一生受用的數學公式

座標幾何 
一對垂直相交於平面的軸線,可以讓平面上的任意一點用一組實數來表示。軸線的交點是 

(0, 0),稱爲原點。水平與垂直方向的位置,分別用x與y代表。 
  一條直線可以用方程式y=mx+c來表示,m是直線的斜率(gradient)。這條直線與y軸

相交於 (0, c),與x軸則相交於(–c/m, 0)。垂直線的方程式則是x=k,x爲定值。 
  通過(x0, y0)這一點,且斜率爲n的直線是 
y–y0=n(x–x0) 
一條直線若垂直於斜率爲n的直線,則其斜率爲–1/n。通過(x1, y1)與(x2, y2)兩點的直線

是 
y=(y2–y1/x2–x1)(x–x2)+y2   x1≠x2 
  若兩直線的斜率分別爲m與n,則它們的夾角θ滿足於 
tanθ=m–n/1+mn 
半徑爲r、圓心在(a, b)的圓,以(x–a) 2+(y–b) 2=r2表示。 
  
三維空間裏的座標與二維空間類似,只是多加一個z軸而已,例如半徑爲r、中心位置在(a, 

b, c)的球,以(x–a) 2+(y–b) 2+(z–c) 2=r2表示。 
三維空間平面的一般式爲ax+by+cz=d。 
  三角學 
  邊長爲a、b、c的直角三角形,其中一個夾角爲θ。它的六個三角函數分別爲:正弦

(sine)、餘弦(cosine)、正切(tangent)、餘割(cosecant)、正割(secant)和餘切

(cotangent)。 
sinθ=b/c  cosθ=a/c  tanθ=b/a 
cscθ=c/b  secθ=c/a  cotθ=a/b 
   
若圓的半徑是1,則其正弦與餘弦分別爲直角三角形的高與底。 
a=cosθ    b=sinθ 
依照勾股定理,我們知道a2+b2=c2。因此對於圓上的任何角度θ,我們都可得出下列的全等

式: 
cos2θ+sin2θ=1 

  三角恆等式 
   
根據前幾頁所述的定義,可得到下列恆等式(identity): 
tanθ=sinθ/cosθ,cotθ=cosθ/sinθ 
secθ=1/cosθ,cscθ=1/sinθ 
   
分別用cos 2θ與sin 2θ來除cos 2θ+sin 2θ=1,可得: 
sec 2θ–tan 2θ=1  及  csc 2θ–cot 2θ=1 
對於負角度,六個三角函數分別爲: 
sin(–θ)= –sinθ  csc(–θ)= –cscθ 
cos(–θ)= cosθ  sec(–θ)= secθ 
tan(–θ)= –tanθ  cot(–θ)= –cotθ 
   
當兩角度相加時,運用和角公式: 
sin(α+β)= sinαcosβ+cosαsinβ 
cos(α+β)= cosαcosβ–sinαsinβ 
tan(α+β)= tanα+tanβ/1–tanαtanβ 
若遇到兩倍角或三倍角,運用倍角公式: 
sin2α= 2sinαcosα  sin3α= 3sinαcos2α–sin3α 
cos2α= cos 2α–sin 2α cos3α= cos 3α–3sin 2αcosα 
tan 2α= 2tanα/1–tan 2α 
tan3α= 3tanα–tan 3α/1–3tan 2α 

二維圖形 
下面是一些二維圖形的周長與面積公式。 
圓: 
半徑= r    直徑d=2r 
圓周長= 2πr =πd 
面積=πr2  (π=3.1415926…….) 
橢圓: 
面積=πab 
a與b分別代表短軸與長軸的一半。 
矩形: 
面積= ab 
周長= 2a+2b 
平行四邊形(parallelogram): 
面積= bh = ab sinα 
周長= 2a+2b 
梯形: 
面積= 1/2h (a+b) 
周長= a+b+h (secα+secβ) 
正n邊形: 
面積= 1/2nb2 cot (180°/n) 
周長= nb 
四邊形(i): 
面積= 1/2ab sinα 
四邊形(ii): 
面積= 1/2 (h1+h2) b+ah1+ch2 
三維圖形 
  以下是三維立體的體積與表面積(包含底部)公式。 
球體: 
體積= 4/3πr3 
表面積= 4πr2 
方體: 
體積= abc 
表面積= 2(ab+ac+bc) 
圓柱體: 
體積= πr2h 
表面積= 2πrh+2πr2 
圓錐體: 
體積= 1/3πr2h 
表面積=πr√r2+h2 +πr2 
三角錐體: 
若底面積爲A, 
體積= 1/3Ah 
平截頭體(frustum): 
體積= 1/3πh (a2+ab+b2) 
表面積=π(a+b)c+πa2+πb2 
橢球: 
體積= 4/3πabc 
環面(torus): 
體積= 1/4π2 (a+b) (b–a) 2 
表面積=π2 (b2–a2)
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