[spec] add to integral laws
[notes.git] / spec / calculus.md
index c9a364ecccf46203cc9bceead47d6de55afbd881..5be32183af996d828aca7dccdb89b11189cc1b06 100644 (file)
@@ -1,3 +1,12 @@
+---
+geometry: margin=2cm
+columns: 2
+graphics: yes
+tables: yes
+author: Andrew Lorimer
+classoption: twocolumn
+---
+
 # Differential calculus
 
 ## Limits
@@ -95,12 +104,14 @@ $$\lim_{h \rightarrow 0} {{e^h-1} \over h}=1$$
 
 ## Chain rule for $(f\circ g)$
 
-$${dy \over dx} = {dy \over du} \cdot {du \over dx}$$
-$${d((ax+b)^n) \over dx} = {d(ax+b) \over dx} \cdot n \cdot (ax+b)^{n-1}$$
+If $f(x) = h(g(x)) = (h \circ g)(x)$:
 
-Function notation:
+$$f^\prime(x) = h^\prime(g(x)) \cdot g^\prime(x)$$
 
-$$(f\circ g)^\prime(x)=f^\prime(g(x))g^\prime(x),\quad \mathbb{where}\hspace{0.3em} (f\circ g)(x)=f(g(x))$$
+If $y=h(u)$ and $u=g(x)$:
+
+$${dy \over dx} = {dy \over du} \cdot {du \over dx}$$
+$${d((ax+b)^n) \over dx} = {d(ax+b) \over dx} \cdot n \cdot (ax+b)^{n-1}$$
 
 Used with only one expression.
 
@@ -110,7 +121,6 @@ ${du \over dx} = 2x$
 $y=u^7$  
 ${dy \over du} = 7u^6$  
 
-
 ## Product rule for $y=uv$
 
 $${dy \over dx} = u{dv \over dx} + v{du \over dx}$$
@@ -194,15 +204,17 @@ $$\therefore y \implies {dy \over dx} \implies {d({dy \over dx}) \over dx} \impl
 
 Order of polynomial $n$th derivative decrements each time the derivative is taken
 
-### Maxima and minima
+### Points of Inflection
 
-- if $f^\prime (a) = 0$ and $f^{\prime\prime}(a) > 0$, then point $(a, f(a))$ is a local min (curve is concave up)
+*Stationary point* - point of zero gradient (i.e. $f^\prime(x)=0$)  
+*Point of inflection* - point of maximum $|$gradient$|$ (i.e.  $f^{\prime\prime} = 0$)
 
+- if $f^\prime (a) = 0$ and $f^{\prime\prime}(a) > 0$, then point $(a, f(a))$ is a local min (curve is concave up)
 - if $f^\prime (a) = 0$ and $f^{\prime\prime} (a) < 0$, then point $(a, f(a))$ is local max (curve is concave down)
 - if $f^{\prime\prime}(a) = 0$, then point $(a, f(a))$ is a point of inflection
 - - if also $f^\prime(a)=0$, then it is a stationary point of inflection
 
-*Point of inflection* - point of maximum gradient (either +ve or -ve)
+![](graphics/second-derivatives.png)
 
 ## Antidifferentiation
 
@@ -225,8 +237,10 @@ $\int k f(x) dx = k \int f(x) dx$
 | $f(x)$                          | $\int f(x) \cdot dx$         |
 | ------------------------------- | ---------------------------- |
 | $k$ (constant) | $kx + c$ |
-| $x^n$ | ${1 \over {n+1}}x^{n+1} + c$ |
+| $x^n$ | ${x^{n+1} \over {n+1}} + c$ |
 | $a x^{-n}$ | $a \cdot \log_e x + c$ |
+| ${1 \over {ax+b}}$ | ${1 \over a} \log_e (ax+b) + c$ |
+| $(ax+b)^n$ | ${1 \over {a(n+1)}}(ax+b)^{n-1} + c$ |
 | $e^{kx}$ | ${1 \over k} e^{kx} + c$ |
 | $e^k$ | $e^kx + c$ |
 | $\sin kx$ | $-{1 \over k} \cos (kx) + c$ |
@@ -234,8 +248,6 @@ $\int k f(x) dx = k \int f(x) dx$
 | ${f^\prime (x)} \over {f(x)}$ | $\log_e f(x) + c$ |
 | $g^\prime(x)\cdot f^\prime(g(x)$ | $f(g(x))$ (chain rule)|
 | $f(x) \cdot g(x)$ | $\int [f^\prime(x) \cdot g(x)] dx + \int [g^\prime(x) f(x)] dx$ |
-| ${1 \over {ax+b}}$ | ${1 \over a} \log_e (ax+b) + c$ |
-| $(ax+b)^n$ | ${1 \over {a(n+1)}}(ax+b)^{n-1} + c$ |
 
 ## Applications of antidifferentiation