Zuletzt geändert: Di, 07.11.2006

«K12/K13» Formelsammlung zur 5. Klausur «PDF», «POD»




0.0.1 Formelsammlung zur 5. Klausur

0.0.1.1 Analytische Geometrie
0.0.1.1.1 Umrechnungen zwischen Parameter- und Ko­or­di­na­ten/Nor­ma­len­form
  • Umrechnung der Parameterform einer Ebene mit Aufpunkt AA und Richtungsvektoren \vec uu und \vec vv in die Normalenform:

    • \vec n = \vec u \times \vec v; \quad n_0 = - \vec n \vec A;n = u ×v;n0 = nA;

      \vec n \cdot \overrightarrow{AX} = n_1 x_1 + n_2 x_2 + n_3 x_3 + n_0 = 0;nAX = n1x1 + n2x2 + n3x3 + n0 = 0;

    • \operatorname{det}\!\left(\overrightarrow{AX}, \vec u, \vec v\right) \stackrel{!}{=} 0det AX,u,v=!0, da \left\{ \overrightarrow{AX}, \vec u, \vec v \right\} AX,u,v komplanar ist/sein muss.

  • Umrechnung der Koordinatenform einer Ebene in die Parameterform:

    Definition: x_2 := \lambda; \quad x_3 := \mu;x2 := λ;x3 := μ;

    Koordinatenform nach x_1x1 auflösen → Term für x_1x1

    x_1x1, x_2 = \lambdax2 = λ und x_3 = \mux3 = μ in \vec X = \left(\!\begin{smallmatrix}x_1\\x_2\\x_3\end{smallmatrix}\!\right)X = x1 x2 x3 einsetzen und nach 11, \lambdaλ und \muμ gruppieren.

0.0.1.1.2 Winkel
  • Winkel \angle(\vec u,\vec v) \in \left[0^\circ, 180^\circ\right](u,v) 0,180 zwischen zwei Vektoren:

    \cos \angle(\vec u,\vec v) = \frac{\vec u \vec v}{\left|\vec u\right| \left|\vec v\right|};cos(u,v) = uv uv;

  • Winkel \angle(g,h) \in \left[0^\circ, 90^\circ\right](g,h) 0,90 zwischen zwei Geraden mit Richtungsvektoren \vec gg und \vec hh:

    \cos \angle(g,h) = \left|\frac{\vec g \vec h}{\left|\vec g\right| \left|\vec h\right|}\right|;cos(g,h) = gh gh ;

  • Winkel \angle(g,E) \in \left[0^\circ, 90^\circ\right](g,E) 0,90 zwischen einer Geraden mit Richtungsvektor \vec gg und einer Ebene mit Normalenvektor \vec nn:

    \cos\left[90^\circ - \angle(g,E)\right] = \sin \angle(g,E) = \left|\frac{\vec g \vec n}{\left|\vec g\right| \left|\vec n\right|}\right|;cos 90(g,E) = sin(g,E) = gn gn ;

  • Winkel \angle(E,F) \in \left[0^\circ, 90^\circ\right](E,F) 0,90 zwischen zwei Ebenen mit Normalenvektoren \vec ee und \vec ff:

    \cos \angle(E,F) = \left|\frac{\vec e \vec f}{\left|\vec e\right| \left|\vec f \right|}\right|;cos(E,F) = ef ef ;

0.0.1.1.3 Abstände, Normalen
  • Abstand d(P,Q)d(P,Q) von zwei Punkten:

    d(P,Q) = \left|\overrightarrow{PQ}\right| = \sqrt{{\overrightarrow{PQ}}^2};d(P,Q) = PQ = PQ 2;

  • Abstand d(P,g)d(P,g) von einem Punkt zu einer Geraden mit Richtungsvektor \vec gg und Laufparameter \lambdaλ:

    • Allgemeinen Abstand d(P,X_g(\lambda))d(P,Xg(λ)) berechnen (in Ab­hän­gig­keit von \lambdaλ), diesen dann ableiten, auf Null setzen und dann nach \lambdaλ auflösen

      Kurz: \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d} \lambda} \left|\overrightarrow{P X_g(\lambda)}\right|^2 \stackrel{!}{=} 0; d dλ PXg(λ)2=!0;

    • d(P,g) = d(P,F) = \left|\overrightarrow{PF}\right|d(P,g) = d(P,F) = PF, wobei \underbrace{\overrightarrow{P F}}_{\overrightarrow{P X(\lambda)}} \cdot \vec g = 0;PFPX(λ)g = 0;

    • Hilfsebene HH (Normalenvektor \vec hh) durch PP senkrecht zu gg legen:

      \vec h := \vec g; \quad h_0 = - \vec h \vec P;h := g;h0 = hP;

      Dann \vec X_gXg in die Normalenform von HH einsetzen, auflösen (eine Gleichung; Unbekannte ist \lambdaλ)

      Dann weiter wie oben.

  • Abstand d(P,E)d(P,E) von einer Ebene mit Normalenvektor \vec nn zu einem Punkt:

    d(P,E) = d(P,F)d(P,E) = d(P,F) mit E \cap n = \left\{ F \right\}E n = F und n{:}\, \vec X = \vec P + \lambda \vec n;n:X = P + λn;

  • Abstand d(g,E)d(g,E) von einer Ebene zu einer parallelen Geraden:

    d(g,E) = d(P,E)d(g,E) = d(P,E), mit PP als beliebigen festen Punkt von gg

  • Abstand d(E,F)d(E,F) von zwei parallenen Ebenen:

    d(E,F) = d(P,F)d(E,F) = d(P,F), mit PP als beliebigen festen Punkt von EE

0.0.1.1.4 Projektion
  • (Senkrechte) Projektion eines Vektors \vec aa auf einen Vektor \vec nn:

    \vec n_{\vec a} = {\vec n}^0 \cdot \left|\vec a\right| \cos\varphi;na = n0 acosϕ;

  • (Senkrechte) Projektion eines Punkts auf eine Gerade:

    Die Projektion ist der Lotfußpunkt des Lots durch den Punkt auf die Gerade.

  • (Senkrechte) Projektion eines Punkts PP auf eine Ebene (Normalenvektor \vec ee):

    Die Projektion ist der Lotfußpunkt des Lots durch den Punkt auf die Ebene.

    Besonders schneller Weg zur Normalengleichung:

    n{:}\, \vec X = \vec P + \lambda \vec e;n:X = P + λe;

  • (Senkrechte) Projektion einer Geraden auf eine Ebene:

    Zwei beliebige feste Punkte der Geraden auf die Ebene projezieren und die Projektionspunkte dann verbinden. (Zweck­mä­ßi­ger­wei­se ist einer der Punkte der Schnittpunkt von Gerade und Ebene)

0.0.1.2 Stochastik
0.0.1.2.5 Definitionen
0.0.1.2.5.1 Definitionen zur Zufallsgröße
  • Zufallsgröße: X{:}\, \Omega \to \mathds{R};X:Ω ;

  • Wahrscheinlichkeitsverteilung:

    P_X{:}\, W_X \to \left[0,1\right]; \quad x \mapsto P(X = x);PX:WX 0,1;xP(X = x);

  • Wahrscheinlichkeitsfunktion:

    \tilde{P}_X{:}\, \mathds{R} \to \left[0,1\right];P̃X: 0,1;

    xx-Werte, die an denen P_XPX nicht definiert ist, werden auf 00 gesetzt.

  • Kumulative Verteilungsfunktion:

    F_X{:}\, \mathds{R} \to \left[0,1\right]; \quad x \mapsto P(X \leq x);FX: 0,1;xP(X x);

  • Dichtefunktion

  • Gemeinsame Wahrscheinlichkeitsverteilung: P_{X,Y}{:}\, W_X \times W_Y \to \left[0,1\right];PX,Y :WX × WY 0,1;

  • Unabhängigkeit zweier Zufallsgrößen XX und YY

    P(X = x) P(Y = y) = P(X = x \cap Y = y)P(X = x)P(Y = y) = P(X = x Y = y) für alle x \in W_Xx WX und für alle y \in W_Y;y WY ;

0.0.1.2.5.2 Definitionen zu Charakteristika von Zufallsgrößen
  • Erwartungswert E(X) = \mu \in \mathds{R}E(X) = μ einer Zufallsgröße:

    E(X) = \sum\limits_{x \in W_X} x P(X = x) = \sum\limits_{\omega \in \Omega} X(\omega) P\!\left(\left\{ \omega \right\}\right);E(X) = xWXxP(X = x) = ωΩX(ω)P ω;

  • Varianz \operatorname{Var}(X) = \sigma^2(X) = \sigma^2 \in \mathds{R}Var(X) = σ2(X) = σ2 einer Zufallsgröße:

    \operatorname{Var}(X) = E\left[\left(X - E(X)\right)^2\right] = \sum\limits_{x \in W_X} \left(x - E(x)\right)^2 P(X = x) = \sum\limits_{\omega \in \Omega} \left(X(\omega) - E(x)\right)^2 P\!\left(\left\{ \omega \right\}\right);Var(X) = E X E(X)2 = xWX x E(x)2P(X = x) = ωΩ X(ω) E(x)2P ω;

  • Standardabweichung einer Zufallsgröße: \sigma(X) = \sqrt{\operatorname{Var}(X)} \in \mathds{R}_0^+;σ(X) = Var (X) 0+;

0.0.1.2.6 Rechenregeln
0.0.1.2.6.3 Rechenregeln zum Erwartungswert
  • E(X + Y) = E(X) + E(Y);E(X + Y ) = E(X) + E(Y );

  • E(aX + b) = a E(X) + b;E(aX + b) = aE(X) + b;

  • E(X Y) = E(X) E(Y)E(XY ) = E(X)E(Y ), sofern XX und YY unabhängig sind.

0.0.1.2.6.4 Rechenregeln zur Varianz
  • (Spezielle) Verschiebungsregel: \operatorname{Var}(X) = E(X^2) - E^2(X);Var(X) = E(X2) E2(X);

  • \operatorname{Var}(X + Y) = \operatorname{Var}(X) + \operatorname{Var}(Y)Var(X + Y ) = Var(X) + Var(Y ), sofern XX und YY unabhängig sind.

  • \operatorname{Var}(aX + b) = a^2 \operatorname{Var}(X);Var(aX + b) = a2 Var(X);

0.0.1.2.6.5 Rechenregeln zu gemittelten Zufallsgrößen
  • E(\overline{X}) = E(X);E(X¯) = E(X);

  • \operatorname{Var}(\overline{X}) = \operatorname{Var}(X) / n;Var(X¯) = Var(X)n;