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附录-公式定理速查
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:
- 证明 $n=n_0$ 时命题成立;
- 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
- $\sqrt2\approx1.414$,$\sqrt3\approx1.732$,$\sqrt5\approx2.236$。
- $\pi\approx3.1416$,$\mathrm{e}\approx2.7183$。
- $\ln2\approx0.693$,$\ln3\approx1.099$,$\ln10\approx2.303$。
- $\lg2\approx0.3010$,$\lg3\approx0.4771$,$\lg5\approx0.6990$。