[spec] tidy up remaining collated notes
[notes.git] / spec / spec-collated.tex
index 72544ce67b07af595aa53677ba971bd98b9218e2..b669b55bad715280a6045bc24a11d05ec2486039 100644 (file)
@@ -1,13 +1,23 @@
 \documentclass[a4paper]{article}
 \usepackage[a4paper,margin=2cm]{geometry}
 \usepackage{multicol}
+\usepackage{multirow}
 \usepackage{amsmath}
 \usepackage{amssymb}
 \usepackage{harpoon}
 \usepackage{tabularx}
+\usepackage[dvipsnames, table]{xcolor}
+\usepackage{blindtext}
 \usepackage{graphicx}
 \usepackage{wrapfig}
 \usepackage{tikz}
+\usepackage{tikz-3dplot}
+\usepackage{pgfplots}
+\usetikzlibrary{calc}
+\usetikzlibrary{angles}
+\usetikzlibrary{datavisualization.formats.functions}
+\usetikzlibrary{decorations.markings}
+\usepgflibrary{arrows.meta}
 \usepackage{fancyhdr}
 \pagestyle{fancy}
 \fancyhead[LO,LE]{Year 12 Specialist}
 \setlength\fboxsep{0pt} \setlength\fboxrule{.2pt} % for the \fboxes
 \newcommand*\leftlap[3][\,]{#1\hphantom{#2}\mathllap{#3}}
 \newcommand*\rightlap[2]{\mathrlap{#2}\hphantom{#1}}
+\newcolumntype{L}[1]{>{\hsize=#1\hsize\raggedright\arraybackslash}X}%
+\newcolumntype{R}[1]{>{\hsize=#1\hsize\raggedleft\arraybackslash}X}%
+\definecolor{cas}{HTML}{e6f0fe}
+\linespread{1.5}
+\newcommand{\midarrow}{\tikz \draw[-triangle 90] (0,0) -- +(.1,0);}
 
 \begin{document}
 
 
     \[\mathbb{C}=\{a+bi:a,b\in\mathbb{R}\}\]
 
+    \begin{align*}
+      \text{Cartesian form: } & a+bi\\
+      \text{Polar form: } & r\operatorname{cis}\theta
+    \end{align*}
+
     \subsection*{Operations}
 
-      \begin{align*}
-        z_1 \pm z_2&=(a \pm c)(b \pm d)i\\
-        k \times z &= ka + kbi\\
-        z_1 \cdot z_2 &= ac-bd+(ad+bc)i\\
-        z_1 \div z_2 &= (z_1 \overline{z_2}) \div |z_2|^2
-      \end{align*}
+\definecolor{shade1}{HTML}{ffffff}
+\definecolor{shade2}{HTML}{e6f2ff}
+  \definecolor{shade3}{HTML}{cce2ff}
+      \begin{tabularx}{\columnwidth}{r|X|X}
+        & \textbf{Cartesian} & \textbf{Polar} \\
+        \hline
+        \(z_1 \pm z_2\) & \((a \pm c)(b \pm d)i\) & convert to \(a+bi\)\\
+        \hline
+        \(+k \times z\) & \multirow{2}{*}{\(ka \pm kbi\)} & \(kr\operatorname{cis} \theta\)\\
+        \cline{1-1}\cline{3-3}
+        \(-k \times z\) & & \(kr \operatorname{cis}(\theta\pm \pi)\)\\
+        \hline
+        \(z_1 \cdot z_2\) & \(ac-bd+(ad+bc)i\) & \(r_1r_2 \operatorname{cis}(\theta_1 + \theta_2)\)\\
+        \hline
+        \(z_1 \div z_2\) & \((z_1 \overline{z_2}) \div |z_2|^2\) & \(\left(\frac{r_1}{r_2}\right) \operatorname{cis}(\theta_1 - \theta_2)\)
+      \end{tabularx}
+
+      \subsubsection*{Scalar multiplication in polar form}
+      
+        For \(k \in \mathbb{R}^+\):
+        \[k\left(r \operatorname{cis}\theta\right)=kr \operatorname{cis}\theta\]
+
+        \noindent For \(k \in \mathbb{R}^-\):
+        \[k\left(r \operatorname{cis}\theta\right)=kr \operatorname{cis}\left(\begin{cases}\theta - \pi & |0<\operatorname{Arg}(z)\le \pi \\ \theta + \pi & |-\pi<\operatorname{Arg}(z)\le 0\end{cases}\right)\]
 
     \subsection*{Conjugate}
 
-      \[\overline{z} = a \pm bi\]
+      \begin{align*}
+        \overline{z} &= a \mp bi\\
+        &= r \operatorname{cis}(-\theta)
+      \end{align*}
+
+      \noindent \colorbox{cas}{On CAS: \texttt{conjg(a+bi)}}
 
       \subsubsection*{Properties}
 
 
       \begin{align*}
         z^{-1}&=\frac{a-bi}{a^2+b^2}\\
-        &=\frac{\overline{z}}{|z|^2}
-        a
+        &=\frac{\overline{z}}{|z|^2}a\\
+        &=r \operatorname{cis}(-\theta)
       \end{align*}
 
     \subsection*{Dividing over \(\mathbb{C}\)}
         & \qquad \text{(rationalise denominator)}
       \end{align*}
 
-    \subsection*{Argand planes}
-
-      \begin{tikzpicture}\begin{scope}[thick,font=\scriptsize]
-        \draw [->] (-1.5,0) -- (1.5,0) node [above left]  {$\operatorname{Re}(z)$};
-        \draw [->] (0,-1.5) -- (0,1.5) node [below right] {$\operatorname{Im}(z)$};
+    \subsection*{Polar form}
 
-        % If you only want a single label per axis side:
-        \draw (1,-3pt) -- (1,0pt)   node [below] {$1$};
-        \draw (-1,-3pt) -- (-1,0pt) node [below] {$-1$};
-        \draw (-3pt,1) -- (0pt,1)   node [left] {$i$};
-        \draw (-3pt,-1) -- (0pt,-1) node [left] {$-i$};
-      \end{scope}\end{tikzpicture}
+      \begin{align*}
+        z&=r\operatorname{cis}\theta\\
+        &=r(\cos \theta + i \sin \theta)
+      \end{align*}
 
-      Multiplication by \(i \implies\) anticlockwise rotation of \(\frac{\pi}{2}\)
+      \begin{itemize}
+        \item{\(r=|z|=\sqrt{\operatorname{Re}(z)^2 + \operatorname{Im}(z)^2}\)}
+        \item{\(\theta = \operatorname{arg}(z)\) \quad \colorbox{cas}{On CAS: \texttt{arg(a+bi)}}}
+        \item{\(\operatorname{Arg}(z) \in (-\pi,\pi)\) \quad \bf{(principal argument)}}
+        \item{\colorbox{cas}{Convert on CAS:}\\ \verb|compToTrig(a+bi)| \(\iff\) \verb|cExpand{r·cisX}|}
+        \item{Multiple representations:\\\(r\operatorname{cis}\theta=r\operatorname{cis}(\theta+2n\pi)\) with \(n \in \mathbb{Z}\) revolutions}
+        \item{\(\operatorname{cis}\pi=-1,\qquad \operatorname{cis}0=1\)}
+      \end{itemize}
 
     \subsection*{de Moivres' theorem}
 
     
       Include \(\pm\) for all solutions, incl. imaginary
 
-\newcolumntype{R}{>{\raggedleft\arraybackslash}X}
-\newcolumntype{L}{>{\raggedright\arraybackslash}X}
-      \begin{tabularx}{\columnwidth}{rX}
+      \begin{tabularx}{\columnwidth}{ R{0.55} X  }
         \hline
         Sum of squares & \(\begin{aligned} 
         z^2 + a^2 &= z^2-(ai)^2\\
         \hline
         Division & \(P(z)=D(z)Q(z)+R(z)\) \\
         \hline
-        \parbox[t]{2cm}{Remainder} & Let \(\alpha \in \mathbb{C}\). Remainder of \(P(z) \div (z-\alpha)\) is \(P(\alpha)\)\\
+        Remainder theorem & Let \(\alpha \in \mathbb{C}\). Remainder of \(P(z) \div (z-\alpha)\) is \(P(\alpha)\)\\
+        \hline
+        Factor theorem & \(z-\alpha\) is a factor of \(P(z) \iff P(\alpha)=0\) for \(\alpha \in \mathbb{C}\)\\
         \hline
+        Conjugate root theorem & \(P(z)=0 \text{ at } z=a\pm bi\) (\(\implies\) both \(z_1\) and \(\overline{z_1}\) are solutions)
+      \end{tabularx}
+
+    \subsection*{Roots}
+
+      \(n\)th roots of \(z=r\operatorname{cis}\theta\) are:
+
+      \[z = r^{\frac{1}{n}} \operatorname{cis}\left(\frac{\theta+2k\pi}{n}\right)\]
+
+      \begin{itemize}
+
+        \item{Same modulus for all solutions}
+        \item{Arguments are separated by \(\frac{2\pi}{n}\)}
+        \item{Solutions of \(z^n=a\) where \(a \in \mathbb{C}\) lie on the circle \(x^2+y^2=\left(|a|^{\frac{1}{n}}\right)^2\) \quad (intervals of \(\frac{2\pi}{n}\))}
+      \end{itemize}
+
+      \noindent For \(0=az^2+bz+c\), use quadratic formula:
+
+      \[z=\frac{-b\pm\sqrt{b^2-4ac}}{2a}\]
+
+    \subsection*{Fundamental theorem of algebra}
+
+      A polynomial of degree \(n\) can be factorised into \(n\) linear factors in \(\mathbb{C}\):
+
+        \[\implies P(z)=a_n(z-\alpha_1)(z-\alpha_2)(z-\alpha_3)\dots(z-\alpha_n)\]
+        \[\text{ where } \alpha_1,\alpha_2,\alpha_3,\dots,\alpha_n \in \mathbb{C}\]
+
+    \subsection*{Argand planes}
+    
+      \begin{center}\begin{tikzpicture}[scale=2]
+        \draw [->] (-0.2,0) -- (1.5,0) node [right]  {$\operatorname{Re}(z)$};
+        \draw [->] (0,-0.2) -- (0,1.5) node [above] {$\operatorname{Im}(z)$};
+        \coordinate (P) at (1,1);
+        \coordinate (a) at (1,0);
+        \coordinate (b) at (0,1);
+        \coordinate (O) at (0,0);
+        \draw (0,0) -- (P) node[pos=0.5, above left]{\(r\)} node[pos=1, right]{\(\begin{aligned}z&=a+bi\\&=r\operatorname{cis}\theta\end{aligned}\)};
+        \draw [gray, dashed] (1,1) -- (1,0) node[black, pos=1, below]{\(a\)};
+        \draw [gray, dashed] (1,1) -- (0,1) node[black, pos=1, left]{\(b\)};
+        \begin{scope}
+          \path[clip] (O) -- (P) -- (a);
+          \fill[red, opacity=0.5, draw=black] (O) circle (2mm);
+          \node at ($(O)+(20:3mm)$) {$\theta$};
+        \end{scope}
+        \filldraw (P) circle (0.5pt);
+      \end{tikzpicture}\end{center}
+
+      \begin{itemize}
+        \item{Multiplication by \(i \implies\) CCW rotation of \(\frac{\pi}{2}\)}
+        \item{Addition: \(z_1 + z_2 \equiv\) \overrightharp{\(Oz_1\)} + \overrightharp{\(Oz_2\)}}
+      \end{itemize}
+
+    \subsection*{Sketching complex graphs}
+      
+      \subsubsection*{Linear}
+
+        \begin{itemize}
+          \item{\(\operatorname{Re}(z)=c\) or \(\operatorname{Im}(z)=c\) (perpendicular bisector)}
+          \item{\(\operatorname{Im}(z)=m\operatorname{Re}(z)\)}
+          \item{\(|z+a|=|z+b| \implies 2(a-b)x=b^2-a^2\)\\Geometric: equidistant from \(a,b\)}
+        \end{itemize}
+
+      \subsubsection*{Circles}
+
+        \begin{itemize}
+          \item \(|z-z_1|^2=c^2|z_2+2|^2\)
+          \item \(|z-(a+bi)|=c \implies (x-a)^2+_(y-b)^2=c^2\)
+        \end{itemize}
+
+      \noindent \textbf{Loci} \qquad \(\operatorname{Arg}(z)<\theta\)
+
+        \begin{center}\begin{tikzpicture}[scale=2,mydot/.style={circle, fill=white, draw, outer sep=0pt, inner sep=1.5pt}]
+          \draw [->] (0,0) -- (1,0) node [right]  {$\operatorname{Re}(z)$};
+          \draw [->] (0,-0.5) -- (0,1) node [above] {$\operatorname{Im}(z)$};
+          \draw [<-, dashed, thick, blue] (-1,0) -- (0,0);
+          \draw [->, thick, blue] (0,0) -- (1,1);
+          \fill [gray, opacity=0.2, domain=-1:1, variable=\x] (-1,-0.5) -- (-1,0) -- (0, 0) -- (1,1) -- (1,-0.5) -- cycle;
+          \begin{scope}
+            \path[clip] (0,0) -- (1,1) -- (1,0);
+            \fill[red, opacity=0.5, draw=black] (0,0) circle (2mm);
+            \node at ($(0,0)+(20:3mm)$) {$\frac{\pi}{4}$};
+          \end{scope}
+          \node [font=\footnotesize] at (0.5,-0.25) {\(\operatorname{Arg}(z)\le\frac{\pi}{4}\)};
+          \node [blue, mydot] {};
+        \end{tikzpicture}\end{center}
+
+      \noindent \textbf{Rays} \qquad \(\operatorname{Arg}(z-b)=\theta\)
+
+        \begin{center}\begin{tikzpicture}[scale=2,mydot/.style={circle, fill=white, draw, outer sep=0pt, inner sep=1.5pt}]
+          \draw [->] (-0.75,0) -- (1.5,0) node [right]  {$\operatorname{Re}(z)$};
+          \draw [->] (0,-1) -- (0,1) node [above] {$\operatorname{Im}(z)$};
+          \draw [->, thick, brown] (-0.25,0) -- (-0.75,-1);
+          \node [above, font=\footnotesize] at (-0.25,0) {\(\frac{1}{4}\)};
+          \begin{scope}
+            \path[clip] (-0.25,0) -- (-0.75,-1) -- (0,0);
+            \fill[orange, opacity=0.5, draw=black] (-0.25,0) circle (2mm);
+          \end{scope}
+          \node at (-0.08,-0.3) {\(\frac{\pi}{8}\)};
+          \node [font=\footnotesize, left] at (-0.75,-1) {\(\operatorname{Arg}(z+\frac{1}{4})=\frac{\pi}{8}\)};
+          \node [brown, mydot] at (-0.25,0) {};
+          \draw [<->, thick, green] (0,-1) -- (1.5,0.5) node [pos=0.25, black, font=\footnotesize, right] {\(|z-2|=|z-(1+i)|\)};
+          \node [left, font=\footnotesize] at (0,-1) {\(-1\)};
+          \node [below, font=\footnotesize] at (1,0) {\(1\)};
+        \end{tikzpicture}\end{center}
+
+    \section{Vectors}
+\begin{center}\begin{tikzpicture}
+  \draw [->] (-0.5,0) -- (3,0) node [right]  {\(x\)};
+          \draw [->] (0,-0.5) -- (0,3) node [above] {\(y\)};
+          \draw [orange, ->, thick] (0.5,0.5) -- (2.5,2.5) node [pos=0.5, above] {\(\vec{u}\)};
+         \begin{scope}[very thick, every node/.style={sloped,allow upside down}]
+        \draw [gray, dashed, thick] (0.5,0.5) -- (2.5,0.5) node [pos=0.5] {\midarrow} node[black, pos=0.5, below]{\(x\vec{i}\)};
+        \draw [gray, dashed, thick] (2.5,0.5) -- (2.5,2.5) node [pos=0.5] {\midarrow};
+         \end{scope}
+        \node[black, right] at (2.5,1.5) {\(y\vec{j}\)};
+\end{tikzpicture}\end{center}
+\subsection*{Column notation}
+
+\[\begin{bmatrix}x\\ y \end{bmatrix} \iff x\boldsymbol{i} + y\boldsymbol{j}\]
+\(\begin{bmatrix}x_2-x_1\\ y_2-y_1 \end{bmatrix}\) \quad between \(A(x_1,y_1), \> B(x_2,y_2)\)
+
+\subsection*{Scalar multiplication}
+
+\[k\cdot (x\boldsymbol{i}+y\boldsymbol{j})=kx\boldsymbol{i}+ky\boldsymbol{j}\]
+
+\noindent For \(k \in \mathbb{R}^-\), direction is reversed
+
+\subsection*{Vector addition}
+\begin{center}\begin{tikzpicture}[scale=1]
+          \coordinate (A) at (0,0);
+          \coordinate (B) at (2,2);
+          \draw [->, thick, red] (0,0) -- (2,2) node [pos=0.5, below right] {\(\vec{u}=2\vec{i}+2\vec{j}\)};
+          \draw [->, thick, blue] (2,2) -- (1,4) node [pos=0.5, above right] {\(\vec{v}=-\vec{i}+2\vec{j}\)};
+          \draw [->, thick, orange] (0,0) -- (1,4) node [pos=0.5, left] {\(\vec{u}+\vec{v}=\vec{i}+4\vec{j}\)};
+\end{tikzpicture}\end{center}
+
+\[(x\boldsymbol{i}+y\boldsymbol{j}) \pm (a\boldsymbol{i}+b\boldsymbol{j})=(x \pm a)\boldsymbol{i}+(y \pm b)\boldsymbol{j}\]
+
+\begin{itemize}
+  \item Draw each vector head to tail then join lines
+  \item Addition is commutative (parallelogram)
+  \item \(\boldsymbol{u}-\boldsymbol{v}=\boldsymbol{u}+(-\boldsymbol{v}) \implies \overrightharp{AB}=\boldsymbol{b}-\boldsymbol{a}\)
+\end{itemize}
+
+\subsection*{Magnitude}
+
+\[|(x\boldsymbol{i} + y\boldsymbol{j})|=\sqrt{x^2+y^2}\]
+
+\subsection*{Parallel vectors}
+
+\[\boldsymbol{u} || \boldsymbol{v} \iff \boldsymbol{u} = k \boldsymbol{v} \text{ where } k \in \mathbb{R} \setminus \{0\}\]
+
+For parallel vectors \(\boldsymbol{a}\) and \(\boldsymbol{b}\):\\
+\[\boldsymbol{a \cdot b}=\begin{cases}
+|\boldsymbol{a}||\boldsymbol{b}| \hspace{2.8em} \text{if same direction}\\
+-|\boldsymbol{a}||\boldsymbol{b}| \hspace{2em} \text{if opposite directions}
+\end{cases}\]
+%\includegraphics[width=0.2,height=\textheight]{graphics/parallelogram-vectors.jpg}
+%\includegraphics[width=1]{graphics/vector-subtraction.jpg}
+
+\subsection*{Perpendicular vectors}
+
+\[\boldsymbol{a} \perp \boldsymbol{b} \iff \boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{b} = 0\ \quad \text{(since \(\cos 90 = 0\))}\]
+
+\subsection*{Unit vector \(|\hat{\boldsymbol{a}}|=1\)}
+\[\begin{split}\hat{\boldsymbol{a}} & = {\frac{1}{|\boldsymbol{a}|}}\boldsymbol{a} \\ & = \boldsymbol{a} \cdot {|\boldsymbol{a}|}\end{split}\]
+
+  \subsection*{Scalar product \(\boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{b}\)}
+
+
+\begin{center}\begin{tikzpicture}[scale=2]
+  \draw [->] (0,0) -- (1,0.5) node [pos=0.5, above left] {\(\boldsymbol{b}\)};
+  \draw [->] (0,0) -- (1,0) node [pos=0.5, below] {\(\boldsymbol{a}\)};
+          \begin{scope}
+            \path[clip] (1,0.5) -- (1,0) -- (0,0);
+            \fill[orange, opacity=0.5, draw=black] (0,0) circle (2mm);
+            \node at ($(0,0)+(15:4mm)$) {\(\theta\)};
+          \end{scope}
+\end{tikzpicture}\end{center}
+\begin{align*}\boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{b} &= a_1 b_1 + a_2 b_2 \\  &= |\boldsymbol{a}| |\boldsymbol{b}| \cos \theta \\ &\quad (\> 0 \le \theta \le \pi) \text{ - from cosine rule}\end{align*}
+\noindent\colorbox{cas}{On CAS: \texttt{dotP({[}a\ b\ c{]},\ {[}d\ e\ f{]})}}
+
+\subsubsection*{Properties}
+
+\begin{enumerate}
+\item
+  \(k(\boldsymbol{a\cdot b})=(k\boldsymbol{a})\cdot \boldsymbol{b}=\boldsymbol{a}\cdot (k\boldsymbol{b})\)
+\item
+  \(\boldsymbol{a \cdot 0}=0\)
+\item
+  \(\boldsymbol{a} \cdot (\boldsymbol{b} + \boldsymbol{c})=\boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{b} + \boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{c}\)
+\item
+  \(\boldsymbol{i \cdot i} = \boldsymbol{j \cdot j} = \boldsymbol{k \cdot k}= 1\)
+\item
+  \(\boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{b} = 0 \quad \implies \quad \boldsymbol{a} \perp \boldsymbol{b}\)
+\item
+  \(\boldsymbol{a \cdot a} = |\boldsymbol{a}|^2 = a^2\)
+\end{enumerate}
+
+\subsection*{Angle between vectors}
+
+\[\cos \theta = \frac{\boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{b}}{|\boldsymbol{a}| |\boldsymbol{b}|} = \frac{a_1 b_1 + a_2 b_2}{|\boldsymbol{a}| |\boldsymbol{b}|}\]
+
+\noindent \colorbox{cas}{On CAS:} \texttt{angle([a b c], [a b c])}
+
+(Action \(\rightarrow\) Vector \(\rightarrow\)Angle)
+
+\subsection*{Angle between vector and axis}
+
+\noindent For\(\boldsymbol{a} = a_1 \boldsymbol{i} + a_2 \boldsymbol{j} + a_3 \boldsymbol{k}\)
+which makes angles \(\alpha, \beta, \gamma\) with positive side of
+\(x, y, z\) axes:
+\[\cos \alpha = \frac{a_1}{|\boldsymbol{a}|}, \quad \cos \beta = \frac{a_2}{|\boldsymbol{a}|}, \quad \cos \gamma = \frac{a_3}{|\boldsymbol{a}|}\]
+
+\noindent \colorbox{cas}{On CAS:} \texttt{angle({[}a\ b\ c{]},\ {[}1\ 0\ 0{]})}\\for angle
+between \(a\boldsymbol{i} + b\boldsymbol{j} + c\boldsymbol{k}\) and
+\(x\)-axis
+
+\subsection*{Projections \& resolutes}
+
+\begin{tikzpicture}[scale=3]
+  \draw [->, purple] (0,0) -- (1,0.5) node [pos=0.5, above left] {\(\boldsymbol{a}\)};
+  \draw [->, orange] (0,0) -- (1,0) node [pos=0.5, below] {\(\boldsymbol{u}\)};
+  \draw [->, blue] (1,0) -- (2,0) node [pos=0.5, below] {\(\boldsymbol{b}\)};
+          \begin{scope}
+            \path[clip] (1,0.5) -- (1,0) -- (0,0);
+            \fill[orange, opacity=0.5, draw=black] (0,0) circle (2mm);
+            \node at ($(0,0)+(15:4mm)$) {\(\theta\)};
+          \end{scope}
+         \begin{scope}[very thick, every node/.style={sloped,allow upside down}]
+        \draw [gray, dashed, thick] (1,0) -- (1,0.5) node [pos=0.5] {\midarrow} node[black, pos=0.5, right, rotate=-90]{\(\boldsymbol{w}\)};
+          \end{scope}
+\draw (0,0) coordinate (O)
+  (1,0) coordinate (A)
+  (1,0.5) coordinate (B)
+  pic [draw,red,angle radius=2mm] {right angle = O--A--B};
+\end{tikzpicture}
+
+\subsubsection*{\(\parallel\boldsymbol{b}\) (vector projection/resolute)}
+
+\begin{align*}
+  \boldsymbol{u} & = \frac{\boldsymbol{a}\cdot\boldsymbol{b}}{|\boldsymbol{b}|^2}\boldsymbol{b} \\
+  & = \left(\frac{\boldsymbol{a}\cdot\boldsymbol{b}}{|\boldsymbol{b}|}\right)\left(\frac{\boldsymbol{b}}{|\boldsymbol{b}|}\right) \\
+  & = (\boldsymbol{a} \cdot \hat{\boldsymbol{b}})\hat{\boldsymbol{b}}
+\end{align*}
+
+\subsubsection*{\(\perp\boldsymbol{b}\) (perpendicular projection)}
+\[\boldsymbol{w} = \boldsymbol{a} - \boldsymbol{u}\]
+
+\subsubsection*{\(|\boldsymbol{u}|\) (scalar resolute)}
+\begin{align*}
+  r_s &= |\boldsymbol{u}|\\
+  &= \boldsymbol{a} \cdot \hat{\boldsymbol{b}}\\
+  &=\frac{\boldsymbol{a}\cdot\boldsymbol{b}}{|\boldsymbol{b}|}
+\end{align*}
+
+\subsubsection*{Rectangular (\(\parallel,\perp\)) components}
+
+\[\boldsymbol{a}=\frac{\boldsymbol{a}\cdot\boldsymbol{b}}{\boldsymbol{b}\cdot\boldsymbol{b}}\boldsymbol{b}+\left(\boldsymbol{a}-\frac{\boldsymbol{a}\cdot\boldsymbol{b}}{\boldsymbol{b}\cdot\boldsymbol{b}}\boldsymbol{b}\right)\]
+
+
+\subsection*{Vector proofs}
+
+\textbf{Concurrent:} intersection of \(\ge\) 3 lines
+
+\begin{tikzpicture}
+  \draw [blue] (0,0) -- (1,1);
+  \draw [red] (1,0) -- (0,1);
+  \draw [brown] (0.4,0) -- (0.6,1);
+        \filldraw (0.5,0.5) circle (2pt);
+\end{tikzpicture}
+
+\subsubsection*{Collinear points}
+
+\(\ge\) 3 points lie on the same line
+
+\begin{tikzpicture}
+  \draw [purple] (0,0) -- (4,1);
+  \filldraw (2,0.5) circle (2pt) node [above] {\(C\)};
+  \filldraw (1,0.25) circle (2pt) node [above] {\(A\)};
+  \filldraw (3,0.75) circle (2pt) node [above] {\(B\)};
+  \coordinate (O) at (2.8,-0.2);
+  \node at (O) [below] {\(O\)}; 
+         \begin{scope}[->, orange, thick] 
+           \draw (O) -- (2,0.5) node [pos=0.5, above, font=\footnotesize, black] {\(\boldsymbol{c}\)};
+           \draw (O) -- (1,0.25) node [pos=0.5, below, font=\footnotesize, black] {\(\boldsymbol{a}\)};
+           \draw (O) -- (3,0.75) node [pos=0.5, right, font=\footnotesize, black] {\(\boldsymbol{b}\)};
+         \end{scope}
+\end{tikzpicture}
+
+\begin{align*}
+  \text{e.g. Prove that}\\
+  \overrightharp{AC}=m\overrightharp{AB} \iff \boldsymbol{c}&=(1-m)\boldsymbol{a}+m\boldsymbol{b}\\
+  \implies \boldsymbol{c} &= \overrightharp{OA} + \overrightharp{AC}\\
+  &= \overrightharp{OA} + m\overrightharp{AB}\\
+  &=\boldsymbol{a}+m(\boldsymbol{b}-\boldsymbol{a})\\
+  &=\boldsymbol{a}+m\boldsymbol{b}-m\boldsymbol{a}\\
+  &=(1-m)\boldsymbol{a}+m{b}
+\end{align*}
+\begin{align*}
+  \text{Also, } \implies \overrightharp{OC} &= \lambda \vec{OA} + \mu \overrightharp{OB} \\
+  \text{where } \lambda + \mu &= 1\\
+  \text{If } C \text{ lies along } \overrightharp{AB}, & \implies 0 < \mu < 1
+\end{align*}
+
+
+\subsubsection*{Parallelograms}
+
+\begin{center}\begin{tikzpicture}
+  \coordinate (O) at (0,0) node [below left] {\(O\)};
+  \coordinate (A) at (4,0);
+  \coordinate (B) at (6,2);
+  \coordinate (C) at (2,2);
+  \coordinate (D) at (6,0);
+
+    \draw[postaction={decorate}, decoration={markings, mark=at position 0.6 with {\arrow{>>}}}] (O)--(A) node [below left] {\(A\)};
+    \draw[postaction={decorate}, decoration={markings,mark=at position 0.5 with {\arrow{>}}}] (A)--(B) node [above right] {\(B\)};
+    \draw[postaction={decorate}, decoration={markings, mark=at position 0.6 with {\arrow{>>}}}] (B)--(C) node [above left] {\(C\)};
+    \draw[postaction={decorate}, decoration={markings,mark=at position 0.5 with {\arrow{>}}}] (C)--(O);
+
+    \draw [gray, dashed] (O) -- (B) node [pos=0.75] {\(\diagdown\diagdown\)} node [pos=0.25] {\(\diagdown\diagdown\)};
+    \draw [gray, dashed] (A) -- (C) node [pos=0.75] {\(\diagup\)} node [pos=0.25] {\(\diagup\)};
+          \begin{scope}
+            \path[clip] (C) -- (A) -- (O);
+            \fill[orange, opacity=0.5, draw=black] (0,0) circle (4mm);
+            \node at ($(0,0)+(20:8mm)$) {\(\theta\)};
+          \end{scope}
+          \draw [gray, thick, dotted] (B) -- (D) node [pos=0.5, right, black, font=\footnotesize] {\(|\boldsymbol{c}|\sin\theta\)} (A) -- (D) node [pos=0.5, below, black, font=\footnotesize] {\(|\boldsymbol{c}|\cos\theta\)};
+  \draw pic [draw,thick,red,angle radius=2mm] {right angle=O--D--B};
+\end{tikzpicture}\end{center}
+
+\begin{itemize}
+  \item
+    Diagonals \(\overrightharp{OB}, \overrightharp{AC}\) bisect each other
+  \item
+    If diagonals are equal length, it is a rectangle
+  \item
+    \(|\overrightharp{OB}|^2 + |\overrightharp{CA}|^2 = |\overrightharp{OA}|^2 + |\overrightharp{AB}|^2 + |\overrightharp{CB}|^2 + |\overrightharp{OC}|^2\)
+  \item
+    Area \(=\boldsymbol{c} \cdot \boldsymbol{a}\)
+\end{itemize}
+
+  \subsubsection*{Useful vector properties}
+
+\begin{itemize}
+\item
+  \(\boldsymbol{a} \parallel \boldsymbol{b} \implies \boldsymbol{b}=k\boldsymbol{a}\) for some
+  \(k \in \mathbb{R} \setminus \{0\}\)
+\item
+  If \(\boldsymbol{a}\) and \(\boldsymbol{b}\) are parallel with at
+  least one point in common, then they lie on the same straight line
+\item
+  \(\boldsymbol{a} \perp \boldsymbol{b} \iff \boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{b}=0\)
+\item
+  \(\boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{a} = |\boldsymbol{a}|^2\)
+\end{itemize}
+
+\subsection*{Linear dependence}
+
+\(\boldsymbol{a}, \boldsymbol{b}, \boldsymbol{c}\) are linearly dependent if they are \(\nparallel\) and:
+\begin{align*}
+  0&=k\boldsymbol{a}+l\boldsymbol{b}+m\boldsymbol{c}\\
+  \therefore \boldsymbol{c} &= m\boldsymbol{a} + n\boldsymbol{b} \quad \text{(simultaneous)}
+\end{align*}
+
+\noindent \(\boldsymbol{a}, \boldsymbol{b},\) and \(\boldsymbol{c}\) are linearly
+independent if no vector in the set is expressible as a linear
+combination of other vectors in set, or if they are parallel.
+
+\subsection*{Three-dimensional vectors}
+
+Right-hand rule for axes: \(z\) is up or out of page.
+
+\tdplotsetmaincoords{60}{120} 
+\begin{center}\begin{tikzpicture} [scale=3, tdplot_main_coords, axis/.style={->,thick}, 
+vector/.style={-stealth,red,very thick}, 
+vector guide/.style={dashed,gray,thick}]
+
+%standard tikz coordinate definition using x, y, z coords
+\coordinate (O) at (0,0,0);
+
+%tikz-3dplot coordinate definition using x, y, z coords
+
+\pgfmathsetmacro{\ax}{1}
+\pgfmathsetmacro{\ay}{1}
+\pgfmathsetmacro{\az}{1}
+
+\coordinate (P) at (\ax,\ay,\az);
+
+%draw axes
+\draw[axis] (0,0,0) -- (1,0,0) node[anchor=north east]{$x$};
+\draw[axis] (0,0,0) -- (0,1,0) node[anchor=north west]{$y$};
+\draw[axis] (0,0,0) -- (0,0,1) node[anchor=south]{$z$};
+
+%draw a vector from O to P
+\draw[vector] (O) -- (P);
+
+%draw guide lines to components
+\draw[vector guide]         (O) -- (\ax,\ay,0);
+\draw[vector guide] (\ax,\ay,0) -- (P);
+\draw[vector guide]         (P) -- (0,0,\az);
+\draw[vector guide] (\ax,\ay,0) -- (0,\ay,0);
+\draw[vector guide] (\ax,\ay,0) -- (0,\ay,0);
+\draw[vector guide] (\ax,\ay,0) -- (\ax,0,0);
+\node[tdplot_main_coords,above right]
+at (\ax,\ay,\az){(\ax, \ay, \az)};
+\end{tikzpicture}\end{center}
+
+\subsection*{Parametric vectors}
+
+Parametric equation of line through point \((x_0, y_0, z_0)\) and
+parallel to \(a\boldsymbol{i} + b\boldsymbol{j} + c\boldsymbol{k}\) is:
+
+\[\begin{cases}x = x_o + a \cdot t \\ y = y_0 + b \cdot t \\ z = z_0 + c \cdot t\end{cases}\]
+
+\section{Circular functions}
+
+\(\sin(bx)\) or \(\cos(bx)\): period \(=\frac{2\pi}{b}\)
+
+\noindent \(\tan(nx)\): period \(=\frac{\pi}{n}\)\\
+\indent\indent\indent asymptotes at \(x=\frac{(2k+1)\pi}{2n} \> \vert \> k \in \mathbb{Z}\)
+
+\subsection*{Reciprocal functions}
+
+\subsubsection*{Cosecant}
+
+\[\operatorname{cosec} \theta = \frac{1}{\sin \theta} \> \vert \> \sin \theta \ne 0\]
+
+\begin{itemize}
+\item
+  \textbf{Domain} \(= \mathbb{R} \setminus {n\pi : n \in \mathbb{Z}}\)
+\item
+  \textbf{Range} \(= \mathbb{R} \setminus (-1, 1)\)
+\item
+  \textbf{Turning points} at
+    \(\theta = \frac{(2n + 1)\pi}{2} \> \vert \> n \in \mathbb{Z}\)
+\item
+  \textbf{Asymptotes} at \(\theta = n\pi \> \vert \> n \in \mathbb{Z}\)
+\end{itemize}
+
+\subsubsection*{Secant}
+
+
+\begin{center}\includegraphics[width=0.7\columnwidth]{graphics/sec.png}\end{center}
+
+\[\operatorname{sec} \theta = \frac{1}{\cos \theta} \> \vert \> \cos \theta \ne 0\]
+
+\begin{itemize}
+
+\item
+  \textbf{Domain}
+    \(= \mathbb{R} \setminus \frac{(2n + 1) \pi}{2} : n \in \mathbb{Z}\}\)
+\item
+  \textbf{Range} \(= \mathbb{R} \setminus (-1, 1)\)
+\item
+  \textbf{Turning points} at
+  \(\theta = n\pi \> \vert \> n \in \mathbb{Z}\)
+\item
+  \textbf{Asymptotes} at
+    \(\theta = \frac{(2n + 1) \pi}{2} \> \vert \> n \in \mathbb{Z}\)
+\end{itemize}
+
+\subsubsection*{Cotangent}
+
+\begin{center}\includegraphics[width=0.7\columnwidth]{graphics/cot.png}\end{center}
+
+\[\operatorname{cot} \theta = {{\cos \theta} \over {\sin \theta}} \> \vert \> \sin \theta \ne 0\]
+
+\begin{itemize}
+
+\item
+  \textbf{Domain} \(= \mathbb{R} \setminus \{n \pi: n \in \mathbb{Z}\}\)
+\item
+  \textbf{Range} \(= \mathbb{R}\)
+\item
+  \textbf{Asymptotes} at \(\theta = n\pi \> \vert \> n \in \mathbb{Z}\)
+\end{itemize}
+
+\subsubsection*{Symmetry properties}
+
+\[\begin{split}
+  \operatorname{sec} (\pi \pm x) & = -\operatorname{sec} x \\
+  \operatorname{sec} (-x) & = \operatorname{sec} x \\
+  \operatorname{cosec} (\pi \pm x) & = \mp \operatorname{cosec} x \\
+  \operatorname{cosec} (-x) & = - \operatorname{cosec} x \\
+  \operatorname{cot} (\pi \pm x) & = \pm \operatorname{cot} x \\
+  \operatorname{cot} (-x) & = - \operatorname{cot} x
+\end{split}\]
+
+\subsubsection*{Complementary properties}
+
+\[\begin{split}
+  \operatorname{sec} \left({\pi \over 2} - x\right) & = \operatorname{cosec} x \\
+  \operatorname{cosec} \left({\pi \over 2} - x\right) & = \operatorname{sec} x \\
+  \operatorname{cot} \left({\pi \over 2} - x\right) & = \tan x \\
+  \tan \left({\pi \over 2} - x\right) & = \operatorname{cot} x
+\end{split}\]
+
+\subsubsection*{Pythagorean identities}
+
+\[\begin{split}
+  1 + \operatorname{cot}^2 x & = \operatorname{cosec}^2 x, \quad \text{where } \sin x \ne 0 \\
+  1 + \tan^2 x & = \operatorname{sec}^2 x, \quad \text{where } \cos x \ne 0
+\end{split}\]
+
+\subsection*{Compound angle formulas}
+
+\[\cos(x \pm y) = \cos x + \cos y \mp \sin x \sin y\]
+\[\sin(x \pm y) = \sin x \cos y \pm \cos x \sin y\]
+\[\tan(x \pm y) = {{\tan x \pm \tan y} \over {1 \mp \tan x \tan y}}\]
+
+\subsection*{Double angle formulas}
+
+\[\begin{split}
+  \cos 2x &= \cos^2 x - \sin^2 x \\
+  & = 1 - 2\sin^2 x \\
+  & = 2 \cos^2 x -1
+\end{split}\]
+
+\[\sin 2x = 2 \sin x \cos x\]
+
+\[\tan 2x = {{2 \tan x} \over {1 - \tan^2 x}}\]
+
+\subsection*{Inverse circular functions}
+
+Inverse functions: \(f(f^{-1}(x)) = x, \quad f(f^{-1}(x)) = x\)\\
+Must be 1:1 to find inverse (reflection in \(y=x\)).\\
+Domain is restricted to make functions 1:1.
+
+\[\sin^{-1}: [-1, 1] \rightarrow \mathbb{R}, \quad \sin^{-1} x = y\]
+\hfill where \(\sin y = x, \> y \in [{-\pi \over 2}, {\pi \over 2}]\)
+
+\[\cos^{-1}: [-1,1] \rightarrow \mathbb{R}, \quad \cos^{-1} x = y\]
+\hfill where \(\cos y = x, \> y \in [0, \pi]\)
+
+\[\tan^{-1}: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}, \quad \tan^{-1} x = y\]
+\hfill where \(\tan y = x, \> y \in \left(-{\pi \over 2}, {\pi \over 2}\right)\)
+
+
+\section{Differential calculus}
+
+\subsection*{Limits}
+
+\[\lim_{x \rightarrow a}f(x)\]
+\(L^-,\quad L^+\) \qquad limit from below/above\\
+\(\lim_{x \to a} f(x)\) \quad limit of a point\\
+
+\noindent For solving \(x\rightarrow\infty\), put all \(x\) terms in denominators\\
+    e.g. \[\lim_{x \rightarrow \infty}{{2x+3} \over {x-2}}={{2+{3 \over x}} \over {1-{2 \over x}}}={2 \over 1} = 2\]
+
+\subsubsection*{Limit theorems}
+
+\begin{enumerate}
+\item
+  For constant function \(f(x)=k\), \(\lim_{x \rightarrow a} f(x) = k\)
+\item
+  \(\lim_{x \rightarrow a} (f(x) \pm g(x)) = F \pm G\)
+\item
+  \(\lim_{x \rightarrow a} (f(x) \times g(x)) = F \times G\)
+    \item
+\(\therefore \lim_{x \rightarrow a} c \times f(x)=cF\) where \(c=\) constant
+\item
+  \({\lim_{x \rightarrow a} {f(x) \over g(x)}} = {F \over G}, G \ne 0\)
+\item
+  \(f(x)\) is continuous \(\iff L^-=L^+=f(x) \> \forall x\)
+\end{enumerate}
+
+\subsection*{Gradients of secants and tangents}
+
+\textbf{Secant (chord)} - line joining two points on curve\\
+\textbf{Tangent} - line that intersects curve at one point
+
+\subsection*{First principles derivative}
+
+\[f^\prime(x) = \lim_{\delta x \rightarrow 0}{\delta y \over \delta x}={\frac{dy}{dx}}\]
+
+\subsubsection*{Logarithmic identities}
+
+\(\log_b (xy)=\log_b x + \log_b y\)\\
+\(\log_b x^n = n \log_b x\)\\
+\(\log_b y^{x^n} = x^n \log_b y\)
+
+\subsubsection*{Index identities}
+
+\(b^{m+n}=b^m \cdot b^n\)\\
+\((b^m)^n=b^{m \cdot n}\)\\
+\((b \cdot c)^n = b^n \cdot c^n\)\\
+\({a^m \div a^n} = {a^{m-n}}\)
+
+\subsection*{Derivative rules}
+
+\renewcommand{\arraystretch}{1.4}
+\begin{tabularx}{\columnwidth}{rX}
+  \hline
+\(f(x)\) & \(f^\prime(x)\)\\
+\hline
+\(\sin x\) & \(\cos x\)\\
+\(\sin ax\) & \(a\cos ax\)\\
+\(\cos x\) & \(-\sin x\)\\
+\(\cos ax\) & \(-a \sin ax\)\\
+\(\tan f(x)\) & \(f^2(x) \sec^2f(x)\)\\
+\(e^x\) & \(e^x\)\\
+\(e^{ax}\) & \(ae^{ax}\)\\
+\(ax^{nx}\) & \(an \cdot e^{nx}\)\\
+  \(\log_e x\) & \(\dfrac{1}{x}\)\\
+  \(\log_e {ax}\) & \(\dfrac{1}{x}\)\\
+  \(\log_e f(x)\) & \(\dfrac{f^\prime (x)}{f(x)}\)\\
+\(\sin(f(x))\) & \(f^\prime(x) \cdot \cos(f(x))\)\\
+  \(\sin^{-1} x\) & \(\dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}}\)\\
+  \(\cos^{-1} x\) & \(\dfrac{-1}{sqrt{1-x^2}}\)\\
+  \(\tan^{-1} x\) & \(\dfrac{1}{1 + x^2}\)\\
+  \hline
 \end{tabularx}
 
-\subsection*{Roots}
+\subsection*{Reciprocal derivatives}
 
-\(n\)th roots of \(z=r\operatorname{cis}\theta\) are:
+\[\frac{1}{\frac{dy}{dx}} = \frac{dx}{dy}\]
 
-\[z = r^{\frac{1}{n}} \operatorname{cis}\left(\frac{\theta+2k\pi}{n}\right)\]
+\subsection*{Differentiating \(x=f(y)\)}
+\begin{align*}
+  \text{Find }& \frac{dx}{dy}\\
+  \text{Then, }\frac{dx}{dy} &= \frac{1}{\frac{dy}{dx}} \\
+  \implies {\frac{dy}{dx}} &= \frac{1}{\frac{dx}{dy}}\\
+  \therefore {\frac{dy}{dx}} &= \frac{1}{\frac{dx}{dy}}
+\end{align*}
 
+\subsection*{Second derivative}
+\begin{align*}f(x) \longrightarrow &f^\prime (x) \longrightarrow f^{\prime\prime}(x)\\
+\implies y \longrightarrow &\frac{dy}{dx} \longrightarrow \frac{d^2 y}{dx^2}\end{align*}
+
+\noindent Order of polynomial \(n\)th derivative decrements each time the derivative is taken
+
+\subsubsection*{Points of Inflection}
+
+\emph{Stationary point} - i.e.
+\(f^\prime(x)=0\)\\
+\emph{Point of inflection} - max \(|\)gradient\(|\) (i.e.
+\(f^{\prime\prime} = 0\))
+%\begin{table*}[ht]
+%\centering
+%  \begin{tabularx}{\textwidth}{XXXX}
+%\hline
+%    \rowcolor{shade2}
+%    & \(\dfrac{d^2 y}{dx^2} > 0\)  & \(\dfrac{d^2y}{dx^2}<0\) & \(\dfrac{d^2y}{dx^2}=0\) (inflection) \\
+%\hline
+%    \(\frac{dy}{dx}>0\) & \begin{tikzpicture} \draw[domain=1:2,smooth,variable=\x,blue] plot ({\x},{(1/10)*\x*\x*\x}) plot ({\x},{0.675*\x-0.677}); \end{tikzpicture} & cell 3\\
+%cell 1 & cell 2 & cell 3\\
+%\hline
+%\end{tabularx}
+%\end{table*}
 \begin{itemize}
 
-  \item{Same modulus for all solutions}
-  \item{Arguments are separated by \(\frac{2\pi}{n}\)}
+\item
+  if \(f^\prime (a) = 0\) and \(f^{\prime\prime}(a) > 0\), then point
+  \((a, f(a))\) is a local min (curve is concave up)
+\item
+  if \(f^\prime (a) = 0\) and \(f^{\prime\prime} (a) < 0\), then point
+  \((a, f(a))\) is local max (curve is concave down)
+\item
+  if \(f^{\prime\prime}(a) = 0\), then point \((a, f(a))\) is a point of
+  inflection
+\item
+  if also \(f^\prime(a)=0\), then it is a stationary point of inflection
+\end{itemize}
+
+\begin{table*}[ht]
+  \centering
+  \includegraphics[width=0.7\textwidth]{graphics/second-derivatives.png}
+\end{table*}
+
+\subsection*{Implicit Differentiation}
+
+\noindent Used for differentiating circles etc.
+
+If \(p\) and \(q\) are expressions in \(x\) and \(y\) such that \(p=q\),
+for all \(x\) and \(y\), then:
 
-\item{Solutions of \(z^n=a\) where \(a \in \mathbb{C}\) lie on the circle \(x^2+y^2=\left(|a|^{\frac{1}{n}}\right)^2\)}
+\[{\frac{dp}{dx}} = {\frac{dq}{dx}} \quad \text{and} \quad {\frac{dp}{dy}} = {\frac{dq}{dy}}\]
+
+\noindent \colorbox{cas}{\textbf{On CAS:}}\\
+Action \(\rightarrow\) Calculation \(\rightarrow\) \texttt{impDiff(y\^{}2+ax=5,\ x,\ y)}\\
+Returns \(y^\prime= \dots\).
+
+\subsection*{Integration}
+
+\[\int f(x) \cdot dx = F(x) + c \quad \text{where } F^\prime(x) = f(x)\]
+
+\subsection*{Integral laws}
+
+\renewcommand{\arraystretch}{1.4}
+\begin{tabularx}{\columnwidth}{rX}
+\hline
+  \(f(x)\) & \(\int f(x) \cdot dx\) \\
+  \hline
+  \(k\) (constant) & \(kx + c\)\\
+  \(x^n\) & \(\dfrac{1}{n+1} x^{n+1}\) \\
+  \(a x^{-n}\) &\(a \cdot \log_e x + c\)\\
+  \(\dfrac{1}{ax+b}\) &\(\dfrac{1}{a} \log_e (ax+b) + c\)\\
+  \((ax+b)^n\) & \(\dfrac{1}{a(n+1)}(ax+b)^{n-1} + c\)\\
+  \(e^{kx}\) & \(\dfrac{1}{k} e^{kx} + c\)\\
+  \(e^k\) & \(e^kx + c\)\\
+  \(\sin kx\) & \(\dfrac{-1}{k} \cos (kx) + c\)\\
+  \(\cos kx\) & \(\frac{1}{k} \sin (kx) + c\)\\
+  \(\sec^2 kx\) & \(\frac{1}{k} \tan(kx) + c\)\\
+  \(\dfrac{1}{\sqrt{a^2-x^2}}\) & \(\sin^{-1} \dfrac{x}{a} + c \>\vert\> a>0\)\\
+  \(\dfrac{-1}{\sqrt{a^2-x^2}}\) & \(\cos^{-1} \dfrac{x}{a} + c \>\vert\> a>0\)\\
+  \(\frac{a}{a^2-x^2}\) & \(\tan^{-1} \frac{x}{a} + c\)\\
+  \(\frac{f^\prime (x)}{f(x)}\) & \(\log_e f(x) + c\)\\
+  \(g^\prime(x)\cdot f^\prime(g(x)\) & \(f(g(x))\) (chain rule)\\
+  \(f(x) \cdot g(x)\) & \(\int [f^\prime(x) \cdot g(x)] dx + \int [g^\prime(x) f(x)] dx\)\\
+  \hline
+\end{tabularx}
+
+Note \(\sin^{-1} {x \over a} + \cos^{-1} {x \over a}\) is constant \(\forall x \in (-a, a)\)
+
+\subsection*{Definite integrals}
+
+\[\int_a^b f(x) \cdot dx = [F(x)]_a^b=F(b)-F(a)\]
+
+\begin{itemize}
+
+\item
+  Signed area enclosed by\\
+  \(\> y=f(x), \quad y=0, \quad x=a, \quad x=b\).
+\item
+  \emph{Integrand} is \(f\).
 \end{itemize}
 
-\subsubsection*{Conjugate root theorem}
+\subsubsection*{Properties}
+
+\[\int^b_a f(x) \> dx = \int^c_a f(x) \> dx + \int^b_c f(x) \> dx\]
+
+\[\int^a_a f(x) \> dx = 0\]
+
+\[\int^b_a k \cdot f(x) \> dx = k \int^b_a f(x) \> dx\]
+
+\[\int^b_a f(x) \pm g(x) \> dx = \int^b_a f(x) \> dx \pm \int^b_a g(x) \> dx\]
+
+\[\int^b_a f(x) \> dx = - \int^a_b f(x) \> dx\]
+
+\subsection*{Integration by substitution}
+
+\[\int f(u) {\frac{du}{dx}} \cdot dx = \int f(u) \cdot du\]
+
+\noindent Note \(f(u)\) must be 1:1 \(\implies\) one \(x\) for each \(y\)
+\begin{align*}\text{e.g. for } y&=\int(2x+1)\sqrt{x+4} \cdot dx\\
+  \text{let } u&=x+4\\
+  \implies& {\frac{du}{dx}} = 1\\
+  \implies& x = u - 4\\
+  \text{then } &y=\int (2(u-4)+1)u^{\frac{1}{2}} \cdot du\\
+  &\text{(solve as  normal integral)}
+\end{align*}
+
+\subsubsection*{Definite integrals by substitution}
+
+For \(\int^b_a f(x) {\frac{du}{dx}} \cdot dx\), evaluate new \(a\) and
+\(b\) for \(f(u) \cdot du\).
+
+\subsubsection*{Trigonometric integration}
+
+\[\sin^m x \cos^n x \cdot dx\]
+
+\paragraph{\textbf{\(m\) is odd:}}
+\(m=2k+1\) where \(k \in \mathbb{Z}\)\\
+\(\implies \sin^{2k+1} x = (\sin^2 z)^k \sin x = (1 - \cos^2 x)^k \sin x\)\\
+Substitute \(u=\cos x\)
+
+\paragraph{\textbf{\(n\) is odd:}}
+\(n=2k+1\) where \(k \in \mathbb{Z}\)\\
+\(\implies \cos^{2k+1} x = (\cos^2 x)^k \cos x = (1-\sin^2 x)^k \cos x\)\\
+Substitute \(u=\sin x\)
+
+\paragraph{\textbf{\(m\) and \(n\) are even:}}
+use identities...
+
+\begin{itemize}
+
+\item
+  \(\sin^2x={1 \over 2}(1-\cos 2x)\)
+\item
+  \(\cos^2x={1 \over 2}(1+\cos 2x)\)
+\item
+  \(\sin 2x = 2 \sin x \cos x\)
+\end{itemize}
+
+\subsection*{Partial fractions}
+
+\colorbox{cas}{On CAS:}\\
+\indent Action \(\rightarrow\) Transformation \(\rightarrow\)
+\texttt{expand/combine}\\
+\indent Interactive \(\rightarrow\) Transformation \(\rightarrow\)
+Expand \(\rightarrow\) Partial
+
+\subsection*{Graphing integrals on CAS}
+
+\colorbox{cas}{In main:} Interactive \(\rightarrow\) Calculation \(\rightarrow\)
+\(\int\) (\(\rightarrow\) Definite)\\
+Restrictions: \texttt{Define\ f(x)=..} then \texttt{f(x)\textbar{}x\textgreater{}..}
+
+\subsection*{Applications of antidifferentiation}
+
+\begin{itemize}
+
+\item
+  \(x\)-intercepts of \(y=f(x)\) identify \(x\)-coordinates of
+  stationary points on \(y=F(x)\)
+\item
+  nature of stationary points is determined by sign of \(y=f(x)\) on
+  either side of its \(x\)-intercepts
+\item
+  if \(f(x)\) is a polynomial of degree \(n\), then \(F(x)\) has degree
+  \(n+1\)
+\end{itemize}
+
+To find stationary points of a function, substitute \(x\) value of given
+point into derivative. Solve for \({\frac{dy}{dx}}=0\). Integrate to find
+original function.
+
+\subsection*{Solids of revolution}
+
+Approximate as sum of infinitesimally-thick cylinders
+
+\subsubsection*{Rotation about \(x\)-axis}
+
+\begin{align*}
+  V &= \int^{x=b}_{x-a} \pi y^2 \> dx \\
+    &= \pi \int^b_a (f(x))^2 \> dx
+\end{align*}
+
+\subsubsection*{Rotation about \(y\)-axis}
+
+\begin{align*}
+  V &= \int^{y=b}_{y=a} \pi x^2 \> dy \\
+    &= \pi \int^b_a (f(y))^2 \> dy
+\end{align*}
+
+\subsubsection*{Regions not bound by \(y=0\)}
+
+\[V = \pi \int^b_a f(x)^2 - g(x)^2 \> dx\]
+\hfill where \(f(x) > g(x)\)
+
+\subsection*{Length of a curve}
+
+\[L = \int^b_a \sqrt{1 + ({\frac{dy}{dx}})^2} \> dx \quad \text{(Cartesian)}\]
+
+\[L = \int^b_a \sqrt{{\frac{dx}{dt}} + ({\frac{dy}{dt}})^2} \> dt \quad \text{(parametric)}\]
+
+\noindent \colorbox{cas}{On CAS:}\\
+\indent Evaluate formula,\\
+\indent or Interactive \(\rightarrow\) Calculation
+\(\rightarrow\) Line \(\rightarrow\) \texttt{arcLen}
+
+\subsection*{Rates}
+
+\subsubsection*{Gradient at a point on parametric curve}
+
+\[{\frac{dy}{dx}} = {{\frac{dy}{dt}} \div {\frac{dx}{dt}}} \> \vert \> {\frac{dx}{dt}} \ne 0\]
+
+\[\frac{d^2}{dx^2} = \frac{d(y^\prime)}{dx} = {\frac{dy^\prime}{dt} \div {\frac{dx}{dt}}} \> \vert \> y^\prime = {\frac{dy}{dx}}\]
+
+\subsection*{Rational functions}
+
+\[f(x) = \frac{P(x)}{Q(x)} \quad \text{where } P, Q \text{ are polynomial functions}\]
+
+\subsubsection*{Addition of ordinates}
+
+\begin{itemize}
+
+\item
+  when two graphs have the same ordinate, \(y\)-coordinate is double the
+  ordinate
+\item
+  when two graphs have opposite ordinates, \(y\)-coordinate is 0 i.e.
+  (\(x\)-intercept)
+\item
+  when one of the ordinates is 0, the resulting ordinate is equal to the
+  other ordinate
+\end{itemize}
+
+\subsection*{Fundamental theorem of calculus}
+
+If \(f\) is continuous on \([a, b]\), then
+
+\[\int^b_a f(x) \> dx = F(b) - F(a)\]
+\hfill where \(F = \int f \> dx\)
+
+\subsection*{Differential equations}
+
+\noindent\textbf{Order} - highest power inside derivative\\
+\textbf{Degree} - highest power of highest derivative\\
+e.g. \({\left(\dfrac{dy^2}{d^2} x\right)}^3\) \qquad order 2, degree 3
+
+\subsubsection*{Verifying solutions}
+
+Start with \(y=\dots\), and differentiate. Substitute into original
+equation.
+
+\subsubsection*{Function of the dependent
+variable}
+
+If \({\frac{dy}{dx}}=g(y)\), then
+\(\frac{dx}{dy} = 1 \div \frac{dy}{dx} = \frac{1}{g(y)}\). Integrate both sides to solve equation. Only add \(c\) on one side. Express
+\(e^c\) as \(A\).
+
+\subsubsection*{Mixing problems}
+
+\[\left(\frac{dm}{dt}\right)_\Sigma = \left(\frac{dm}{dt}\right)_{\text{in}} - \left(\frac{dm}{dt}_{\text{out}}\right)\]
+
+\subsubsection*{Separation of variables}
+
+If \({\frac{dy}{dx}}=f(x)g(y)\), then:
+
+\[\int f(x) \> dx = \int \frac{1}{g(y)} \> dy\]
+
+\subsubsection*{Euler's method for solving DEs}
+
+\[\frac{f(x+h) - f(x)}{h} \approx f^\prime (x) \quad \text{for small } h\]
 
-If \(a+bi\) is a solution to \(P(z)=0\), then the conjugate \(\overline{z}=a-bi\) is also a solution.
+\[\implies f(x+h) \approx f(x) + hf^\prime(x)\]
 
-\end{multicols}
+  \end{multicols}
 \end{document}