vectors - 20c
[notes.git] / spec / calculus.md
index d1a981c4c51d172f6300f8f9f7d1c682bbf12979..3dbee28e75da1da92beea859687c16b536747287 100644 (file)
@@ -8,7 +8,7 @@ $L^-$ - limit from below
 
 $L^+$ - limit from above
 
-$\lim_{x \to a} f(x)$ - limit of a point
+$\lim_{x \to a} f(x)$ - limit of a point  
 
 - Limit exists if $L^-=L^+$
 - If limit exists, point does not.
@@ -52,7 +52,7 @@ Can also be used with functions, where $h=\delta x$.
 
 ## First principles derivative
 
-$$\lim_{\delta x \rightarrow 0}{\delta y \over \delta x}={dy \over dx} = f^\prime(x)$$
+$$f^\prime(x) = \lim_{\delta x \rightarrow 0}{\delta y \over \delta x}={dy \over dx}$$
 
 $$m_{\operatorname{tangent}}=\lim_{h \rightarrow 0}f^\prime(x)$$
 
@@ -61,11 +61,155 @@ $$m_{\operatorname{tangent}}=\lim_{h \rightarrow 0}f^\prime(x)$$
 $$m_{\operatorname{chord PQ}}=f^\prime(x)$$
 
 first principles derivative:
-$${m_{\operatorname{tangent at P}} =\lim_{h \rigzhtarrow 0}}{{f(x+h)-f(x)}\over h}$$
+$${m_{\operatorname{tangent at P}} =\lim_{h \rightarrow 0}}{{f(x+h)-f(x)}\over h}$$
 
+## Gradient at a point
 
+Given point $P(a, b)$ and function $f(x)$, the gradient is $f^\prime(a)$
 
 
+## Derivatives of $x^n$
+
+$${d(ax^n) \over dx}=anx^{n-1}$$
+
+If $x=$ constant, derivative is $0$
+
+If $y=ax^n$, derivative is $a\times nx^{n-1}$
+
+If $f(x)={1 \over x}=x^{-1}, \quad f^\prime(x)=-1x^{-2}={-1 \over x^2}$
+
+If $f(x)=^5\sqrt{x}=x^{1 \over 5}, \quad f^\prime(x)={1 \over 5}x^{-4/5}={1 \over 5 \times ^5\sqrt{x^4}}$
+
+If $f(x)=(x-b)^2, \quad f^\prime(x)=2(x-b)$
+
+$$f^\prime(x)=\lim_{h \rightarrow 0}{{f(x+h)-f(x)} \over h}$$
+
+## Derivatives of $u \pm v$
+
+$${dy \over dx}={du \over dx} \pm {dv \over dx}$$
+where $u$ and $v$ are functions of $x$
+
 ## Euler's number as a limit
 
 $$\lim_{h \rightarrow 0} {{e^h-1} \over h}=1$$
+
+## Chain rule for $(f\circ g)$
+
+$${dy \over dx} = {dy \over du} \cdot {du \over dx}$$
+$${d((ax+b)^n) \over dx} = {d(ax+b) \over dx} \cdot n \cdot (ax+b)^{n-1}$$
+
+Function notation:
+
+$$(f\circ g)^\prime(x)=f^\prime(g(x))g^\prime(x),\quad \mathbb{where}\hspace{0.3em} (f\circ g)(x)=f(g(x))$$
+
+Used with only one expression.
+
+e.g. $y=(x^2+5)^7$ - Cannot reasonably expand  
+Let $u-x^2+5$ (inner expression)  
+${du \over dx} = 2x$  
+$y=u^7$  
+${dy \over du} = 7u^6$  
+
+
+$7u^6 \times$
+
+## Product rule for $y=uv$
+
+$${dy \over dx} = u{dv \over dx} + v{du \over dx}$$
+
+Surds can be left on denomintaors.
+
+## Quotient rule for $y={u \over v}$
+
+$${dy \over dx} = {{v{du \over dx} - u{dv \over dx}} \over v^2}$$
+
+If $f(x)={u(x) \over v(x)}$, then $f^\prime(x)={{v(x)u^\prime(x)-u(x)v^\prime(x)} \over [v(x)]^2}$
+
+If $y={u(x) \over v(x)}$, then derivative ${dy \over dx} = {{v{du \over dx} - u{dv \over dx}} \over v^2}$
+
+## Logarithms
+
+$$\log_b (x) = n \quad \operatorname{where} \hspace{0.5em} b^n=x$$
+
+Wikipedia:
+
+> the logarithm of a given number $x$ is the exponent to which another fixed number, the base $b$, must be raised, to produce that number $x$
+
+### Logarithmic identities  
+$\log_b (xy)=\log_b x + \log_b y$  
+$\log_b x^n = n \log_b x$  
+$\log_b y^{x^n} = x^n \log_b y$
+
+### Index identities
+$b^{m+n}=b^m \cdot b^n$  
+$(b^m)^n=b^{m \cdot n}$  
+$(b \cdot c)^n = b^n \cdot c^n$  
+${a^m \div a^n} = {a^{m-n}}$
+
+### $e$ as a logarithm
+
+$$\operatorname{if} y=e^x, \quad \operatorname{then} x=\log_e y$$
+$$\ln x = \log_e x$$
+
+### Differentiating logarithms
+$${d(\log_e x)\over dx} = x^{-1} = {1 \over x}$$
+
+## Solving $e^x$ etc
+
+| $f(x)$ | $f^\prime(x)$ |xs
+| ------ | ------------- |
+| $\sin x$ | $\cos x$ |
+| $\sin ax$ | $a\cos ax$ |
+| $\cos x$ | $-\sin x$ |
+| $\cos ax$ | $-a \sin ax$ |
+| $e^x$ | $e^x$ |
+| $e^{ax}$ | $ae^{ax}$ |
+| $ax^{nx}$ | $an \cdot e^{nx}$ |
+| $\log_e x$ | $1 \over x$ |
+| $\log_e {ax}$ | $1 \over x$ |
+| $\log_e f(x)$ | $f^\prime (x) \over f(x)$ |
+| $\sin(f(x))$ | $f^\prime(x) \cdot \cos(f(x))$ |
+
+<!-- $${d(ax^{nx}) \over dx} = an \cdot e^nx$$ -->
+
+## Antidifferentiation
+
+$$y={x^{n+1} \over n+1} + c$$
+
+## Integration
+
+$$\int f(x) dx = F(x) + c$$
+
+- area enclosed by curves
+- $+c$ should be shown on each step without $\int$
+
+$$\int x^n = {x^{n+1} \over n+1} + c$$
+
+### Integral laws
+
+$\int f(x) + g(x) dx = \int f(x) dx + \int g(x) dx$  
+$\int k f(x) dx = k \int f(x) dx$  
+
+| $f(x)$                          | $\int f(x) \cdot dx$         |
+| ------------------------------- | ---------------------------- |
+| $k$ (constant) | $kx + c$ |
+| $x^n$ | ${1 \over {n+1}}x^{n+1} + c$ |
+| $a x^{-n}$ | $a \cdot \log_e x + c$ |
+| $e^{kx}$ | ${1 \over k} e^{kx} + c$ |
+| $e^k$ | $e^kx + c$ |
+| $\sin kx$ | $-{1 \over k} \cos (kx) + c$ |
+| $\cos kx$ | ${1 \over k} \sin (kx) + c$ |
+| ${f^\prime (x)} \over {f(x)}$ | $\log_e f(x) + c$ |
+| $g^\prime(x)\cdot f^\prime(g(x)$ | $f(g(x))$ (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
+
+- $x$-intercepts of $y=f(x)$ identify $x$-coordinates of stationary points on $y=F(x)$
+- the nature of any stationary point of $y=F(x)$ is determined by the way the sign of the graph of $y=f(x)$ changes about its $x$-intercepts
+- if $f(x)$ is a polynomial of degree $n$, then $F(x)$ has degree $n+1$
+
+To find stationary points of a function, substitute $x$ value of given point into derivative. Solve for ${dy \over dx}=0$. Integrate to find original function.
+