augusti 2002, KTH.

Introduktion

Välkommen till Inledande kursen i matematik!

Kursnummer: 5B1120
Studiemedelspoäng: 1

  Denna läsanvisning är avsedd som stöd för kursboken Dunkels, Klefsjö, Nilsson, Näslund: Mot bättre vetande i matematik (tredje upplagan 2002).
  Inledande kursen täcker delar av kapitlen 1 - 5 och 8-9 av denna bok , som ger en nyttig repetition av matematiskt stoff på i huvudsak gymnasienivå. Erfarenheten visar att nyanlända teknologer ofta har vissa kunskaps- och/eller minnesluckor om just detta material. Inledande kursen fyller därmed en viktig funktion för de flesta elever. Vi hoppas att du utnyttjar detta tillfälle att ge dina KTH-studier en flygande start.
  Dessa läsanvisningar utgör ett förslag till studieväg genom bokens kapitel 1-5 samt 8-9.
För varje kapitel anges i läsanvisningarna vilka delar som rekommenderas i första hand. De avsnitt som inte ingår i denna kurs har satts inom parentes under varje kapitelrubrik.
I slutet av varje kapitel finns dessutom ett avsnitt med blandade uppgifter, som inte omnämns i läsanvisningarna men som rekommenderas för den som vill ha extra övningsmaterial.

I kursboken förekommer faktarutor, koncentrerade faktaavsnitt omgivna av dubbelstreckade ramar. Dessutom finns lösta exempel, inom enkelramar, samt en hel del övningsuppgifter.
I anvisningarnas vänstra kolumn listas i en lodrät rad de föreslagna faktarutorna, exemplen och övningsuppgifterna.
Faktrarutorna representeras av ikonen
och exemplen av ikonen .

Mitt på sidan finns kommentarer av olika slag. I slutet av varje kapitelavsnitt finns där också förslag på testuppgifter ( som ger dig svar på frågan: Har jag förstått det här? ). Efter testuppgiften finns en sammanfattningsruta som ger en överblick över avsnittets huvudpunkter.

I kursen ingår 14 st Inlämningsuppgifter. Dessa är inarbetade i läsanvisningarna genom inlagda hänvisningar (ILU 1.3, ILU 2.5 osv. ) på lämpliga ställen. Inlämningsuppgifterna finns endast i pappersversioner och utdelas under kursens gång.

Lycka till!

  Gunnar Johnsson






Kapitel 1

Kapitel 1 består av följande avsnitt:

 
(1.1 Numeriska beräkningar)
1.2 Räkning med bråk
1.3 Algebraiska beräkningar
1.4 Kvadratrötter
1.5 Ekvationslösning
1.6 Kvadratkomplettering
1.7 Formler
1.8 Funktioner

Här hoppar vi över 1.1 som bör vara tillräckligt välkänt.

 
 
 

1.2 Räkning med bråk

 

s.10
s.10
s.11
Läs först de tre faktarutorna om

addition
multiplikation och
division med bråk.



1.7a
1.7c
1.8a
1.8c
I avsnitt 1.2 övas på detta enbart med sifferuttryck.


s.12
1.11a
1.11e
1.14a
1.14c
På s. 12 överst formuleras potensregler.

Ex. på sifferräkning med potenser.
 
  • Minsta gemensamma nämnare
  • Överföring till gemensamt bråkstreck
  • Hantering av multipla bråkstreck
  • Potensräkning
Ovanstående återkommer i 1.3 men då också med parametrar och variabler.

 
 

1.3 Algebraiska beräkningar

 
Detta är ett nyttigt avsnitt där man övar på algebraiska uttryck med variabler och parametrar, alltså inte enbart sifferuttryck.

Läs igenom s. 13-14 och notera påpekandet om division med 0 nederst på s. 14.
Repetera också kvadreringsformlerna och konjugatregeln överst på s. 15.


s.15
s.15
1.15ab
1.15fg
1.15i  
1.16ab
1.17bc
1.21acd
1.24ac

Exempel på användning av kvadreringsregeln.

Exempel på användning av konjugatregeln.

s.17
126a
1.26c
1.26d
1.26e
Exempel på överföring till gemensamt bråkstreck för bokstavsuttryck.



I 126e är det särskilt viktigt att faktorisera nämnarna så att man hittar den minsta gemensamma nämnaren.

s.18
s.18
1.27a
1.27b
1.27e
1.27f

Två exempel på hantering av multipla bråkstreck.



Ibland kan man bli av med bråkstreck genom att multiplicera täljaren och nämnaren med samma väl valda uttryck (gäller 127e och f).

s.19
1.28a
1.28e

Exempel på utbrytningar.


TEST: 1.26h  
    För bokstavsuttryck:
  • Kvadrerings- och konjugatregeln
  • Bråkhantering:
    Omskrivning till ett bråkstreck
    Multipla bråkstreck

 
 
 

 

 

1.4 Kvadratrötter

s.20 Ex. på förenkling av kvadratrötter  
s.21

1.29c
1.30a
1.30c
1.33a
Definition av kvadratrot
  Test: 1.30d.
  • En kvadratrot är ett tal som aldrig är negativt
  • Knepet att bli av med kvadratrötter i nämnaren
 

1.5 Ekvationslösning

1.34a
1.34c
   
s.22
s.22
Ex. på ekvationslösning, faktoriserad ekvation
Ex. på ekvationslösning m.hj.a. faktorisering
1.35a
1.35c
 
  Test: 1.34e
  • Faktorisering som medel att lösa ekvationer
    (Faktorisera hela vänsterledet.
    Högerledet bör vara = 0)





 

1.6 Kvadratkomplettering

  Avsnittet börjar med en geometrisk tolkning av kvadratkomplettering.
Detta kan vara upplysande för vissa. Andra kan lika gärna hoppa över det.
s.23

1.36a
1.36b
1.36c
Ex. på kvadratkomplettering
ILU 1.1 Test: 1.36f
  • Tekniken med kvadratkomplettering
    (Bör övas in!)





 

1.7 Formler

1.37
1.39
1.48

Några verklighetsanknutna exempel på formelhantering
  Test:1.45,1.47




 

1.8 Funktioner

s.25-26

1.49a
1.49d
1.50 
1.52d
1.52e
1.52f
1.52g
Ex. på substitution i funktionsuttryck
  Test: 1.53
  • Hantering av substitutioner i allmänna funktionsuttryck;
    f(a+b), f(1/a) osv.


 

1.9 Summor

  Läs först på s. 27-28 om hur summasymbolen används.
Notera också formeln för summan av en ändlig geometrisk serie.
Observera att antalet termer är n och sista termen arn-1 ii formeln.

s.28
1.54
1.55b
1.55e

Exempel på beräkning av geometriska summor.
  Test: 1.55c
  • Användning av summasymbolen
  • Beräkning av geometriska summor


  



Kapitel 2

Kapitel 2 består av följande avsnitt:

 
2.1 Polynom
2.2 Rationella funktioner
(2.3 Partialbråksuppdelning)
2.4 Polynomdivision
2.5 Andragradsekvationer
2.6 Tredjegradsekvationer
2.7 Rotekvationer
2.8 Olikheter
(2.9 Absolutbelopp)
 




 

2.1 Polynom

s.31 Definition av polynom
s.31

2.1c
2.1e
Ex. på omformning av polynom till normalform

Kom ihåg: (a + b)3= a3+ 3a2b+ 3ab2+ b3
s.32

2.2b
Ex. på bestämning av ett polynoms grad
  Test: 2.2d
  • Definition av n:tegradspolynom.
  • Omskrivning, via parentesmultiplikationer, till polynomets normalform
 




 

2.2 Rationella funktioner

s.32 Definition av rationell funktion
s.32-33

2.3d
2.3f
2 exempel på omskrivningar av rationella
funktioner till formen med ett bråkstreck
 Test: 2.3g
  • Omskrivning till ett bråkstreck
    (Repetition av avsnitt i Kap. 1)
 




 




 

2.4 Polynomdivision

s.28-29 Definition av rest och kvot vid polynomdivision
s.35

2.5a
2.5d
2 exempel på polynomdivision
ILU 1.2 Test:2.5e
  • Polynomdivision
    (Det finns flera tekniker för polynomdivision. Har du lärt dig en annan en kursbokens gör det ingenting. Bara du kan på något sätt)
 




 

2.5 Andragradsekvationer

s.37 Om lösningen till en andragradsekvation
s.37 3 exempel på lösning av andragradsekvationer
s.38

2.6a
2.6g
2.6h
2.8a
2.8b
2.8c
2 exempel på lösning av andragradsekvationer
 Test:2.7b och 2.7d
  • Lösningsformeln för andragradsekvationer
  • Att inte använda lösningsformeln på en ekvation som redan är faktoriserad
 





2.6 Tredjegradsekvationer

s.39 Faktorsatsen
s.39

2.10b
Ex. på lösning av tredjegradsekvation medelst
gissning
s.40

2.11c
Ex. på faktoruppdelning av tredjegradspolynom
via rotgissningar
 Test:2.11d
  • Sambandet mellan rötter och faktorer (Faktorsatsen)
    Någon uttömmande teori för lösningar till tredjegradsekvationer ger ju inte kursboken. I nätversionen av dessa anvisningar finns länkar till mer uttömmande förklaringar som den nyfikne hänvisas till
 


2.7 Rotekvationer

s.41 Definition av rotekvation
s.41-42 Ex. på lösning av rotekvation

2.15a
2.15b

OBS. Kom ihåg att alltid pröva den erhållna lösningen i ursprungsekvationen! Studera exemplet på s.41-42!
ILU 1.3Test:2.15d
  • Bortskaffande av rotuttryck medelst kvadrering
  • Lösning och prövning av svaret
 



2.8 Olikheter

s.42

2.16a
Ex. på lösning av en olikhet med tabellmetoden
via faktorisering
s.43

2.17a
Annat exempel på samma sak
s.42-43

2.16c
2.18a
2.18c
Samma typ av exempel som tidigare men
med variabel nämnare
 Test:2.18d
  • Tabellmetoden (faktorisera först!)
 




 

Kapitel 3

Kapitel 3 består av följande avsnitt:
 
3.1 Rötter
3.2 Potenser
3.3 Logaritmer





3.1 Rötter

s.50

s.50

s.51

3.2b
3.3b
3.3g
Definition av n:te roten ur ett positivt heltal

Exemplet

Exemplet

Observera skillnaden mellan " " och "lösningen till ekvationen xn = a "
s.52

s.52

3.4c
3.4e
3.5
Rotlagar

Ex. på omskrivning av rotuttryck
  Test:3.4f
  • Definition av n:te roten ur ett positivt heltal
  • n:te roten ur ett negativt heltal existerar om n är udda
    (se s.51, överst)
  • Rotlagarna








3.2 Potenser

s.53

s.53

3.6f
3.6g
3.7a
3.7d
3.8
Definition av am/n

Ex. på omskrivning av potensuttryck
s.54

s.54

3.9d
3.9e
3.9f
3.10f
3.10g
Potenslagar

Ex. på användning av potenslagar
s.55

3.12a
3.12c

s.55

3.14a
3.14c
Ex. på storleksjämförelse
mellan potensuttryck



Ex. på ekvation med potensuttryck
ILU 1.4 Test:3.10h och 3.14b
  • Definition av potensuttrycket aq där q är ett rationellt tal
  • Potenslagarna
  • Storleksjämförelser (se ex. på s. 55)
  • Ekvationer med potensuttryck (se ex. på s. 55)








3.3 Logaritmer

s.56



Definition av x = logay
Observera kurvan y = ax

s.56


s.57

s.57

s.57

s.57

s.57

s.58

Om att ax och logax är varandras inverser
varav följer att x = alogax

loga1 = 0 och logaa = 1

Definition av x = lg y

Definition av x = ln y

Ex.1 på användning av logaritmens
definition
Ex.2 på användning av logaritmens
definition
Ex på ekvation med logaritm
3.15b
3.15c
3.15g
3.16b
3.16c
3.16e
3.16h
3.17a
3.17c
3.17e
 
s.58 Logaritmlagar
 
Observera att lag (15) också kan skrivas
logbx  =  logba. logax
vilket möjligen gör den lättare att komma ihåg
s.58

3.18a
3.18b
3.18c
3.18f
3.18g
Ex.1 på användning av logaritmlagar

Ledning (3.18g):

1 + 1 = 2/1 , 1 + 1/2 = 3/2 , 1 + 1/3 = 4/3 osv.
s.59

s.59

3.20b

s.60

3.22a
3.22b
Bevis av logaritmlag (15)

Ex.2 på användning av logaritmlagar



Ex. på byte av bas i potensuttryck m.hj.a. logaritm
s.60

3.23a
3.23c
Ex.1 på ekvationslösning med logaritmer
s.61

s.61

3.24a
3.24e
3.26b
3.27
Ex.2 på ekvationslösning med logaritmer

Ex.3 på ekvationslösning med logaritmer
ILU 1.5
ILU 1.6
ILU 1.7
Test:3.23e, 3.25a och 3.26a
x antas > 0 i hela rutan
  • Definition av loga x
  • Definition av ln x (= loge x, särskilt viktig) och lg x (=log10 x)
  • x = alogax
    (speciellt: x = eln x)
  • loga a= 1 och loga 1 = 0
    (speciellt:ln e = 1 och ln 1 = 0)
  • Logaritmlagarna
  • Härledning av basbyteslagen (15)
  • Logaritmekvationer
    (OBS prövning av rötterna!)

 





Kapitel 4

Kapitel 4 består av följande avsnitt:

 
(4.1 Grader och radianer)
(4.2 Cosinus och sinus)
4.3 Några grundläggande trigonometriska ekvationer
4.4 Några trigonometriska kurvor
4.5 Tangens och cotangens
4.6 Rätvinkliga trianglar
4.7 Några trigonometriska formler
4.8 Trigonometriska ekvationer
4.9 Ekvationen a sin x + b cos x = c
(4.10 Några övningar med miniräknare)


OBS! De överhoppade avsnitten 4.1 och 4.2 innehåller grundläggande material. Avgör själv om du behöver repetera dessa!









4.3 Några grundläggande trigonometriska ekvationer

s.76

s.76

s.76

s.77

4.14a
4.14d
4.15a
4.15d
Ekvationen cos x = cos v

Ex. På ovanst. ekvation

Ekvationen sin x = sin v

Ex. På ovanst. ekvation

ILU 2.1 Test: 4.15e


    Ekvationerna
  • sin x = sin v och
  • cos x = cos v (v konstant)
    (Viktigt att kunna ange de oändligt många lösningarna.
    Studera de båda exemplen!)





4.4 Några trigonometriska kurvor

s.78

s.79


4.16b
4.17b
Ex.1 på två trigonometriska kurvor
i samma koordinatsystem
Ex.2 på två trigonometriska kurvor
i samma koordinatsystem
 

  • Grafen för y = cos x (s. 78)
  • Grafen för y = sin x (s. 78)
    Observera att x-koordinaten anger vinkeln i radianer.
    De trigonometriska funktionernas grafer är viktiga att känna till. Med hjälp av dem kan man få minnesstöd för speglings- och translationsreglerna i avsnittet 'Cosinus och sinus'. Samma sak gäller för de oändligt många lösningarna till de trigonometriska ekvationerna i föregående avsnitt.



4.5 Tangens och cotangens

s.80





Definition av tan x och cot x

Notera grafen för y = tan x.   y = cot x finns på s. 81
s.80

4.18a
4.18b

Ex. på bestämning av tan- och cot-värden
s.81

s.81

s.82

s.82

4.20a
4.20c
Tan och cot har perioden

Ekvationen tan x = tan v

Ekvationen cot x = cot v

Ex. på ekvationer med tan och cot
  Test:4.20d


  • Definition av tan x
  • Definition av cot x
  • De båda funktionernas grafer
  • Både tan och cot har perioden
  • Ekvationerna tan x = tan v och cot x = cot v (v konstant)
    Jämför lösningsmängderna för dessa ekvationer med motsvarande mängder för cos- och sin-ekvationerna i tidigare avsnitt!





4.6 Rätvinkliga trianglar

s.83

4.21
Cos, sin, tan och cot i samband med rätvinkliga
trianglar
 
  • Repetition av de geometriska definitionerna av de
    trigonometriska funktionerna.

    Glöm dock inte tolkningarna av dessa funktioner som kurvor givna av de tidigare behandlade graferna. I dessa tolkningar anges vinklarna (d.v.s. x-koordinaterna) i radianer





4.7 Några trigonometriska formler

s.84

s.84

4.24a
Additionsformlerna (2) - (5)

Härledning av formel (5) ur formel (2)
s.84

4.25a
4.25b
4.25c
Formler för dubbla vinkeln
s.85

4.26
Formler för halva vinkeln
  Test:4.24b


  • Additionsformlerna
  • Formlerna för dubbla vinkeln
  • Formlerna för halva vinkeln
    Notera de två varianterna av formel (6) för cos 2v som ges av 4.25a och b. Dessa kan också vara värda att lägga på minnet.

    Dessa formler bör läras in! Det är inte alltid man har tillgång till formelsamlingar.





4.8 Trigonometriska ekvationer

s.85

s.86

s.87

s.88

s.88

4.27a
4.28a
4.29a
4.30a
4.31a
4.31b
Ex. på ekvation av typ cos x = A

Lösning av sin x = cos 2x

Lösning av cos2x = 1/2

Lösning av 2cos2x - sin x = 1

Lösning av cos 2x + cos x + 1 = 0




Ledning (4.31a): Sätt varje faktor i vänsterledet = 0
Ledning (4.31b): Flytta över allt i vänsterledet och faktorisera
ILU 2.2
ILU 2.3
Test:4.31c


Detta avsnitt ger möjlighet att tillämpa de tidigare genomgångna formlerna och ekvationslösningsmetoderna.
Exemplen och uppgifterna ger information om vad man behöver känna till





4.9 Ekvationen a sin x + b cos x = c

s.89

4.32a
Ex.1 på lösning av denna typ av ekvation
s.90-91

4.33b
Ex.2 på lösning av denna typ av ekvation
s.91

4.34b
Ex. på bestämning av amplitud och fasvinkel
  Test:4.34c

  • Omskrivning av uttrycket
    a cos x + b sin x till
    A sin(x + ), där
  • A kallas amplitud och
  • fasvinkel
    (Denna omskrivning är bl.a. ett hjälpmedel vid ekvationslösning)

















Kapitel 5

Kapitel 5 består av följande avsnitt:
 
5.1 Linjer
5.2 Några andragradskurvor
5.3 Funktionskurvor
 


5.1 Linjer

s.97

s.97

s.97

s.98

s.99
Linjens ekvation

Ex: Linjen y = 2x + 3

Ex: Sträcka

Definition av riktningskoefficient

Ex: Kurva bestående av två räta linjer
 
 
    Repetera
  • linjens ekvation och
  • begreppet riktningskoefficient






5.2 Några andragradskurvor

s.100

s.100

s.101

s.101

5.05b
5.05e
5.05f
Cirkelns ekvation

Ellipsens ekvation

Parabelns ekvation

Två exempel på andragradsekvationer
 
s.102-103

s.103

s.104
Ex. på klassificering av andragradsekvationer
m.hj.a. kvadratkomplettering

Hyperbelns ekvation med asymptoter.

Ex: Kurvan x2 - 4y2 = 4
 
 
  • Cirkelns ekvation
  • Ellipsens ekvation
  • Parabelns ekvation
  • Hyperbelns ekvation samt begreppet
  • asymptot





5.3 Funktionskurvor

 Avsnittet innehåller inga fakta- eller exempelrutor.
Däremot finns en del nyttiga uppgifter som går ut på att handskas med funktionskurvor på olika sätt. Uppgifterna kan alla lösas m.hj.a. elementära kunskaper om funktioner. Derivator behövs däremot inte.
 
5.08
5.09
5.13a
5.13b
5.17
   
 
Om du vill ha ytterligare testfrågor på det material som kursens kapitel 1-5 täcker kan vi rekommendera Kapitel 10, Diagnostiska test s. 170.
Lämpliga testfrågor är:
  • Test 1: 10.1  - 10.6 , 10.9
  • Test 2: 10.12 - 10.17, 10.20-10.21
  • Test 3: 10.23 - 10.30, (10.31, 10.32 något svårare)
  • Test 4: 10.34 - 10.41.









Kapitel 8. Komplexa tal.

Kapitel 8 består av följande avsnitt:

 
     Introduktion
8.1 Division
8.2 Komplexa talplanet
8.3 Andragradsekvationer
8.4 Komplexa tal på polär form
8.5 Multiplikation och division av komplexa tal
      givna på polär form
8.6 Den komplexa exponentialfunktionen
 



Introduktion

s.144

s.145

s.146

Komplexa tal, definition

Räkneregler, (a+bi)-form

Räkneregler, allmänna









8.1 Division

s.146

8.1 abc
8.1 dg
8.2 ab

ILU 2.4

Exempel på division.





8.2 Komplexa talplanet



s.149
s.149

8.7 abc
8.9 b
8.10

Studera figurerna på s. 147-149.

Ex. på bestämning av absolutbelopp.
Räkneregler för absolutbelopp





8.3 Andragradsekvationer

s.150

s.151

8.15 abc
8.15 df

Två exempel på reella 2:agradsekvationer
med komplexa rötter.
Exempel på komplexa 2:agradsekvationer.



8.4 Komplexa tal på polär form

 

OBS. Den praktiska exponentialfunktionen
eiv = cos v + i sin v
från 8.6 kan användas redan här.


s.153

8.16 acf

Studera figuren på s. 152
Exempel på polär form


8.5 Multiplikation och division av komplexa tal givna på polär form.







s.154

s.154

8.18ab
8.19ab

Studera formlerna på s. 153 och observera
hur produktens argument är summan av
faktorernas argument.

Ex. på hur förenkling av exponentialuttryck underlättas
m.hj.a polära koordinater.

Ex. på geometrisk tolkning av multiplikation.













8.6 Den komplexa exponentialfunktionen

s.155

s.156

s.157

s.157

8.21 abcde
8.22 abeg

ILU 2.5

Definition av exponentialfunktionen.

Ex. på användning.

Hur Eulers formler visas.

Multiplikation och division (jfr 8.4).









Kapitel 9. Polynom.

Kapitel 9 består av följande avsnitt:

 
      Introduktion
9.1 Nollställen, rötter och faktorsatsen
9.2 Ekvationslösning
9.3 Algebrans fundamentalsats
9.4 Samband mellan rötter och koefficienter
9.5 Polynom med reella koefficienter
 


Introduktion

s.161

s.161

Divisionsalgoritmen för polynom. (Jämför 2.4).

Ex. på förenklad polynomdivision.



9.1 Nollställen, rötter och faktorsatsen.

s.162
s.162
s.162
s.162
9.1 ab
9.2 a
Division med x-a
Ex. på division med x-a
Faktorsatsen.
Ex. på användande av faktorsatsen.



9.2 Ekvationslösning.

s.163

s.164
s.164
s.164

9.7 a
9.10 ab
















ILU 2.6
Ex. på lösning av tredjegradsekvation efter
gissning av en rot.
Villkor som heltalsrötter skall uppfylla.
Dubbelrötter
Ex. på ekvationslösning via faktoruppdelning




Ekvationen
      zn = a   (a komplext)
är en s.k. binomisk ekvation av grad n.,

Sådana ekvationer har rötter som bildar regelbundna n-hörningar i det komplexa planet.

Tyvärr förekommer inte sådana ekvationer i kursboken.

Här är ett exempel på en binomisk femtegradsekvation som löses m.hj.a polär form och den komplexa exponentialekvationen:

Anm. 1: Observera att det blir 5 st. rötter eftersom n=5 ger samma rot som n=0.

Anm. 2: Här ges svaret på polär form. Om rötternas vinklar ger kända värden på sin och cos förväntas man dock översätta svaret till 'a+ib'-form.












9.3 Algebrans fundamentalsats

och

9.4 Samband mellan rötter och koefficienter

s.165

s.166
Algebrans fundamentalsats
(Varje polynomekvation har minst en komplex rot.)
Tilläggssatsen
(Varje n:e gradens polynomekvation har i själva verket n st. komplexa rötter.)

9.4 tar upp sambandet mellan rötter och koefficienter.
Läses igenom.




9.5 Polynom med reella koefficienter.

s.166

s.167

s.167

s.168

9.15 ab
9.17 ab

ILU 2.7
Reella polynom har parvis konjugerade nollställen.

Motexempel mot ovanstående då polynomet ej är reellt.

Exempel på ekvationslösning då någon komplex rot är känd.

Ett reellt polynom kan faktoruppdelas i rella faktorer av grad 1 eller 2.