Mathematik lernen · Klasse 5 bis Abitur

Formelsammlung Mathematik

Alle wichtigen Formeln der Schulmathematik von Klasse 5 bis zum Abitur in kompakten Tabellen, jeweils mit Hinweis auf die Bedingungen. Zum Nachschlagen am Bildschirm und zum Ausdrucken.

Formelsammlung Mathematik
Bild: Georg Freiherr von Vega (Jurij Vega), Public domain · Wikimedia Commons

Die Formelsammlung Mathematik fasst die wichtigsten Formeln der Schulmathematik von Klasse 5 bis zum Abitur zusammen: Terme, Gleichungen, Prozente und Zinsen, Geometrie, Trigonometrie, Funktionen, Potenzen und Logarithmen, Analysis, Vektoren und Stochastik. Sie ist zum Nachschlagen gedacht und zum Ausdrucken.

Jede Tabelle hat drei Spalten: den Begriff, die Formel und einen kurzen Hinweis. Der Hinweis sagt, wofür die Buchstaben stehen und wann die Formel gilt. Ausführliche Erklärungen mit Beispielen und Übungen findest du auf den verlinkten Lernseiten. Eine Formelsammlung ersetzt das Verstehen nicht: Sie hilft dir, dich an eine Formel zu erinnern, die du schon einmal hergeleitet hast.

Zahlen und Terme: Rechengesetze, Brüche, binomische Formeln

Die Grundlagen des Rechnens: Rechengesetze, Bruchrechnung und die binomischen Formeln. Erklärungen und Übungen findest du auf der Seite Terme vereinfachen.

Rechengesetze und Bruchrechnung
BegriffFormelHinweis
Kommutativgesetza+b=b+a, a·b=b·aBei Plus und Mal darf man die Reihenfolge tauschen.
Assoziativgesetz(a+b)+c=a+(b+c), (a·b)·c=a·(b·c)Bei Plus und Mal darf man Klammern verschieben.
Distributivgesetza·(b+c)=a·b+a·cAusmultiplizieren von links nach rechts, Ausklammern von rechts nach links.
Minusklammera−(b+c)=a−b−cSteht vor der Klammer ein Minus, drehen sich alle Vorzeichen um.
Erweitern und Kürzenab=a·kb·kMit b≠0 und k≠0. Der Wert des Bruchs ändert sich nicht.
Brüche addierenab+cd=ad+bcbdGleichnamig machen, dann die Zähler addieren. Mit b,d≠0.
Brüche multiplizierenab·cd=acbdZähler mal Zähler, Nenner mal Nenner.
Brüche dividierenab:cd=adbcMit dem Kehrwert multiplizieren. Mit c≠0.
Binomische Formeln und Summenformeln
BegriffFormelHinweis
1. binomische Formel(a+b)2=a2+2ab+b2Beispiel: 103² = 100² + 2 · 100 · 3 + 3² = 10.609.
2. binomische Formel(a−b)2=a2−2ab+b2Beispiel: 98² = 100² − 2 · 100 · 2 + 2² = 9.604.
3. binomische Formel(a+b)(a−b)=a2−b2Beispiel: 51 · 49 = 50² − 1² = 2.499.
Kubischer Binomialsatz(a+b)3=a3+3a2b+3ab2+b3Die Faktoren 1, 3, 3, 1 stehen im pascalschen Dreieck.
Differenz von Kubena3−b3=(a−b)(a2+ab+b2)Hilft beim Kürzen und beim Faktorisieren.
Summe von Kubena3+b3=(a+b)(a2−ab+b2)Der zweite Faktor hat ein Minus in der Mitte.
Gaußsche Summenformel1+2+3+…+n=n(n+1)2Summe der ersten n Zahlen. Beispiel: 1 + 2 + … + 100 = 5.050.
Geometrische Summe1+q+q2+…+qn=1−qn+11−qFür q≠1. Beispiel: 1 + 2 + 4 + 8 = 15.

Gleichungen: linear, quadratisch, Gleichungssysteme

Lineare Gleichungen, Gleichungssysteme mit zwei Unbekannten und quadratische Gleichungen. Die Lösungswege stehen auf der Seite Gleichungen lösen.

Lineare Gleichungen, Systeme und Ungleichungen
BegriffFormelHinweis
Lineare Gleichungax+b=c⇒x=c−baMit a≠0. Durch Einsetzen prüfen.
Gleichungssystem, Lösung für xx=c1b2−c2b1a1b2−a2b1Für zwei Gleichungen der Form ax+by=c mit den Nummern 1 und 2 (Cramersche Regel). Der Nenner darf nicht 0 sein.
Gleichungssystem, Lösung für yy=a1c2−a2c1a1b2−a2b1Gleicher Nenner wie bei x.
Betragsgleichung|x|=c⇒x=c oder x=−cMit c≥0.
Ungleichung−ax<b⇒x>−baMit a>0. Teilt man durch eine negative Zahl, dreht sich das Zeichen um.
Quadratische Gleichungen
BegriffFormelHinweis
Reinquadratische Gleichungx2=c⇒x=±cMit c≥0. Für c<0 gibt es keine reelle Lösung.
Ausklammernx(x+p)=0Dann gilt x=0 oder x=−p. Ein Produkt ist null, wenn ein Faktor null ist.
pq-Formelx1,2=−p2±(p2)2−qFür x2+px+q=0. Vorher durch den Faktor vor x2 teilen.
abc-Formelx1,2=−b±b2−4ac2aFür ax2+bx+c=0 mit a≠0. Auch Mitternachtsformel genannt.
DiskriminanteD=b2−4acD>0: zwei Lösungen, D=0: eine Lösung, D<0: keine reelle Lösung.
Satz von Vietax1+x2=−p, x1·x2=qFür x2+px+q=0 mit den Lösungen x1 und x2.
Linearfaktorenx2+px+q=(x−x1)(x−x2)x1 und x2 sind die Nullstellen.
Quadratische Ergänzungx2+px=(x+p2)2−(p2)2Aus dieser Umformung entsteht die pq-Formel.

Prozent und Zinsen: Prozentrechnung, Zinseszins, Dreisatz

Prozentwert, Grundwert und Prozentsatz, dazu Zinsen, Zinseszins und Dreisatz. Alles mit Beispielen auf der Seite Prozentrechnung.

Prozentrechnung und Dreisatz
BegriffFormelHinweis
ProzentwertW=G·p100G Grundwert, p Prozentsatz in Prozent. Beispiel: 20 % von 150 sind 30.
GrundwertG=W·100pBeispiel: 30 sind 20 % von 150.
Prozentsatzp=WG·100Ergebnis in Prozent. Beispiel: 30 von 150 sind 20 %.
Erhöhung um p %Gneu=G·(1+p100)Beispiel: 80 € plus 25 % sind 100 €.
Verminderung um p %Gneu=G·(1−p100)Beispiel: 80 € minus 25 % sind 60 €.
Prozentuale Änderungp=Gneu−GaltGalt·100Positiv: Zunahme, negativ: Abnahme. Von 80 auf 60 sind es −25 %.
MehrwertsteuerBrutto=Netto·1,19Bei 19 %. Netto = Brutto : 1,19. Bei 7 % rechnest du mit 1,07.
Dreisatz, proportionaly1x1=y2x2Doppelt so viel x heißt doppelt so viel y.
Dreisatz, antiproportionalx1·y1=x2·y2Doppelt so viel x heißt halb so viel y.
Zinsrechnung
BegriffFormelHinweis
JahreszinsenZ=K·p100K Kapital, p Zinssatz in Prozent pro Jahr.
Zinsen für t JahreZ=K·p100·tOhne Zinseszins. Beispiel: 1.000 € bei 3 % für 2 Jahre: 60 €.
Zinsen für m MonateZ=K·p100·m12Beispiel: 1.200 € bei 2,5 % für 6 Monate: 15 €.
Zinsen für d TageZ=K·p100·d360Im Bankwesen zählt das Jahr 360 Tage. Beispiel: 1.000 € bei 3 % für 90 Tage: 7,50 €.
ZinseszinsKn=K0·(1+p100)nK0 Anfangskapital, n Jahre. Beispiel: 1.000 € bei 3 % nach 10 Jahren: 1.343,92 €.
Zinssatz bestimmenp=100·(KnK0n−1)Aus Anfangs- und Endkapital nach n Jahren.
Laufzeit bestimmenn=ln(KnK0)ln(1+p100)Mit dem Logarithmus nach n auflösen.
Sparplan, EndwertKn=r·qn−1q−1, q=1+p100Jährliche Rate r jeweils am Jahresende, n Jahre.

Geometrie: Flächen, Umfang, Dreiecke und Pythagoras

Flächeninhalt und Umfang ebener Figuren sowie die wichtigsten Sätze am Dreieck. Mehr dazu auf der Seite Geometrie.

Flächeninhalt und Umfang
BegriffFormelHinweis
QuadratA=a2, U=4aa Seitenlänge. Diagonale d=a2.
RechteckA=a·b, U=2(a+b)a und b sind die Seitenlängen.
ParallelogrammA=g·hg Grundseite, h zugehörige Höhe (senkrecht gemessen).
DreieckA=12·g·hHalb so groß wie das Parallelogramm mit gleicher Grundseite und Höhe.
TrapezA=a+c2·ha und c sind die parallelen Seiten, h ihr Abstand.
Raute und DrachenA=e·f2e und f sind die Diagonalen, sie stehen senkrecht aufeinander.
KreisA=πr2, U=2πrr Radius. Der Durchmesser ist d=2r, also U=πd.
KreisringA=π(R2−r2)R äußerer Radius, r innerer Radius.
KreisausschnittA=α360°·πr2Der Winkel α steht im Mittelpunkt. Bei α=90° ist es ein Viertelkreis.
Kreisbogenb=α360°·2πrLänge des Bogens zum Mittelpunktswinkel α.
Regelmäßiges n-EckA=n2·r2·sin360°nr ist der Umkreisradius. Beispiel Sechseck mit r=1: A≈2,598.
Dreiecke, Pythagoras und Koordinaten
BegriffFormelHinweis
Winkelsumme im Dreieckα+β+γ=180°Gilt in jedem Dreieck.
Winkelsumme im n-EckS=(n−2)·180°Viereck: 360°. Fünfeck: 540°.
Satz des Pythagorasa2+b2=c2Nur im rechtwinkligen Dreieck. c ist die Hypotenuse.
Kathetensatza2=c·p, b2=c·qp und q sind die Hypotenusenabschnitte neben den Katheten a und b.
Höhensatzh2=p·qh ist die Höhe auf die Hypotenuse.
Satz des HeronA=s(s−a)(s−b)(s−c)Mit s=a+b+c2. Man braucht nur die drei Seiten.
Gleichseitiges Dreieckh=a23, A=a243a Seitenlänge, h Höhe.
StrahlensatzZA2ZA1=ZB2ZB1=A2B2A1B1Z ist das Strahlenzentrum, A1B1 und A2B2 sind parallel.
Ähnliche FigurenA2A1=k2, V2V1=k3k ist der Streckfaktor der Längen.
Abstand zweier Punkted=(x2−x1)2+(y2−y1)2Folgt aus dem Satz des Pythagoras.
Mittelpunkt einer StreckeM(x1+x22|y1+y22)Der Mittelwert der Koordinaten.

Geometrie: Volumen und Oberfläche von Körpern

Volumen und Oberfläche der wichtigsten Körper. Zum Üben passt das Arbeitsblatt Volumen und Oberfläche.

Körper
BegriffFormelHinweis
WürfelV=a3, O=6a2Raumdiagonale d=a3.
QuaderV=a·b·c, O=2(ab+ac+bc)Drei verschiedene Seitenlängen a, b, c.
Raumdiagonale des Quadersd=a2+b2+c2Zweimal Pythagoras: erst die Bodendiagonale, dann die Raumdiagonale.
PrismaV=G·h, O=2G+MG Grundfläche, h Höhe, M Mantelfläche.
ZylinderV=πr2h, O=2πr(r+h)Mantelfläche M=2πrh.
PyramideV=13·G·hEin Drittel des Prismas mit gleicher Grundfläche und Höhe.
KegelV=13πr2h, O=πr(r+s)Mantellinie s=r2+h2, Mantelfläche M=πrs.
KegelstumpfV=πh3(R2+Rr+r2)R und r sind die Radien von Boden und Deckel.
KugelV=43πr3, O=4πr2Beispiel: r=1 ergibt V≈4,189.
Einheiten1l=1dm3, 1ml=1cm3Außerdem gilt: 1 m³ = 1000 l.

Trigonometrie: Sinus, Kosinus, Tangens und Sinusfunktion

Winkelfunktionen im Dreieck, Sinus- und Kosinussatz, besondere Werte und wichtige Umformungen. Die Herleitungen stehen auf der Seite Trigonometrie.

Sinus, Kosinus und Tangens im Dreieck
BegriffFormelHinweis
Sinussinα=GegenkatheteHypotenuseIm rechtwinkligen Dreieck, α ist ein spitzer Winkel.
Kosinuscosα=AnkatheteHypotenuseDie Ankathete liegt am Winkel α an.
Tangenstanα=GegenkatheteAnkatheteDer Tangens ist die Steigung.
Zusammenhangtanα=sinαcosαGilt, wenn cosα≠0.
Sinussatzasinα=bsinβ=csinγIn jedem Dreieck. Die Seite liegt dem Winkel gegenüber.
Kosinussatzc2=a2+b2−2abcosγFür γ=90° wird daraus der Satz des Pythagoras.
Flächeninhalt eines DreiecksA=12absinγγ ist der von a und b eingeschlossene Winkel.
Besondere Werte, Sinussin30°=12, sin45°=22, sin60°=32Kosinus: die Werte in umgekehrter Reihenfolge.
Besondere Werte, Kosinuscos30°=32, cos45°=22, cos60°=12Es gilt: cos α = sin(90° − α).
Besondere Werte, Tangenstan30°=33, tan45°=1, tan60°=3Der Tangens von 90° ist nicht definiert.
Winkelfunktionen allgemein
BegriffFormelHinweis
Trigonometrischer Pythagorassin⁡2α+cos⁡2α=1Gilt für jeden Winkel.
Komplementwinkelsin(90°−α)=cosαSinus und Kosinus tauschen die Rollen.
Symmetriesin(−x)=−sinx, cos(−x)=cosxSpiegelt man an der y-Achse, wechselt der Sinus das Vorzeichen, der Kosinus nicht.
Bogenmaßx=α·π180°180° entsprechen π, 360° entsprechen 2π.
Additionstheorem Sinussin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβFür beliebige Winkel.
Additionstheorem Kosinuscos(α+β)=cosαcosβ−sinαsinβBeim Kosinus steht in der Mitte ein Minus.
Doppelter Winkelsin2α=2sinαcosα, cos2α=cos⁡2α−sin⁡2αFolgt aus den Formeln oben mit β=α.
Allgemeine Sinusfunktionf(x)=a·sin(b(x−c))+dAmplitude |a|, Periode 2πb, c verschiebt nach rechts, d nach oben. Winkel im Bogenmaß.

Funktionen: Gerade, Parabel, Exponentialfunktion

Lineare und quadratische Funktionen, Verschiebungen und Wachstum. Ausführlich erklärt auf der Seite Lineare Funktionen.

Lineare und quadratische Funktionen
BegriffFormelHinweis
Lineare Funktionf(x)=mx+nm Steigung, n y-Achsenabschnitt.
Steigung aus zwei Punktenm=y2−y1x2−x1Mit x1≠x2. Beispiel: (1|2) und (3|8) ergeben m=3.
Punkt-Steigungs-Formy=m(x−x1)+y1Die Gerade geht durch den Punkt (x1|y1).
Nullstellex0=−nmMit m≠0. Dort schneidet die Gerade die x-Achse.
Parallel und senkrechtm1=m2, m1·m2=−1Parallele Geraden haben dieselbe Steigung. Bei senkrechten Geraden ist das Produkt −1.
Steigungswinkeltanα=mDer Winkel zwischen Gerade und x-Achse.
Quadratische Funktionf(x)=ax2+bx+cMit a≠0. Für a>0 ist die Parabel nach oben offen.
Scheitelpunktformf(x)=a(x−d)2+eDer Scheitelpunkt ist S(d|e).
Scheitelpunkt aus a, b, cd=−b2a, e=c−b24aUmrechnung von der allgemeinen Form in die Scheitelpunktform.
Weitere Funktionen und Wachstum
BegriffFormelHinweis
Verschieben und Streckeng(x)=a·f(x−d)+ed verschiebt nach rechts, e nach oben, a streckt in y-Richtung. Negatives a spiegelt an der x-Achse.
Potenzfunktionf(x)=a·xnDer Graph hängt vom Exponenten n ab. Gerade n: achsensymmetrisch, ungerade n: punktsymmetrisch.
Exponentialfunktionf(x)=a·bxMit b>0 und b≠1. Wachstum für b>1, Abnahme für 0<b<1.
Exponentielles WachstumN(t)=N0·ektk>0 Wachstum, k<0 Zerfall, N0 Anfangsbestand.
Umrechnung auf ebx=ex·lnbJede Exponentialfunktion lässt sich mit der Basis e schreiben.
VerdopplungszeitT=ln2kFür k>0. Nach der Zeit T hat sich der Bestand verdoppelt.
HalbwertszeitT=−ln2kFür k<0. Nach der Zeit T ist die Hälfte übrig.

Potenzen, Wurzeln und Logarithmen

Potenzgesetze, Wurzelgesetze und Logarithmengesetze. Beispiele stehen auf den Seiten Potenzen und Logarithmen.

Potenzen und Wurzeln
BegriffFormelHinweis
Gleiche Basis multiplizierenam·an=am+nDie Exponenten werden addiert.
Gleiche Basis dividierenaman=am−nDie Exponenten werden subtrahiert. Mit a≠0.
Potenz potenzieren(am)n=am·nDie Exponenten werden multipliziert.
Gleicher Exponentan·bn=(ab)n, anbn=(ab)nBei b≠0 im zweiten Fall.
Negativer Exponenta−n=1anMit a≠0. Beispiel: 2⁻³ = 1/8.
Exponent nulla0=1Mit a≠0.
Bruch als Exponentamn=amnMit a>0. Beispiel: 823=4.
Wurzel als Potenza=a12Mit a≥0.
Wurzel eines Produktsa·b=a·bMit a,b≥0. Für Summen gilt das nicht.
Wurzel eines Quotientenab=abMit a≥0 und b>0.
Wissenschaftliche Schreibweisez=m·10nMit 1≤m<10 und ganzem n. Beispiel: 0,00042 = 4,2 · 10⁻⁴.
Logarithmen
BegriffFormelHinweis
Definitionlog⁡ax=y⇔ay=xMit a>0, a≠1 und x>0. Beispiel: log⁡28=3.
Produktlog⁡a(x·y)=log⁡ax+log⁡ayAus Mal wird Plus.
Quotientlog⁡axy=log⁡ax−log⁡ayAus Geteilt wird Minus.
Potenzlog⁡a(xr)=r·log⁡axDer Exponent wird zum Faktor.
Basiswechsellog⁡ax=lnxlnaSo rechnet der Taschenrechner jeden Logarithmus aus.
Sonderfällelog⁡a1=0, log⁡aa=1Wegen a0=1 und a1=a.
Umkehrungalog⁡ax=xPotenz und Logarithmus heben sich auf.
Exponentialgleichungax=b⇒x=lnblnaMit a>0, a≠1 und b>0.

Analysis: Ableitung und Integral

Ableitungsregeln, Kurvendiskussion und Integrale. Ausführlich erklärt auf den Seiten Ableitung und Integralrechnung.

Ableiten und Kurvendiskussion
BegriffFormelHinweis
Ableitung, Definitionf′(x)=limh→0f(x+h)−f(x)hDie Ableitung ist die Steigung der Tangente.
Potenzregel(xn)′=n·xn−1Beispiel: (x5)′=5x4.
Faktorregel(c·f)′=c·f′Konstante Faktoren bleiben stehen.
Summenregel(f+g)′=f′+g′Summen werden gliedweise abgeleitet.
Produktregel(u·v)′=u′·v+u·v′Jeden Faktor einmal ableiten.
Quotientenregel(uv)′=u′·v−u·v′v2Mit v≠0.
Kettenregel(f(g(x)))′=f′(g(x))·g′(x)Äußere Ableitung mal innere Ableitung.
e-Funktion und Logarithmus(ex)′=ex, (lnx)′=1xBeim Logarithmus mit x>0.
Sinus und Kosinus(sinx)′=cosx, (cosx)′=−sinxGilt nur, wenn x im Bogenmaß steht.
Tangentey=f′(x0)·(x−x0)+f(x0)Die Tangente berührt den Graphen im Punkt (x0|f(x0)).
Normaley=−1f′(x0)·(x−x0)+f(x0)Mit f′(x0)≠0. Die Normale steht senkrecht auf der Tangente.
Hochpunktf′(x0)=0undf′′(x0)<0Hinreichende Bedingung für ein lokales Maximum.
Tiefpunktf′(x0)=0undf′′(x0)>0Hinreichend für ein lokales Minimum.
Wendestellef′′(x0)=0undf′′′(x0)≠0Dort wechselt die Krümmung.
Integrieren
BegriffFormelHinweis
Potenzregel∫xndx=xn+1n+1+CMit n≠−1.
Kehrwert∫1xdx=ln|x|+CFür x≠0.
e-Funktion∫exdx=ex+CDie e-Funktion ist ihre eigene Stammfunktion.
Sinus und Kosinus∫sinxdx=−cosx+C, ∫cosxdx=sinx+CIm Bogenmaß.
Linearität∫(af+bg)dx=a∫fdx+b∫gdxFaktoren und Summen dürfen herausgezogen werden.
Hauptsatz∫abf(x)dx=F(b)−F(a)F ist eine Stammfunktion von f. Beispiel: das Integral von x² von 0 bis 3 ist 9.
Fläche zwischen GraphenA=∫ab(f(x)−g(x))dxMit f(x)≥g(x) auf [a;b]. Beispiel: f(x)=x, g(x)=x2 auf [0;1] ergibt 16.
RotationsvolumenV=π∫abf(x)2dxRotation um die x-Achse. Beispiel: Kugel mit r=1 ergibt 43π.
Mittelwert einer Funktionf¯=1b−a∫abf(x)dxBeispiel: f(x)=x2 auf [0;3] ergibt 3.
Partielle Integration∫u′·vdx=u·v−∫u·v′dxBei bestimmten Integralen gilt dasselbe mit Grenzen.
Substitution∫f(g(x))·g′(x)dx=F(g(x))+CF ist eine Stammfunktion von f.

Vektoren: Skalarprodukt, Kreuzprodukt, Geraden und Ebenen

Rechnen mit Vektoren im Raum, dazu Geraden, Ebenen und Abstände. Erklärt auf der Seite Vektoren.

Rechnen mit Vektoren
BegriffFormelHinweis
VerbindungsvektorAB→=b→−a→a→ und b→ sind die Ortsvektoren von A und B.
Betrag eines Vektors|a→|=a12+a22+a32Länge des Vektors.
Einheitsvektora→0=1|a→|·a→Hat die Länge 1 und zeigt in dieselbe Richtung.
Skalarprodukta→·b→=a1b1+a2b2+a3b3Das Ergebnis ist eine Zahl, kein Vektor. Es gilt auch: Länge von a mal Länge von b mal Kosinus des Zwischenwinkels.
Winkel zwischen Vektorencosφ=a→·b→|a→|·|b→|Mit a→,b→≠0→.
Orthogonale Vektorena→⊥b→⇔a→·b→=0Senkrechte Vektoren haben das Skalarprodukt 0.
Kreuzprodukta→×b→=(a2b3−a3b2a3b1−a1b3a1b2−a2b1)Das Ergebnis ist ein Vektor, der auf a→ und b→ senkrecht steht.
Flächeninhalt ParallelogrammA=|a→×b→|Für das von a→ und b→ aufgespannte Parallelogramm.
Flächeninhalt DreieckA=12·|a→×b→|Halb so groß wie das Parallelogramm.
Volumen des SpatsV=|(a→×b→)·c→|Das Spatprodukt gibt das Volumen des Spats. Das Tetraeder hat ein Sechstel davon.
Mittelpunkt und Schwerpunktm→=12(a→+b→), s→=13(a→+b→+c→)Mittelpunkt einer Strecke und Schwerpunkt eines Dreiecks.
Geraden, Ebenen und Abstände
BegriffFormelHinweis
Geradengleichungx→=p→+t·u→p→ Stützvektor, u→ Richtungsvektor, t beliebige Zahl.
Ebene, Parameterformx→=p→+r·u→+s·v→u→ und v→ sind nicht parallel.
Normalenvektorn→=u→×v→Steht senkrecht auf der Ebene.
Normalenformn→·(x→−p→)=0Alle Punkte x→ der Ebene erfüllen die Gleichung.
Koordinatenformax1+bx2+cx3=dMit n→=(a,b,c) und d=n→·p→.
Abstand Punkt und Ebened=|n→·(q→−p→)||n→|q→ ist der Ortsvektor des Punkts, p→ liegt in der Ebene.
Abstand Punkt und Geraded=|(q→−p→)×u→||u→|Gerade mit Stützvektor p→ und Richtungsvektor u→, Punkt mit Ortsvektor q→.
Winkel Gerade und Ebenesinφ=|u→·n→||u→|·|n→|u→ Richtung der Geraden, n→ Normalenvektor der Ebene.

Stochastik: Wahrscheinlichkeit, Kombinatorik, Verteilungen, Statistik

Wahrscheinlichkeitsregeln, Zählformeln, Zufallsgrößen und beschreibende Statistik. Mehr dazu auf den Seiten Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik.

Wahrscheinlichkeit
BegriffFormelHinweis
Laplace-WahrscheinlichkeitP(A)=|A||Ω|Günstige Ergebnisse durch alle möglichen Ergebnisse, wenn alle gleich häufig sind. Beispiel: Augensumme 7 bei zwei Würfeln: 6/36.
GegenereignisP(A¯)=1−P(A)Hilft bei „mindestens einmal“. Beispiel: mindestens eine 6 bei zwei Würfen: 1 − (5/6)² = 11/36.
AdditionssatzP(A∪B)=P(A)+P(B)−P(A∩B)Bei unvereinbaren Ereignissen ist P(A∩B)=0.
Bedingte WahrscheinlichkeitP(A|B)=P(A∩B)P(B)Mit P(B)>0. Chance für A, wenn B schon eingetreten ist.
MultiplikationssatzP(A∩B)=P(B)·P(A|B)Entspricht der ersten Pfadregel.
UnabhängigkeitP(A∩B)=P(A)·P(B)Gilt genau dann, wenn A und B unabhängig sind.
Satz von BayesP(A|B)=P(B|A)·P(A)P(B)Dreht die Bedingung um.
Totale WahrscheinlichkeitP(B)=P(B|A)P(A)+P(B|A¯)P(A¯)Summe über alle Pfade, die zu B führen.
Kombinatorik
BegriffFormelHinweis
Fakultätn!=1·2·3⋯nSo viele Anordnungen gibt es für n Dinge. Es gilt 0!=1. Beispiel: 5!=120.
Binomialkoeffizient(nk)=n!k!·(n−k)!Gelesen: „n über k“. Beispiel: Lotto 6 aus 49 hat 13.983.816 Möglichkeiten.
Mit Reihenfolge, mit Zurücklegennkk mal aus n ziehen, jedes Mal alle n zur Auswahl.
Mit Reihenfolge, ohne Zurücklegenn!(n−k)!Beispiel: 3 Plätze auf dem Podest bei 8 Läufern: 336.
Ohne Reihenfolge, ohne Zurücklegen(nk)Zum Beispiel beim Lotto.
Ohne Reihenfolge, mit Zurücklegen(n+k−1k)Beispiel: 3 Kugeln Eis aus 5 Sorten: 35 Möglichkeiten.
Zufallsgrößen und Verteilungen
BegriffFormelHinweis
ErwartungswertE(X)=∑i=1nxi·P(X=xi)Mittelwert auf lange Sicht. Beispiel Würfel: E(X)=3,5.
Varianzσ2=∑i=1n(xi−μ)2·P(X=xi)μ=E(X). Beispiel Würfel: σ² = 35/12 ≈ 2,92.
Standardabweichungσ=σ2Streuung in der Einheit der Zufallsgröße.
Verschiebungssatzσ2=E(X2)−(E(X))2Oft bequemer als die Definition.
BinomialverteilungP(X=k)=(nk)·pk·(1−p)n−kn Versuche, p ist die Trefferchance, k Treffer.
Kenngrößen der Binomialverteilungμ=n·p, σ=n·p·(1−p)Beispiel: n=100, p=0,5 ergibt μ=50 und σ=5.
Standardisierenz=x−μσDanach hat die Verteilung den Mittelwert 0 und die Streuung 1.
Sigma-RegelnP(|X−μ|≤σ)≈0,683, P(|X−μ|≤2σ)≈0,954, P(|X−μ|≤3σ)≈0,997Für normalverteilte Zufallsgrößen.
Beschreibende Statistik
BegriffFormelHinweis
Arithmetisches Mittelx¯=1n(x1+x2+…+xn)Beispiel: Die Werte 2, 3, 7 haben das Mittel 4.
Median, ungerade Anzahlxmed=xn+12Werte der Größe nach sortieren, dann den mittleren nehmen.
Median, gerade Anzahlxmed=12(xn2+xn2+1)Der Mittelwert der beiden mittleren Werte.
SpannweiteR=xmax−xminGrößter Wert minus kleinster Wert.
Stichprobenvarianzs2=1n−1∑i=1n(xi−x¯)2Bei einer vollständigen Erhebung teilt man durch n.
Standardabweichungs=s2Wurzel aus der Varianz.
Regressionsgeradey=ax+b, a=∑(xi−x¯)(yi−y¯)∑(xi−x¯)2, b=y¯−ax¯Die Gerade liegt möglichst nah an den Punkten (Methode der kleinsten Quadrate).

Häufige Fragen

Darf ich die Formelsammlung in Klassenarbeiten benutzen?

Das hängt von deiner Lehrkraft und vom Bundesland ab. Dieses Blatt ist keine amtliche Formelsammlung. In Klassenarbeiten, Prüfungen und im Abitur gelten nur die Hilfsmittel, die ausdrücklich zugelassen sind. Frage vorher nach, welche Formelsammlung erlaubt ist.

Wie drucke ich die Formelsammlung am besten aus?

Öffne die Druckansicht mit Strg + P (am Mac mit Cmd + P) und wähle Hochformat und A4. Lass die Skalierung auf 100 Prozent. Die Tabellen sind so aufgebaut, dass sie beim Drucken möglichst nicht mitten durch eine Tabelle getrennt werden. Wenn du nur einen Teil brauchst, wähle im Druckdialog die passenden Seiten aus.

Warum steht bei manchen Formeln eine Bedingung wie a ≠ 0?

Durch null darf man nicht teilen. Wo eine Formel einen Bruch mit a im Nenner enthält, muss a≠0 gelten. Bei Wurzeln und Logarithmen gibt es ähnliche Bedingungen: Unter einer Quadratwurzel darf keine negative Zahl stehen, und der Logarithmus ist nur für positive Zahlen erklärt.

Quellen und weiterführende Literatur

  • Wikipedia: Formelsammlung
  • Wikibooks: Formelsammlung Mathematik
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  • Robert Recorde: The Whetstone of Witte, London 1557.