Mulțimi numerice și simboluri

Lumea matematicii e organizată în mulțimi numerice care ne ajută să clasificăm diferite tipuri de numere. Mulțimea numerelor naturale $\mathbb{N}$ este cea cu care ai început să lucrezi încă din clasele primare.

Din ea fac parte și alte submulțimi importante: numerele întregi $\mathbb{Z}$, numerele raționale $\mathbb{Q}$ și numerele reale $\mathbb{R}$. Relația dintre ele este $\mathbb{N} \subset \mathbb{Z} \subset \mathbb{Q} \subset \mathbb{R}$.

În matematică folosim diverse simboluri pentru a exprima relațiile: $\in$ (aparține), $\notin$ (nu aparține), $\subset$ (inclus), $\forall$ (oricare ar fi) și $\exists$ (există).

Bine de știut: Fiecare mulțime numerică are propriul său rol în matematică. Când rezolvi probleme, prima întrebare pe care trebuie să ți-o pui este: "În ce mulțime numerică se află soluțiile mele?"

Când lucrăm cu mulțimi, avem două operații de bază:

• Reuniunea $A \cup B$ = mulțimea elementelor care aparțin cel puțin uneia dintre mulțimi
• Intersecția $A \cap B$ = mulțimea elementelor comune celor două mulțimi

Intervale și aproximări

Intervalele ne ajută să reprezentăm o mulțime de numere între anumite limite. Acestea pot fi nemărginite la stânga sau la dreapta.

Un interval deschis nemărginit la dreapta, notat ($a$, ∞), include toate numerele mai mari decât $a$. În schimb, un interval închis nemărginit la dreapta $a$, ∞) include și numărul $a$. Similar avem și intervalele nemărginite la stânga: (-∞, $a$) și (-∞, $a$.

Pentru valori absolute există două reguli importante:

• |$x$| > $a$ înseamnă că $x$ < -$a$ sau $x$ > $a$
• |$x$| ≥ $a$ înseamnă că $x$ ≤ -$a$ sau $x$ ≥ $a$

Aproximările sunt folosite frecvent în calcule practice. Când aproximăm prin lipsă la zeci, luăm cel mai mare număr format doar din zeci care e mai mic decât numărul dat. Când aproximăm prin adaos, luăm cel mai mic număr format doar din zeci care e mai mare decât numărul dat.

Sfat practic: Când faci aproximări, gândește-te la numărul rotund cel mai apropiat "în jos" (pentru aproximarea prin lipsă) sau "în sus" (pentru aproximarea prin adaos).

Adunarea are proprietăți importante: e comutativă $a + b = b + a$, asociativă, și zero este element neutru. Înmulțirea e și ea comutativă $a \cdot b = b \cdot a$.

Operații cu numere întregi și fracții ordinare

La numerele întregi, semnele determină rezultatul operațiilor. Trebuie să ții minte câteva reguli simple:

• La înmulțire/împărțire: semne la fel dau plus, semne diferite dau minus
• La adunare/scădere: urmează regulile de calcul învățate anterior

O fracție ordinară are forma $\frac{a}{b}$, unde $a$ este numărătorul și $b$ este numitorul. În funcție de relația dintre numărător și numitor, fracțiile pot fi:

• Subunitare când $a < b$ (mai mici decât 1)
• Echiunitare când $a = b$ (egale cu 1)
• Supraunitare când $a > b$ (mai mari decât 1)

Două fracții sunt echivalente $\frac{a}{b} = \frac{c}{d}$ dacă $a \cdot d = b \cdot c$. O fracție este ireductibilă când numărătorul și numitorul nu mai au divizori comuni în afară de 1.

Important: Pentru a simplifica o fracție, împarte atât numărătorul cât și numitorul la cel mai mare divizor comun al lor. Asta te ajută să obții forma cea mai simplă.

Operațiile de bază cu fracții includ:

• Simplificarea: $\frac{a}{b} = \frac{a:d}{b:d}$ unde $d$ este un divizor comun
• Amplificarea: $\frac{a}{b} = \frac{c \cdot a}{c \cdot b}$
• Inversa fracției $\frac{a}{b}$ este $\frac{b}{a}$
• Opusa fracției $\frac{a}{b}$ este $-\frac{a}{b}$

Fracții zecimale și operații avansate

Întregii pot fi scriși ca fracții prin împărțirea la 1: $a = \frac{a}{1}$. Când lucrăm cu procente, folosim relația simplă: $p$.

La împărțirea fracțiilor aplicăm regula: $\frac{a}{b} : \frac{c}{d} = \frac{a}{b} \cdot \frac{d}{c}$ - înmulțim prima fracție cu inversa celei de-a doua.

Când ridicăm la putere fracțiile, folosim proprietățile:

• $(rac{a}{b})^m \cdot (rac{a}{b})^n = (rac{a}{b})^{m+n}$
• $(rac{a}{b})^m : (rac{a}{b})^n = (rac{a}{b})^{m-n}$
• $[(rac{a}{b})^m]^n = (rac{a}{b})^{m \cdot n}$

Fracțiile zecimale sunt un mod convenabil de a scrie fracțiile ordinare cu numitorul putere a lui 10. Pentru a transforma o fracție zecimală în fracție ordinară, folosim formulele:

• $a,b_1b_2...b_k = \frac{a \ b_1b_2...b_k}{10^k}$
• Pentru zecimale periodice simple: $0,(a) = \frac{a}{9}$, $0,(ab) = \frac{ab}{99}$

Trucul matematic: Pentru transformarea unei zecimale periodice în fracție ordinară, pune la numărător diferența dintre numărul format până la sfârșitul primei perioade și numărul format înainte de începerea perioadei, iar la numitor pune atâția de 9 câte cifre are perioada, urmați de atâția de 0 câte cifre are partea neperiodică după virgulă.

Rădăcina pătrată și reguli de calcul cu radicali

Rădăcina pătrată (sau radicalul) a unui număr $x$ este numărul care, înmulțit cu sine însuși, dă $x$. Notăm $\sqrt{x} = m$ dacă $m^2 = x$.

Când lucrezi cu radicali, există câteva reguli esențiale de calcul:

1. $\sqrt{a^2} = |a|$ pentru orice $a \in \mathbb{R}$; dar dacă $a \geq 0$, atunci $\sqrt{a^2} = a$

2. Produsul de radicali: $\sqrt{a \cdot b} = \sqrt{a} \cdot \sqrt{b}$, pentru $a, b \geq 0$

3. Împărțirea radicalilor: $\sqrt{\frac{a}{b}} = \frac{\sqrt{a}}{\sqrt{b}}$ pentru $a \geq 0, b > 0$

4. Ridicarea la putere: $\sqrt{x^m} = x^{\frac{m}{2}}$ pentru $x > 0$

Atenție: La calculele cu radicali, verifică mereu condițiile de existență! Numerele de sub radical trebuie să fie pozitive pentru ca rezultatul să fie un număr real.

Pentru calcule mai complexe, poți folosi tehnici precum:

• Scoaterea factorilor de sub radical: $\sqrt{a^2 \cdot b} = |a| \sqrt{b}$ pentru $b \geq 0$
• Introducerea factorilor sub radical: $a \sqrt{b} = \sqrt{a^2b}$ pentru $a, b > 0$
• Raționalizarea numitorului: $\frac{c}{\sqrt{b}} = \frac{c \sqrt{b}}{b}$ pentru $b > 0$

Ecuații și inecuații

În geometria analitică, coordonatele mijlocului unui segment AB sunt mediile aritmetice ale coordonatelor capetelor: $x_M = \frac{x_A + x_B}{2}$, $y_M = \frac{y_A + y_B}{2}$.

Ecuațiile de forma $ax + b = 0$, unde $a, b \in \mathbb{R}$ sunt fundamentale în algebră:

• Dacă $a \neq 0$, ecuația are o soluție unică: $x = -\frac{b}{a}$
• Dacă $a = 0$ și $b = 0$, ecuația devine $0 = 0$ și are o infinitate de soluții: $S = \mathbb{R}$
• Dacă $a = 0$ și $b \neq 0$, ecuația devine $b = 0$ (fals), deci nu are soluții: $S = \emptyset$

Pentru inecuațiile de forma $ax + b \leq 0$ (sau cu ≥, <, >), avem:

• Dacă $a > 0$: $x \leq -\frac{b}{a}$, deci $S = (-\infty, -\frac{b}{a}]$
• Dacă $a < 0$: $x \geq -\frac{b}{a}$, deci $S = [-\frac{b}{a}, +\infty)$
• Dacă $a = 0$ și $b \leq 0$: orice $x$ este soluție, deci $S = \mathbb{R}$
• Dacă $a = 0$ și $b > 0$: nu există soluții, deci $S = \emptyset$

Sfat de rezolvare: La inecuații, semnul de inegalitate se schimbă când înmulțești sau împarți ambele părți cu un număr negativ. Fii atent la acest aspect când izolezi necunoscuta!

Ecuațiile cu două necunoscute $ax + by + c = 0$ au, în general, o infinitate de soluții care se pot scrie sub forma $(x, \frac{c-ax}{b})$ pentru $x \in \mathbb{R}$, dacă $b \neq 0$.

Sisteme de ecuații și ecuații de gradul al doilea

Sistemele de ecuații liniare cu două necunoscute au forma: $\begin{cases} a_1x + b_1y = c_1 \ a_2x + b_2y = c_2 \end{cases}$

Pentru rezolvare, putem folosi două metode principale:

Metoda substituției:

1. Alege o necunoscută pe care vrei să o înlocuiești
2. Exprimă necunoscuta aleasă în funcție de cealaltă folosind una din ecuații
3. Înlocuiește în ecuația rămasă necunoscuta aleasă
4. Rezolvă ecuația și află valoarea unei necunoscute
5. Înlocuiește valoarea găsită pentru a afla cealaltă necunoscută
6. Scrie soluția sistemului

Metoda reducerii:

1. Rescrie ecuațiile, dacă e necesar
2. Alege necunoscuta pe care vrei să o reduci
3. Înmulțește ecuațiile pentru ca necunoscuta aleasă să aibă coeficienți opuși
4. Adună ecuațiile pentru a reduce necunoscuta
5. Rezolvă ecuația rezultată
6. Repetă pentru cealaltă necunoscută
7. Scrie soluția finală

Trucul succesului: Pentru sisteme, alege metoda în funcție de forma ecuațiilor. Dacă o ecuație are un coeficient 1, metoda substituției poate fi mai ușoară. Dacă coeficienții sunt numere care se pot reduce ușor, folosește metoda reducerii.

Ecuațiile de gradul al doilea au forma $ax^2 + bx + c = 0$, unde $a, b, c \in \mathbb{R}$ și $a \neq 0$. Acestea reprezintă un pas important în studiul algebrei.

Proporții și mărimi proporționale

Când avem o proporție $\frac{a}{b} = \frac{c}{d}$, putem deriva mai multe proprietăți utile:

• Prin schimbarea termenilor între ei: $\frac{a}{c} = \frac{b}{d}$ sau $\frac{d}{b} = \frac{c}{a}$
• Cu aceeași termeni: $\frac{a}{a+b} = \frac{c}{c+d}$ sau $\frac{a}{a-b} = \frac{c}{c-d}$

Într-un șir de rapoarte egale, cum ar fi $\frac{a_1}{b_1} = \frac{a_2}{b_2} = ... = \frac{a_m}{b_m}$, suma numerelor din numărătoare împărțită la suma numerelor din numitor dă același raport: $\frac{a_1+a_2+...+a_m}{b_1+b_2+...+b_m} = K$.

Mărimile direct proporționale sunt cele pentru care raportul rămâne constant: $\frac{a_1}{b_1} = \frac{a_2}{b_2} = ... = K$.

Mărimile invers proporționale sunt cele pentru care produsul rămâne constant: $a_1b_1 = a_2b_2 = ... = K$.

Aplicație practică: În viața de zi cu zi, mărimile direct proporționale apar când crește consumul odată cu cantitatea $de ex., mai mulți km parcurși = mai mult combustibil consumat$. Mărimile invers proporționale apar când creșterea uneia duce la scăderea celeilalte $de ex., mai mulți muncitori = mai puțin timp necesar pentru a termina o lucrare$.

Regula de trei simplă ne ajută să găsim o valoare necunoscută:

• Pentru mărimi direct proporționale: $x = \frac{bc}{a}$
• Pentru mărimi invers proporționale: $x = \frac{ab}{c}$

Probabilitate, cifre romane și unități de măsură

Probabilitatea unui eveniment se calculează ca raport între numărul cazurilor favorabile și numărul total de cazuri posibile: $P = \frac{\text{număr cazuri favorabile}}{\text{număr cazuri posibile}}$.

Cifrele romane formează un sistem de numerație folosit și astăzi în anumite contexte:

• I = 1, V = 5, X = 10, L = 50, C = 100, D = 500, M = 1000
• Pentru a forma numere, se scriu cifrele în ordine descrescătoare $de ex. XVI = 16$
• Excepție: când o cifră mai mică precede una mai mare, se scade $de ex. IV = 4$

Unitățile de măsură sunt esențiale pentru exprimarea cantităților:

Pentru lungime (unitatea de bază este metrul):

• 1 mm = 0,001 m
• 1 cm = 0,01 m
• 1 dm = 0,1 m
• 1 dam = 10 m
• 1 hm = 100 m
• 1 km = 1000 m

Cum să reții: Folosește prefixele: mili (m) = 0,001, centi (c) = 0,01, deci (d) = 0,1, deca (da) = 10, hecto (h) = 100, kilo (k) = 1000. Aceste prefixe se aplică la toate unitățile de măsură!

Pentru suprafață (unitatea de bază este metrul pătrat):

• 1 mm² = 0,000001 m² (10⁻⁶)
• 1 cm² = 0,0001 m² (10⁻⁴)
• 1 dam² = 100 m² = 1 ar
• 1 hm² = 10.000 m² = 1 hectar

Unități de măsură - continuare

Pentru volum (unitatea de bază este metrul cub, m³), relațiile între unități urmează un tipar specific:

• 1 mm³ = 10⁻⁹ m³ (o biliarditime)
• 1 cm³ = 10⁻⁶ m³ (o milionime)
• 1 dm³ = 10⁻³ m³ (o miime)
• 1 dam³ = 10³ m³ (o mie)
• 1 hm³ = 10⁶ m³ (un milion)
• 1 km³ = 10⁹ m³ (un miliard)

Capacitatea se măsoară în litri (l), care echivalează cu 1 dm³:

• 1 ml = 0,001 l (mililitru)
• 1 cl = 0,01 l (centilitru)
• 1 dl = 0,1 l (decilitru)
• 1 dal = 10 l (decalitru)
• 1 hl = 100 l (hectolitru)
• 1 kl = 1000 l (kilolitru)

Pentru masă, unitatea de bază este kilogramul (kg):

• 1 t = 1000 kg (o tonă)
• 1 hg = 0,1 kg (hectogram)
• 1 dag = 0,01 kg (decagram)
• 1 g = 0,001 kg (gram)
• 1 dg = 0,0001 kg (decigram)
• 1 cg = 0,00001 kg (centigram)
• 1 mg = 0,000001 kg (miligram)

Trucul convertirii: La unitățile de masă, gândește-te că la fiecare pas de conversie înmulțești sau împarți cu 10. Pentru capacitate e la fel, dar pentru volum înmulțești sau împarți cu 1000!

Timpul se măsoară diferit față de celelalte unități:

• 1 min = 60 s
• 1 h = 60 min = 3600 s
• 1 zi = 24 h = 86.400 s
• 1 an = 12 luni $365/366 zile$
• 1 deceniu = 10 ani
• 1 secol = 100 ani
• 1 mileniu = 1000 ani