LaTeX 公式大全
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平面图形 (周长与面积)
正方形周长
$$ C = 4a $$
正方形面积
$$ S = a^2 $$
长方形周长
$$ C = 2(a + b) $$
长方形面积
$$ S = ab $$
三角形面积
$$ S = \frac{1}{2}ah $$
平行四边形面积
$$ S = ah $$
梯形面积
$$ S = \frac{(a+b)h}{2} $$
圆的周长
$$ C = \pi d = 2\pi r $$
圆的面积
$$ S = \pi r^2 $$
三角形周长
$$ C = a + b + c $$
三角形内角和
$$ \angle A + \angle B + \angle C = 180^\circ $$
正方形对角线
$$ d = \sqrt{2}\,a $$
圆的直径
$$ d = 2r $$
半圆周长
$$ C = \pi r + 2r $$
圆环面积
$$ S = \pi(R^2 - r^2) $$
立体图形 (体积)
正方体体积
$$ V = a^3 $$
长方体体积
$$ V = abc = Sh $$
圆柱体积
$$ V = Sh = \pi r^2 h $$
圆锥体积
$$ V = \frac{1}{3}Sh = \frac{1}{3}\pi r^2 h $$
正方体表面积
$$ S = 6a^2 $$
长方体表面积
$$ S = 2(ab + bc + ac) $$
圆柱侧面积
$$ S_{\text{侧}} = 2\pi rh $$
圆柱表面积
$$ S = 2\pi r^2 + 2\pi rh $$
圆锥侧面积
$$ S_{\text{侧}} = \pi rl $$
代数与方程
平方差公式
$$ a^2 - b^2 = (a+b)(a-b) $$
完全平方公式
$$ (a \pm b)^2 = a^2 \pm 2ab + b^2 $$
立方和公式
$$ a^3 + b^3 = (a+b)(a^2 - ab + b^2) $$
立方差公式
$$ a^3 - b^3 = (a-b)(a^2 + ab + b^2) $$
一元一次方程
$$ ax + b = 0 \Rightarrow x = -\frac{b}{a} $$
二元一次方程组
$$ \begin{cases} a_1x + b_1y = c_1 \\ a_2x + b_2y = c_2 \end{cases} $$
求根公式
$$ x = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a} $$
韦达定理
$$ x_1 + x_2 = -\frac{b}{a}, \quad x_1 x_2 = \frac{c}{a} $$
判别式
$$ \Delta = b^2 - 4ac $$
完全立方和
$$ (a + b)^3 = a^3 + 3a^2b + 3ab^2 + b^3 $$
完全立方差
$$ (a - b)^3 = a^3 - 3a^2b + 3ab^2 - b^3 $$
三项完全平方
$$ (a+b+c)^2 = a^2 + b^2 + c^2 + 2ab + 2bc + 2ca $$
十字相乘法
$$ x^2 + (p+q)x + pq = (x+p)(x+q) $$
配方法
$$ ax^2 + bx + c = a\left(x + \frac{b}{2a}\right)^2 + \frac{4ac - b^2}{4a} $$
同底数幂乘法
$$ a^m \cdot a^n = a^{m+n} $$
同底数幂除法
$$ a^m \div a^n = a^{m-n} \quad (a \neq 0) $$
幂的乘方
$$ (a^m)^n = a^{mn} $$
积的乘方
$$ (ab)^n = a^n b^n $$
零指数与负指数
$$ a^0 = 1, \quad a^{-n} = \frac{1}{a^n} \quad (a \neq 0) $$
二次根式性质
$$ \sqrt{a^2} = |a| $$
二次根式乘除
$$ \sqrt{a} \cdot \sqrt{b} = \sqrt{ab} \quad (a \ge 0,\ b \ge 0) $$
科学记数法
$$ N = a \times 10^n \quad (1 \le |a| < 10) $$
分式方程交叉相乘
$$ \frac{a}{x} = \frac{b}{y} \iff ay = bx \quad (xy \neq 0) $$
函数基础
正比例函数
$$ y = kx \quad (k \neq 0) $$
反比例函数
$$ y = \frac{k}{x} \quad (k \neq 0) $$
一次函数
$$ y = kx + b \quad (k \neq 0) $$
二次函数 (一般式)
$$ y = ax^2 + bx + c \quad (a \neq 0) $$
二次函数 (顶点式)
$$ y = a(x-h)^2 + k $$
二次函数顶点坐标
$$ \left(-\frac{b}{2a}, \frac{4ac-b^2}{4a}\right) $$
二次函数交点式
$$ y = a(x - x_1)(x - x_2) $$
二次函数对称轴
$$ x = -\frac{b}{2a} $$
一次函数斜率
$$ k = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1} \quad (x_1 \neq x_2) $$
反比例函数矩形面积
$$ S = |k| $$
函数图象平移
$$ y = f(x - h) + k $$
抛物线与x轴交点条件
$$ \Delta = b^2 - 4ac > 0 \iff \text{与 } x \text{ 轴有两个交点} $$
几何证明与勾股定理
勾股定理
$$ a^2 + b^2 = c^2 $$
多边形内角和
$$ (n-2) \times 180^\circ $$
弧长公式
$$ l = \frac{n\pi r}{180} $$
扇形面积公式
$$ S = \frac{n\pi r^2}{360} = \frac{1}{2}lr $$
三角形外角定理
$$ \angle ACD = \angle A + \angle B $$
正多边形每个内角
$$ \frac{(n-2) \times 180^\circ}{n} $$
三角形中位线
$$ MN = \frac{1}{2}BC $$
相似三角形面积比
$$ \frac{S_1}{S_2} = k^2 $$
圆周角定理
$$ \angle ACB = \frac{1}{2}\angle AOB $$
垂径定理
$$ OC \perp AB \Rightarrow AD = DB $$
相交弦定理
$$ PA \cdot PB = PC \cdot PD $$
切割线定理
$$ PT^2 = PA \cdot PB $$
海伦公式
$$ S = \sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)}, \quad p = \frac{a+b+c}{2} $$
两点间距离
$$ d = \sqrt{(x_2-x_1)^2 + (y_2-y_1)^2} $$
中点坐标公式
$$ M\left(\frac{x_1+x_2}{2}, \frac{y_1+y_2}{2}\right) $$
集合与逻辑
子集定义
$$ A \subseteq B \iff \forall x(x \in A \implies x \in B) $$
交集
$$ A \cap B = \{x | x \in A \land x \in B\} $$
并集
$$ A \cup B = \{x | x \in A \lor x \in B\} $$
补集
$$ \complement_U A = \{x | x \in U \land x \notin A\} $$
德摩根定律
$$ \complement_U(A \cup B) = (\complement_U A) \cap (\complement_U B) $$
德摩根定律 (交)
$$ \complement_U(A \cap B) = (\complement_U A) \cup (\complement_U B) $$
子集个数
$$ |2^A| = 2^n \quad (|A| = n) $$
容斥原理
$$ |A \cup B| = |A| + |B| - |A \cap B| $$
全称命题的否定
$$ \lnot(\forall x \in M,\ p(x)) \iff \exists x \in M,\ \lnot p(x) $$
存在命题的否定
$$ \lnot(\exists x \in M,\ p(x)) \iff \forall x \in M,\ \lnot p(x) $$
逆否命题等价
$$ (p \Rightarrow q) \iff (\lnot q \Rightarrow \lnot p) $$
充要条件
$$ (p \Rightarrow q) \land (q \Rightarrow p) \iff p \Leftrightarrow q $$
三角函数
同角关系
$$ \sin^2\alpha + \cos^2\alpha = 1 $$
商数关系
$$ \tan\alpha = \frac{\sin\alpha}{\cos\alpha} $$
两角和正弦
$$ \sin(\alpha \pm \beta) = \sin\alpha\cos\beta \pm \cos\alpha\sin\beta $$
两角和余弦
$$ \cos(\alpha \pm \beta) = \cos\alpha\cos\beta \mp \sin\alpha\sin\beta $$
两角和正切
$$ \tan(\alpha \pm \beta) = \frac{\tan\alpha \pm \tan\beta}{1 \mp \tan\alpha\tan\beta} $$
二倍角正弦
$$ \sin 2\alpha = 2\sin\alpha\cos\alpha $$
二倍角余弦
$$ \cos 2\alpha = \cos^2\alpha - \sin^2\alpha = 2\cos^2\alpha - 1 $$
半角公式
$$ \sin^2\frac{\alpha}{2} = \frac{1-\cos\alpha}{2} $$
正弦定理
$$ \frac{a}{\sin A} = \frac{b}{\sin B} = \frac{c}{\sin C} = 2R $$
余弦定理
$$ c^2 = a^2 + b^2 - 2ab\cos C $$
三角形面积
$$ S = \frac{1}{2}ab\sin C $$
诱导公式 (π-α)
$$ \sin(\pi - \alpha) = \sin\alpha, \quad \cos(\pi - \alpha) = -\cos\alpha $$
诱导公式 (π/2-α)
$$ \sin\left(\frac{\pi}{2} - \alpha\right) = \cos\alpha, \quad \cos\left(\frac{\pi}{2} - \alpha\right) = \sin\alpha $$
二倍角正切
$$ \tan 2\alpha = \frac{2\tan\alpha}{1 - \tan^2\alpha} $$
三倍角正弦
$$ \sin 3\alpha = 3\sin\alpha - 4\sin^3\alpha $$
三倍角余弦
$$ \cos 3\alpha = 4\cos^3\alpha - 3\cos\alpha $$
半角余弦
$$ \cos^2\frac{\alpha}{2} = \frac{1+\cos\alpha}{2} $$
降幂公式
$$ \sin^2\alpha = \frac{1 - \cos 2\alpha}{2}, \quad \cos^2\alpha = \frac{1 + \cos 2\alpha}{2} $$
万能公式
$$ \sin\alpha = \frac{2t}{1+t^2}, \quad \cos\alpha = \frac{1-t^2}{1+t^2}, \quad t = \tan\frac{\alpha}{2} $$
辅助角公式
$$ a\sin x + b\cos x = \sqrt{a^2+b^2}\,\sin(x + \varphi) $$
积化和差
$$ \sin\alpha\cos\beta = \frac{1}{2}[\sin(\alpha+\beta) + \sin(\alpha-\beta)] $$
和差化积
$$ \sin\alpha + \sin\beta = 2\sin\frac{\alpha+\beta}{2}\cos\frac{\alpha-\beta}{2} $$
余弦定理求角
$$ \cos C = \frac{a^2 + b^2 - c^2}{2ab} $$
正切与余切关系
$$ \tan\alpha \cdot \cot\alpha = 1 $$
数列
等差数列通项
$$ a_n = a_1 + (n-1)d $$
等差求和
$$ S_n = \frac{n(a_1+a_n)}{2} = na_1 + \frac{n(n-1)}{2}d $$
等比数列通项
$$ a_n = a_1 q^{n-1} \quad (q \neq 0) $$
等比求和 (q!=1)
$$ S_n = \frac{a_1(1-q^n)}{1-q} $$
等比求和 (q=1)
$$ S_n = na_1 $$
等差中项
$$ 2a_n = a_{n-1} + a_{n+1} $$
等比中项
$$ a_n^2 = a_{n-1} \cdot a_{n+1} $$
等差数列下标性质
$$ m + n = p + q \Rightarrow a_m + a_n = a_p + a_q $$
通项与前n项和关系
$$ a_n = \begin{cases} S_1, & n = 1 \\ S_n - S_{n-1}, & n \ge 2 \end{cases} $$
自然数求和
$$ 1 + 2 + \cdots + n = \frac{n(n+1)}{2} $$
平方和公式
$$ \sum_{k=1}^n k^2 = \frac{n(n+1)(2n+1)}{6} $$
立方和公式 (数列)
$$ \sum_{k=1}^n k^3 = \left[\frac{n(n+1)}{2}\right]^2 $$
无穷等比数列求和
$$ S = \frac{a_1}{1-q} \quad (|q| < 1) $$
裂项相消
$$ \frac{1}{n(n+1)} = \frac{1}{n} - \frac{1}{n+1} $$
平面向量
向量模长
$$ |\mathbf{a}| = \sqrt{x^2 + y^2} $$
向量点积 (坐标)
$$ \mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = x_1x_2 + y_1y_2 $$
向量点积 (定义)
$$ \mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = |\mathbf{a}| |\mathbf{b}| \cos\theta $$
向量夹角
$$ \cos\theta = \frac{\mathbf{a} \cdot \mathbf{b}}{|\mathbf{a}| |\mathbf{b}|} $$
向量垂直
$$ \mathbf{a} \perp \mathbf{b} \iff \mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = 0 $$
向量平行
$$ \mathbf{a} \parallel \mathbf{b} \iff x_1y_2 - x_2y_1 = 0 $$
向量加法 (坐标)
$$ \mathbf{a} + \mathbf{b} = (x_1 + x_2,\ y_1 + y_2) $$
向量减法 (坐标)
$$ \mathbf{a} - \mathbf{b} = (x_1 - x_2,\ y_1 - y_2) $$
向量数乘
$$ \lambda\mathbf{a} = (\lambda x,\ \lambda y) $$
向量投影
$$ \mathrm{Prj}_{\mathbf{b}}\mathbf{a} = \frac{\mathbf{a} \cdot \mathbf{b}}{|\mathbf{b}|} $$
平面向量基本定理
$$ \mathbf{a} = \lambda_1\mathbf{e}_1 + \lambda_2\mathbf{e}_2 $$
空间向量模长
$$ |\mathbf{a}| = \sqrt{x^2 + y^2 + z^2} $$
空间向量点积
$$ \mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = x_1x_2 + y_1y_2 + z_1z_2 $$
不等式
基本不等式
$$ \frac{a+b}{2} \ge \sqrt{ab} \quad (a,b > 0) $$
绝对值不等式
$$ ||a| - |b|| \le |a+b| \le |a| + |b| $$
柯西不等式
$$ (a^2+b^2)(c^2+d^2) \ge (ac+bd)^2 $$
三元均值不等式
$$ \frac{a+b+c}{3} \ge \sqrt[3]{abc} \quad (a,b,c > 0) $$
均值不等式链
$$ \frac{2}{\frac{1}{a}+\frac{1}{b}} \le \sqrt{ab} \le \frac{a+b}{2} \le \sqrt{\frac{a^2+b^2}{2}} $$
一元二次不等式解集
$$ ax^2 + bx + c > 0 \ (a>0,\ \Delta>0) \iff x < x_1 \ \text{或} \ x > x_2 $$
绝对值不等式解法
$$ |x| < a \iff -a < x < a \quad (a > 0) $$
伯努利不等式
$$ (1+x)^n \ge 1 + nx \quad (x > -1,\ n \ge 1) $$
排序不等式
$$ \sum_{i=1}^n a_i b_{n+1-i} \le \sum_{i=1}^n a_i b_{\sigma(i)} \le \sum_{i=1}^n a_i b_i $$
解析几何 (直线与圆)
直线点斜式
$$ y - y_0 = k(x - x_0) $$
直线斜截式
$$ y = kx + b \quad (k \text{ 为斜率},\ b \text{ 为纵截距}) $$
直线两点式
$$ \frac{y - y_1}{y_2 - y_1} = \frac{x - x_1}{x_2 - x_1} $$
直线截距式
$$ \frac{x}{a} + \frac{y}{b} = 1 \quad (ab \neq 0) $$
直线一般式
$$ Ax + By + C = 0 \quad (A^2 + B^2 \neq 0) $$
斜率与倾斜角
$$ k = \tan\alpha \quad (\alpha \neq 90^\circ) $$
点到直线距离
$$ d = \frac{|Ax_0 + By_0 + C|}{\sqrt{A^2 + B^2}} $$
两平行线距离
$$ d = \frac{|C_1 - C_2|}{\sqrt{A^2 + B^2}} $$
两直线平行条件
$$ l_1 \parallel l_2 \iff A_1B_2 - A_2B_1 = 0 $$
两直线垂直条件
$$ l_1 \perp l_2 \iff A_1A_2 + B_1B_2 = 0 $$
两直线夹角
$$ \tan\theta = \left|\frac{k_2 - k_1}{1 + k_1k_2}\right| \quad (k_1k_2 \neq -1) $$
圆的标准方程
$$ (x-a)^2 + (y-b)^2 = r^2 $$
圆的一般方程
$$ x^2 + y^2 + Dx + Ey + F = 0 \quad (D^2 + E^2 - 4F > 0) $$
一般方程的圆心与半径
$$ \left(-\frac{D}{2},\ -\frac{E}{2}\right), \quad r = \frac{\sqrt{D^2 + E^2 - 4F}}{2} $$
直线与圆位置关系
$$ d < r \iff \text{相交}, \quad d = r \iff \text{相切}, \quad d > r \iff \text{相离} $$
圆的弦长公式
$$ |AB| = 2\sqrt{r^2 - d^2} $$
圆的切线长
$$ |PT| = \sqrt{(x_0-a)^2 + (y_0-b)^2 - r^2} $$
两圆相交条件
$$ |r_1 - r_2| < d < r_1 + r_2 $$
立体几何
棱柱体积
$$ V = Sh $$
直棱柱侧面积
$$ S_{\text{侧}} = ch \quad (c \text{ 为底面周长}) $$
棱锥体积
$$ V = \frac{1}{3}Sh $$
正棱锥侧面积
$$ S_{\text{侧}} = \frac{1}{2}ch' \quad (h' \text{ 为斜高}) $$
棱台体积
$$ V = \frac{1}{3}h\left(S_1 + \sqrt{S_1S_2} + S_2\right) $$
圆台体积
$$ V = \frac{1}{3}\pi h(R^2 + Rr + r^2) $$
球的体积
$$ V = \frac{4}{3}\pi r^3 $$
球的表面积
$$ S = 4\pi r^2 $$
球的截面半径
$$ r = \sqrt{R^2 - d^2} $$
正四面体体积
$$ V = \frac{\sqrt{2}}{12}a^3 $$
欧拉多面体公式
$$ V - E + F = 2 $$
异面直线所成角
$$ \cos\theta = \frac{|\mathbf{a} \cdot \mathbf{b}|}{|\mathbf{a}||\mathbf{b}|} $$
直线与平面所成角
$$ \sin\theta = \frac{|\mathbf{a} \cdot \mathbf{n}|}{|\mathbf{a}||\mathbf{n}|} $$
二面角 (法向量法)
$$ \cos\theta = \frac{\mathbf{n}_1 \cdot \mathbf{n}_2}{|\mathbf{n}_1||\mathbf{n}_2|} $$
点到平面距离
$$ d = \frac{|\overrightarrow{AP} \cdot \mathbf{n}|}{|\mathbf{n}|} $$
圆锥曲线
椭圆标准方程
$$ \frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1 \quad (a>b>0) $$
椭圆离心率
$$ e = \frac{c}{a} = \sqrt{1 - \frac{b^2}{a^2}} $$
双曲线标准方程
$$ \frac{x^2}{a^2} - \frac{y^2}{b^2} = 1 $$
双曲线渐近线
$$ y = \pm \frac{b}{a}x $$
抛物线方程
$$ y^2 = 2px $$
椭圆参数关系
$$ a^2 = b^2 + c^2 $$
双曲线参数关系
$$ c^2 = a^2 + b^2 $$
双曲线离心率
$$ e = \frac{c}{a} = \sqrt{1 + \frac{b^2}{a^2}} $$
椭圆通径长
$$ \frac{2b^2}{a} $$
抛物线准线
$$ x = -\frac{p}{2} $$
抛物线焦半径
$$ |PF| = x_0 + \frac{p}{2} $$
椭圆焦点三角形周长
$$ C = 2a + 2c $$
复数
复数代数形式
$$ z = a + bi $$
复数模
$$ |z| = \sqrt{a^2 + b^2} $$
欧拉公式
$$ e^{ix} = \cos x + i\sin x $$
复数乘法
$$ (a+bi)(c+di) = (ac-bd) + (ad+bc)i $$
复数加减
$$ (a+bi) \pm (c+di) = (a \pm c) + (b \pm d)i $$
复数除法
$$ \frac{a+bi}{c+di} = \frac{(a+bi)(c-di)}{c^2+d^2} $$
共轭复数
$$ \bar{z} = a - bi $$
共轭复数性质
$$ z\bar{z} = |z|^2 $$
复数三角形式
$$ z = r(\cos\theta + i\sin\theta) $$
棣莫弗定理
$$ [r(\cos\theta + i\sin\theta)]^n = r^n(\cos n\theta + i\sin n\theta) $$
虚数单位的幂
$$ i^2 = -1, \quad i^3 = -i, \quad i^4 = 1 $$
排列组合与概率
排列数
$$ A_n^m = \frac{n!}{(n-m)!} $$
组合数
$$ C_n^m = \frac{n!}{m!(n-m)!} $$
组合性质
$$ C_n^m = C_n^{n-m} $$
二项式定理
$$ (a+b)^n = \sum_{k=0}^n C_n^k a^{n-k}b^k $$
条件概率
$$ P(B|A) = \frac{P(AB)}{P(A)} $$
二项式通项
$$ T_{k+1} = C_n^k a^{n-k} b^k $$
二项式系数和
$$ \sum_{k=0}^n C_n^k = 2^n $$
组合数递推
$$ C_{n+1}^m = C_n^m + C_n^{m-1} $$
互斥事件概率
$$ P(A \cup B) = P(A) + P(B) $$
对立事件概率
$$ P(\bar{A}) = 1 - P(A) $$
独立事件概率
$$ P(AB) = P(A)P(B) $$
全概率公式
$$ P(B) = \sum_{i=1}^n P(A_i)P(B|A_i) $$
n次独立重复试验
$$ P_n(k) = C_n^k p^k (1-p)^{n-k} $$
二项分布期望与方差
$$ E(X) = np, \quad D(X) = np(1-p) $$
超几何分布
$$ P(X = k) = \frac{C_M^k C_{N-M}^{n-k}}{C_N^n} $$
极限与连续
极限定义 (epsilon-delta)
$$ \forall \epsilon > 0, \exists \delta > 0, 0 < |x - x_0| < \delta \implies |f(x) - A| < \epsilon $$
重要极限 1
$$ \lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1 $$
重要极限 2
$$ \lim_{x \to \infty} (1 + \frac{1}{x})^x = e $$
洛必达法则
$$ \lim_{x \to c} \frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x \to c} \frac{f'(x)}{g'(x)} $$
泰勒公式
$$ f(x) = f(a) + f'(a)(x-a) + \frac{f''(a)}{2!}(x-a)^2 + \dots $$
重要极限 3
$$ \lim_{x \to 0} (1 + x)^{\frac{1}{x}} = e $$
夹逼准则
$$ g(x) \le f(x) \le h(x),\ \lim g(x) = \lim h(x) = A \Rightarrow \lim f(x) = A $$
单调有界准则
$$ \{a_n\} \text{ 单调有界} \Rightarrow \lim_{n \to \infty} a_n \text{ 存在} $$
等价无穷小 (三角)
$$ \sin x \sim x, \quad \tan x \sim x, \quad 1 - \cos x \sim \frac{x^2}{2} \quad (x \to 0) $$
等价无穷小 (指对)
$$ e^x - 1 \sim x, \quad \ln(1+x) \sim x \quad (x \to 0) $$
函数连续的定义
$$ \lim_{x \to x_0} f(x) = f(x_0) $$
麦克劳林展开 (指数)
$$ e^x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{x^n}{n!} $$
麦克劳林展开 (正弦)
$$ \sin x = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{(-1)^n x^{2n+1}}{(2n+1)!} $$
麦克劳林展开 (对数)
$$ \ln(1+x) = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^{n-1} x^n}{n} $$
几何级数求和
$$ \sum_{n=0}^{\infty} q^n = \frac{1}{1-q} \quad (|q| < 1) $$
导数与微分
导数定义
$$ f'(x) = \lim_{\Delta x \to 0} \frac{f(x+\Delta x)-f(x)}{\Delta x} $$
乘积法则
$$ (uv)' = u'v + uv' $$
商法则
$$ (\frac{u}{v})' = \frac{u'v - uv'}{v^2} $$
链式法则
$$ \frac{dy}{dx} = \frac{dy}{du} \cdot \frac{du}{dx} $$
幂函数导数
$$ (x^n)' = nx^{n-1} $$
指数函数导数
$$ (a^x)' = a^x \ln a $$
对数函数导数
$$ (\log_a x)' = \frac{1}{x \ln a} $$
正弦余弦导数
$$ (\sin x)' = \cos x, \quad (\cos x)' = -\sin x $$
反正切导数
$$ (\arctan x)' = \frac{1}{1 + x^2} $$
隐函数求导
$$ \frac{dy}{dx} = -\frac{F_x}{F_y} \quad (F_y \neq 0) $$
参数方程求导
$$ \frac{dy}{dx} = \frac{\psi'(t)}{\varphi'(t)} \quad (\varphi'(t) \neq 0) $$
高阶导数莱布尼茨公式
$$ (uv)^{(n)} = \sum_{k=0}^{n} C_n^k u^{(n-k)} v^{(k)} $$
罗尔定理
$$ f(a) = f(b) \Rightarrow \exists \xi \in (a,b),\ f'(\xi) = 0 $$
拉格朗日中值定理
$$ f(b) - f(a) = f'(\xi)(b - a), \quad \xi \in (a,b) $$
柯西中值定理
$$ \frac{f(b) - f(a)}{g(b) - g(a)} = \frac{f'(\xi)}{g'(\xi)} $$
微分表达式
$$ dy = f'(x)\,dx $$
积分学
牛顿-莱布尼茨公式
$$ \int_a^b f(x)dx = F(b) - F(a) $$
分部积分
$$ \int u dv = uv - \int v du $$
换元积分
$$ \int f(g(x))g'(x)dx = \int f(u)du $$
弧长公式
$$ L = \int_a^b \sqrt{1 + [f'(x)]^2} dx $$
旋转体体积
$$ V = \pi \int_a^b [f(x)]^2 dx $$
幂函数积分
$$ \int x^n dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} + C \quad (n \neq -1) $$
倒数积分
$$ \int \frac{1}{x} dx = \ln|x| + C $$
指数函数积分
$$ \int e^x dx = e^x + C $$
正弦积分
$$ \int \sin x \, dx = -\cos x + C $$
反正切积分
$$ \int \frac{dx}{1 + x^2} = \arctan x + C $$
定积分区间可加性
$$ \int_a^b f(x)dx = \int_a^c f(x)dx + \int_c^b f(x)dx $$
奇函数对称区间积分
$$ \int_{-a}^{a} f(x)dx = 0 \quad (f \text{ 为奇函数}) $$
积分中值定理
$$ \int_a^b f(x)dx = f(\xi)(b - a), \quad \xi \in [a,b] $$
反常积分
$$ \int_a^{+\infty} f(x)dx = \lim_{b \to +\infty} \int_a^b f(x)dx $$
平面图形面积
$$ A = \int_a^b [f(x) - g(x)]dx $$
旋转体侧面积
$$ S = 2\pi \int_a^b f(x)\sqrt{1 + [f'(x)]^2}\, dx $$
多元微积分
偏导数定义
$$ \frac{\partial f}{\partial x} = \lim_{h \to 0} \frac{f(x+h, y) - f(x, y)}{h} $$
全微分
$$ dz = \frac{\partial z}{\partial x}dx + \frac{\partial z}{\partial y}dy $$
梯度
$$ \nabla f = (\frac{\partial f}{\partial x}, \frac{\partial f}{\partial y}, \frac{\partial f}{\partial z}) $$
二重积分 (极坐标)
$$ \iint_D f(x,y)dxdy = \iint_{D'} f(r\cos\theta, r\sin\theta)r dr d\theta $$
格林公式
$$ \oint_L Pdx + Qdy = \iint_D (\frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y})dxdy $$
高斯散度定理
$$ \iiint_V \nabla \cdot \mathbf{F} \, dV = \iint_{\partial V} \mathbf{F} \cdot \mathbf{n} \, dS $$
斯托克斯定理
$$ \iint_S (\nabla \times \mathbf{F}) \cdot d\mathbf{S} = \oint_{\partial S} \mathbf{F} \cdot d\mathbf{r} $$
方向导数
$$ \frac{\partial f}{\partial \mathbf{l}} = f_x \cos\alpha + f_y \cos\beta $$
混合偏导相等
$$ \frac{\partial^2 z}{\partial x \partial y} = \frac{\partial^2 z}{\partial y \partial x} $$
拉格朗日乘数法
$$ \nabla f = \lambda \nabla g $$
二重积分 (化累次)
$$ \iint_D f(x,y)\,d\sigma = \int_a^b dx \int_{y_1(x)}^{y_2(x)} f(x,y)\,dy $$
三重积分 (柱坐标)
$$ \iiint_\Omega f \, dV = \iiint_{\Omega'} f \, r \, dr \, d\theta \, dz $$
三重积分 (球坐标)
$$ \iiint_\Omega f \, dV = \iiint_{\Omega'} f \, r^2 \sin\varphi \, dr \, d\varphi \, d\theta $$
雅可比行列式
$$ J = \frac{\partial(x,y)}{\partial(u,v)} = \begin{vmatrix} x_u & x_v \\ y_u & y_v \end{vmatrix} $$
第一类曲线积分
$$ \int_L f(x,y)\,ds $$
三元全微分
$$ du = u_x \, dx + u_y \, dy + u_z \, dz $$
线性代数
矩阵乘法
$$ (AB)_{ij} = \sum_{k} A_{ik}B_{kj} $$
伴随矩阵求逆
$$ A^{-1} = \frac{1}{|A|} A^* $$
克拉默法则
$$ x_i = \frac{D_i}{D} $$
特征值方程
$$ A\mathbf{x} = \lambda \mathbf{x} $$
特征多项式
$$ |\lambda I - A| = 0 $$
施密特正交化
$$ \beta_k = \alpha_k - \sum_{i=1}^{k-1} \frac{\langle \alpha_k, \beta_i \rangle}{\langle \beta_i, \beta_i \rangle} \beta_i $$
二阶行列式
$$ \begin{vmatrix} a & b \\ c & d \end{vmatrix} = ad - bc $$
行列式按行展开
$$ |A| = \sum_{j=1}^n a_{ij} A_{ij} $$
转置乘积性质
$$ (AB)^T = B^T A^T $$
逆矩阵乘积性质
$$ (AB)^{-1} = B^{-1} A^{-1} $$
二阶矩阵求逆
$$ \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix}^{-1} = \frac{1}{ad-bc}\begin{pmatrix} d & -b \\ -c & a \end{pmatrix} $$
秩的不等式
$$ r(A + B) \le r(A) + r(B) $$
相似矩阵
$$ B = P^{-1} A P $$
正交矩阵
$$ A^T A = I $$
二次型矩阵表示
$$ f(\mathbf{x}) = \mathbf{x}^T A \mathbf{x} $$
特征值的和与积
$$ \sum_{i=1}^n \lambda_i = \mathrm{tr}(A), \quad \prod_{i=1}^n \lambda_i = |A| $$
齐次方程组有非零解
$$ A\mathbf{x} = \mathbf{0} \ \text{有非零解} \iff |A| = 0 $$
概率论与数理统计
贝叶斯公式
$$ P(A|B) = \frac{P(B|A)P(A)}{P(B)} $$
期望 (离散)
$$ E(X) = \sum x_k p_k $$
期望 (连续)
$$ E(X) = \int_{-\infty}^{+\infty} x f(x) dx $$
方差
$$ D(X) = E(X^2) - [E(X)]^2 $$
正态分布 PDF
$$ f(x) = \frac{1}{\sqrt{2\pi}\sigma} e^{-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}} $$
协方差
$$ Cov(X,Y) = E[(X-E(X))(Y-E(Y))] $$
分布函数
$$ F(x) = P(X \le x) $$
密度函数归一性
$$ \int_{-\infty}^{+\infty} f(x)\,dx = 1 $$
二项分布
$$ P(X = k) = C_n^k p^k (1-p)^{n-k} $$
泊松分布
$$ P(X = k) = \frac{\lambda^k e^{-\lambda}}{k!} $$
均匀分布密度
$$ f(x) = \frac{1}{b-a}, \quad a \le x \le b $$
指数分布密度
$$ f(x) = \lambda e^{-\lambda x}, \quad x > 0 $$
期望的线性性
$$ E(aX + bY) = aE(X) + bE(Y) $$
方差的性质
$$ D(aX + b) = a^2 D(X) $$
切比雪夫不等式
$$ P(|X - \mu| \ge \varepsilon) \le \frac{\sigma^2}{\varepsilon^2} $$
中心极限定理
$$ \lim_{n \to \infty} P\left(\frac{\sum_{i=1}^n X_i - n\mu}{\sigma\sqrt{n}} \le x\right) = \Phi(x) $$
相关系数
$$ \rho_{XY} = \frac{Cov(X,Y)}{\sqrt{D(X)}\sqrt{D(Y)}} $$
样本均值
$$ \bar{X} = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^n X_i $$
样本方差
$$ S^2 = \frac{1}{n-1}\sum_{i=1}^n (X_i - \bar{X})^2 $$
力学 (Classical Mechanics)
匀变速直线运动
$$ x = v_0t + \frac{1}{2}at^2 $$
牛顿第二定律
$$ F = ma $$
万有引力
$$ F = G\frac{Mm}{r^2} $$
胡克定律
$$ F = -kx $$
动能定理
$$ W = \Delta E_k = \frac{1}{2}mv_2^2 - \frac{1}{2}mv_1^2 $$
机械能守恒
$$ \frac{1}{2}mv_1^2 + mgh_1 = \frac{1}{2}mv_2^2 + mgh_2 $$
单摆周期
$$ T = 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}} $$
匀变速速度公式
$$ v = v_0 + at $$
速度位移关系
$$ v^2 - v_0^2 = 2ax $$
平均速度
$$ \bar{v} = \frac{x}{t} = \frac{v_0 + v}{2} $$
自由落体
$$ h = \frac{1}{2}gt^2 $$
平抛运动
$$ x = v_0 t, \quad y = \frac{1}{2}gt^2 $$
线速度与角速度
$$ v = \omega r = \frac{2\pi r}{T} $$
向心加速度
$$ a_n = \frac{v^2}{r} = \omega^2 r $$
向心力
$$ F_n = m\frac{v^2}{r} = m\omega^2 r $$
动量定理
$$ Ft = mv_2 - mv_1 $$
动量守恒
$$ m_1 v_1 + m_2 v_2 = m_1 v_1' + m_2 v_2' $$
功
$$ W = Fs\cos\theta $$
功率
$$ P = \frac{W}{t} = Fv\cos\theta $$
动能
$$ E_k = \frac{1}{2}mv^2 $$
重力势能
$$ E_p = mgh $$
弹性势能
$$ E_p = \frac{1}{2}kx^2 $$
浮力
$$ F_{\text{浮}} = \rho g V_{\text{排}} $$
压强
$$ p = \frac{F}{S} $$
液体压强
$$ p = \rho g h $$
第一宇宙速度
$$ v = \sqrt{\frac{GM}{R}} $$
开普勒第三定律
$$ \frac{a^3}{T^2} = k $$
电磁学 (Electromagnetism)
库仑定律
$$ F = k\frac{q_1q_2}{r^2} $$
电场强度
$$ E = \frac{F}{q} = k\frac{Q}{r^2} $$
欧姆定律
$$ I = \frac{U}{R} $$
焦耳定律
$$ Q = I^2Rt $$
洛伦兹力
$$ f = qvB\sin\theta $$
安培力
$$ F = BIL\sin\theta $$
法拉第电磁感应
$$ E = n\frac{\Delta \Phi}{\Delta t} $$
变压器公式
$$ \frac{U_1}{U_2} = \frac{n_1}{n_2} $$
电流的定义
$$ I = \frac{q}{t} $$
电功
$$ W = UIt $$
电功率
$$ P = UI = I^2 R = \frac{U^2}{R} $$
串联电阻
$$ R = R_1 + R_2 + \cdots + R_n $$
并联电阻
$$ \frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \cdots + \frac{1}{R_n} $$
电阻定律
$$ R = \rho\frac{L}{S} $$
闭合电路欧姆定律
$$ I = \frac{\mathcal{E}}{R + r} $$
电容定义式
$$ C = \frac{Q}{U} $$
平行板电容
$$ C = \frac{\varepsilon_r S}{4\pi k d} $$
磁通量
$$ \Phi = BS $$
导体切割磁感线
$$ \mathcal{E} = BLv $$
电场力做功
$$ W = qU $$
电势差
$$ U_{AB} = \frac{W_{AB}}{q} $$
电势能
$$ E_p = q\varphi $$
交流电有效值
$$ U = \frac{U_m}{\sqrt{2}} $$
电磁波波速
$$ c = \lambda f $$
热学 (Thermodynamics)
理想气体状态方程
$$ pV = nRT $$
热力学第一定律
$$ \Delta U = Q + W $$
热机效率
$$ \eta = \frac{W}{Q_1} = 1 - \frac{Q_2}{Q_1} $$
玻意耳定律
$$ p_1 V_1 = p_2 V_2 $$
查理定律
$$ \frac{p_1}{T_1} = \frac{p_2}{T_2} $$
盖-吕萨克定律
$$ \frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2} $$
气态方程 (一定质量)
$$ \frac{p_1 V_1}{T_1} = \frac{p_2 V_2}{T_2} $$
热量公式
$$ Q = cm\Delta t $$
分子数计算
$$ N = nN_A = \frac{m}{M}N_A $$
理想气体内能
$$ U = \frac{i}{2}nRT $$
卡诺循环效率
$$ \eta = 1 - \frac{T_2}{T_1} $$
热力学第二定律 (熵)
$$ \Delta S \ge 0 $$
热力学温标换算
$$ T = t + 273.15\ \mathrm{K} $$
近代物理与相对论
光电效应
$$ E_k = h\nu - W_0 $$
质能方程
$$ E = mc^2 $$
洛伦兹因子
$$ \gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - v^2/c^2}} $$
时间膨胀
$$ \Delta t' = \gamma \Delta t $$
长度收缩
$$ L' = \frac{L}{\gamma} $$
薛定谔方程
$$ i\hbar\frac{\partial}{\partial t}\Psi = \hat{H}\Psi $$
不确定性原理
$$ \Delta x \Delta p \ge \frac{\hbar}{2} $$
德布罗意波长
$$ \lambda = \frac{h}{p} = \frac{h}{mv} $$
玻尔能级公式
$$ E_n = \frac{E_1}{n^2}, \quad E_1 = -13.6\ \mathrm{eV} $$
氢原子跃迁
$$ h\nu = E_m - E_n $$
半衰期规律
$$ N = N_0\left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{t}{T}} $$
质量亏损与结合能
$$ \Delta E = \Delta m c^2 $$
相对论质量
$$ m = \frac{m_0}{\sqrt{1 - v^2/c^2}} $$
相对论动能
$$ E_k = (\gamma - 1)m_0 c^2 $$
康普顿散射
$$ \Delta\lambda = \frac{h}{m_e c}(1 - \cos\theta) $$
维恩位移定律
$$ \lambda_{\max} T = b $$
斯特藩-玻尔兹曼定律
$$ M = \sigma T^4 $$
铀核裂变方程
$$ \ce{^{235}_{92}U + ^{1}_{0}n -> ^{141}_{56}Ba + ^{92}_{36}Kr + 3^{1}_{0}n} $$
麦克斯韦方程组
高斯定律 (电)
$$ \nabla \cdot \mathbf{E} = \frac{\rho}{\epsilon_0} $$
高斯定律 (磁)
$$ \nabla \cdot \mathbf{B} = 0 $$
法拉第定律
$$ \nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t} $$
安培-麦克斯韦定律
$$ \nabla \times \mathbf{B} = \mu_0(\mathbf{J} + \epsilon_0\frac{\partial \mathbf{E}}{\partial t}) $$
高斯定律 (积分形式)
$$ \oint_S \mathbf{E} \cdot d\mathbf{S} = \frac{Q}{\varepsilon_0} $$
磁场高斯定律 (积分形式)
$$ \oint_S \mathbf{B} \cdot d\mathbf{S} = 0 $$
法拉第定律 (积分形式)
$$ \oint_L \mathbf{E} \cdot d\mathbf{l} = -\frac{d\Phi_B}{dt} $$
安培环路定律 (积分形式)
$$ \oint_L \mathbf{B} \cdot d\mathbf{l} = \mu_0 I + \mu_0\varepsilon_0\frac{d\Phi_E}{dt} $$
洛伦兹力 (矢量式)
$$ \mathbf{F} = q(\mathbf{E} + \mathbf{v} \times \mathbf{B}) $$
真空中电磁波速
$$ c = \frac{1}{\sqrt{\mu_0 \varepsilon_0}} $$
坡印廷矢量
$$ \mathbf{S} = \frac{1}{\mu_0}\mathbf{E} \times \mathbf{B} $$
电荷连续性方程
$$ \nabla \cdot \mathbf{J} + \frac{\partial \rho}{\partial t} = 0 $$
常用化学方程式
光合作用
$$ \ce{6CO2 + 6H2O ->[\text{光照}][\text{叶绿素}] C6H12O6 + 6O2} $$
碳酸钙分解
$$ \ce{CaCO3 ->[\text{高温}] CaO + CO2\uparrow} $$
铜与浓硝酸
$$ \ce{Cu + 4HNO3(\text{浓}) -> Cu(NO3)2 + 2NO2\uparrow + 2H2O} $$
氨气催化氧化
$$ \ce{4NH3 + 5O2 ->[\text{催化剂}][\Delta] 4NO + 6H2O} $$
钠与水反应
$$ \ce{2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2\uparrow} $$
铝与氢氧化钠
$$ \ce{2Al + 2NaOH + 2H2O -> 2NaAlO2 + 3H2\uparrow} $$
氯气与水反应
$$ \ce{Cl2 + H2O <=> HCl + HClO} $$
二氧化硫与水
$$ \ce{SO2 + H2O <=> H2SO3} $$
铁与水蒸气
$$ \ce{3Fe + 4H2O ->[\text{高温}] Fe3O4 + 4H2} $$
乙醇燃烧
$$ \ce{C2H5OH + 3O2 ->[\text{点燃}] 2CO2 + 3H2O} $$
银镜反应
$$ \ce{CH3CHO + 2Ag(NH3)2OH ->[\Delta] CH3COONH4 + 2Ag\downarrow + 3NH3 + H2O} $$
电解饱和食盐水
$$ \ce{2NaCl + 2H2O ->[\text{电解}] 2NaOH + H2\uparrow + Cl2\uparrow} $$
工业合成氨
$$ \ce{N2 + 3H2 <=>[\text{高温高压}][\text{催化剂}] 2NH3} $$
接触法制硫酸
$$ \ce{2SO2 + O2 <=>[\text{催化剂}][\Delta] 2SO3} $$
酯化反应
$$ \ce{CH3COOH + C2H5OH <=>[\text{加热}][\text{浓硫酸}] CH3COOC2H5 + H2O} $$
物质结构与性质
物质的量
$$ n = \frac{m}{M} = \frac{N}{N_A} = \frac{V}{V_m} $$
pH计算
$$ \text{pH} = -\lg c(\ce{H+}) $$
离子积常数
$$ K_w = c(\ce{H+}) \cdot c(\ce{OH-}) = 10^{-14} \quad (25^\circ\text{C}) $$
电子排布 (Fe)
$$ \ce{[Ar]3d^6 4s^2} $$
物质的量浓度
$$ c = \frac{n}{V} $$
浓度与质量分数换算
$$ c = \frac{1000\rho w}{M} $$
溶质质量分数
$$ w = \frac{m_{\text{溶质}}}{m_{\text{溶液}}} \times 100\% $$
阿伏伽德罗定律
$$ \frac{V_1}{V_2} = \frac{n_1}{n_2} \quad (\text{同温同压}) $$
气体摩尔体积 (标况)
$$ V_m = 22.4\ \mathrm{L/mol} $$
弱酸电离常数
$$ K_a = \frac{c(\ce{H+}) \cdot c(\ce{A-})}{c(\ce{HA})} $$
溶度积表达式
$$ K_{sp} = c(\ce{A+})^m \cdot c(\ce{B-})^n $$
盖斯定律
$$ \Delta H = \Delta H_1 + \Delta H_2 + \cdots + \Delta H_n $$
核外电子排布规律
$$ \text{第 } n \text{ 层最多容纳 } 2n^2 \text{ 个电子} $$
物理化学
吉布斯自由能
$$ \Delta G = \Delta H - T\Delta S $$
阿伦尼乌斯方程
$$ k = Ae^{-\frac{E_a}{RT}} $$
能斯特方程
$$ E = E^\theta - \frac{RT}{nF}\ln Q $$
布拉格方程
$$ 2d\sin\theta = n\lambda $$
焓的定义
$$ H = U + pV $$
可逆过程熵变
$$ \Delta S = \frac{Q_r}{T} $$
标准吉布斯与平衡常数
$$ \Delta G^\ominus = -RT\ln K $$
化学反应速率方程
$$ v = k\, c_A^m c_B^n $$
一级反应半衰期
$$ t_{1/2} = \frac{\ln 2}{k} $$
范特霍夫方程
$$ \ln\frac{K_2}{K_1} = -\frac{\Delta H}{R}\left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right) $$
克拉佩龙方程
$$ \frac{dp}{dT} = \frac{\Delta H_m}{T\Delta V_m} $$
拉乌尔定律
$$ p_A = p_A^* x_A $$
亨利定律
$$ p_B = k_x x_B $$