d $$
    • 若 $m+n=p+q$,则 $a_m+a_n=a_p+a_q$。
  • 等比数列: $$ a_n=a_1q^{n-1} $$ $$ S_n=\begin{cases}na_1,&q=1\\frac{a_1(1-q^n)}{1-q},&q\ne1\end{cases} $$
    • 若 $m+n=p+q$,则 $a_ma_n=a_pa_q$。
  • 等差数列前 $n$ 项和的最值:若 $a_1>0,d<0$,在 $a_n\ge0$ 且 $a_{n+1}\le0$ 处 $S_n$ 最大;若 $a_1<0,d>0$,在 $a_n\le0$ 且 $a_{n+1}\ge0$ 处 $S_n$ 最小。
  • 常用裂项: $$ \frac1{n(n+1)}=\frac1n-\frac1{n+1} $$ $$ \frac1{(2n-1)(2n+1)}=\frac12\left(\frac1{2n-1}-\frac1{2n+1}\right) $$
  • 常用求和: $$ 1+2+\cdots+n=\frac{n(n+1)}{2} $$ $$ 1^2+2^2+\cdots+n^2=\frac{n(n+1)(2n+1)}{6} $$ $$ 1^3+2^3+\cdots+n^3=\left[\frac{n(n+1)}{2}\right]^2 $$
  • 数学归纳法步骤:
    1. 证明 $n=n_0$ 时命题成立;
    2. 假设 $n=k$($k\ge n_0$)时命题成立,证明 $n=k+1$ 时命题也成立。

八、立体几何

  • 柱体:$V=Sh$。
  • 锥体:$V=\frac13Sh$。
  • 台体:$V=\frac13h(S_1+\sqrt{S_1S_2}+S_2)$。
  • 球:$S=4\pi R^2$,$V=\frac43\pi R^3$。
  • 圆柱:$S_{\text{侧}}=2\pi rh$,$S_{\text{全}}=2\pi rh+2\pi r^2$,$V=\pi r^2h$。
  • 圆锥:$S_{\text{侧}}=\pi rl$,$S_{\text{全}}=\pi rl+\pi r^2$,$V=\frac13\pi r^2h$,$l^2=r^2+h^2$。
  • 圆台:$S_{\text{侧}}=\pi(r+r')l$,$V=\frac13\pi h(r^2+rr'+r'^2)$。
  • 线面平行判定:平面外一条直线与平面内一条直线平行,则线面平行。
  • 线面平行性质:线面平行,过该直线的平面与原平面相交,则直线与交线平行。
  • 面面平行判定:一个平面内两条相交直线都平行于另一个平面,则面面平行。
  • 线面垂直判定:一条直线与平面内两条相交直线都垂直,则线面垂直。
  • 线面垂直性质:垂直于同一个平面的两条直线平行。
  • 面面垂直判定:一个平面过另一个平面的垂线,则面面垂直。
  • 面面垂直性质:两个平面垂直,一个平面内垂直于交线的直线垂直于另一个平面。
  • 棱长为 $a$ 的正方体:外接球半径 $\frac{\sqrt3}{2}a$,内切球半径 $\frac a2$。
  • 长、宽、高分别为 $a,b,c$ 的长方体:外接球半径 $\frac12\sqrt{a^2+b^2+c^2}$。

九、空间向量与立体几何

  • 空间向量坐标运算与平面向量类似。
  • 共线:$\vec a\parallel\vec b\Leftrightarrow\vec a=\lambda\vec b$。
  • 共面:$\vec a,\vec b,\vec c$ 共面 $\Leftrightarrow$ 存在实数 $x,y$,使 $\vec c=x\vec a+y\vec b$($\vec a,\vec b$ 不共线)。
  • 线线角: $$ \cos\theta=|\cos\langle\vec a,\vec b\rangle|=\frac{|\vec a\cdot\vec b|}{|\vec a||\vec b|} $$
  • 线面角: $$ \sin\theta=|\cos\langle\vec a,\vec n\rangle|=\frac{|\vec a\cdot\vec n|}{|\vec a||\vec n|} $$ 其中 $\vec a$ 是直线的方向向量,$\vec n$ 是平面的法向量。
  • 二面角:设两个平面的法向量分别为 $\vec n_1,\vec n_2$,则二面角的平面角 $\theta$ 满足: $$ |\cos\theta|=\frac{|\vec n_1\cdot\vec n_2|}{|\vec n_1||\vec n_2|} $$ 具体是锐角还是钝角,要结合图形判断。
  • 点到平面的距离: $$ d=\frac{|\vec{AP}\cdot\vec n|}{|\vec n|} $$ 其中 $A$ 是平面内一点,$\vec n$ 是平面的法向量。
  • 线面平行:$\vec a\cdot\vec n=0$。
  • 线面垂直:$\vec a\parallel\vec n$。
  • 面面平行:$\vec n_1\parallel\vec n_2$。
  • 面面垂直:$\vec n_1\cdot\vec n_2=0$。

十、直线与圆

  • 斜率: $$ k=\tan\alpha=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}\quad(x_1\ne x_2) $$
  • 直线方程:
    • 点斜式:$y-y_0=k(x-x_0)$;
    • 斜截式:$y=kx+b$;
    • 两点式:$\frac{y-y_1}{y_2-y_1}=\frac{x-x_1}{x_2-x_1}$;
    • 截距式:$\frac xa+\frac yb=1$;
    • 一般式:$Ax+By+C=0$。
  • 平行与垂直:
    • $l_1\parallel l_2\Leftrightarrow A_1B_2-A_2B_1=0$;
    • $l_1\perp l_2\Leftrightarrow A_1A_2+B_1B_2=0$;
    • 若斜率存在,$l_1\perp l_2\Leftrightarrow k_1k_2=-1$。
  • 距离公式: $$ |P_1P_2|=\sqrt{(x_2-x_1)^2+(y_2-y_1)^2} $$ $$ d=\frac{|Ax_0+By_0+C|}{\sqrt{A^2+B^2}} $$ $$ d=\frac{|C_1-C_2|}{\sqrt{A^2+B^2}}\quad(\text{两平行线 }Ax+By+C_1=0,\ Ax+By+C_2=0) $$
  • 圆的标准方程: $$ (x-a)^2+(y-b)^2=r^2 $$
  • 圆的一般方程: $$ x^2+y^2+Dx+Ey+F=0\quad(D^2+E^2-4F>0) $$
    • 圆心:$\left(-\frac D2,-\frac E2\right)$;
    • 半径:$r=\frac12\sqrt{D^2+E^2-4F}$。
  • 直线与圆的位置关系:
    • $d<r$:相交;
    • $d=r$:相切;
    • $d>r$:相离。
  • 弦长: $$ |AB|=2\sqrt{r^2-d^2} $$
  • 圆 $x^2+y^2=r^2$ 上一点 $(x_0,y_0)$ 处的切线: $$ x_0x+y_0y=r^2 $$
  • 两圆位置关系:
    • $d>R+r$:外离;
    • $d=R+r$:外切;
    • $|R-r|<d<R+r$:相交;
    • $d=|R-r|$:内切;
    • $d<|R-r|$:内含。

十一、圆锥曲线

椭圆

  • 定义:$|PF_1|+|PF_2|=2a$($2a>2c$)。
  • 标准方程: $$ \frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1\quad(a>b>0) $$
  • 关系:$a^2=b^2+c^2$。
  • 离心率:$e=\frac ca$($0<e<1$)。
  • 焦点:$(\pm c,0)$(焦点在 $x$ 轴)或 $(0,\pm c)$(焦点在 $y$ 轴)。
  • 通径:$\frac{2b^2}{a}$。
  • 焦半径(焦点在 $x$ 轴):$|PF_1|=a+ex_0$,$|PF_2|=a-ex_0$。
  • 焦点三角形:$|PF_1|+|PF_2|=2a$。

双曲线

  • 定义:$||PF_1|-|PF_2||=2a$($0<2a<2c$)。
  • 标准方程: $$ \frac{x^2}{a^2}-\frac{y^2}{b^2}=1\quad(a>0,b>0) $$
  • 关系:$c^2=a^2+b^2$。
  • 离心率:$e=\frac ca$($e>1$)。
  • 渐近线:$y=\pm\frac bax$(焦点在 $x$ 轴)或 $y=\pm\frac abx$(焦点在 $y$ 轴)。
  • 通径:$\frac{2b^2}{a}$。
  • 焦点到渐近线的距离等于 $b$。

抛物线

  • 定义:$|PF|=d(P,l)$。
  • 标准方程: $$ y^2=2px,\quad y^2=-2px,\quad x^2=2py,\quad x^2=-2py\quad(p>0) $$
  • 焦点与准线:
方程 焦点 准线
$y^2=2px$ $(\frac p2,0)$ $x=-\frac p2$
$y^2=-2px$ $(-\frac p2,0)$ $x=\frac p2$
$x^2=2py$ $(0,\frac p2)$ $y=-\frac p2$
$x^2=-2py$ $(0,-\frac p2)$ $y=\frac p2$
  • 离心率:$e=1$。
  • 通径:$2p$。
  • 焦半径:$|PF|=x_0+\frac p2$(对 $y^2=2px$)。
  • 抛物线上的点到焦点的距离等于到准线的距离。

直线与圆锥曲线

  • 弦长: $$ |AB|=\sqrt{1+k^2}|x_1-x_2|=\sqrt{1+\frac1{k^2}}|y_1-y_2| $$
  • 椭圆中点弦斜率: $$ k=-\frac{b^2x_0}{a^2y_0} $$
  • 双曲线中点弦斜率: $$ k=\frac{b^2x_0}{a^2y_0} $$
  • 抛物线 $y^2=2px$ 中点弦斜率: $$ k=\frac p{y_0} $$
  • 抛物线焦点弦长:$|AB|=\frac{2p}{\sin^2\theta}$。

十二、导数

  • 导数定义: $$ f'(x_0)=\lim_{\Delta x\to0}\frac{f(x_0+\Delta x)-f(x_0)}{\Delta x} $$
  • 基本导数公式: $$ C'=0,\quad (x^n)'=nx^{n-1} $$ $$ (\sin x)'=\cos x,\quad (\cos x)'=-\sin x $$ $$ (\mathrm{e}^x)'=\mathrm{e}^x,\quad (a^x)'=a^x\ln a $$ $$ (\ln x)'=\frac1x,\quad (\log_ax)'=\frac1{x\ln a} $$
  • 运算法则: $$ (u\pm v)'=u'\pm v',\quad (uv)'=u'v+uv' $$ $$ \left(\frac uv\right)'=\frac{u'v-uv'}{v^2} $$
  • 复合函数求导: $$ y'=f'(g(x))g'(x) $$
  • 切线方程: $$ y-f(x_0)=f'(x_0)(x-x_0) $$
  • 单调性:
    • $f'(x)>0$:递增;
    • $f'(x)<0$:递减。
  • 极值判别:
    • $f'(x_0)=0$,左正右负:极大值点;
    • $f'(x_0)=0$,左负右正:极小值点。
  • 最值:比较区间内极值与端点函数值。
  • 常用不等式: $$ \mathrm{e}^x\ge x+1,\quad \ln x\le x-1\quad(x>0) $$
  • 定积分(拓展): $$ \int_a^b f(x),\mathrm{d}x=F(b)-F(a)\quad(F'(x)=f(x)) $$

十三、计数原理与二项式定理

  • 分类加法计数原理:$N=m_1+m_2+\cdots+m_n$。
  • 分步乘法计数原理:$N=m_1m_2\cdots m_n$。
  • 排列数: $$ \mathrm{A}_n^m=\frac{n!}{(n-m)!} $$
  • 组合数: $$ \mathrm{C}_n^m=\frac{n!}{m!(n-m)!} $$
  • 组合数性质: $$ \mathrm{C}_n^m=\mathrm{C}n^{n-m} $$ $$ \mathrm{C}{n+1}^m=\mathrm{C}_n^m+\mathrm{C}_n^{m-1} $$ $$ \mathrm{C}_n^0=\mathrm{C}_n^n=1,\quad \mathrm{C}_n^1=n $$
  • 二项式定理: $$ (a+b)^n=\sum_{k=0}^{n}\mathrm{C}_n^ka^{n-k}b^k $$
  • 通项: $$ T_{k+1}=\mathrm{C}_n^ka^{n-k}b^k $$
  • 二项式系数和: $$ \mathrm{C}_n^0+\mathrm{C}_n^1+\cdots+\mathrm{C}_n^n=2^n $$
  • 奇数项与偶数项二项式系数和: $$ \mathrm{C}_n^0+\mathrm{C}_n^2+\cdots=\mathrm{C}_n^1+\mathrm{C}_n^3+\cdots=2^{n-1} $$
  • 二项式系数最大项:
    • $n$ 为偶数:中间一项;
    • $n$ 为奇数:中间两项。

十四、概率与随机变量

  • 古典概型: $$ P(A)=\frac mn $$
  • 概率加法公式: $$ P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B) $$
  • 对立事件: $$ P(\overline A)=1-P(A) $$
  • 独立事件: $$ P(AB)=P(A)P(B) $$
  • 条件概率: $$ P(B|A)=\frac{P(AB)}{P(A)}\quad(P(A)>0) $$
  • 乘法公式: $$ P(AB)=P(A)P(B|A)=P(B)P(A|B) $$
  • 全概率公式: $$ P(A)=\sum_{i=1}^{n}P(B_i)P(A|B_i) $$
  • 贝叶斯公式(拓展): $$ P(B_i|A)=\frac{P(B_i)P(A|B_i)}{\sum_{j=1}^{n}P(B_j)P(A|B_j)} $$
  • 分布列性质: $$ p_i\ge0,\quad \sum_{i=1}^{n}p_i=1 $$
  • 期望: $$ E(X)=\sum_{i=1}^{n}x_ip_i $$ $$ E(aX+b)=aE(X)+b $$
  • 方差: $$ D(X)=\sum_{i=1}^{n}(x_i-E(X))^2p_i=E(X^2)-[E(X)]^2 $$ $$ D(aX+b)=a^2D(X) $$
  • 两点分布:$E(X)=p$,$D(X)=p(1-p)$。
  • 二项分布 $B(n,p)$: $$ P(X=k)=\mathrm{C}_n^kp^k(1-p)^{n-k} $$ $$ E(X)=np,\quad D(X)=np(1-p) $$
  • 超几何分布: $$ P(X=k)=\frac{\mathrm{C}M^k\mathrm{C}{N-M}^{n-k}}{\mathrm{C}_N^n} $$ $$ E(X)=\frac{nM}{N} $$
  • 正态分布 $N(\mu,\sigma^2)$:
    • 关于 $x=\mu$ 对称;
    • $P(\mu-\sigma<X\le\mu+\sigma)\approx0.6827$;
    • $P(\mu-2\sigma<X\le\mu+2\sigma)\approx0.9545$;
    • $P(\mu-3\sigma<X\le\mu+3\sigma)\approx0.9973$。

十五、统计

  • 平均数: $$ \bar{x}=\frac1n\sum_{i=1}^{n}x_i $$
  • 方差: $$ s^2=\frac1n\sum_{i=1}^{n}(x_i-\bar{x})^2=\frac1n\sum_{i=1}^{n}x_i^2-\bar{x}^2 $$
  • 标准差:$s=\sqrt{s^2}$。
  • 线性变换:
    • $x_i+b$ 的平均数为 $\bar{x}+b$,方差不变;
    • $ax_i$ 的平均数为 $a\bar{x}$,方差为 $a^2s^2$;
    • $ax_i+b$ 的平均数为 $a\bar{x}+b$,方差为 $a^2s^2$。
  • 百分位数:把数据排序后计算 $i=n\times p%$,按规则取第 $p$ 百分位数。
  • 回归直线: $$ \hat{y}=\hat{b}x+\hat{a} $$ $$ \hat{b}=\frac{\sum_{i=1}^{n}(x_i-\bar{x})(y_i-\bar{y})}{\sum_{i=1}^{n}(x_i-\bar{x})^2} $$ $$ \hat{a}=\bar{y}-\hat{b}\bar{x} $$
  • 回归直线过样本中心点 $(\bar{x},\bar{y})$。
  • 相关系数: $$ r=\frac{\sum_{i=1}^{n}(x_i-\bar{x})(y_i-\bar{y})}{\sqrt{\sum_{i=1}^{n}(x_i-\bar{x})^2}\sqrt{\sum_{i=1}^{n}(y_i-\bar{y})^2}} $$
  • 独立性检验: $$ \chi^2=\frac{n(ad-bc)^2}{(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)} $$
  • 临界值:
    • $\chi^2\ge3.841$:犯错误概率不超过 $0.05$;
    • $\chi^2\ge6.635$:犯错误概率不超过 $0.01$;
    • $\chi^2\ge10.828$:犯错误概率不超过 $0.001$。

十六、常用数值

  • $\sqrt2\approx1.414$,$\sqrt3\approx1.732$,$\sqrt5\approx2.236$。
  • $\pi\approx3.1416$,$\mathrm{e}\approx2.7183$。
  • $\ln2\approx0.693$,$\ln3\approx1.099$,$\ln10\approx2.303$。
  • $\lg2\approx0.3010$,$\lg3\approx0.4771$,$\lg5\approx0.6990$。