Published on

高中数学公式

Authors
  • avatar
    Name
    刘十三
    Twitter

目录


代数

二次方程

  • 标准形式: ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0 (a≠0)(a \neq 0)
  • 求根公式: x=−b±b2−4ac2ax = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}
  • 判别式: Δ=b2−4ac\Delta = b^2 - 4ac
    • Δ>0\Delta > 0: 两个不等实根
    • Δ=0\Delta = 0: 两个相等实根
    • Δ<0\Delta < 0: 两个共轭复根

因式分解

  • 平方差公式: a2−b2=(a+b)(a−b)a^2 - b^2 = (a + b)(a - b)
  • 完全平方公式:
    • a2+2ab+b2=(a+b)2a^2 + 2ab + b^2 = (a + b)^2
    • a2−2ab+b2=(a−b)2a^2 - 2ab + b^2 = (a - b)^2
  • 立方和公式: a3+b3=(a+b)(a2−ab+b2)a^3 + b^3 = (a + b)(a^2 - ab + b^2)
  • 立方差公式: a3−b3=(a−b)(a2+ab+b2)a^3 - b^3 = (a - b)(a^2 + ab + b^2)

指数运算

  • am⋅an=am+na^m \cdot a^n = a^{m+n}
  • aman=am−n\frac{a^m}{a^n} = a^{m-n}
  • (am)n=amn(a^m)^n = a^{mn}
  • (ab)n=anbn(ab)^n = a^n b^n
  • (ab)n=anbn(\frac{a}{b})^n = \frac{a^n}{b^n}
  • a0=1a^0 = 1 (a≠0)(a \neq 0)
  • a−n=1ana^{-n} = \frac{1}{a^n}

对数运算

  • log⁡a(MN)=log⁡aM+log⁡aN\log_a(MN) = \log_a M + \log_a N
  • log⁡a(MN)=log⁡aM−log⁡aN\log_a(\frac{M}{N}) = \log_a M - \log_a N
  • log⁡aMn=nlog⁡aM\log_a M^n = n \log_a M
  • log⁡a1=0\log_a 1 = 0
  • log⁡aa=1\log_a a = 1
  • log⁡ab=log⁡cblog⁡ca\log_a b = \frac{\log_c b}{\log_c a} (换底公式)

几何

平面几何

三角形

  • 面积公式: S=12ahS = \frac{1}{2}ah (底×高÷2)
  • 海伦公式: S=p(p−a)(p−b)(p−c)S = \sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)} 其中 p=a+b+c2p = \frac{a+b+c}{2}
  • 正弦定理: asin⁡A=bsin⁡B=csin⁡C=2R\frac{a}{\sin A} = \frac{b}{\sin B} = \frac{c}{\sin C} = 2R
  • 余弦定理: c2=a2+b2−2abcos⁡Cc^2 = a^2 + b^2 - 2ab\cos C
  • 勾股定理: a2+b2=c2a^2 + b^2 = c^2 (直角三角形)

四边形

  • 矩形面积: S=abS = ab
  • 正方形面积: S=a2S = a^2
  • 平行四边形面积: S=ahS = ah
  • 梯形面积: S=12(a+b)hS = \frac{1}{2}(a + b)h

圆

  • 周长: C=2πrC = 2\pi r
  • 面积: S=πr2S = \pi r^2
  • 弧长: l=rθl = r\theta (θ为弧度)
  • 扇形面积: S=12r2θS = \frac{1}{2}r^2\theta

立体几何

柱体

  • 圆柱体积: V=πr2hV = \pi r^2h
  • 圆柱表面积: S=2πr2+2πrhS = 2\pi r^2 + 2\pi rh

锥体

  • 圆锥体积: V=13πr2hV = \frac{1}{3}\pi r^2h
  • 圆锥表面积: S=πr2+πrlS = \pi r^2 + \pi rl (l为母线长)

球体

  • 球体积: V=43πr3V = \frac{4}{3}\pi r^3
  • 球表面积: S=4πr2S = 4\pi r^2

三角函数

基本定义

  • sin⁡θ=对边斜边\sin \theta = \frac{\text{对边}}{\text{斜边}}
  • cos⁡θ=邻边斜边\cos \theta = \frac{\text{邻边}}{\text{斜边}}
  • tan⁡θ=对边邻边=sin⁡θcos⁡θ\tan \theta = \frac{\text{对边}}{\text{邻边}} = \frac{\sin \theta}{\cos \theta}

基本关系

  • sin⁡2θ+cos⁡2θ=1\sin^2 \theta + \cos^2 \theta = 1
  • tan⁡2θ+1=sec⁡2θ\tan^2 \theta + 1 = \sec^2 \theta
  • cot⁡2θ+1=csc⁡2θ\cot^2 \theta + 1 = \csc^2 \theta

诱导公式

  • sin⁡(−θ)=−sin⁡θ\sin(-\theta) = -\sin \theta
  • cos⁡(−θ)=cos⁡θ\cos(-\theta) = \cos \theta
  • tan⁡(−θ)=−tan⁡θ\tan(-\theta) = -\tan \theta
  • sin⁡(π−θ)=sin⁡θ\sin(\pi - \theta) = \sin \theta
  • cos⁡(π−θ)=−cos⁡θ\cos(\pi - \theta) = -\cos \theta
  • sin⁡(π2−θ)=cos⁡θ\sin(\frac{\pi}{2} - \theta) = \cos \theta
  • cos⁡(π2−θ)=sin⁡θ\cos(\frac{\pi}{2} - \theta) = \sin \theta

和差公式

  • sin⁡(A+B)=sin⁡Acos⁡B+cos⁡Asin⁡B\sin(A + B) = \sin A \cos B + \cos A \sin B
  • sin⁡(A−B)=sin⁡Acos⁡B−cos⁡Asin⁡B\sin(A - B) = \sin A \cos B - \cos A \sin B
  • cos⁡(A+B)=cos⁡Acos⁡B−sin⁡Asin⁡B\cos(A + B) = \cos A \cos B - \sin A \sin B
  • cos⁡(A−B)=cos⁡Acos⁡B+sin⁡Asin⁡B\cos(A - B) = \cos A \cos B + \sin A \sin B
  • tan⁡(A+B)=tan⁡A+tan⁡B1−tan⁡Atan⁡B\tan(A + B) = \frac{\tan A + \tan B}{1 - \tan A \tan B}
  • tan⁡(A−B)=tan⁡A−tan⁡B1+tan⁡Atan⁡B\tan(A - B) = \frac{\tan A - \tan B}{1 + \tan A \tan B}

倍角公式

  • sin⁡2A=2sin⁡Acos⁡A\sin 2A = 2\sin A \cos A
  • cos⁡2A=cos⁡2A−sin⁡2A=2cos⁡2A−1=1−2sin⁡2A\cos 2A = \cos^2 A - \sin^2 A = 2\cos^2 A - 1 = 1 - 2\sin^2 A
  • tan⁡2A=2tan⁡A1−tan⁡2A\tan 2A = \frac{2\tan A}{1 - \tan^2 A}

半角公式

  • sin⁡A2=±1−cos⁡A2\sin \frac{A}{2} = \pm \sqrt{\frac{1 - \cos A}{2}}
  • cos⁡A2=±1+cos⁡A2\cos \frac{A}{2} = \pm \sqrt{\frac{1 + \cos A}{2}}
  • tan⁡A2=sin⁡A1+cos⁡A=1−cos⁡Asin⁡A\tan \frac{A}{2} = \frac{\sin A}{1 + \cos A} = \frac{1 - \cos A}{\sin A}

数列

等差数列

  • 通项公式: an=a1+(n−1)da_n = a_1 + (n-1)d
  • 前n项和: Sn=n(a1+an)2=n[2a1+(n−1)d]2S_n = \frac{n(a_1 + a_n)}{2} = \frac{n[2a_1 + (n-1)d]}{2}
  • 中项公式: an=an−k+an+k2a_n = \frac{a_{n-k} + a_{n+k}}{2}

等比数列

  • 通项公式: an=a1⋅qn−1a_n = a_1 \cdot q^{n-1}
  • 前n项和: Sn=a1⋅1−qn1−qS_n = a_1 \cdot \frac{1-q^n}{1-q} (q≠1)(q \neq 1)
  • 无穷等比数列和: S=a11−qS = \frac{a_1}{1-q} (∣q∣<1)(|q| < 1)

常见数列求和

  • 1+2+3+⋯+n=n(n+1)21 + 2 + 3 + \cdots + n = \frac{n(n+1)}{2}
  • 12+22+32+⋯+n2=n(n+1)(2n+1)61^2 + 2^2 + 3^2 + \cdots + n^2 = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6}
  • 13+23+33+⋯+n3=[n(n+1)2]21^3 + 2^3 + 3^3 + \cdots + n^3 = [\frac{n(n+1)}{2}]^2

概率统计

概率

  • 古典概型: P(A)=mnP(A) = \frac{m}{n} (m为有利事件数,n为总事件数)
  • 加法公式: P(A∪B)=P(A)+P(B)−P(A∩B)P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)
  • 乘法公式: P(A∩B)=P(A)⋅P(B∣A)P(A \cap B) = P(A) \cdot P(B|A)
  • 全概率公式: P(A)=∑i=1nP(Bi)⋅P(A∣Bi)P(A) = \sum_{i=1}^{n} P(B_i) \cdot P(A|B_i)
  • 贝叶斯公式: P(Bi∣A)=P(Bi)⋅P(A∣Bi)∑j=1nP(Bj)⋅P(A∣Bj)P(B_i|A) = \frac{P(B_i) \cdot P(A|B_i)}{\sum_{j=1}^{n} P(B_j) \cdot P(A|B_j)}

统计

  • 平均数: xˉ=1n∑i=1nxi\bar{x} = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n} x_i
  • 方差: s2=1n∑i=1n(xi−xˉ)2s^2 = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(x_i - \bar{x})^2
  • 标准差: s=s2s = \sqrt{s^2}

排列组合

  • 排列: Anm=n!(n−m)!A_n^m = \frac{n!}{(n-m)!}
  • 组合: Cnm=n!m!(n−m)!C_n^m = \frac{n!}{m!(n-m)!}
  • 二项式定理: (a+b)n=∑k=0nCnkan−kbk(a + b)^n = \sum_{k=0}^{n} C_n^k a^{n-k} b^k

微积分

导数

  • 基本导数公式:

    • (xn)′=nxn−1(x^n)' = nx^{n-1}
    • (sin⁡x)′=cos⁡x(\sin x)' = \cos x
    • (cos⁡x)′=−sin⁡x(\cos x)' = -\sin x
    • (tan⁡x)′=sec⁡2x(\tan x)' = \sec^2 x
    • (ex)′=ex(e^x)' = e^x
    • (ln⁡x)′=1x(\ln x)' = \frac{1}{x}
  • 求导法则:

    • (u+v)′=u′+v′(u + v)' = u' + v'
    • (uv)′=u′v+uv′(uv)' = u'v + uv'
    • (uv)′=u′v−uv′v2(\frac{u}{v})' = \frac{u'v - uv'}{v^2}
    • (f(g(x)))′=f′(g(x))⋅g′(x)(f(g(x)))' = f'(g(x)) \cdot g'(x)

积分

  • 基本积分公式:

    • ∫xndx=xn+1n+1+C\int x^n dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} + C (n≠−1)(n \neq -1)
    • ∫1xdx=ln⁡∣x∣+C\int \frac{1}{x} dx = \ln |x| + C
    • ∫sin⁡xdx=−cos⁡x+C\int \sin x dx = -\cos x + C
    • ∫cos⁡xdx=sin⁡x+C\int \cos x dx = \sin x + C
    • ∫exdx=ex+C\int e^x dx = e^x + C
  • 积分法则:

    • ∫(u+v)dx=∫udx+∫vdx\int (u + v) dx = \int u dx + \int v dx
    • ∫kf(x)dx=k∫f(x)dx\int k f(x) dx = k \int f(x) dx

向量

基本运算

  • 加法: a⃗+b⃗=(a1+b1,a2+b2,a3+b3)\vec{a} + \vec{b} = (a_1 + b_1, a_2 + b_2, a_3 + b_3)
  • 数乘: ka⃗=(ka1,ka2,ka3)k\vec{a} = (ka_1, ka_2, ka_3)
  • 点积: a⃗⋅b⃗=a1b1+a2b2+a3b3=∣a⃗∣∣b⃗∣cos⁡θ\vec{a} \cdot \vec{b} = a_1b_1 + a_2b_2 + a_3b_3 = |\vec{a}||\vec{b}|\cos \theta
  • 叉积: a⃗×b⃗=(a2b3−a3b2,a3b1−a1b3,a1b2−a2b1)\vec{a} \times \vec{b} = (a_2b_3 - a_3b_2, a_3b_1 - a_1b_3, a_1b_2 - a_2b_1)

向量性质

  • ∣a⃗×b⃗∣=∣a⃗∣∣b⃗∣sin⁡θ|\vec{a} \times \vec{b}| = |\vec{a}||\vec{b}|\sin \theta
  • a⃗⋅b⃗=0\vec{a} \cdot \vec{b} = 0 当且仅当 a⃗⊥b⃗\vec{a} \perp \vec{b}
  • a⃗×b⃗=0⃗\vec{a} \times \vec{b} = \vec{0} 当且仅当 a⃗∥b⃗\vec{a} \parallel \vec{b}

复数

基本形式

  • 代数形式: z=a+biz = a + bi 其中 i2=−1i^2 = -1
  • 三角形式: z=r(cos⁡θ+isin⁡θ)z = r(\cos \theta + i\sin \theta)
  • 指数形式: z=reiθz = re^{i\theta}

运算

  • 加法: (a+bi)+(c+di)=(a+c)+(b+d)i(a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i
  • 乘法: (a+bi)(c+di)=(ac−bd)+(ad+bc)i(a + bi)(c + di) = (ac - bd) + (ad + bc)i
  • 除法: a+bic+di=(ac+bd)+(bc−ad)ic2+d2\frac{a + bi}{c + di} = \frac{(ac + bd) + (bc - ad)i}{c^2 + d^2}

性质

  • 模: ∣z∣=a2+b2|z| = \sqrt{a^2 + b^2}
  • 共轭: zˉ=a−bi\bar{z} = a - bi
  • 德摩弗公式: (cos⁡θ+isin⁡θ)n=cos⁡nθ+isin⁡nθ(\cos \theta + i\sin \theta)^n = \cos n\theta + i\sin n\theta

常用数学常数

  • π≈3.14159\pi \approx 3.14159
  • e≈2.71828e \approx 2.71828
  • 2≈1.41421\sqrt{2} \approx 1.41421
  • 3≈1.73205\sqrt{3} \approx 1.73205
  • ln⁡2≈0.69315\ln 2 \approx 0.69315
  • ln⁡10≈2.30259\ln 10 \approx 2.30259

注:本文档涵盖了高中数学的主要公式,建议根据具体学习进度选择性记忆和应用。