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此處是放從幼稚園到十二歲的一些綜合課程。如果有一些父母有什麼想法,歡迎來信給我。
因為這一部份我想著重於「親子同樂」這個部份,所以我想這一部份我會強調軟體的應用。我會先從Mathematica著手弄起。以後再慢慢加入其他的數學軟體。會先分底下幾項:
補充教材:九章數學的小學奧林匹克教學網頁
數的運算
方程式
直角座標與二元一次方程式的圖形
近似值與科學記號
平方根與商高定理
多項式、因式分解與分式
一元二次方程式
比與比例式
垂直與平行
最大公因數與最小公倍數
體積、容積與容量
三角形的基本性質
圓形
線對稱與放大縮小
相似形
一次不等式
百分位數
數列與級數
機率與抽樣
統計圖表
N進位
數的運算
為何負負得正?這是一個媽媽問我的問題,我把答案弄成視頻給她。請按此。
運算時,先乘除、後加減。括號優先。
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正負數的觀念 |
從相反和相對的觀念而來 |
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+ |
讀作「正」Addition |
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- |
讀作「負」or Subtraction |
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正數, 負數: |
比0大的數通稱為正數, 比O小的數通稱為負數。 |
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相反數 |
正負數互為相反數。7為-7的相反數 |
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負負得正 |
相反兩次,兩個負號放在一起,就變成正數 |
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絕對值 |
Absolute Value:和原點的距離,永遠為正數 |
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數的大小 |
在數線右方的點永遠為大 |
Mathematica裏的數分為正確數和浮點數。正確數是完全正確的實數,但是因為有些實數沒辬法用有限小數表示,所以用符號運算。所算出來的結果一定是完全正確的。但是有時只需要近似值時,我們就採用浮點數。比如:
2 是正確值,但是2.0就是浮點數。如果我們用浮點數運算,所算出來的結果,就是浮點數,就是近似值。
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四則運算:加、減、乘、除、次冪 |
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x^y
-x
x/y
x y z 或是 x*y*z
x+y+z |
次冪 power
減法 minus
除法 divide
乘法 multiply
加法 add |
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注意事項: 在Mathematica中,3x 和 x 3 都代表3*x,但是x3是代表變數x3。x^7y 是代表
(x^7) y, 次冪的運算順序較高 |
Mathematica裏常用的數學常數
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Pi
E
Degree Pi/180
I
Infinity |
圓周率
自然對數
輸入時如果題目上是用度數,就要加上這個單位。
虛數
無窮大 |
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浮點數和分數的轉換
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Rationalize[x] |
將浮點數轉成分數 |
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Rationalize[x,dx] |
在dx的精度誤差範圍內 |
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Maple
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a+b+c
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加 |
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a-b |
減 |
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a*b*c |
乘 |
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a/b |
除 |
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-a |
負號 |
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a^b |
次方 |
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6.312e12
或6.312E12 |
科學記號表示法 |
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Pi |
常數 π, π=.141592654 |
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gamma |
常數 γ, γ=.5772156649 |
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infinity |
常數 ∞
(無限大) |
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I |
虛數 I
,(I=
根號-1) |
方程式
基本觀念
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等量公理 |
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對於任意三數A,B,C 若是A=B,則以下情形滿足 |
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1.A+C=B+C |
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2.A-C=B-C |
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3.A*C=B*C |
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4.A/C=B/C |
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移項法則 |
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將等式中的「加甲數」自等號的一邊移到等號的另一邊變成「減甲數」 |
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將等式中的「減甲數」自等號的一邊移到等號的另一邊變成「加甲數」 |
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將等式中的「乘以甲數」自等號的一邊移到等號的另一邊變成「除以甲數」 |
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將等式中的「除以甲數」自等號的一邊移到等號的另一邊變成「乘以甲數」 |
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註:等量公理是推理的基礎,移項法則是操作的方法。移項法則是等量公理的應用,等量公理不需要再證明 |
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解:代入能使等號兩邊同時成立的數值稱為方程式的解 |
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元:未知數的個數(EX:一元一次方程式:只有一個未知數,未知數的次方是一次的等式) |
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次:未知數的次方 |
Mathematica指令
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lhs == rhs |
方程式的定義 |
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equ[[1]] |
方程式左邊的式子 |
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equ[[2]] |
方程式右邊的式子 |
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Solve[eqn,x] |
解方程式 |
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Solve[{eqn1,equ2...},{x,y,..}] |
解聯立方程式 |
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Root[f,k] |
f的第k個解 |
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Eliminate[{eqn1,equ2...},{x,y,..}] |
將變數x,y..從方程式中消去 |
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Reduce[{eqn1,equ2...},vars] |
解出所有可能的解 |
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Reduce[{eqn1,equ2...},vars,elims] |
同上,但是消去elims |
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FindRoot[eqn,{x,x0}] |
牛頓法求解,x0為初值 |
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FindRoot[eqn,{x,x0,x1,x2}] |
同上,限定在區間{x1,x2}內 |
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FindRoot[eqn,{x,{x1,x2}}] |
割線法求解,以x1,x2為初始點 |
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FindRoot[{eqn1,eqn2,..},{x,x0},{y,y0},..] |
以x0,y0..為初始點求聯立方程式 |
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NSolve[eqn==0,x] |
找出eqn的數值解 |
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NSolve[eqn==0,x,n] |
同上,求到n位數的準確度 |
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NRoots[eqn==0,x] |
回應所有多項式的根 |
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<<Algebra`InequalitySolve` |
解不等式的函式庫 |
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InequalitySolve[eqns,vars] |
指定變數vars,解不等式 |
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<<DiscreteMath`RSolve` |
讀入函式庫 |
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RSolve[eqns,a[n],n] |
指定變數n,求迭代方程式的解a[n] |
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Maple
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1hs=rhs |
Maple的方程式 |
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1hs(eqn) |
取出方程式eqn等號左邊的式子 |
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rhs(eqn) |
取出方程式eqn等號右邊的式子 |
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isolate(eqn,expr) |
將expr移項到等號的左邊,使其成為等號左邊的唯一項 |
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solve(eqn,var) |
求解eqn裡的未知數var |
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solve({eqn},var)或
solve(eqn,{var})或
solve({eqn},{var}) |
求出方程式的解,並回應sol{var=sol}的結構 |
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RootOf(expr,index=n() |
代表expe=0時的第n個解 |
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allvalues(expr) |
求出RootOf()物件裡所有可能的解 |
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solve({eqn},{var}) |
求eqns裡的變數vars |
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fsolve(eqn,vars) |
指定變數為vars,求eqn的解 |
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fsolve(eqn,vars=x0) |
從vars=x0來搜尋eqn的解 |
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fsolve(eqn,vars=x0..x1) |
在x0到x1的範圍內搜尋eqn的解 |
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fsolve(eqn,vars,complex) |
指定在複數平面求解 |
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rsolve(eqn,f) |
指定函數名稱為f,求解迭代方程式eqns |
直角座標與二元一次方程式的圖形
數線的三要素:原點、單位長、方向
近似值與科學記號
這裏有一個具有啟發性的視頻:Powers
of 10,暗示了學子們為何科學記號是一個實用的方法。
The
universe - How big are you?
Cosmic
Zoom
Mathematica裏面有分正確運算和近似運算。在數值運算的後面加上//N,Mathematica就會用近似值來表達算出來的結果。expr是代表任何算式
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expr //N or N[expr]
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用科學記號表示的近似值 |
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N[expr,n] |
到小數點n位數精確的近似值 |
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IntegerPart[x] |
x的整數部份 |
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FractionalPart[x] |
x的小數部份 |
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Floor[x] |
小於x的整數 |
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Ceiling[x] |
大於x的整數 |
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Sign[x] |
x的正負號 |
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UnitStep[x] |
x大於零等於1,其餘-1 |
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Abs[x] |
x的絕對值 |
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Round[x] |
5捨6入 |
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Random[] |
取 0 到 1 之間的偽亂數 |
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Max[m,n,0,...], Min[m,n,0,...] |
m,n,o,...的最大最小值 |
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NumberForm[expr,n] (沒有n也可以) |
以n個有效位數來表示expr |
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ScientificForm[expr,n] |
以n個位的科學表示法表示expr |
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EngineeringForm[expr,n] |
以三個一位n個的表示法來表示expr |
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Maple
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evalf(num) |
把精確數num化成浮點數(預設值為10個有效數字) |
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evalf(num,n) |
把e化成具有n個有效數字的浮點數 |
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Digits |
浮點數的精度,與設值為10個有效數字 |
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Digits:=n |
設定浮點數有n個位數的有效數字 |
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convert(float,rational) |
將浮點數float轉換成近似分數,預設精度為10個位數的有效數字 |
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convert(float,rational,n) |
將浮點數float轉換成具有n個位數之有效數字的近似分數 |
平方根與商高定理
多項式、因式分解與分式
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Expand[expr] |
展開 |
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Expand[expr,patt] |
展開,但是保留patt的因式 |
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ExpandAll[expr] |
對全部的式子展開 |
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Factor[expr] |
因式分解 |
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Together[expr] |
將同分母的項集中起來 |
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Apart[expr] |
化為部份分式 |
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Apart[expr,var] |
視var為變數,將其他的項拆開 |
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Cancel[expr] |
分子分母消去共同項 |
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Simplify[expr] |
將式子化簡 |
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Simplify[expr,assum] |
依假設絛件assum來化簡expr |
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FullSimplify[expr] |
用最精簡的型式化簡 |
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FullSimplify[expr,assum] |
依假設條件assum化簡 |
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Collect[expr,x] |
將expr表成x的多項式 |
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Collect[expr,x,func] |
以上結果的係數用func來處理 |
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Collect[expr,{x,y}] |
x多項式的係數展成y的多項式 |
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Factorterm[expr] |
將不依賴於x的變數提出 |
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Factorterm[expr,x] |
將所有不包含x的因子提出 |
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Factorterm[expr,{x,y,..}] |
將所有不含x,y項的因子提出 |
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PolynomialQuotient[poly1,poly2,x] |
poly1/poly2的商 |
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PolynomialRemainder[poly1,poly2,x] |
poly1/poly2的餘式 |
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PolynomialGCD[poly1,poly2] |
求多項式的最大公因式 |
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PolynomialLCM[poly1,poly2] |
求多項式的最小公倍式 |
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PolynomialMod[poly1,m] |
多項式的同餘式 |
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Resultant[poly1,poly2,x] |
poly1,poly2的結式 |
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Coefficient[expr,form] |
求expr中form的係數 |
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Coefficient[expr,form,n] |
求expr中form^n的係數 |
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CoefficientList[expr,{x,y,...}] |
產生x,y,..的係數串列 |
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Exponent[expr,form] |
expr中form的最高次方 |
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Part[expr,n] or expr[[n]] |
expr項中的第n個項 |
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Numerator[expr] |
求expr的分子 |
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Denominator[expr] |
求expr的分母 |
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ExpandNumerator[expr] |
展開expr的分子 |
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ExpandDenominator[expr] |
展開expr的分母 |
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PolynomialQ[expr,x] |
測expr在x上是否為多項式 |
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PolynomialQ[expr,{x,y,...}] |
測expr在x,y,...上是否為多項式 |
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Variables[expr] |
列出所有在expr上的變數 |
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Maple
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expand(expr) |
將expr展開 |
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expand(expr,
expr1) |
在expr1步展開的前提下,將
expr展開 |
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factor(expr) |
將expr作因式分解 |
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simplify(expr) |
將expr化簡 |
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simplify(expr,n1,n2,…) |
指定要化簡之函數的類別
trig—化簡三角函數
hypergeom—化簡超幾何函數
radical—化簡指數為分數的數或函數
power—化簡指數函數(含In與exp函數)
In、exp—化簡所有的In、exp函數 |
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simplify(expr,sidere1) |
根據sidere1關係式將expr化簡 |
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simplify(expr,assume=prop) |
依據assume的假設來化簡式子 |
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simplify(expr,symbolic) |
化簡函有根號的數學式,而不管根號裡,變數的正負問題 |
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coeff(poly,var) |
求出多項式poly裡,var的係數 |
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coeff(poly,x,n) |
求出多項式poly裡,x項的係數。若n=0則回應多項式的常數項 |
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coeff(poly) |
找出多項式poly裡,所有的係數 |
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coeff(poly,x) |
以x為未知數,找出多項是所有的係數 |
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lcoeff(poly) |
找出多項式poly裡,最高次項的係數 |
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lcoeff(poly,x) |
以x為未知數,找出poly裡,最高次項的係數 |
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tcoeff(poly) |
找出多項式poly裡,最低次項的係數 |
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lcoeff(poly,x) |
以x為未知數,找出poly裡,最低次項的係數 |
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degree(poly) |
求出多項式poly的最高次方 |
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degree(poly,x) |
以x為未知數,求出多項式poly的最高次方 |
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degree(poly) |
求出多項式poly的最低次方 |
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degree(poly,x) |
以x為未知數,求出多項式poly的最低次方 |
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+,-,*,/,^ |
多項式的四則與次方運算 |
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gcd(poly1,poly2,…) |
求出多項式poly1與poly2…的最大公因數 |
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lcm(poly1,poly2,…) |
求出多項式poly1,poly2…的最小公倍數 |
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quo(poly1,poly2,x) |
變數為x,計算poly1/poly2…的商 |
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rem(poly1,poly2,x) |
變數為x,計算poly1/poly2…的商 |
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divide(poly1,poly2) |
測試poly1/poly2是否可以整除。若可以整除,則回應
true,否則回應false |
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collect(poly,x) |
將poly排列成x的多項式 |
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collect(poly,x,func) |
將poly排列成x的多項式後,再用func函數來處理
各項係數 |
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sort(poly) |
將poly的各項由高次方往低次方排列 |
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sort(poly,x) |
依指定的變數猶高次方往低次方來排列多項式 |
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denom(expr) |
取出expr的分母部份 |
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numer(expr) |
取出expr的分子部份 |
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normal(expr) |
把分式的分子與分母約分為最簡分式 |
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combine(expr) |
把由相加、相乘與含有次方的數學式合併,成為單一
的式子 |
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Combine (expr,power) |
指定要合併含有次方的數學式 |
一元二次方程式
比與比例式
比和比例式的教學網頁
比值:比的前項除以後項所得的商
比的化簡:比的前項和後頂,同乘以或同除以一個不等於O且比1大的數,其值不變。
正比:甲和乙成正比時,乙/甲的商不變。
反比:甲和乙成反比時,乙*甲的乘積不變
基準量:做為比較基準的量。
比較量:與基準量比較的量。
「比較量:基準量=比值」
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基本性質 |

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反比定理 |

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更比定理 |

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合比定理 |

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分比定理 |

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合分比定理 |

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分合比定理 |

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等比定理 |
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若 , ,則
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連比例的性質 |
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已知甲數+乙數+丙數=丁數,而且甲數:乙數:丙數=a:b:c,
則:甲數=丁數 × ,乙數=丁數 × ,丙數 ×
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垂直與平行
最大公因數與最小公倍數
a、b、c為整數'a=bxc'且b、c不等於0 則a是b、C的倍數,b、C是a的因數
質數:一個大於1 的整數,除了1及本身以外,沒有其他的因數
合數:還有其他因數的整數
質因數分解:一個大於1的整數,若不是質數,則可以分解成兩個或兩個以上質因數的乘積。可寫成指數的形式。
公因數:若一個整數同時是幾個整數的因數,以(a,b)表之
公倍數:若一個整數同時是幾個整數的倍數,以[a,b]表之
公因數的求法:先求最大公因數,再求這個最大公因數的所有因數
最大公因數的求法:輾轉相除法
體積與容量
梯形面積:(上底+下底)*高/2
菱形面積:對角線相乘/2
圓形面積:Pi*r^2
柱體的體積:底面積*高
錐體的體積:底面積*高*(1/3)
三角形的基本性質
歷史上一個著名的錯誤幾何證明。這個證明當然是錯的,不然他對人類了解歐幾里得的公設系統,有深遠的影響。
所有的三角形都是等腰三角形的證明(連結一
連結二)
圓形
正多邊形:一個多邊形具有等邊又等角的性質時稱之
扇形:以向一個圓的圓心為頂點、兩條半徑為邊,加上一段弧長所圍成的平面
圓心角:以圓心為頂點,以兩半徑為邊所形成的角
圓周角:頂點在圓上,並且兩邊都和圓相交的角
圓周率:圓周長/直徑
線對稱與放大縮小
線對稱圓形:對摺後,兩邊可以完全疊合在一起的圖形
點對稱圓形:以對稱中心旋轉180度後,會和原來的圖形完全疊合在一起的圖形
縮圖和擴大圖的對應關係:
(1) 對應的邊,長度的比都相等。
(2) 對應角的角度都一樣大。
(3) 對應頂點的位置相同。
相似形
一次不等式
Maple
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round(x) |
最接近x的整數 |
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floor(x) |
小於或等於x的最大整數 |
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ceil(x) |
大於或等於x的最小整數 |
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trunc(x) |
取出浮點數x的整數部份 |
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frac(x) |
取出浮點數x的小數部份 |
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max(a,b,c),min(a,b,c) |
a,b,c的極大/及小值 |
百分位數
百分率: %是百分率的符號,1%讀做:百分之一,記成分數是1/100 ,記成小數是0.01
將分數記成百分率:透過擴分和約分將原分數變成分母100 的等值分數,再記成百分率。
小數記成百分率:把小數點向右移二位後,在數字後面加上百分率的符號。
數列與級數
前項、後項與項數:在等差數列或等比數列相鄰的兩個數中,左邊的數稱為前項、右邊的數稱為後頂,數量的個數稱為項數。
等差數列:在給定的數列中,具有每一組數(前項、後項)的差都相同的規律
等比數列:在給定的數列中,真有每一組數(前頂、後項)的倍數都相同的規律
等差數列的和={(首項+末項)*項數}/2
等比數列的和={首項*(倍數^項數-1)}/(倍數-1)
機率與抽樣
可能性:不一定會發生的事
機率:用數字來表現不確定的事情有多少
機率:出現的次數/全部的次數
普查:對所有需要研究的對象做全面性的調查,稱為普查。被調查對象的全體稱為母群體。
抽樣調查:從所要調查的全體對象中選出一部分對象加以調查。被選出的對象稱為樣本。
估計:用比例來推估母群體的個數。(樣本中被標記的個數/樣本個數)=(母群體中被標記的個數/母群體個數)
統計圖表
平均:把一群數量等分,使各組數量相等
平均數:總和÷個數=平均數。
眾數:一組資料中出現最多次的數,即為眾數
中間數:將原始資料由大到小或自小到大排列後,位置居中的數值
加權平均數:依照各數值重要性的比重,加權之後再求平均
百分率:某一項數量占總數量的百分比
累積次數分配表:次數分配表中的次數依次一直累加,並把所得的數值記在相對應的組內
累積次數分配折線圖:將累積次數分配表中的各組累積人數繪成折線圖
長條圖:表示離散型的資料
直方圖:用在連續型的資料
折線圖:能從折線的變化看出數值的分布、變動和趨勢走向
百分圖:依長條百分圖及圓形百分圖兩種方式繪製百分比例
N進位
含二進位、十六進位等等的轉換
n進位是K12數學中一個很有趣的應用,以下就是n進位的意義 (連結一
連結二)
n進位互相轉換的方法,在計算機科學中也很重要(連結一
連結二)
Mathematica的指令
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IntegerDigits[n] |
將整數n的每一位分別顯示出來在示列中 |
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IntegerDigits[n,b] |
以 b 為底,將整數 n 的每一位顯示出來 |
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IntegerDigits[n,b,len] |
將以上的結果以長度len顯示 |
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IntegerExponent[n,b] |
整數n以b為底顯示時最後零的位數 |
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RealDigits[x] |
將實數每一位顯示出來,最後加一位小數點左邊的位數 |
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RealDigits[x,b] |
實數x以b為底的結果 |
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RealDigits[x,b,len] |
以上的結果用len長度顯示 |
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RealDigits[x,b,len,n] |
顯示時以b^n那一位開始 |
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FromDigits[list] |
從串列重建原本的數 |
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FromDigits[list,b] |
以上的串列以b為底 |
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b^^nnnn |
nnnn以b為底時的實際十進位值 |
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BaseForm[x,b] |
將數值以b為底的形式顯示 |
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