Mathematics General
Cover
20190523-niveauproef-wiskunde-voor-aav.pdf
Summary
# Basisvaardigheden wiskunde
Dit onderwerp behandelt de fundamentele wiskundige concepten en rekenvaardigheden die essentieel zijn voor de basismodule, waaronder getallen, breuken, procenten en de volgorde van bewerkingen [1](#page=1).
### 1.1 Algemene doelen
De algemene doelen voor basis wiskunde omvatten:
* Het begrijpen en gebruiken van wiskundetaal [1](#page=1).
* Correct en zinvol afronden in concrete situaties [1](#page=1).
* Het correct gebruiken van een rekenmachine [1](#page=1).
* Het verantwoord kiezen tussen schattend en benaderend rekenen [1](#page=1).
### 1.2 Specifieke doelen
De specifieke doelen richten zich op de volgende rekenvaardigheden:
* Vlot rekenen met natuurlijke en gehele getallen (optellen, aftrekken, delen, vermenigvuldigen) [1](#page=1).
* Omzetten van rationale getallen tussen breukvorm en decimale notatie [1](#page=1).
* Vlot rekenen met breuken (vereenvoudigen, optellen, aftrekken, delen, vermenigvuldigen) [1](#page=1).
* Het correct toepassen van de volgorde van bewerkingen en het gebruik van haakjes [1](#page=1).
* Toepassen van evenredigheden in concrete situaties en eenvoudige vraagstukken, inclusief schaalberekeningen [1](#page=1).
* Omzetten van percentages naar breuken of decimale getallen en vice versa [1](#page=1).
* Vlot rekenen met percentages, zowel uit het hoofd als met een rekenmachine [1](#page=1).
* Berekenen van percentages in concrete situaties en eenvoudige vraagstukken [1](#page=1).
* Het extraheren van concrete informatie uit grafieken en tabellen [1](#page=1).
### 1.3 Rekenen met gehele getallen
Gehele getallen omvatten 0, 1, -1, 2, -2, enzovoort [4](#page=4).
#### 1.3.1 Optellen van gehele getallen
Bij het optellen van gehele getallen gelden de volgende regels:
* **Gelijke tekens:** Tel de absolute waarden op en behoud het teken [4](#page=4).
* Voorbeeld: $(+4) + (+2) = +6$; $(-2) + (-3) = -5$ [4](#page=4).
* **Verschillende tekens:** Trek de kleinste absolute waarde van de grootste af en behoud het teken van het getal met de grootste absolute waarde [4](#page=4).
* Voorbeeld: $(+3) + (-6) = -3$; $(-7) + (+9) = +2$ [4](#page=4).
#### 1.3.2 Vermenigvuldigen van gehele getallen
Bij het vermenigvuldigen van gehele getallen geldt de volgende praktische rekenregel voor het teken:
* **Twee dezelfde tekens:** Het resultaat is positief ($+$) [5](#page=5).
* Voorbeeld: $(+2) \times (+4) = +8$; $(-2) \times (-4) = +8$ [5](#page=5).
* **Twee verschillende tekens:** Het resultaat is negatief ($-$) [5](#page=5).
* Voorbeeld: $(+2) \times (-4) = -8$; $(-2) \times (+4) = -8$ [5](#page=5).
#### 1.3.3 Delen van gehele getallen
Delen is het omgekeerde van vermenigvuldigen, dus dezelfde tekensregels als bij vermenigvuldigen gelden:
* **Twee dezelfde tekens:** Het resultaat is positief ($+$) [5](#page=5).
* Voorbeeld: $(-8): (-4) = +2$ [5](#page=5).
* **Twee verschillende tekens:** Het resultaat is negatief ($-$) [5](#page=5).
* Voorbeeld: $(+16): (-2) = -8$ [5](#page=5).
**Belangrijke opmerkingen bij delen:**
* Delen door nul is nooit toegestaan [5](#page=5).
* Nul gedeeld door een getal is nul [5](#page=5).
* Voorbeeld: $\frac{-18}{3} = -6$ [5](#page=5).
### 1.4 Volgorde van bewerkingen
Bij het oplossen van rekenkundige opgaven met meerdere bewerkingen is een specifieke volgorde vereist [6](#page=6).
**De volgorde van bewerkingen is als volgt:**
1. **Haakjes:** Bereken altijd eerst de bewerkingen binnen haakjes [6](#page=6).
2. **Machten en Wortels:** Bereken daarna alle machten en wortels [6](#page=6).
3. **Vermenigvuldigingen en Delingen:** Vervolgens worden vermenigvuldigingen en delingen uitgevoerd, van links naar rechts [6](#page=6).
4. **Optellingen en Aftrekkingen:** Ten slotte worden optellingen en aftrekkingen uitgevoerd, van links naar rechts [6](#page=6).
Een ezelsbruggetje is: "Hier Wacht Mijnheer Van Dam Op Antwoord" (Haakjes, Wortels, Machten, Vermenigvuldigen, Delen, Optellen, Aftrekken) [6](#page=6).
> **Tip:** Onderlijn de bewerking die je als eerste moet uitvoeren om fouten te voorkomen [6](#page=6).
**Voorbeelden:**
* $91 + 27: 3 = 91 + 9 = 100$. (Eerst delen) [6](#page=6).
* $5^2 \times 3 - 6 = 25 \times 3 - 6 = 75 - 6 = 69$. (Eerst macht, dan vermenigvuldigen) [6](#page=6).
* $(7 - 1 \times 5)^2 - 3 = (7 - 5)^2 - 3 = 2^2 - 3 = 4 - 3 = 1$. (Eerst haakjes, binnen haakjes eerst vermenigvuldigen, dan aftrekken, dan macht, dan aftrekken) [6](#page=6).
### 1.5 Breuken
Een breuk bestaat uit een teller (boven de streep) en een noemer (onder de streep). De noemer geeft aan in hoeveel gelijke delen het geheel is verdeeld, en de teller geeft aan hoeveel van die delen er worden genomen [7](#page=7).
#### 1.5.1 Vereenvoudigen van breuken
Om een breuk te vereenvoudigen, deel je zowel de teller als de noemer door hetzelfde gehele getal. Dit kan meerdere keren herhaald worden totdat de breuk niet verder te vereenvoudigen is [7](#page=7).
* **Voorbeeld:** $\frac{30}{6} = \frac{30 \div 6}{6 \div 6} = \frac{5}{1}$ [7](#page=7).
* **Voorbeeld:** $\frac{120}{135} = \frac{120 \div 5}{135 \div 5} = \frac{24}{27} = \frac{24 \div 3}{27 \div 3} = \frac{8}{9}$ [7](#page=7).
#### 1.5.2 Optellen en aftrekken van breuken
Om breuken op te tellen of af te trekken, volg je deze stappen:
1. Vereenvoudig elke breuk zo veel mogelijk [7](#page=7).
2. Zorg ervoor dat er slechts één teken voor de breukstreep staat [7](#page=7).
3. Maak de breuken gelijknamig (zorg dat ze dezelfde noemer hebben) [7](#page=7).
4. Tel de tellers op of trek ze van elkaar af, en behoud de gemeenschappelijke noemer [7](#page=7).
5. Vereenvoudig het resultaat indien mogelijk [7](#page=7).
#### 1.5.3 Vermenigvuldigen van breuken
Bij het vermenigvuldigen van breuken:
1. Bepaal vooraf het teken van het resultaat [8](#page=8).
2. Vereenvoudig zoveel mogelijk door kruiselings of onder elkaar weg te strepen [8](#page=8).
3. Vermenigvuldig de tellers met elkaar en de noemers met elkaar [8](#page=8).
**Voorbeeld:**
$\frac{3}{12} \times \frac{5}{7} = \frac{3 \times 5}{12 \times 7} = \frac{15}{84}$ [8](#page=8).
Vereenvoudiging kan ook vooraf: $\frac{3}{12} \times \frac{5}{7} = \frac{1}{4} \times \frac{5}{7} = \frac{5}{28}$ [8](#page=8).
**Voorbeeld met negatieve getallen:**
$\frac{-15}{7} \times \frac{8}{18} = \frac{-15 \times 8}{7 \times 18} = \frac{-120}{126}$ [8](#page=8).
Vereenvoudigd: $\frac{-15}{7} \times \frac{8}{18} = \frac{-5}{7} \times \frac{8}{6} = \frac{-40}{42} = \frac{-20}{21}$ [8](#page=8).
#### 1.5.4 Delen van breuken
Om het quotiënt van twee breuken te berekenen:
1. Vermenigvuldig de eerste breuk met het omgekeerde van de tweede breuk [8](#page=8).
2. Pas daarna vereenvoudiging toe (wegstrepen) en bepaal het teken [8](#page=8).
3. Werk het resultaat uit zoals bij vermenigvuldiging [8](#page=8).
**Voorbeeld:**
$\frac{2}{3}: \frac{5}{4} = \frac{2}{3} \times \frac{4}{5} = \frac{2 \times 4}{3 \times 5} = \frac{8}{15}$ [8](#page=8).
### 1.6 Procenten
Een percentage (%) betekent "per honderd". Bijvoorbeeld, $17\%$ is gelijk aan $\frac{17}{100}$ of $0,17$ [10](#page=10).
#### 1.6.1 Een percentage van een getal berekenen
Om $p\%$ van een getal te berekenen, vermenigvuldig je het getal met $\frac{p}{100}$ [10](#page=10).
* **Voorbeeld:** Bereken $25\%$ van $1200$ euro.
$25\%$ van $1200$ euro is $\frac{25}{100} \times 1200 \text{ euro} = 0,25 \times 1200 \text{ euro} = 300 \text{ euro}$ [10](#page=10).
#### 1.6.2 Berekenen welk percentage een deel van het geheel is
Om te bepalen welk percentage een deel van het geheel is, bereken je eerst de verhouding van het deel tot het geheel en vermenigvuldig je dit vervolgens met $100$ [10](#page=10).
* **Voorbeeld:** Een leerling behaalt $91$ punten op $130$. Hoeveel procent is dit?
$\frac{91}{130} \times 100 = 0,7 \times 100 = 70\%$ [11](#page=11).
Dit kan ook via een eenheidsmethode:
$130$ punten $\rightarrow 91$ punten
$1$ punt $\rightarrow \frac{91}{130}$ punten
$100$ punten $\rightarrow \frac{91}{130} \times 100 = 70$ punten [11](#page=11).
#### 1.6.3 Het geheel zoeken als een percentage gegeven is
Als $p\%$ van een bedrag bekend is en je zoekt het totale bedrag (dat $100\%$ vertegenwoordigt), kun je dit berekenen door eerst de waarde van $1\%$ te bepalen en dit vervolgens te vermenigvuldigen met $100$ [11](#page=11).
* **Voorbeeld:** $15\%$ van een bedrag is $1530$ euro. Hoe groot is het totale bedrag?
$15\%$ $\rightarrow 1530$ euro
$1\%$ $\rightarrow \frac{1530}{15}$ euro
$100\%$ $\rightarrow \frac{1530}{15} \times 100 = 102 \times 100 = 10200$ euro [11](#page=11).
Het totale bedrag is $10200$ euro [11](#page=11).
---
# Algebra en functies
Dit onderwerp richt zich op het begrijpen en manipuleren van algebraïsche formules en het beschrijven van verbanden tussen variabelen met behulp van verschillende representaties [2](#page=2).
### 2.1 Formules omvormen en variabelen berekenen
Het omvormen van betekenisvolle formules is een kerndoel. Dit omvat het berekenen van de waarde van een variabele wanneer de andere variabelen worden vervangen door getallen. Daarnaast wordt geleerd hoe één variabele uitgedrukt kan worden in functie van de andere(n). Er wordt ook ingegaan op het effect dat een verandering in de ene variabele heeft op de andere [2](#page=2).
### 2.2 Beschrijven van verbanden tussen variabelen
In betekenisvolle contexten kunnen eenvoudige verbanden tussen variabelen worden beschreven met behulp van formules. Hierbij wordt de samenhang tussen verschillende voorstellingswijzen van een functie benadrukt: de verwoording, de tabel, de grafiek en de formule (het voorschrift) [2](#page=2).
#### 2.2.1 Tabel en grafiek interpreteren
Een gegeven tabel en grafiek kunnen worden geïnterpreteerd met betrekking tot:
* Het aflezen van specifieke waarden [2](#page=2).
* Het aflezen van extreme waarden [2](#page=2).
* Het interpreteren van het globale verloop, zoals constant, stijgend of dalend [2](#page=2).
#### 2.2.2 Tabel en grafiek maken
Het is mogelijk om een tabel te maken van het verband tussen variabelen wanneer de grafiek of de verwoording gegeven is. Evenzo kan in een geschikt gekozen assenstelsel een grafiek worden getekend van het verband tussen variabelen in een gegeven betekenisvolle context, mits de tabel of de verwoording bekend is [2](#page=2).
#### 2.2.3 Grafieken van eenvoudige functies
Aan de hand van voorbeelden kunnen grafieken van eenvoudige functies worden getekend en besproken, waarbij gebruik kan worden gemaakt van ICT [2](#page=2).
---
# Meetkunde
Dit onderdeel introduceert fundamentele meetkundige concepten, inclusief de classificatie van vlakke en ruimtelijke figuren, het herkennen van geometrische elementen en het berekenen van omtrek, oppervlakte en inhoud [2](#page=2).
### 3.1 Classificatie van figuren
* Figuren worden ingedeeld in vlakke figuren en ruimtelijke figuren [2](#page=2).
* Vlakke figuren worden verder onderverdeeld in veelhoeken en figuren die geen veelhoeken zijn [2](#page=2).
* Veelhoeken worden geclassificeerd op basis van het aantal hoeken en zijden [2](#page=2).
### 3.2 Herkennen van geometrische elementen
#### 3.2.1 Vlakke figuren en hun elementen
* **Veelhoeken** worden geclassificeerd op basis van hun aantal hoeken en zijden [2](#page=2).
* **Vierhoeken** worden herkend als vierhoek, trapezium, parallellogram, ruit, rechthoek en vierkant [2](#page=2).
* **Driehoeken** worden geclassificeerd als gelijkbenig, gelijkzijdig, stomphoekig, scherphoekig en rechthoekig [2](#page=2).
* **Niet-veelhoeken**: Cirkels worden herkend [2](#page=2).
* **Lijnen en hoeken**:
* Rechten, krommen, lijnstukken, halfrechten, hoeken en veelhoeken worden herkend [2](#page=2).
* De onderlinge stand van rechten wordt herkend: evenwijdig, loodrecht, snijdend en kruisend [2](#page=2).
* De elementen van een hoek worden aangeduid en benoemd [2](#page=2).
* De volgende hoeken worden herkend: nulhoek, scherpe hoek, rechte hoek, stompe hoek, gestrekte hoek en volle hoek [2](#page=2).
#### 3.2.2 Ruimtelijke figuren
* Ruimtelijke figuren zoals kubussen, balken, piramides, cilinders, kegels en bollen worden herkend [2](#page=2).
### 3.3 Berekeningen
#### 3.3.1 Omtrek en oppervlakte
* De omtrek en oppervlakte van bekende vlakke figuren kunnen worden berekend [2](#page=2).
#### 3.3.2 Inhoud
* De inhoud van bekende ruimtefiguren kan worden berekend [2](#page=2).
#### 3.3.3 Stelling van Pythagoras
* De stelling van Pythagoras kan worden gebruikt in betekenisvolle contexten [2](#page=2).
> **Tip:** Bij het oplossen van vraagstukken gerelateerd aan meetkundige berekeningen is het cruciaal om een figuur te maken, relevante gegevens te scheiden van niet-relevante, gegevens in verband te brengen met de probleemstelling, en een geschikt wiskundig model op te stellen [2](#page=2).
### 3.4 Oplossen van vraagstukken
Bij het oplossen van meetkundige vraagstukken wordt rekening gehouden met de volgende stappen:
1. Maken van een figuur [2](#page=2).
2. Scheiden van relevante en niet-relevante gegevens [2](#page=2).
3. Verbanden leggen tussen gegevens en de probleemstelling [2](#page=2).
4. Weergeven van gegevens en het gevraagde in een geschikt wiskundig model [2](#page=2).
5. Planmatig uitwerken van het vraagstuk [2](#page=2).
---
# Statistiek
Deze module behandelt de fundamenten van statistiek, inclusief de relatie tussen populatie en steekproef, de representatie van gegevens door middel van frequentietabellen en grafieken, en de interpretatie van centrum- en spreidingsmaten [3](#page=3).
### 4.1 Populatie en steekproef
In statistische onderzoeken is het cruciaal om onderscheid te maken tussen de populatie en de steekproef [3](#page=3).
#### 4.1.1 Populatie
De populatie omvat alle individuen of elementen die onderwerp zijn van een statistisch onderzoek [3](#page=3).
#### 4.1.2 Steekproef
Een steekproef is een deelverzameling van de populatie die wordt geselecteerd om de eigenschappen van de gehele populatie te bestuderen. Het is belangrijk om te beargumenteren of een steekproef betrouwbare informatie oplevert voor de gehele populatie [3](#page=3).
#### 4.1.3 Kenmerken van data
Statistische onderzoeken kunnen zowel kwantitatieve als kwalitatieve kenmerken identificeren [3](#page=3).
* **Kwantitatieve kenmerken**: Dit zijn kenmerken die numerieke waarden hebben en gemeten kunnen worden.
* **Kwalitatieve kenmerken**: Dit zijn kenmerken die categoriën beschrijven en niet direct numeriek gemeten kunnen worden.
### 4.2 Weergeven van gegevens
Gegevens kunnen op verschillende manieren worden voorgesteld, waaronder met frequentietabellen en grafische weergaven [3](#page=3).
#### 4.2.1 Frequentietabellen
Frequentietabellen organiseren gegevens door de frequentie (het aantal voorkomens) van elke waarde of categorie weer te geven. Dit kan zowel absoluut (het aantal) als procentueel (het percentage) zijn [3](#page=3).
* **Losse gegevens**: Gegevens die uit individuele, niet gegroepeerde waarden bestaan.
* **Gegroepeerde gegevens**: Gegevens die in klassen of intervallen zijn samengevoegd.
ICT kan worden gebruikt om passende frequentietabellen op te stellen en statistische gegevens te interpreteren [3](#page=3).
#### 4.2.2 Grafische voorstellingen
Grafische voorstellingen bieden een visuele manier om statistische gegevens te presenteren en te interpreteren. Veelgebruikte grafische weergaven zijn [3](#page=3):
* **Staafdiagram**: Geschikt voor het weergeven van de frequentie van categorische gegevens.
* **Lijndiagram**: Vaak gebruikt om trends over tijd weer te geven.
* **Cirkeldiagram**: Ideaal voor het tonen van de proportionele verdeling van categorieën binnen een geheel.
* **Histogram**: Gebruikt voor het weergeven van de frequentieverdeling van continue kwantitatieve gegevens, waarbij de gegevens in klassen zijn gegroepeerd.
* **Frequentiepolygoon**: Een lijn die de middelpunten van de bovenkanten van de staven in een histogram verbindt, om de vorm van de verdeling te tonen.
ICT kan helpen bij het selecteren en creëren van de meest geschikte grafische weergave voor een bepaalde context [3](#page=3).
> **Tip:** Het correct interpreteren van gegevens in frequentietabellen en grafieken is essentieel voor het trekken van geldige conclusies uit statistische onderzoeken [3](#page=3).
### 4.3 Centrum- en spreidingsmaten
Om statistische gegevens binnen een bepaalde context te interpreteren, worden centrummaten en spreidingsmaten gebruikt [3](#page=3).
#### 4.3.1 Centrummaten
Centrummaten geven een indicatie van de centrale waarde van een gegevensreeks [3](#page=3).
* **Gemiddelde**: De som van alle waarden gedeeld door het aantal waarden.
> Het gemiddelde wordt berekend met de formule: $\bar{x} = \frac{\sum_{i=1}^{n} x_i}{n}$ [3](#page=3).
* **Mediaan**: De middelste waarde in een geordende gegevensreeks. Als er een even aantal waarden is, is de mediaan het gemiddelde van de twee middelste waarden.
#### 4.3.2 Spreidingsmaten
Spreidingsmaten geven aan hoe ver de gegevenspunten uit elkaar liggen, oftewel hoe variabel de gegevens zijn [3](#page=3).
* **Variatiebreedte**: Het verschil tussen de hoogste en de laagste waarde in een gegevensreeks.
> Variatiebreedte = Maximumwaarde - Minimumwaarde [3](#page=3).
* **Interkwartielafstand (IQR)**: Het verschil tussen het derde kwartiel (Q3) en het eerste kwartiel (Q1). Dit meet de spreiding van de middelste 50% van de gegevens.
> IQR = Q3 - Q1 [3](#page=3).
#### 4.3.3 Boxplot
Een boxplot is een grafische weergave die de verdeling van een gegevensreeks samenvat met behulp van de mediaan, kwartielen en uitschieters. Het maakt het eenvoudig om de spreiding en de centrale tendens van de gegevens te visualiseren en te vergelijken [3](#page=3).
> **Tip:** Het uitvoeren van een eenvoudig statistisch onderzoek, inclusief het opstellen van frequentietabellen, grafische voorstellingen, en het berekenen van centrum- en spreidingsmaten, is een belangrijke vaardigheid die in deze module wordt ontwikkeld [3](#page=3).
---
# Proportionele verbanden en schaal
Dit onderwerp behandelt de regel van drie voor het oplossen van evenredigheidsproblemen en introduceert het concept van schaal, met praktische voorbeelden van hoe deze wordt toegepast op kaarten en modellen.
### 5.1 De regel van drie
De regel van drie is een methode om problemen op te lossen waarbij een proportioneel verband bestaat tussen twee grootheden. Het stelt ons in staat om een onbekende waarde te berekenen wanneer we de relatie tussen bekende waarden kennen [9](#page=9).
#### 5.1.1 Stappenplan voor de regel van drie
Het oplossen van een probleem met de regel van drie omvat doorgaans drie stappen:
1. **Noteer de gegevens die met elkaar in verband staan.** Schrijf de grootheden op en plaats de grootheid waarover iets gevraagd wordt rechts [9](#page=9).
2. **Herleid de grootheid links tot één en pas de grootheid rechts aan.** Dit betekent dat je uitrekent hoeveel de andere grootheid waard is als de eerste grootheid één eenheid is [9](#page=9).
3. **Herleid de grootheid links tot het gewenste aantal en pas de grootheid rechts aan.** Vermenigvuldig de waarden met het gewenste aantal om de uiteindelijke oplossing te vinden [9](#page=9).
> **Voorbeeld:** Op een feestje komen 20 kinderen. De jarige voorziet 1,5 liter frisdrank per drie kinderen. Hoeveel liter frisdrank moet hij voorzien [9](#page=9)?
>
> * **Stap 1:**
> Aantal kinderen | Aantal liter
> ----------------|-----------
> 3 | 1,5
> * **Stap 2:**
> Aantal kinderen | Aantal liter
> ----------------|-----------
> 3 | 1,5
> 1 | 0,5 (1,5 gedeeld door 3)
> * **Stap 3:**
> Aantal kinderen | Aantal liter
> ----------------|-----------
> 1 | 0,5
> 20 | 10 (0,5 maal 20)
>
> **Antwoord:** Als er 20 kinderen aanwezig zijn op een feestje, moet de jarige 10 liter frisdrank voorzien [9](#page=9).
### 5.2 Schaal
Schaal geeft de verhouding aan tussen de afmetingen op een model (zoals een kaart of een bouwmodel) en de werkelijke afmetingen in de realiteit [12](#page=12).
#### 5.2.1 Interpretatie van schaal
Een schaal van $1: 25$ betekent dat $1$ cm op het schaalmodel overeenkomt met $25$ cm in werkelijkheid. Dit principe kan worden toegepast om een tabel op te stellen die de relatie tussen modelafmetingen en werkelijke afmetingen visualiseert [12](#page=12).
> **Voorbeeld:** Een tabel omzetten van schaalafmetingen.
>
> | Afmetingen op het model (cm) | Werkelijke afmetingen (cm) |
> | :-------------------------- | :------------------------- |
> | 1 | 25 |
> | 60 | 1500 |
> | 50 | 1250 |
> | 20 | 500 |
> | 7 | 175 |
>
> [12](#page=12).
#### 5.2.2 Omzetten van lengtematen
Het omzetten van lengtematen is essentieel bij het werken met schaal, met name wanneer de schaal een verhouding aangeeft en de werkelijke afmetingen in een andere eenheid (zoals kilometers) worden gegeven. De decimale weergave van lengtematen helpt hierbij:
* Eén stap naar rechts in de reeks km, hm, dam, m, dm, cm, mm betekent vermenigvuldigen met 10 (bijvoorbeeld $1$ m = $10$ dm) [12](#page=12).
* Twee stappen naar rechts betekent vermenigvuldigen met honderd (bijvoorbeeld $1$ m = $100$ cm) [12](#page=12).
* Eén stap naar links betekent delen door 10 (bijvoorbeeld $1$ mm = $0.1$ cm) [12](#page=12).
* Drie stappen naar links betekent delen door 1000 (bijvoorbeeld $1$ m = $1/1000$ km = $0.001$ km) [12](#page=12).
#### 5.2.3 Het zoeken van de schaal
Wanneer de werkelijke afstand en de afstand op een kaart of model bekend zijn, kan de gebruikte schaal worden bepaald. Dit vereist het omzetten van de werkelijke afstand naar dezelfde eenheid als de afstand op het model, waarna de verhouding kan worden berekend.
> **Voorbeeld:** Op een wegenkaart is de afstand tussen twee steden 7 cm. In werkelijkheid is deze afstand 21 km. Welke schaal werd gebruikt [12](#page=12)?
>
> * Eerst zetten we de werkelijke afstand om naar centimeters: $21$ km = $2.100.000$ cm [12](#page=12).
> * Nu stellen we de verhouding op: $7$ cm op kaart komt overeen met $2.100.000$ cm in werkelijkheid [12](#page=12).
> * Om de schaal $1: x$ te vinden, delen we beide kanten door $7$: $1$ cm op kaart komt overeen met $300.000$ cm in werkelijkheid [12](#page=12).
>
> **Schaal:** $1: 300.000$ [12](#page=12).
---
## Veelgemaakte fouten om te vermijden
- Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens
- Let op formules en belangrijke definities
- Oefen met de voorbeelden in elke sectie
- Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen
Glossary
| Term | Definition |
|------|------------|
| Niveauproef | Een proef die wordt afgelegd om te bepalen op welk niveau een student kan starten met de leerinhoud, specifiek voor wiskundemodules in AAV. |
| Basismodule | Een wiskundemodule gericht op het opfrissen van rekenvaardigheden, bedoeld voor studenten die behoefte hebben aan een sterke basis voordat ze verdergaan met specifiekere onderwerpen. |
| Module 1 | De eerste wiskundemodule die algebra en meetkunde behandelt, gericht op het omvormen van formules, functies en geometrische figuren. |
| Module 2 | De tweede wiskundemodule die zich richt op statistiek, inclusief het analyseren en interpreteren van gegevens met behulp van tabellen, grafieken en statistische maten. |
| Algemene Doelen | Brede leerresultaten die een student moet bereiken, zoals het begrijpen van wiskundetaal, correct afronden en verantwoord gebruik van rekenmachines. |
| Specifieke doelen | Gedetailleerde leerresultaten die zich richten op concrete vaardigheden, zoals het vlot rekenen met gehele getallen, breuken, procenten en het toepassen van formules. |
| Gehele getallen | Een verzameling getallen die zowel de positieve als de negatieve hele getallen omvat, inclusief nul. |
| Breuk | Een getal dat een deel van een geheel voorstelt, geschreven als een teller boven een breukstreep en een noemer onder de breukstreep. |
| Teller | Het getal boven de breukstreep dat aangeeft hoeveel delen van het geheel worden genomen. |
| Noemer | Het getal onder de breukstreep dat aangeeft in hoeveel gelijke delen het geheel is verdeeld. |
| Vereenvoudigen van breuken | Het proces waarbij zowel de teller als de noemer van een breuk worden gedeeld door hetzelfde getal om een equivalente breuk met kleinere getallen te verkrijgen. |
| Gelijknamig maken | Het proces waarbij breuken worden omgezet naar breuken met dezelfde noemer, wat nodig is om ze op te tellen of af te trekken. |
| Volgorde van bewerkingen | De afgesproken volgorde waarin wiskundige bewerkingen in een uitdrukking moeten worden uitgevoerd om tot het juiste resultaat te komen (haakjes, machten/wortels, vermenigvuldigen/delen, optellen/aftrekken). |
| Haakjes | Symbolen die worden gebruikt om aan te geven dat de bewerkingen binnen de haakjes eerst moeten worden uitgevoerd. |
| Machten | Het resultaat van een getal dat een bepaald aantal keren met zichzelf wordt vermenigvuldigd, aangeduid met een exponent. |
| Wortels | De inverse bewerking van machtsverheffen; het vinden van een getal dat, wanneer het een bepaald aantal keren met zichzelf wordt vermenigvuldigd, het oorspronkelijke getal oplevert. |
| Vermenigvuldigen | Een rekenkundige bewerking die herhaald optellen van een getal vertegenwoordigt. |
| Delen | Een rekenkundige bewerking die het omgekeerde is van vermenigvuldigen; het verdelen van een getal in gelijke groepen. |
| Optellen | Een rekenkundige bewerking die het samenvoegen van hoeveelheden vertegenwoordigt. |
| Aftrekken | Een rekenkundige bewerking die het wegnemen van een hoeveelheid uit een andere vertegenwoordigt. |
| Variabele | Een symbool dat een onbekend of veranderlijk getal vertegenwoordigt in een wiskundige uitdrukking of formule. |
| Formule | Een wiskundige uitdrukking die een relatie tussen verschillende variabelen beschrijft. |
| Functie | Een regel die aan elk invoergetal precies één uitvoergetal toekent. |
| Grafiek | Een visuele voorstelling van gegevens of een functie, vaak getekend in een assenstelsel. |
| Tabel | Een georganiseerde presentatie van gegevens in rijen en kolommen. |
| Populatie | De gehele groep individuen, objecten of gebeurtenissen die het onderwerp van een statistisch onderzoek vormen. |
| Steekproef | Een deelverzameling van een populatie die wordt gebruikt om conclusies te trekken over de gehele populatie. |
| Frequentietabel | Een tabel die het aantal keren (frequentie) weergeeft dat elke waarde of categorie voorkomt in een gegevensset. |
| Staafdiagram | Een grafische weergave die rechthoekige staven gebruikt om de frequentie van verschillende categorieën weer te geven. |
| Lijndiagram | Een grafische weergave die punten verbindt met lijnen om trends of veranderingen over tijd te tonen. |
| Cirkeldiagram | Een grafische weergave die de relatieve frequenties van categorieën in een cirkel weergeeft, waarbij elke categorie een sector vormt. |
| Histogram | Een staafdiagram dat de frequentieverdeling van continue gegevens weergeeft, waarbij de staven aan elkaar grenzen. |
| Frequentiepolygoon | Een lijndiagram dat de toppen van de staven van een histogram verbindt om de vorm van de frequentieverdeling te tonen. |
| Centrummaten | Statistieken die een centraal of typisch punt in een gegevensset samenvatten, zoals het gemiddelde of de mediaan. |
| Gemiddelde | De som van alle waarden in een gegevensset gedeeld door het aantal waarden; de rekenkundige gemiddelde. |
| Mediaan | De middelste waarde in een geordende gegevensset; als er een even aantal waarden is, is het de gemiddelde van de twee middelste waarden. |
| Spreidingsmaat | Statistieken die de variabiliteit of spreiding van gegevens rond het centrum samenvatten. |
| Variatiebreedte (Range) | Het verschil tussen de hoogste en de laagste waarde in een gegevensset. |
| Interkwartielafstand (IQR) | Het verschil tussen het derde kwartiel (Q3) en het eerste kwartiel (Q1) in een gegevensset; een maat voor de spreiding van de middelste 50% van de gegevens. |
| Boxplot | Een grafische weergave die de verdeling van een gegevensset samenvat met behulp van kwartielen, de mediaan, en de minimum- en maximumwaarden. |
| Regel van drie | Een methode om een onbekend getal te vinden in een proportionele relatie wanneer drie andere gerelateerde getallen bekend zijn. |
| Evenredigheid | Een relatie tussen twee hoeveelheden waarbij hun verhouding constant blijft. |
| Schaal | De verhouding tussen een afmeting op een kaart of model en de corresponderende werkelijke afmeting. |
| Percent | Een deel van honderd, aangeduid met het symbool %. |
| Procentpunt | De absolute verandering van een percentage. |
| Percentage berekenen | Het proces van het uitdrukken van een deel van een geheel als een fractie van 100. |
| Benoemen | Het toekennen van een specifieke naam of term aan een object, concept of fenomeen. |
| Classificeren | Het indelen van objecten of concepten in categorieën op basis van gedeelde kenmerken. |
| Assenstelsel | Een coördinatensysteem met twee of meer assen die elkaar loodrecht snijden, gebruikt om punten te lokaliseren. |
| ICT | Informatie- en communicatietechnologie; het gebruik van computers en gerelateerde apparatuur om informatie te creëren, opslaan, verwerken en uitwisselen. |
| Wiskundetaal | De specifieke terminologie, symbolen en structuren die in de wiskunde worden gebruikt om ideeën en relaties uit te drukken. |
| Afronden | Het proces van het benaderen van een getal tot een bepaald aantal cijfers of decimalen, waardoor het eenvoudiger wordt. |
| Rekentoestel | Een elektronisch apparaat dat wordt gebruikt voor wiskundige berekeningen. |
| Schattend rekenen | Het benaderen van een resultaat zonder exacte berekeningen, vaak om de orde van grootte te bepalen. |
| Benaderend rekenen | Het uitvoeren van berekeningen met benaderde waarden om een resultaat te verkrijgen dat dicht bij de exacte waarde ligt. |
| Rationale getallen | Getallen die kunnen worden uitgedrukt als een breuk van twee gehele getallen, waarbij de noemer niet nul is. |
| Decimale notatie | Een getal geschreven met een decimale punt, waarbij de cijfers na de punt posities van machten van 10 vertegenwoordigen. |
| Evenredigheden | Verhoudingen die gelijk zijn aan elkaar. |
| Vraagstukken | Problemen die wiskundige oplossingen vereisen, vaak gepresenteerd in tekstvorm. |
| Schaalberekeningen | Berekeningen die betrekking hebben op de verhouding tussen een weergave en de werkelijkheid. |
| Grafieken en tabellen | Visuele en gestructureerde weergaven van gegevens die helpen bij het identificeren van patronen en informatie. |
| Vlakke figuren | Geometrische figuren die volledig binnen een plat vlak liggen, zoals vierkanten en cirkels. |
| Ruimtelijke figuren | Geometrische figuren die in drie dimensies bestaan, zoals kubussen en bollen. |
| Veelhoeken | Gesloten vlakke figuren met rechte zijden. |
| Lijnstukken | Een deel van een rechte lijn met twee eindpunten. |
| Hoeken | De figuur gevormd door twee stralen die vanuit een gemeenschappelijk punt (het hoekpunt) vertrekken. |
| Driehoeken | Veelhoeken met drie zijden en drie hoeken. |
| Vierhoeken | Veelhoeken met vier zijden en vier hoeken. |
| Cirkels | Een verzameling punten in een vlak die allemaal dezelfde afstand tot een centraal punt hebben. |
| Kubussen | Ruimtelijke figuren met zes gelijke vierkante zijvlakken. |
| Balken | Ruimtelijke figuren met zes rechthoekige zijvlakken. |
| Piramides | Ruimtelijke figuren met een veelhoekig grondvlak en driehoekige zijvlakken die samenkomen in een punt (de top). |
| Cilinders | Ruimtelijke figuren met twee parallelle cirkelvormige basissen en een gebogen zijvlak. |
| Kegels | Ruimtelijke figuren met een cirkelvormige basis en een gebogen zijvlak dat naar een punt (de top) leidt. |
| Bollen | Ruimtelijke figuren die alle punten in de ruimte bevatten op een bepaalde afstand van een centraal punt. |
| Evenwijdig | Twee lijnen die elkaar nooit snijden en altijd dezelfde afstand tussen zich behouden. |
| Loodrecht | Twee lijnen die elkaar onder een hoek van 90 graden snijden. |
| Snijdend | Twee lijnen die elkaar op één punt kruisen. |
| Kruisend | Twee lijnen in de driedimensionale ruimte die elkaar niet snijden en niet evenwijdig zijn. |
| Hoekpunt | Het punt waar twee stralen samenkomen om een hoek te vormen. |
| Nulhoek | Een hoek van 0 graden. |
| Scherpe hoek | Een hoek groter dan 0 graden en kleiner dan 90 graden. |
| Rechte hoek | Een hoek van precies 90 graden. |
| Stompe hoek | Een hoek groter dan 90 graden en kleiner dan 180 graden. |
| Gestreepte hoek | Een hoek van precies 180 graden, die een rechte lijn vormt. |
| Volle hoek | Een hoek van 360 graden, die een volledige cirkel vormt. |
| Parallellogram | Een vierhoek waarvan de overstaande zijden evenwijdig zijn. |
| Ruit | Een vierhoek waarvan alle zijden even lang zijn en de overstaande hoeken gelijk zijn. |
| Rechthoek | Een vierhoek met vier rechte hoeken. |
| Vierkant | Een rechthoek waarvan alle zijden even lang zijn. |
| Gelijkbenige driehoek | Een driehoek met ten minste twee zijden van gelijke lengte. |
| Gelijkzijdige driehoek | Een driehoek waarvan alle drie de zijden van gelijke lengte zijn. |
| Stomphoekige driehoek | Een driehoek met één stompe hoek. |
| Scherphoekige driehoek | Een driehoek met drie scherpe hoeken. |
| Rechthoekige driehoek | Een driehoek met één rechte hoek. |
| Omtrek | De totale lengte van de buitenste grens van een vlakke figuur. |
| Oppervlakte | De hoeveelheid ruimte die een vlakke figuur beslaat. |
| Inhoud | De hoeveelheid ruimte die een driedimensionaal object beslaat. |
| Stelling van Pythagoras | Een stelling in de meetkunde die stelt dat in een rechthoekige driehoek het kwadraat van de lengte van de schuine zijde gelijk is aan de som van de kwadraten van de lengtes van de andere twee zijden ($a^2 + b^2 = c^2$). |
| Betekenisvolle context | Een praktische situatie of scenario waarin een wiskundig concept wordt toegepast. |
| Wiskundig model | Een vereenvoudigde wiskundige voorstelling van een reëel probleem, gebruikt om het te analyseren en op te lossen. |
| Kwantitatieve kenmerken | Eigenschappen die numeriek kunnen worden gemeten. |
| Kwalitatieve kenmerken | Eigenschappen die beschrijvend zijn en niet gemakkelijk in getallen kunnen worden uitgedrukt. |
| Betrouwbare informatie | Gegevens die accuraat en representatief zijn voor de te onderzoeken groep. |
| Absolute frequentie | Het daadwerkelijke aantal keren dat een waarde of categorie voorkomt in een gegevensset. |
| Procentuele frequentie | Het percentage keren dat een waarde of categorie voorkomt in een gegevensset, berekend als (absolute frequentie / totaal aantal waarden) * 100%. |
| Variatiebreedte | Het verschil tussen de hoogste en laagste waarde in een gegevensset. |
| Interkwartielafstand | Het verschil tussen het derde en eerste kwartiel; geeft de spreiding van de middelste 50% van de data weer. |
| Boxplot | Een grafische weergave die de verdeling van een dataset weergeeft via kwartielen. |
| Verhouding | Een vergelijking van twee hoeveelheden. |
| Percent | Een deel van honderd, uitgedrukt als een breuk met noemer 100. |
| Decimaal getal | Een getal dat een breuk met een macht van 10 als noemer weergeeft, gescheiden door een decimale punt. |
| Lengtematen | Eenheden die worden gebruikt om afstand te meten, zoals kilometers, meters en centimeters. |
| Model | Een vereenvoudigde voorstelling van een object of systeem, gebruikt voor studie of demonstratie. |
| Wegenkaart | Een kaart die wegen en verkeersroutes toont. |
| Kilometer (km) | Een eenheid van lengte die gelijk is aan 1000 meter. |
| Meter (m) | Een basiseenheid van lengte in het metrische systeem. |
| Decimeter (dm) | Een eenheid van lengte die gelijk is aan 0,1 meter. |
| Centimeter (cm) | Een eenheid van lengte die gelijk is aan 0,01 meter. |
| Millimeter (mm) | Een eenheid van lengte die gelijk is aan 0,001 meter. |
Cover
Hoofdstuk 1 Visie op wiskundeonderwijs (1).pdf
Summary
# De realistische visie op wiskundeonderwijs
De realistische visie op wiskundeonderwijs legt de nadruk op het aanleren van wiskundige kennis en vaardigheden door middel van authentieke, realistische problemen en een leeromgeving die zelfontdekkend, interactief en zelfgestuurd leren stimuleert [3](#page=3).
### 1.1 Kenmerken van de realistische visie
#### 1.1.1 Een stukje geschiedenis
De visie op wiskundeonderwijs heeft sinds het begin van de 19e eeuw een aanzienlijke evolutie doorgemaakt. Vóór de jaren 70 van de 20e eeuw lag de focus op het verwerven van praktische rekenvaardigheden door middel van memorisatie en oefening, ter voorbereiding op het latere beroepsleven. De "moderne wiskunde" introduceerde vanaf de jaren 70 en 80 abstracte concepten, wat leidde tot kritiek op de theoretische en abstracte aanpak. Vanaf de jaren 90 ontwikkelde zich de huidige realistische visie op wiskundeonderwijs [3](#page=3).
#### 1.1.2 Het belang van realistische probleemsituaties
Realistische probleemsituaties vormen de kern van de realistische visie. Deze situaties zijn authentiek en representatief voor de contexten waarin leerlingen hun wiskundige kennis en vaardigheden later zullen toepassen. Ze kunnen zowel dagelijkse situaties omvatten (zoals betalen in de winkel of taart verdelen) als fantasierijke scenario's (zoals heksen die ingrediënten afwegen). Belangrijk is dat leerlingen zich de situaties kunnen voorstellen, en bij voorkeur sluiten ze aan bij hun leefwereld [3](#page=3).
**Voordelen van het werken met realistische situaties:**
* **Actieve betrokkenheid en ontdekking:** Ze sluiten aan bij de leefwereld en intuïtieve kennis van leerlingen, wat zelfontdekking stimuleert [3](#page=3).
* **Bevordering van inzicht:** Leerlingen passen rekenregels toe om realistische problemen op te lossen, rekening houdend met de context en mogelijke oplossingen [3](#page=3).
* **Motivatie:** Leerlingen zien de bruikbaarheid van wiskunde in het dagelijks leven [3](#page=3).
* **Zinvolle oefencontexten:** Ze faciliteren de transfer van geleerde kennis naar reële probleemsituaties [3](#page=3).
> **Voorbeeld:**
>
> 100 leerlingen gaan met minibusjes op zomerkamp. Elke bus kan maximaal 8 kinderen vervoeren. Hoeveel bussen zijn nodig?
>
> De context bepaalt dat hier sprake is van een deling met een rest, waarbij de uitkomst naar boven moet worden afgerond om alle kinderen te vervoeren. Een simpele deling van 100 door 8, $100 / 8 = 12.5$, leidt tot de conclusie dat 13 bussen nodig zijn [4](#page=4).
>
> Leerlingen moeten bij dergelijke opgaven rekening houden met de specifieke context om de juiste wiskundige bewerking en interpretatie van het antwoord te bepalen [4](#page=4).
#### 1.1.3 Aandacht voor zelfontdekkend en zelfsturend leren
De realistische visie pleit ervoor dat leerlingen zelf kennis en vaardigheden verwerven en ontwikkelen, voortbouwend op bestaande kennis. Dit betekent dat de leerkracht niet altijd de enige bron is van nieuwe regels; leerlingen worden aangemoedigd om zelf deze regels te "ontdekken" [4](#page=4).
> **Voorbeeld:**
>
> Een reeks oefeningen kan leerlingen helpen om zelf regels te ontdekken. Bijvoorbeeld, na oefeningen zoals $12 - 3$ en $12 - 5$, kunnen leerlingen de regel ontdekken dat bij het aftrekken van kleinere getallen van een groter getal, het resultaat kleiner wordt. Door oefeningen als $23 + 5$ en $23 + 10$ te presenteren, kunnen leerlingen de regel van het optellen bij tientallen ontdekken.
>
> De volgorde van de oefeningen is cruciaal om dit zelfontdekkend leerproces te faciliteren [5](#page=5).
#### 1.1.4 Interactief onderwijs
Interactief onderwijs is essentieel om leerlingen te ondersteunen bij het zelfstandig opbouwen van hun wiskundige vaardigheden en inzichten. Dit omvat rijke interactie tussen leerkracht en leerling, maar ook tussen leerlingen onderling. Leerlingen leren beter wanneer ze ideeën kunnen uitwisselen, hun inzichten moeten verwoorden en verantwoorden, en hun oplossingswijzen kunnen vergelijken met klasgenoten [5](#page=5).
**Voorbeelden van interactief onderwijs:**
* Leerlingen schrijven per twee een rekenverhaal bij een bewerking en controleren elkaars werk [6](#page=6).
* Leerlingen reageren op een stelling over wiskundige concepten door naar een bepaalde kant van het lokaal te gaan en proberen elkaar te overtuigen [6](#page=6).
* Groepjes lossen verschillende vraagstukken op, waarna één leerling per groepje de oplossing aan het bord uitlegt aan de klas [6](#page=6).
#### 1.1.5 Leren is zelfgestuurd of zelfgereguleerd
Het laten opbouwen van kennis en het ontwikkelen van eigen oplossingsstrategieën brengt het risico met zich mee dat deze constructies inadequaat of incorrect zijn [6](#page=6).
> **Voorbeeld:**
>
> Een leerling voert een aftrekking uit:
>
> `5 4 3 - 1 7 5 ----- 4 3 2`
>
> De leerling maakt hier een fout bij het "lenen" van getallen van de hogere plaatswaarde. Dit leidt tot een incorrect antwoord van 432 in plaats van 368.
>
> Om dit te voorkomen of te verhelpen, is het cruciaal om leerlingen te leren reflecteren op hun eigen handelen, zowel over de uitkomst ("Kan deze uitkomst wel?") als over de gebruikte oplossingswijze ("Had ik niet veel gemakkelijker en sneller tot die oplossing kunnen komen?"). Dit metacognitieve aspect verschuift de verantwoordelijkheid gedeeltelijk van de leerkracht naar de leerling [6](#page=6).
Leerlingen leren om oplossingen en methoden kritisch te bekijken door middel van opdrachten waarbij ze meerdere oplossingen moeten beoordelen [7](#page=7).
> **Voorbeeld:**
>
> Een winkelier moet 200 doosjes lampen verpakken in een kist van 8x8x4 doosjes.
>
> * **Oplossing 1:** $8 + 8 + 4 = 20$. Conclusie: er kunnen maar 20 doosjes in de kist. Dit is fout omdat de ruimtelijke indeling een vermenigvuldiging vereist.
>
> * **Oplossing 2:** $8 \\times 8 \\times 4 = 256$. De berekening wordt deels correct uitgevoerd ($8 \\times 8 = 64$), maar $64 \\times 4$ wordt foutief berekend als 116. Conclusie: er kunnen maar 116 doosjes in de kist.
>
> * **Oplossing 3:** $8 \\times 8 \\times 4 = 256$. De berekening is correct. Conclusie: Neen, want 256 is meer dan 200. Dit is de enige correcte redenering die tot de juiste conclusie leidt dat alle 200 doosjes in de kist passen.
>
>
> Leerlingen moeten deze drie oplossingen kritisch bespreken om te leren hoe ze verschillende benaderingen kunnen analyseren en evalueren [7](#page=7).
### 1.2 Voordelen en aandachtspunten van het realistisch rekenonderwijs
**Voordelen:**
* Hoge betrokkenheid door het werken met realistische contexten [7](#page=7).
* Wiskunde krijgt betekenis in het dagelijks leven [7](#page=7).
* Stimuleert creatief en probleemoplossend denken [7](#page=7).
**Aandachtspunten:**
* Risico op oppervlakkige kennis als de context te veel de aandacht krijgt [7](#page=7).
* Risico op fouten door het zelfontdekkend leren [7](#page=7).
* Moeilijker om leerdoelen systematisch te bereiken zonder sterke structuur [7](#page=7).
* * *
# Het kennisrijk wiskundeonderwijs
Het kennisrijk wiskundeonderwijs streeft ernaar leerlingen een stevige wiskundige basis te bieden door een combinatie van context en abstractie, waarbij begrip centraal staat en automatisering essentieel is voor het aanpakken van complexere problemen [8](#page=8).
### 3.1 Waarom?
Internationale peilingen zoals PIRLS en TIMSS tonen aan dat leerlingen minder goed presteren voor taal en wiskunde. De hervorming van de minimumdoelen beoogt het curriculum te versterken om elk kind maximale kansen te bieden voor ontwikkeling, zowel binnen als buiten het onderwijs [8](#page=8).
### 3.2 Doel van kennisrijk wiskundeonderwijs
Het doel is om leerlingen een stevige wiskundige basis te geven die ze kunnen toepassen in verschillende situaties [8](#page=8).
### 3.3 Kenmerken van kennisrijk wiskundeonderwijs
#### 3.3.1 Combinatie van context en abstractie
Dit onderwijsmodel hecht belang aan zowel betekenisvolle contexten als aan de ontwikkeling van een abstract denksysteem. Leerlingen moeten niet alleen een winkelprijs kunnen berekenen, maar ook de onderlinge samenhang tussen breuken, decimale getallen en procenten begrijpen. Tevens moeten ze abstract met procenten kunnen rekenen, onafhankelijk van de specifieke context [8](#page=8).
#### 3.3.2 Begrijpen (inzicht) boven het toepassen van regeltjes
Het is cruciaal dat leerlingen begrijpen \_waarom een regel werkt, en niet enkel \_hoe deze toe te passen. Een voorbeeld hiervan is de regel voor deelbaarheid door 4: dat een getal deelbaar is door 4 als het getal gevormd door de twee laatste cijfers deelbaar is door 4. Leerlingen moeten niet alleen weten of een getal deelbaar is, maar ook de herkomst van deze regel begrijpen [8](#page=8).
#### 3.3.3 Zowel kennen als kunnen
In het kennisrijk wiskundeonderwijs wordt onderscheid gemaakt tussen "kennen" (wat je weet) en "kunnen" (wat je met die kennis kunt doen, inclusief vaardigheden en procedures) [8](#page=8).
Kennis kan verder worden onderverdeeld in:
* **Inzichtelijke kennis:** Begrijpen hoe iets werkt. Bijvoorbeeld, snappen dat $6 \\times 7$ gelijk is aan 6 groepjes van 7, en dat dit ook berekend kan worden als $(5 \\times 7) + (1 \\times 7)$ [9](#page=9).
* **Feitelijke kennis:** Kennis die uit het hoofd geleerd is, zoals tafels of sommen. Bijvoorbeeld, direct weten dat $6 \\times 7 = 42$ zonder uit te rekenen [9](#page=9).
Het onderscheid tussen inzichtelijke, feitelijke en procedurele kennis is niet strikt, maar de soorten kennis hangen samen. Het correct en efficiënt uitvoeren van vaardigheden is belangrijk, omdat dit leerlingen in staat stelt complexere problemen aan te pakken zonder het werkgeheugen te overbelasten [9](#page=9).
De doelen geven soms een extra aanduiding aan bij 'kennen':
* \[I voor inzicht
* \[F voor feiten
* \[I/F voor beide
Dit voorkomt herhaling en benadrukt dat het niet altijd nodig is om eerst alles te begrijpen voordat men iets kan doen; oefening bevordert zowel begrip als kunnen [9](#page=9).
#### 3.3.4 Automatiseren als basis voor complexere problemen
Automatiseren is anders dan memoriseren. Het opbouwen van kennis (kennen en kunnen) gebeurt door te automatiseren, wat inhoudt dat een strategie eigen wordt gemaakt, verkort en veelvuldig wordt geoefend totdat het antwoord direct bekend is [9](#page=9).
> **Voorbeeld van automatiseren:** Een leerling oefent dagelijks de splitsingen van 10 (bv. 7+3, 6+4). Na verloop van tijd geeft de leerling direct het juiste antwoord zonder te twijfelen [9](#page=9).
Geautomatiseerde feiten en procedures ontlasten het werkgeheugen bij complexere problemen [9](#page=9).
> **Voorbeeld:** Als een leerling vlot breuken kan optellen, kan deze leerling zich bij een tekstvraag concentreren op de probleemstelling zelf, in plaats van op de berekening [9](#page=9).
#### 3.3.5 Duidelijke, geleide instructie
In dit curriculum krijgt zelfontdekkend leren een minder prominente rol dan in een realistische visie. Heldere instructie door de leerkracht is essentieel; de leerkracht stuurt het leerproces, legt de bedoeling duidelijk uit, modelleert de aanpak en controleert de voortgang van de leerlingen [10](#page=10).
### 3.4 Voordelen en aandachtspunten bij het kennisrijk wiskundeonderwijs
#### Voordelen:
* **Sterke kennisbasis:** Leerlingen bouwen een solide fundament van begrippen, feiten en procedures op, wat latere aanpak van complexere wiskundige problemen mogelijk maakt [10](#page=10).
* **Duidelijke instructie en structuur:** De leerkracht biedt de leerstof stapsgewijs aan, wat leidt tot minder verwarring en een kleinere kans op fouten bij leerlingen [10](#page=10).
* **Begrip én toepassing:** Leerlingen leren niet alleen hoe iets werkt, maar ook waarom, wat wiskunde betekenisvol en toepasbaar maakt in nieuwe situaties [10](#page=10).
* **Ondersteuning van alle leerlingen:** Deze aanpak is effectief, met name voor leerlingen die gebaat zijn bij structuur en duidelijke uitleg [10](#page=10).
#### Aandachtspunten:
* **Risico op minder motivatie:** Als de leerstof te abstract of te ver van de leefwereld van leerlingen staat, kunnen zij afhaken. Contexten zijn noodzakelijk om de leerstof betekenis te geven [10](#page=10).
* **Minder ruimte voor exploratie:** Zelfontdekkend leren en creativiteit komen minder aan bod. Sommige leerlingen leren effectiever via eigen strategieën en experimenteren [10](#page=10).
* **Afhankelijkheid van leerkrachtkwaliteit:** De aanpak vereist sterke didactische vaardigheden van de leerkracht. Slechte instructie kan leiden tot verwarring of oppervlakkig leren [10](#page=10).
* * *
# Minimumdoelen en leerplannen wiskunde
Dit onderdeel behandelt de wettelijk vastgelegde minimumdoelen voor wiskunde in het lager onderwijs en de rol van de leerplannen die door de onderwijsnetten worden opgesteld om deze doelen te realiseren.
### 3.1 De eindtermen en minimumdoelen wiskunde
De eindtermen/minimumdoelen voor het lager onderwijs worden opgelegd door de Vlaamse Overheid en geven aan waar elke school minimaal naar moet streven voor elk kind. In het Decreet Basisonderwijs worden minimumdoelen omschreven als een minimum aan kennis, inzicht, vaardigheden en attitudes, noodzakelijk en bereikbaar geacht voor de leerlingenpopulatie. Elke school heeft de maatschappelijke opdracht om deze minimumdoelen op populatieniveau te bereiken. Voor het einde van het lager onderwijs worden op individueel niveau te bereiken minimumdoelen vastgelegd voor Nederlands en wiskunde, die elke leerling moet bereiken voor het verkrijgen van het getuigschrift basisonderwijs [11](#page=11).
Tot voor kort werden de eindtermen gebruikt, die aangeven wat leerlingen op het einde van het zesde leerjaar moeten bereiken qua kennis, attitudes en vaardigheden. Deze eindtermen zijn momenteel 'uitdovend'. De nieuwe minimumdoelen werden in juli 2025 goedgekeurd door het Vlaams Parlement en scholen kunnen ervoor kiezen om hiermee te werken vanaf schooljaar 2025-2026. Vanaf schooljaar 2026-2027 worden de minimumdoelen wiskunde verplicht voor het 1e tot 3e leerjaar, vanaf 2027-2028 voor het 4e en 5e leerjaar, en vanaf 2028-2029 voor de ganse lagere school [11](#page=11).
De minimumdoelen wiskunde zijn de basisdoelen die elk kind in het gewoon lager onderwijs aangeboden moet krijgen, wat belangrijk is voor gelijke kansen. Scholen mogen eigen accenten leggen of extra doelen toevoegen, maar de minimumdoelen blijven voor iedereen gelijk. De minimumdoelen wiskunde voor de lagere school (4de en 6de leerjaar) geven aan welke minimumdoelstellingen haalbaar en noodzakelijk zijn voor kinderen. Hierbij is het belangrijk dat basisvaardigheden zoals hoofdrekenen, cijferen, schatten, toepassingen van rekenvaardigheden in de dagelijkse realiteit, praktijkgericht metend rekenen en ruimtelijke oriëntatie, in ruime mate aan bod kunnen komen [11](#page=11).
#### 3.1.1 Domeinen binnen de minimumdoelen wiskunde
Volgende domeinen worden onderscheiden binnen de minimumdoelen wiskunde:
* **Getallenkennis**: Dit domein omvat kennis en inzichten in hoeveelheden en getallen. In de lagere school komen natuurlijke getallen, gehele getallen, breuken, procenten en kommagetallen aan bod [12](#page=12).
* **Bewerkingen**: Dit domein gaat over optellen, aftrekken, vermenigvuldigen en delen [12](#page=12).
* **Meten en metend rekenen**: Dit domein bestudeert het inzicht in de grootheden lengte, oppervlakte, inhoud/volume, massa, geld, tijdstip & tijdsduur, temperatuur en hoekgrootte [12](#page=12).
* **Meetkunde**: Dit domein bestudeert vlakke en ruimtelijke objecten. Binnen dit domein worden vier grote onderdelen onderscheiden: vormleer, plaatsbepaling, transformaties en meetkundige relaties. Daarnaast bevat het domein een aanvullend onderdeel logica en verzamelingen, dat bewust bij meetkunde is geplaatst om structuur aan te brengen in redeneringen en bij te dragen aan inzicht [12](#page=12).
* **Kansrekenen en statistiek**:
* Leerlingen leren over kans (hoe waarschijnlijk iets is); dit kansbegrip wordt later uitgebouwd en in verband gebracht met kennis over breuken en procenten [12](#page=12).
* Statistiek richt zich op het verzamelen, ordenen, interpreteren en voorstellen van gegevens, waarbij tabellen, diagrammen en centrummaten worden ingezet om inzichten te verwerven uit data en er conclusies uit te trekken [12](#page=12).
* **Probleemoplossend denken en vraagstukken**: Dit domein omvat het oplossen van (niet-)routineuze opgaven [12](#page=12).
* Probleemoplossend denken richt zich op opgaven waarbij de oplossingsweg niet meteen voor de hand ligt, er soms meerdere oplossingswegen zijn en meerdere oplossingen [12](#page=12).
* Het onderdeel vraagstukken omvat contextopgaven die nauw aansluiten bij de leerinhouden zoals procenten, recht/omgekeerd evenredige grootheden, ongelijke verdeling en schaal [12](#page=12).
### 3.2 De leerplannen wiskunde
De leerplannen worden opgesteld door de verschillende onderwijsnetten in Vlaanderen, zoals het GO! (Onderwijs van de Vlaamse Gemeenschap), KOV (Katholiek Onderwijs Vlaanderen) en OVSG (Onderwijs voor Steden en Gemeenten). In een leerplan moeten de minimumdoelen die de overheid heeft vastgelegd op herkenbare wijze worden opgenomen. Elk onderwijsnet kan doelen toevoegen vanuit het eigen opvoedingsproject of de eigen visie op het vak. Er moet ook voldoende ruimte zijn voor de inbreng van scholen, lerarenteams en leerlingen. Om de kwaliteit van het onderwijs te waarborgen, moeten alle leerplannen worden goedgekeurd door de Vlaamse Overheid volgens bepaalde criteria en op advies van de onderwijsinspectie [13](#page=13).
De leerplannen die momenteel in gebruik zijn, zijn nog niet aangepast aan de nieuwe minimumdoelen, die pas op 16 juli 2025 werden goedgekeurd. De onderwijskoepels gaan nu aan de slag om leerplannen te maken die overeenkomen met de nieuwe minimumdoelen [13](#page=13).
* * *
## Veelgemaakte fouten om te vermijden
* Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens
* Let op formules en belangrijke definities
* Oefen met de voorbeelden in elke sectie
* Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen
Glossary
| Term | Definition |
|------|------------|
| Realistische visie | Een onderwijsaanpak waarbij wiskundige concepten worden aangeboden via authentieke en herkenbare situaties die aansluiten bij de leefwereld van de leerlingen, met nadruk op zelfontdekking en probleemoplossend vermogen. |
| Kennisrijk wiskundeonderwijs | Een onderwijsvisie gericht op het opbouwen van een solide wiskundige basis door een combinatie van contextuele toepassingen en abstracte denksystemen, waarbij zowel begrip als vaardigheden centraal staan. |
| Minimumdoelen | Wettelijk vastgestelde leerdoelen die elke school moet nastreven voor alle leerlingen, met betrekking tot kennis, inzicht, vaardigheden en attitudes, met name op het gebied van Nederlands en wiskunde in het basisonderwijs. |
| Leerplannen | Documenten opgesteld door onderwijsnetten die de minimumdoelen van de overheid integreren en verder uitwerken, met ruimte voor eigen accenten en visies op het vak, en die goedgekeurd moeten worden door de Vlaamse Overheid. |
| Zelfontdekkend leren | Een leerproces waarbij leerlingen gestimuleerd worden om zelfstandig nieuwe kennis en vaardigheden te verwerven, vaak door te experimenteren en te ontdekken, voortbouwend op bestaande intuïtieve kennis. |
| Interactief onderwijs | Een vorm van onderwijs die veel interactie tussen leerkracht en leerlingen, en tussen leerlingen onderling, bevordert, om leerlingen te ondersteunen bij het opbouwen van inzichten door het uitwisselen van ideeën en het vergelijken van oplossingswijzen. |
| Zelfgestuurd/zelfgereguleerd leren | Een leerproces waarbij leerlingen de verantwoordelijkheid dragen voor hun eigen leerproces, inclusief het ontwikkelen van oplossingsstrategieën en het reflecteren op hun eigen handelen en de resultaten daarvan. |
| Inzichtelijke kennis | Het begrip van hoe iets werkt en waarom bepaalde wiskundige concepten of procedures correct zijn, in tegenstelling tot het enkel toepassen van regels zonder begrip. |
| Feitelijke kennis | Het uit het hoofd kennen van wiskundige feiten, zoals tafels of eenvoudige sommen, die direct beschikbaar zijn zonder tussenliggende berekening. |
| Procedurele kennis | De vaardigheid om wiskundige procedures en algoritmen nauwkeurig en efficiënt uit te voeren, wat nodig is voor het oplossen van complexere problemen. |
| Automatiseren | Het proces waarbij feiten en procedures zo vaak worden geoefend dat ze zonder veel denkwerk direct beschikbaar zijn, wat de belasting van het werkgeheugen vermindert voor complexere taken. |
Cover
Les 1-d8c127f7-6620-45b2-be2c-68ed46409b9c.pptx
Summary
# De zes domeinen van wiskunde in de kleuterklas
Dit onderwerp verkent de zes kerngebieden van wiskundeonderwijs voor kleuters, met aandacht voor specifieke leerdoelen en praktische voorbeelden.
## 1\. De zes domeinen van wiskunde
De wiskundige initiatie in de kleuterklas is gestructureerd rond zes hoofddomeinen, die bijdragen aan de ontwikkeling van wiskundig denken. Deze domeinen overlappen elkaar vaak in de praktijk.
### 1.1 Getallenkennis
Dit domein richt zich op het ontwikkelen van inzicht in getallen en tellen.
* **Minimumdoelen:** Kleuters kunnen (on)gestructureerde aantallen tot en met 10 tellen (resultatief tellen), deze koppelen aan het telwoord en de getalnotatie, en ze van weinig naar veel of omgekeerd ordenen (seriëren). Ze kunnen ook aantallen vergelijken, zoals het nemen van een even aantal.
> **Tip:** Resultatief tellen betekent dat het getal dat wordt genoemd bij het laatste object dat wordt aangeraakt, de hoeveelheid aangeeft.
### 1.2 Bewerkingen
Dit domein omvat de basisconcepten van rekenkundige operaties.
* **Minimumdoelen:** Kleuters kennen begrippen als bijdoen, erbij, samentellen, samenvoegen en (eerlijk) verdelen. Ze kunnen met concrete materialen en tot en met 10 optellen, aftrekken en delen als verdelingsdeling uitvoeren en verwoorden.
> **Example:** Een activiteit waarbij kleuters zes knikkers in een bakje doen en vervolgens een knikker mogen bijdoen of wegnemen, om vervolgens de totale hoeveelheid te benoemen, valt onder dit domein. Ook het eerlijk verdelen van knikkers over twee bakjes hoort hierbij.
### 1.3 Meten en metend rekenen
Dit brede domein omvat diverse aspecten van meten.
* **Volume:** Kleuters kunnen volume kwalitatief ordenen (seriëren).
* **Lengte:** Kleuters kunnen lengte kwantitatief meten met natuurlijke maten.
* **Massa (gewicht):** Kleuters kunnen massa kwantitatief meten met een balans (eventueel zelfgemaakt).
* **Tijdstip en tijdsduur:** Kleuters kunnen de duur van een activiteit meten met een meetinstrument, zoals een zandloper. Ze kunnen ook gebeurtenissen tijdens de dag chronologisch ordenen.
### 1.4 Meetkunde
Dit domein omvat vormleer, plaatsbepaling, logica en verzamelingen.
* **Vormleer:** Kleuters kunnen vanuit handelen meetkundige objecten (vlakke figuren en ruimtefiguren) herkennen, benoemen en sorteren. Ze kennen de begrippen driehoek, rechthoek, vierkant en cirkel.
* **Plaatsbepaling:** (Specifieke doelen worden vermeld in de context van het brede domein).
* **Logica en verzamelingen:** Kleuters kunnen objecten sorteren op basis van een gemeenschappelijke eigenschap volgens één of twee criteria. Ze kennen de begrippen "en", "of", "niet".
> **Tip:** Classificeren (redeneren met verzamelingen) houdt in dat objecten worden verzameld volgens één of meerdere eigenschappen. Seriëren (ordenen) betekent het rangschikken volgens toenemende of afnemende mate van een eigenschap of aantal. Venndiagrammen kunnen gebruikt worden om logische relaties tussen verzamelingen te illustreren.
> **Example:** Activiteiten zoals het sorteren van zaden, het ordenen van tonnetjes met de Logiset, of het maken van taartgroepjes op basis van kleur en grootte ("geel EN klein, NIET rood") illustreren classificeren en seriëren.
### 1.5 Kansrekenen en statistiek
Dit domein introduceert kleuters in de concepten van waarschijnlijkheid en gegevensverwerking.
* **Kansrekenen:** Kleuters kennen begrippen als "kan", "kan niet", "altijd", "niet", "nooit", "mogelijk", "misschien" en "soms". Ze kunnen de waarschijnlijkheid van gebeurtenissen beschrijven met gepaste begrippen.
* **Statistiek:** Kleuters kunnen gegevens over de klas verzamelen, ordenen en voorstellen.
### 1.6 Probleemoplossend denken en vraagstukken
Dit domein stimuleert de ontwikkeling van strategisch en creatief denken bij het oplossen van problemen.
* **Minimumdoelen:** Kleuters kunnen problemen in spel- en leersituaties oplossen door op zoek te gaan naar manieren om een probleem op te lossen (ook met meerdere oplossingen), concreet materiaal te gebruiken, en hun ideeën te delen met anderen.
> **Tip:** Stimuleer probleemoplossend denken door kleuters zelf te laten nadenken en oplossen, en hen hierbij te ondersteunen met korte, op de bal gerichte feedback en procesgerichte feedback die de aanpak benadrukt, niet enkel het juiste antwoord.
## 2\. Belang en didactiek van wiskunde in de kleuterklas
### 2.1 Waarom wiskunde in de kleuterklas?
Wiskundige initiatie is cruciaal om verschillende redenen:
* Het wiskundig denken op kleuterleeftijd is een belangrijke voorspeller voor later schoolsucces, beroep en sociaaleconomische status.
* Uitdagend wiskundeonderwijs stimuleert niet alleen de wiskundige ontwikkeling, maar ook de taalontwikkeling en de sociaalemotionele ontwikkeling.
* Wiskunde heeft zowel een grote praktische waarde (noodzakelijk in dagelijkse situaties) als een algemeen vormende waarde (bijdrage aan algemene kennis, vaardigheden en houdingen zoals nauwkeurigheid en probleemoplossend vermogen).
* Goed wiskundeonderwijs voor kleuters stimuleert de ontwikkeling van positieve gevoelens en opvattingen tegenover wiskunde, vaak via spel.
### 2.2 Hoe wiskunde aanbieden in de kleuterklas?
De didactiek richt zich op effectieve manieren om wiskundige inzichten en vaardigheden te ontwikkelen:
* **Integratie doorheen de dag:** Wiskunde kan aan bod komen tijdens vrij spel, instructie-activiteiten, routines (bv. eet- of opruimmoment), en activiteiten met een andere focus (bv. WO, beweging). Leraren moeten wiskundekansen de hele dag door benutten.
* **Aansluiten bij voorkennis en belevingswereld:** Het aanbod moet aansluiten bij wat kleuters al weten en bij hun leefwereld. Dit betekent werken rond leerdoelen die net een stapje verder gaan dan wat ze al beheersen, en activiteiten betekenisvol maken met herkenbare materialen en situaties.
* **Feedback:** Geef kort op de bal ondersteunende feedback en benut procesgerichte feedback, die niet alleen het juiste of foute antwoord benoemt, maar ook de aanpak van het kind.
* **Begripsvorming:** Bevorder begripsvorming door het gebruik van concrete materialen, beweging en gebaren. Werk met echte materialen in plaats van enkel met prentjes.
* **Probleemoplossend denken:** Stimuleer kleuters om zelf problemen op te lossen en na te denken, in plaats van de oplossing te veel voor hen te doen.
* **Veilig klimaat:** Zorg voor een veilige omgeving waarin kleuters fouten durven maken en uitdagingen aangaan.
### 2.3 Wiskundetaal ontwikkelen
Wiskunde heeft een eigen vaktaal die expliciet aangeleerd moet worden.
* **Stimuleren van wiskundetaal:** Dit gebeurt door begrippen expliciet aan te leren en ze veelvuldig te laten klinken, zowel in wiskunde- als in niet-wiskundeactiviteiten. Kleuters moeten ook zelf de wiskundetaal gebruiken.
* **Symbolen en visuele representaties:** Kleuters kunnen kennismaken met symbolen (bv. cijfers, '+') en visuele representaties (bv. een bouwplan tekenen). Dit is zinvol, ook voor kinderen met taalproblemen of anderstalige kinderen.
> **Example:** Begrippen zoals "op", "onder", "voor", "achter", "meer", "minder", "evenveel", "zwaar", "licht", "langer", "smal", "cirkel" en "vierkant" moeten herhaald worden in verschillende contexten. Het stimuleren van wiskundetaal bij kleuters is niet te vermijden bij kinderen met taalproblemen of meertalige kleuters.
* * *
# Het belang en de didactiek van wiskunde in de kleuterklas
Dit deel behandelt het belang van wiskundeonderwijs in de kleuterklas, de voorspellende waarde ervan voor toekomstig succes, en de didactische principes voor het vormgeven van dit onderwijs, met nadruk op aansluiting bij voorkennis, belevingswereld en het belang van feedback.
### 2.1 Het belang van wiskunde in de kleuterklas
Wiskundige initiatie in de kleuterklas is cruciaal, niet alleen voor de ontwikkeling van specifieke wiskundige vaardigheden, maar ook voor bredere cognitieve en sociaal-emotionele groei. De focus ligt op de zes domeinen van wiskunde die in de Vlaamse minimumdoelen worden beschreven: getallenkennis, bewerkingen, meten en metend rekenen, meetkunde, kansrekenen en statistiek, en probleemoplossend denken.
#### 2.1.1 Waarom wiskunde belangrijk is
* **Voorspellende waarde:** De mate waarin kleuters wiskundig denken, is een belangrijke voorspeller voor hun latere schoolsucces, hun keuze van beroep en hun sociaaleconomische status.
* **Brede ontwikkeling:** Uitdagend wiskundeonderwijs bevordert niet alleen de wiskundige ontwikkeling, maar draagt ook bij aan de taalontwikkeling en de sociaal-emotionele ontwikkeling.
* **Praktische en algemeen vormende waarde:** Wiskunde is nodig in dagelijkse situaties (praktische waarde) en draagt bij tot de ontwikkeling van algemene kennis, vaardigheden en houdingen zoals nauwkeurigheid, probleemoplossend vermogen en gerichte aandacht (algemeen vormende waarde).
* **Positieve houding:** Het is essentieel dat kinderen positieve gevoelens en opvattingen over wiskunde ontwikkelen, door het op een positieve en speelse manier te ontdekken.
> **Tip:** Het is een misvatting dat tijd besteed aan wiskunde ten koste gaat van andere ontwikkelingsgebieden. Integendeel, uitdagend wiskundeonderwijs kan deze gebieden juist versterken.
### 2.2 De didactiek van wiskunde in de kleuterklas
Het vormgeven van wiskundeonderwijs in de kleuterklas vereist een didactische aanpak die aansluit bij de leefwereld en de mogelijkheden van jonge kinderen. Dit omvat het benutten van leerkansen doorheen de dag, het belang van voorkennis en belevingswereld, en het effectief inzetten van feedback en materialen.
#### 2.2.1 Wanneer en hoe wiskunde aan bod kan komen
Wiskunde kan op verschillende momenten en manieren geïntegreerd worden in het dagelijkse leven van de kleuterklas:
* Tijdens vrij spel.
* Tijdens geleide instructieactiviteiten door de leerkracht.
* Tijdens routines, zoals het eet- of opruimmoment.
* Geïntegreerd in activiteiten met een andere focus, zoals kookactiviteiten, prentkijken of bewegingsspelletjes.
> **Tip:** Wiskundekansen kunnen de hele dag door benut worden. Geef instructie aan kleuters en begeleid tegelijkertijd spontaan spel.
#### 2.2.2 Aansluiten bij voorkennis en belevingswereld
* **Voorkennis:** Wiskunde-aanbod moet aansluiten bij de voorkennis van kleuters. Dit betekent werken aan leerdoelen die net een stapje uitdagender zijn dan wat ze al beheersen, zonder de vorige stap te negeren. Activiteiten mogen niet zo moeilijk zijn dat ze demotiveren.
* **Belevingswereld:** Het aanbod moet betekenisvol aansluiten bij de belevingswereld van kleuters. Dit omvat het aanbieden van situaties waarin wiskunde op een levensechte of realistische manier aan bod komt (bv. winkelspel, kleding sorteren, een passende plank zoeken). Het gebruik van materialen die de kinderen aanspreken (bv. eenhoorns, snoepjes, dino's) is hierbij belangrijk.
> **Voorbeeld:** Een activiteit rond het sorteren van kleding sluit aan bij de belevingswereld van kleuters en bevordert de ontwikkeling van classificatievaardigheden.
#### 2.2.3 Het belang van feedback
Feedback is cruciaal voor de wiskundige ontwikkeling van kleuters.
* **Ondersteunende feedback:** Geef kort op de bal ondersteunende feedback, vooral wanneer een kind het even niet weet of hulp nodig heeft. Dit kan ook inhouden dat de leerkracht de handeling nogmaals voordoet.
* **Procesgerichte feedback:** Gebruik procesgerichte feedback die niet alleen aangeeft of een antwoord juist of fout is, maar ook de aanpak van het kind benoemt. Dit helpt kinderen hun eigen denkprocessen te begrijpen en te verbeteren.
> **Voorbeeld van procesgerichte feedback:** "Je telde de schelpen heel precies. Je was niet helemaal zeker en telde ze nog een keer. Dat was een goed idee om ze nog eens te controleren."
#### 2.2.4 Bevorderen van begripsvorming
Begripsvorming wordt gestimuleerd door:
* **Concrete materialen:** Gebruik echte materialen, het eigen lichaam en zintuigen om begrippen te verkennen en te manipuleren. Dit is effectiever dan enkel met plaatjes te werken.
* **Beweging en gebaren:** Integreer beweging en gebaren bij het aanleren van wiskundige begrippen.
* **Zelfstandig denken en problemen oplossen:** Stimuleer kleuters om zelf na te denken en problemen op te lossen, zonder te veel voor hen in te grijpen.
> **Tip:** Moedig het probleemoplossend denken aan door kleuters zelf problemen te laten oplossen en nadenken. Zorg voor een veilig klimaat waarin fouten gemaakt mogen worden.
#### 2.2.5 Stimuleren van wiskundetaal
Wiskunde heeft een eigen vaktaal, zoals "meer", "patroon", "zwaarder". De stimulering hiervan gebeurt door:
* **Expliciet aanleren en veelvuldig gebruik:** Leer wiskundige begrippen expliciet aan en laat ze veelvuldig voorkomen, zowel in wiskunde-activiteiten als in niet-wiskundige contexten.
* **Actief taalgebruik:** Laat kleuters de wiskundetaal zelf gebruiken door te laten vertellen aan handpoppen, elkaar of de leerkracht.
> **Voorbeelden van wiskundige begrippen voor kleuters:** op, onder, voor, achter, meer, minder, evenveel, zwaar, licht, langer, smaller, cirkel, vierkant.
#### 2.2.6 Kennismaken met symbolen en visuele representaties
Kleuters kunnen kennismaken met symbolen en visuele voorstellingen, wat hun denkvaardigheden bevordert.
* **Natekenen van symbolen:** Het natekenen van wiskundige symbolen zoals %, x, + kan zinvol zijn.
* **Praktische toepassingen:** Het leggen van pen en papier in hoekjes om bijvoorbeeld een voorraad bij te houden met tekeningen of turven is een praktische toepassing.
* **Tekenen van plannen:** Oudste kleuters kunnen een plan laten "tekenen" van hoe ze iets willen bouwen.
> **Tip:** Wiskundetaal mag niet vermeden worden bij kinderen met taalproblemen of anderstalige kinderen; juist zij hebben baat bij vroege en consequente blootstelling aan deze taal.
* * *
# Wiskunde en taalontwikkeling bij kleuters
Dit onderwerp verkent de ontwikkeling van wiskundetaal bij kleuters, de stimulatie ervan door expliciete instructie en frequent gebruik, en de introductie van symbolen en visuele representaties.
## 3.1 De wiskundetaal bij kleuters
Wiskunde kent een eigen vaktaal, met begrippen zoals "meer", "patroon", "zwaarder", "op", "onder", "voor", "achter", "langste", "smalste", "cirkel", en "vierkant". Om deze wiskundetaal te stimuleren bij jonge kinderen, zijn er twee kernstrategieën:
* **Expliciet aanleren en veelvuldig gebruik:** Concepten moeten duidelijk worden uitgelegd en vervolgens herhaaldelijk worden gebruikt, zowel binnen wiskundige activiteiten als daarbuiten, gedurende de hele dag.
* **Kinderen de taal laten gebruiken:** Kleuters moeten aangemoedigd worden om de wiskundige taal zelf te hanteren, bijvoorbeeld door te praten tegen een handpop, elkaar, of de leerkracht.
Het is essentieel om vroeg met de ontwikkeling van wiskundetaal te beginnen bij alle kinderen, inclusief kinderen met taalproblemen of meertalige achtergronden.
> **Tip:** Begrippen kunnen in verschillende betekenisvolle contexten worden herhaald om begrip te vergroten.
## 3.2 Introductie van symbolen en visuele representaties
Kleuters kunnen al kennismaken met symbolen en visuele representaties. Dit is zinvol op verschillende manieren:
* **Natekenen van wiskundige symbolen:** Het is nuttig om kleuters symbolen zoals het procentteken (`%`), het maalteken (`\times` of `\ast`), en het plusteken (`+`) te laten natekenen.
* **Gebruik van pen en papier in rollenspellen:** In hoeken zoals de huishoek of de winkelhoek kan het nuttig zijn om materialen aan te bieden waarmee kinderen bijvoorbeeld de voorraad kunnen bijhouden met behulp van tekeningen, turven, of cijfers.
* **Ontwerpen van plannen:** Oudste kleuters kunnen worden aangemoedigd om een plan te "tekenen" voor hoe ze iets willen bouwen. Dit bevordert denkvaardigheden en ruimtelijk inzicht.
## 3.3 De relatie tussen wiskunde en taalontwikkeling
De ontwikkeling van wiskundig denken bij kleuters is een belangrijke voorspeller voor hun latere schoolsucces, beroepskeuze en sociaaleconomische status. Uitdagend wiskundeonderwijs draagt niet alleen bij aan de wiskundige ontwikkeling, maar stimuleert ook de taalontwikkeling en de sociaal-emotionele ontwikkeling. Wiskunde heeft zowel een grote praktische als een algemeen vormende waarde, en een positieve en speelse benadering van wiskunde kan leiden tot positieve gevoelens en opvattingen over het vak.
> **Voorbeeld:** Het benoemen van hoeveelheden, het vergelijken van maten ("langer", "korter"), en het beschrijven van vormen ("vierkant", "cirkel") zijn allemaal voorbeelden van hoe wiskunde en taalontwikkeling hand in hand gaan.
## 3.4 Classificeren en seriëren
* **Classificeren:** Dit houdt in het verzamelen van objecten volgens één of meerdere gemeenschappelijke eigenschappen. Het valt onder het domein 'meetkunde' bij 'logica en verzamelingen'. Venndiagrammen kunnen gebruikt worden om de logische relaties tussen verzamelingen te illustreren. Activiteiten zoals het sorteren van voorwerpen op kleur of vorm, of het groeperen van taarten op basis van kenmerken ("geel EN klein, NIET rood"), bevorderen classificatie.
* **Seriëren:** Dit betekent het rangschikken van objecten volgens een toenemende of afnemende mate van een bepaalde eigenschap, zoals lengte of aantal. Voorbeelden hiervan zijn het ordenen van tonnetjes op grootte of het rangschikken van broden van klein naar groot.
Deze concepten kunnen op verschillende manieren in de klas aan bod komen, zowel op mentaal niveau als met speciaal ontworpen materiaal of materiaal uit het dagelijkse leven.
* * *
# Classificeren en seriëren in de kleuterklas
Dit gedeelte focust op de wiskundige begrippen classificeren (redeneren met verzamelingen) en seriëren (ordenen volgens een eigenschap), met voorbeelden van hoe deze concreet aangeboden kunnen worden.
### 4.1 Classificeren (redeneren met verzamelingen)
Classificeren betreft het verzamelen van objecten volgens één of meerdere gemeenschappelijke eigenschappen. Dit valt onder het domein 'meetkunde' bij 'logica en verzamelingen'.
#### 4.1.1 Conceptuele uitleg
* **Verzamelingen:** Groepen objecten die een gemeenschappelijke kenmerk delen.
* **Venndiagrammen:** Grafische voorstellingen die de logische relaties tussen twee of meer verzamelingen illustreren. Deze helpen om concepten als 'en', 'of', en 'niet' te visualiseren.
> **Tip:** Het correct sorteren van objecten op basis van één of twee criteria is een belangrijke kleuterdoelstelling. Het begrip van logische operatoren zoals 'en', 'of', 'niet' wordt hier ook bij aangeleerd.
#### 4.1.2 Concrete materialen en activiteiten
* **Logiset:** Dit materiaal is specifiek ontworpen om kinderen te laten classificeren op basis van verschillende eigenschappen zoals vorm, kleur en grootte.
* **Zaden sorteren:** Kinderen kunnen zaden van verschillende soorten, groottes of kleuren sorteren in bakjes.
* **Tonnetjes ordenen:** Tonnetjes van verschillende kleuren, maten of met verschillende symbolen erop kunnen gesorteerd worden.
* **Taarten inpakken:** Met behulp van symbooldobbelstenen kunnen kinderen taarten classificeren op basis van kenmerken zoals kleur, grootte en versiering (bijvoorbeeld: een taart die geel én klein is, maar niet rood).
> **Example:** Een activiteit waarbij kinderen 'taarten' sorteren. Ze kunnen gevraagd worden om te bepalen welke taarten bij elkaar horen op basis van hun uiterlijk. Een meer geavanceerde opdracht kan zijn: "Zorg dat de taarten die je in de doos stopt geel EN klein zijn, maar NIET rood." Dit vereist het combineren van meerdere criteria en het toepassen van het 'niet'-principe.
### 4.2 Seriëren (ordenen)
Seriëren betreft het rangschikken van objecten of concepten volgens een toenemende of afnemende mate van een bepaalde eigenschap of aantal.
#### 4.2.1 Conceptuele uitleg
* **Ordenschikking:** Het plaatsen van items in een logische volgorde op basis van een geleidelijk veranderend kenmerk. Dit kan bijvoorbeeld gaan over grootte, lengte, gewicht, of hoeveelheid.
> **Tip:** Seriëren is een cruciale stap in het ontwikkelen van meetkundig inzicht en begrip van kwantiteit. Het helpt kinderen om patronen te herkennen en logische verbanden te leggen tussen verschillende waarden.
#### 4.2.2 Concrete materialen en activiteiten
* **Materiaal uit het dagelijkse leven:**
* **Lepels van groot naar klein:** Kinderen kunnen lepels van verschillende groottes naast elkaar leggen, van de grootste tot de kleinste.
* **Stokken van lang naar kort:** Het ordenen van stokken op basis van hun lengte.
* **Kralen rijgen:** Een reeks kralen rijgen in een bepaald patroon of op volgorde van grootte.
* **Speciaal ontworpen materiaal:**
* **Dobbelstenen:** Dobbelstenen kunnen worden gebruikt om aantallen te ordenen van weinig naar veel of omgekeerd.
* **Prenten van dieren:** Prenten van dieren die verschillen in grootte kunnen worden gearrangeerd van klein naar groot.
> **Example:** Kinderen krijgen verschillende maten bekers en moeten deze van de kleinste tot de grootste in een rij zetten. Een andere activiteit kan zijn het ordenen van afbeeldingen van kinderen op basis van hun lengte, van de kortste tot de langste.
### 4.3 Integratie met andere domeinen
Classificeren en seriëren zijn niet beperkt tot één domein, maar kunnen geïntegreerd worden in verschillende wiskundige domeinen en dagelijkse activiteiten.
* **Getallenkennis:** Kinderen kunnen getallen of aantallen ordenen van weinig naar veel of omgekeerd (seriëren).
* **Meten en metend rekenen:**
* **Volume:** Kinderen kunnen volumes kwalitatief ordenen (seriëren), bijvoorbeeld door te bepalen welke container de meeste vloeistof kan bevatten.
* **Lengte:** Kinderen kunnen lengtes meten met natuurlijke maten en deze vervolgens ordenen.
* **Tijd:** Gebeurtenissen kunnen chronologisch worden geordend (seriëren). De duur van een activiteit kan worden gemeten en vergeleken.
* **Probleemoplossend denken:** Kinderen worden uitgedaagd om zelf manieren te vinden om problemen op te lossen door te classificeren en te seriëren, bijvoorbeeld bij het kiezen van het juiste materiaal voor een constructie.
> **Tip:** Wanneer je kinderen laat kennismaken met nieuwe wiskundige begrippen zoals 'groot-klein', 'op-onder', 'langste-kortste', is het gebruik van concrete materialen, beweging en het eigen lichaam zeer effectief voor begripsvorming. Laat kinderen de materialen manipuleren en verkennen met hun zintuigen.
* * *
## Veelgemaakte fouten om te vermijden
* Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens
* Let op formules en belangrijke definities
* Oefen met de voorbeelden in elke sectie
* Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen
Glossary
| Term | Definition |
|------|------------|
| Wiskundige initiatie | Het introduceren en ontwikkelen van basis wiskundige concepten en vaardigheden bij jonge kinderen, specifiek in de kleuterklas. |
| Minimumdoelen wiskunde | Vastgestelde leerdoelen op het einde van de derde kleuterklas die kinderen moeten bereiken op populatieniveau of die nagestreefd worden. |
| Meetkunde | Een domein van wiskunde dat zich bezighoudt met de eigenschappen van figuren en de ruimtelijke relaties daartussen, inclusief vormleer en plaatsbepaling. |
| Logica en verzamelingen | Een onderdeel van de meetkunde dat zich richt op het classificeren van objecten op basis van eigenschappen en het begrijpen van logische relaties. |
| Classificeren | Het vermogen om objecten te sorteren of te groeperen op basis van gedeelde kenmerken of criteria, wat een fundamentele wiskundige denkactiviteit is. |
| Seriëren | Het rangschikken van elementen op volgorde, gebaseerd op een toenemende of afnemende mate van een bepaalde eigenschap, zoals lengte, grootte of aantal. |
| Vormleer | Het herkennen, benoemen en sorteren van geometrische objecten, zowel vlakke figuren (zoals cirkels en vierkanten) als ruimtefiguren. |
| Meten en metend rekenen | Een wiskundig domein dat zich bezighoudt met het kwantitatief en kwalitatief bepalen van eigenschappen zoals lengte, volume, massa en tijd. |
| Getallenkennis | Het ontwikkelen van inzicht in getallen, inclusief het tellen, vergelijken en ordenen van aantallen tot en met tien. |
| Resultatief tellen | Het correct kunnen vaststellen van het aantal objecten in een verzameling door ze één voor één te benoemen en het laatste telwoord te gebruiken als totaal. |
| Bewerkingen | Wiskundige handelingen zoals optellen en aftrekken, en ook concepten als bijdoen, erbij nemen en verdelen. |
| Kansrekenen en statistiek | Wiskundige domeinen die zich bezighouden met de waarschijnlijkheid van gebeurtenissen en het verzamelen, ordenen en voorstellen van gegevens. |
| Probleemoplossend denken | Het vermogen om problemen op te lossen door verschillende strategieën te bedenken en toe te passen, vaak met behulp van concrete materialen en samenwerking. |
| Groeilijnen | Een model dat de stapsgewijze ontwikkeling van wiskundige inzichten en vaardigheden beschrijft. |
| Didactiek | De wetenschap en kunst van het onderwijzen, die zich richt op de methoden, materialen en strategieën om leerstof effectief over te brengen. |
| Wiskundetaal | De specifieke woordenschat en terminologie die gebruikt wordt binnen het vakgebied wiskunde, essentieel voor begrip en communicatie. |
| Symbolen en visuele representaties | Het gebruik van tekens, cijfers, grafieken of tekeningen om wiskundige ideeën en concepten weer te geven. |
| Venndiagram | Een grafische weergave die de logische relaties en de overlap tussen twee of meer verzamelingen of groepen van objecten illustreert. |
| Procesgerichte feedback | Feedback die zich richt op de aanpak, strategieën en inspanningen van de leerling tijdens het uitvoeren van een taak, in plaats van enkel op het eindresultaat. |
Cover
Les 3 voor (1).pptx
Summary
# Classificeren en seriëren bij jonge kinderen
Dit topic behandelt strategieën en activiteiten om jonge kinderen, met name van 2,5 tot 6 jaar, te leren classificeren en seriëren, inclusief diverse spelvormen en pedagogische benaderingen.
### 1.1 Classificeren: concepten en logische begrippen
Classificeren is het groeperen van objecten op basis van gemeenschappelijke eigenschappen. Dit omvat het begrijpen van logische begrippen zoals "in", "uit", "binnen", "buiten", "als ... dan ...", "en", "of", en "niet".
#### 1.1.1 Logische begrippen
* **In, uit, binnen, buiten**: Deze begrippen worden toegepast door objecten in of uit hoepels, dozen of kommetjes te plaatsen en te redeneren waarom een object wel of niet bij een bepaalde verzameling hoort.
* **Als ... dan ...**: Dit logische verband wordt geïntroduceerd om voorwaardelijke uitspraken te doen. Een voorbeeld is bij het spel "schipper-mag-ik-overvaren", waarbij de regel kan zijn: "als je een rode trui draagt, dan mag je overvaren". Dit kan verder uitgebreid worden met voorwaarden zoals "als je edelsteen ... is, dan mag je het in de lucht steken" of gecombineerde voorwaarden zoals "als je edelsteen ... EN ... is, dan mag je ...". Ook de ontkenning is hierbij relevant: "als je edelsteen NIET ... is, dan mag je ...".
* **En, of, niet**: Deze conjuncties en negaties zijn cruciaal voor complexere classificatieopdrachten en het begrijpen van logische verbanden.
#### 1.1.2 Criteria voor classificeren
Kinderen leren objecten sorteren op basis van één of twee criteria.
* **Kwalitatief classificeren**: Dit gebeurt op basis van eigenschappen zoals kleur, vorm, grootte of soort.
* Voorbeeldvraag: "Leg de blokken met dezelfde kleur samen." (Hoewel de instructie is om kinderen zelf te laten nadenken over hoe ze kunnen ordenen, is dit een voorbeeld van een sturende vraag.)
* Vragen die aanzetten tot sorteren: "Hoe kunnen we deze dingen bij elkaar leggen?", "Wat hebben deze voorwerpen gemeen?".
* **Kwantitatief classificeren**: Dit is classificeren op basis van het aantal, hoewel dit minder centraal staat in de aangegeven paginabereiken dan kwalitatief classificeren.
#### 1.1.3 Opbouw in moeilijkheid bij classificeren
De moeilijkheid van classificatieactiviteiten wordt stapsgewijs opgebouwd en er worden varianten in moeilijkheid voorzien.
* **2,5-3-jarigen**: Werken vaak met hulp, starten met één kaart in een bingospel en kunnen sorteren met één criterium.
* **3-4-jarigen**: Kunnen met symboliserende hulpmiddelen werken en meer complex sorteren. Bingospellen kunnen ook met symbolen worden gebruikt.
* **4-6-jarigen**: Kunnen sorteren op basis van twee criteria, werken met symbolen en complexere logische structuren.
### 1.2 Seriëren: opbouw en patronen
Seriëren is het rangschikken van objecten volgens een bepaalde volgorde, meestal gebaseerd op één of meer kenmerken.
#### 1.2.1 Patronen leggen
Het herkennen en voortzetten van patronen is een belangrijk onderdeel van seriëren. Er wordt onderscheid gemaakt in verschillende soorten patronen:
* **AB-patroon**: Herhaling van twee elementen (bv. rood, blauw, rood, blauw).
* **ABC-patroon**: Herhaling van drie elementen (bv. rood, blauw, groen, rood, blauw, groen).
* **AAB-patroon**: Een element wordt twee keer herhaald, gevolgd door een ander element (bv. rood, rood, blauw, rood, rood, blauw).
* **ABB-patroon**: Een element gevolgd door een ander element dat twee keer herhaald wordt (bv. rood, blauw, blauw, rood, blauw, blauw).
* **ABCD-patroon**: Herhaling van vier elementen.
* **ABA-patroon**: Een element, gevolgd door een ander element, gevolgd door het eerste element opnieuw (bv. rood, blauw, rood).
Activiteiten zoals "treintjes maken" (bv. met muziek) of het aanhangen van wagonnetjes volgens een patroon, helpen kinderen dit concept te begrijpen.
#### 1.2.2 Seriëren in thematische context
Seriëren kan op een betekenisvolle manier geïntegreerd worden door gebruik te maken van materialen die kinderen zelf hebben verzameld of meegebracht, gekoppeld aan een thema (bv. Kerstmis, herfst).
### 1.3 Activiteiten en spelvormen
Een breed scala aan spelvormen en activiteiten kan worden ingezet om classificeren en seriëren te oefenen. De moeilijkheidsgraad wordt stapsgewijs opgebouwd.
* **Logiset**: Activiteiten met een logiset die gericht zijn op classificeren en het verkennen van logische begrippen.
* **Dobbelen**: Gebruik van dobbelstenen met symbolen of kleuren om classificatie- of seriëreertaken te initiëren.
* **Draaien aan het rad**: Een rad met verschillende kenmerken of categorieën kan worden gebruikt om objecten te sorteren.
* **Zoekopdrachten**: Kinderen zoeken naar objecten die voldoen aan specifieke criteria, zoals "Mijn kraan draait in de ronde..." (waarbij het kenmerk "rond" gezocht moet worden).
* **Sorteeropdracht**: Kinderen sorteren objecten op basis van één of meerdere kenmerken. Dit kan met hulp of met symboliserende hulpmiddelen.
* **Puzzelen**: Puzzels, inclusief bingospellen, waarbij objecten op kenmerken moeten worden geplaatst.
* **Voelspel**: Objecten voelen en sorteren op basis van tastkenmerken.
* **Winkelsspel**: Een gesimuleerde winkelomgeving waar classificeren en seriëren centraal staan (bv. een bakkerswinkel of autohoek).
* **Matrixspel**: Dit spel helpt bij het combineren van twee of meer kenmerken. Er wordt gewerkt met rijen en kolommen om te bepalen welk object in een specifieke cel thuishoort. Dit kan ook met ontkenningen worden uitgebreid.
* **Pacman**: Kan gebruikt worden voor patronen of classificatie afhankelijk van de invulling.
* **Patronen leggen**: Concreet legwerk om patronen te herkennen en te voltooien.
* **Wat is weg?**: Een activiteit waarbij kinderen moeten herkennen welk object verdwenen is uit een reeks, wat begrip van volgorde vereist.
* **Liedjes**: Gebruik van liedjes om de kenmerken van objecten te verwoorden en te classificeren (bv. "Zoeken in de zak/mand", "Bim bam buisje").
#### 1.3.1 Integratie in de klaspraktijk
Classificeren en seriëren kunnen geïntegreerd worden in dagelijkse routines, hoeken van de klas en thematische activiteiten.
* **Hoeken verrijken**: Het inrichten van hoeken (bv. bakkerswinkel, autohoek) met materialen en symbolen die kansen bieden voor classificeren en seriëren.
* **Overgangen en klasroutines**: Korte activiteiten of observaties tijdens overgangen (bv. naar buiten gaan, handen wassen) kunnen ingezet worden.
* **Thematisch werken**: Materiaal dat kinderen zelf meegebracht hebben (bv. herfstbladeren, kerstversiering) kan dienen als basis voor classificatie- en seriëreertaken.
* **Prentenboeken**: Gebruik van prentenboeken, zoals "Heb je mijn zusje gezien?", om classificatie op een betekenisvolle manier te integreren.
### 1.4 Aandachtspunten voor de leerkracht
* **Opbouw in moeilijkheid**: Zorg voor een duidelijke opbouw in de moeilijkheidsgraad van de activiteiten, aangepast aan de leeftijd van de kinderen.
* **Varianten voorzien**: Bied verschillende varianten van spellen aan om de uitdaging te behouden en aan te passen aan individuele behoeften.
* **Concrete uitwerking**: Ontwikkel concrete opdrachten en spellen, zowel voor begeleide sessies als voor hoeken, met correct gebruik van symbolen en een duidelijke structuur.
* **Doelen koppelen**: Weet specifieke leerdoelen te koppelen aan aangeboden activiteiten. Dit omvat het raadplegen van bundels met leerdoelen wiskunde en minimumdoelen.
* **Gerichte opdrachten**: Ontwerp gerichte opdrachten die aansluiten bij de leeftijd en het ontwikkelingsniveau van de kleuter.
* **Spelvormen en liedjes benutten**: Maak actief gebruik van de beschikbare spelvormen en liedjes.
> **Tip:** Moedig kinderen aan om zelf na te denken over hoe ze objecten kunnen ordenen, in plaats van direct voorschrijvende instructies te geven. Vragen stellen is hierbij essentieel.
> **Tip:** Integreer classificeren en seriëren op een betekenisvolle manier in de dagelijkse praktijk en thematische aanpak.
> **Tip:** Zorg ervoor dat wiskundige concepten op een speelse en kindvriendelijke manier worden geïntroduceerd, met een duidelijke opbouw in complexiteit.
> **Tip:** Gebruik zowel visuele (afbeeldingen, symbolen) als auditieve (liedjes) middelen om concepten te versterken.
> **Voorbeeld:** Bij een bakkerswinkel-hoek kunnen kinderen broodjes sorteren op soort (wit/bruin), op grootte (klein/groot) of op ingrediënten (met/zonder rozijnen). Ze kunnen ook prijzen seriëren van goedkoop naar duur of het aantal (symbolisch) broodjes per 'bestelling' sorteren.
> **Voorbeeld:** Het matrixspel kan met drie kenmerken worden gespeeld, waarbij kinderen bijvoorbeeld een figuur moeten plaatsen dat rood is, rond, en groot.
> **Voorbeeld:** Een liedje als "Zoeken in de zak" kan gebruikt worden om te oefenen met classificeren op basis van aanraakbaarheid, vorm of textuur, voordat het object wordt getoond.
---
# Wiskundige concepten en logische begrippen
Dit topic introduceert fundamentele logische begrippen zoals en, of, niet, en hoe deze toegepast kunnen worden in wiskundige activiteiten voor jonge kinderen, met aandacht voor de opbouw van moeilijkheidsgraden in wiskundige spellen.
### 2.1 Logische begrippen: en, of, niet
De kern van logisch denken bij jonge kinderen ligt in het begrijpen en toepassen van basale logische operatoren: 'en', 'of' en 'niet'. Deze begrippen zijn essentieel voor het classificeren en seriëren van objecten.
* **'En'**: Wordt gebruikt om aan te geven dat aan meerdere voorwaarden tegelijkertijd voldaan moet worden. Bijvoorbeeld, een object moet zowel rood *als* rond zijn.
* **'Of'**: Geeft aan dat aan ten minste één van de voorwaarden voldaan moet worden. Een object mag rood *of* blauw zijn.
* **'Niet'**: Wordt gebruikt om een uitsluiting aan te geven. Een object is *niet* vierkant.
Deze begrippen worden geïntroduceerd en geoefend met behulp van visuele materialen en spelletjes, waarbij de moeilijkheidsgraad stapsgewijs wordt opgevoerd.
> **Tip:** Begin met concrete materialen en eenvoudige, eenduidige criteria voordat je abstractere concepten en combinaties introduceert.
### 2.2 Toepassingen in wiskundige activiteiten
Logische begrippen vinden hun toepassing in diverse wiskundige activiteiten, waarbij de nadruk ligt op het geleidelijk verhogen van de complexiteit.
#### 2.2.1 Classificeren
Classificeren is het groeperen van objecten op basis van gemeenschappelijke eigenschappen. Dit kan op verschillende niveaus:
* **Classificeren op basis van één criterium**: Kinderen sorteren objecten op kleur, vorm of grootte. Voorbeelden zijn het samenleggen van blokken met dezelfde kleur, of het sorteren van speelgoed op grootte.
* **Voor 2,5- tot 3-jarigen**: Met hulp, door bijvoorbeeld te zeggen: "Leg de blokken met dezelfde kleur samen." Dit is echter sturend. Betere aanpak is door kinderen zelf na te laten denken over ordeningsprincipes.
* **Voor 4- tot 5-jarigen**: Meer zelfstandig, waarbij symbolische hulpmiddelen kunnen worden gebruikt.
* **Classificeren op basis van twee of meer criteria**: Dit vereist het combineren van logische operatoren.
* **Matrixspelen**: Hierbij worden objecten geplaatst in een raster (rijen en kolommen) gebaseerd op twee of meer kenmerken. Kinderen moeten de relatie tussen de kenmerken begrijpen.
* **Basisprincipes**: Kinderen leren werken met rijen en kolommen. Ze moeten bijvoorbeeld een staafje zoeken dat aan specifieke criteria voldoet (bv. rond en blauw).
* **Combineren van kenmerken**: Dit kan oplopen tot het combineren van twee, drie of zelfs meer kenmerken.
* **Ontkenning**: Moeilijkheidsgraad verhogen door het concept 'niet' toe te passen, zoals "zoek een staaf die *niet* rond is".
* **"Wat is weg?"-spel**: Hierbij wordt een reeks objecten getoond, een object verwijderd, en moeten de kinderen identificeren welk object verdwenen is. Dit test het geheugen en het kunnen herkennen van patronen en ontbrekende elementen.
> **Tip:** Gebruik vragen die aanzetten tot nadenken, zoals "Hoe kan je deze samenleggen?" of "Waarom leg je die hierbij?" in plaats van directe instructies.
#### 2.2.2 Seriëren
Seriëren is het ordenen van objecten in een volgorde op basis van een bepaald criterium, zoals grootte, lengte of kleur.
* **Patronen leggen**: Kinderen leren volgordes herkennen en voortzetten. Dit begint met eenvoudige patronen en bouwt op naar complexere structuren.
* **AB-patroon**: Afwisseling van twee elementen (bv. rood, blauw, rood, blauw).
* **ABC-patroon**: Afwisseling van drie elementen (bv. rood, blauw, groen, rood, blauw, groen).
* **AAB-patroon**: Twee keer hetzelfde element gevolgd door een ander element (bv. rood, rood, blauw, rood, rood, blauw).
* **ABB-patroon**: Eén element gevolgd door twee keer een ander element (bv. rood, blauw, blauw, rood, blauw, blauw).
* **ABCD-patroon**: Afwisseling van vier elementen.
* **ABA-patroon**: Een element, dan een ander element, dan weer het eerste element (bv. rood, blauw, rood, blauw...). Dit is in feite een herhaling van het AB-patroon.
> **Example:** Een voorbeeld van een AB-patroon met speelgoedauto's: kleine rode auto, grote blauwe auto, kleine rode auto, grote blauwe auto.
#### 2.2.3 Integratie in spelvormen en thema's
De concepten van classificeren en seriëren kunnen op een betekenisvolle manier worden geïntegreerd in dagelijkse activiteiten en thema's.
* **Spelvormen**:
* **Dobbelen**: Met speciale dobbelstenen die kleuren, vormen of symbolen weergeven.
* **Draaien aan het rad**: Met verschillende secties die bepaalde eigenschappen representeren.
* **Zoekopdrachten**: Kinderen zoeken naar objecten die aan specifieke criteria voldoen (bv. "Zoek alle ronde, gele voorwerpen in de klas").
* **Puzzelen**: Vormen of patronen herkennen en samenvoegen.
* **Bingospel**: Met afbeeldingen voor jongere kinderen en symbolen voor oudere kinderen.
* **Winkselspel**: Hierbij kunnen kinderen speelgoed kopen en verkopen, waarbij classificatie (bv. het sorteren van geld) en seriëren (bv. het rangschikken van producten) aan bod komen.
* **Thema's en hoeken**:
* **Thema-gerichte activiteiten**: Bij thema's zoals "Herfst" of "Kerstmis" kunnen kinderen objecten verzamelen en sorteren op basis van het thema.
* **Hoeken verrijken**:
* **Bakkerswinkel**: Kinderen kunnen ingrediënten sorteren (bv. suiker, bloem) en producten rangschikken (bv. kleine koekjes, grote taarten). Er kan ook met symbolen gewerkt worden voor de producten.
* **Autohoek**: Kinderen kunnen auto's sorteren op kleur, grootte of type. Ze kunnen ook 'verkeersregels' volgen, wat een vorm van ordening is.
#### 2.2.4 Leeftijdsgebonden opbouw
De moeilijkheidsgraad van de activiteiten wordt aangepast aan de leeftijd en ontwikkeling van de kinderen.
* **2,5- tot 3-jarigen**: Werken vaak met afbeeldingen en eenvoudige, éénoppervlaksorganisaties. Ze kunnen samen rond één kaart werken.
* **3- tot 4-jarigen**: Beginnen met symbolen en kunnen zelfstandiger werken, soms met individuele kaarten. Ze worden uitgedaagd om criteria te combineren.
* **4-jarigen en ouder**: Kunnen complexe combinaties van criteria hanteren, inclusief negaties, en werken voornamelijk met symbolen. Ze kunnen zelf opdrachten bedenken.
### 2.3 Ondersteunende middelen en technieken
Naast directe spelactiviteiten kunnen ook liedjes en specifieke materialen ondersteunend zijn.
* **Liedjes**: Liedjes die de kenmerken van objecten verkennen, helpen kinderen om eigenschappen te benoemen en te herkennen, wat essentieel is voor classificatie. Voorbeelden zijn liedjes over "zoeken in de zak" of liedjes die kenmerken verwoorden.
* **Boodschappenkaartjes**: Kaartjes met afbeeldingen (voor jongere kinderen) of symbolen (voor oudere kinderen) die gebruikt kunnen worden in spelletjes zoals de sokkenwinkel of om patronen te maken.
> **Tip:** Gebruik een breed scala aan materialen, waaronder objecten die de kinderen zelf verzamelen, om de relevantie en motivatie te verhogen.
### 2.4 Wiskundige doelen en aandachtspunten
De ontwikkeling van logische begrippen is gekoppeld aan specifieke wiskundige doelen voor jonge kinderen.
* **Begrippen**: Kinderen leren de begrippen 'in', 'uit', 'binnen', 'buiten', 'als... dan...', 'en', 'of', 'niet'.
* **Classificeren**: Objecten kunnen sorteren op basis van één of twee criteria (kwalitatief: kleur, vorm, grootte; kwantitatief: aantal).
* **'Als... dan...' uitspraken**: Kunnen gebruiken, bijvoorbeeld in het spel "Schipper mag ik overvaren?" (bv. "Als je een rode trui draagt, dan mag je overvaren."). Dit breidt uit naar complexere voorwaarden met 'en' en 'niet'.
* **Aandachtspunten voor leerkrachten**:
* Kennen en toepassen van aandachtspunten per leeftijd.
* Concreet kunnen uitwerken en uittekenen van aanbod met opbouw in moeilijkheid (bv. bingo, matrix, dobbelen, zoekopdrachten).
* Specifieke en minimumdoelen kunnen opzoeken bij een aanbod.
* Voor een gegeven doel een gerichte opdracht/spel kunnen uitwerken aangepast aan de kleuterleeftijd.
* Spelvormen en liedjes benutten op stage.
* Activiteiten gericht op classificeren en seriëren opbouwen.
---
# Activiteiten en materialen voor wiskundeonderwijs
Dit topic richt zich op concrete wiskundige activiteiten, spelvormen en materialen die ingezet kunnen worden binnen het onderwijs, met specifieke aandacht voor classificeren en seriëren.
### 3.1 Concrete wiskundige activiteiten en spelvormen
Er is een breed scala aan activiteiten die gebruikt kunnen worden om wiskundige concepten te introduceren en te versterken. Deze activiteiten kunnen stapsgewijs in moeilijkheidsgraad worden opgebouwd en aangepast aan de leeftijd van de kinderen.
#### 3.1.1 Sorteer- en classificatieactiviteiten
* **Sorteeropdracht:** Kinderen worden aangemoedigd om objecten te ordenen op basis van gemeenschappelijke eigenschappen. Het is belangrijk om kinderen zelf te laten nadenken over hoe ze kunnen ordenen, in plaats van dit direct voor te schrijven. Vragen zoals "Leg de blokken met dezelfde kleur samen" kunnen te sturend zijn. Beter is om te vragen hoe ze de blokken kunnen ordenen.
* **Doorsorteren:** Na het initiële sorteren kunnen kinderen gevraagd worden om verder te sorteren binnen de reeds gevormde groepen.
#### 3.1.2 Patroonherkenning en -creatie
* **Patronen leggen:** Dit omvat het herkennen en voortzetten van patronen, zoals het maken van "treintjes" met een terugkerende volgorde. Voorbeelden van patronen zijn:
* AB-patroon (bv. rood, blauw, rood, blauw)
* ABC-patroon
* AAB-patroon
* ABB-patroon
* ABCD-patroon
* ABA-patroon
* **Liedjes om patronen te verkennen:** Muziek kan ingezet worden om het concept van patronen levendiger te maken, zoals het liedje "So ry die trein".
#### 3.1.3 Spel met logische begrippen
* **Dobbelen:** Gebruik van dobbelstenen om te tellen, getallen te herkennen en kansberekening te introduceren.
* **Draaien aan het rad:** Een rad met verschillende categorieën of uitkomsten kan gebruikt worden voor sortering of als startpunt voor een activiteit.
* **Zoekopdrachten:** Kinderen krijgen een opdracht om specifieke objecten te vinden op basis van bepaalde kenmerken. Een voorbeeld is "Mijn kraan draait in de ronde" waarbij kinderen ronde objecten zoeken.
* **Matrixspellen:** Deze spellen introduceren het werken met rijen en kolommen. Kinderen leren objecten te plaatsen op basis van twee of meer kenmerken. De moeilijkheid kan worden opgebouwd door het aantal kenmerken te verhogen of ontkenningen te introduceren.
* **Voorbeeld van een matrixspel:** Een raster waarbij kinderen objecten plaatsen op basis van kleur en vorm.
* **Moeilijkheidsopbouw:**
* Combineren van twee kenmerken (bv. kleur en vorm).
* Combineren van drie kenmerken.
* Gebruik van negaties (bv. "niet rood").
* **Pacman:** Een spelvorm die mogelijk gerelateerd is aan het navigeren in een raster of het verzamelen van objecten.
* **Voelspel:** Objecten in een zak voelen en herkennen op basis van tastzin, wat kan leiden tot classificatie.
* **Winkeltje spelen:** Dit biedt veel kansen voor classificatie (producten sorteren) en seriëren (prijzen, hoeveelheden).
#### 3.1.4 Taal en liedjes in wiskunde
* **Liedjes om kenmerken te verwoorden:** Liedjes kunnen helpen om de eigenschappen van objecten te benoemen en te memoriseren.
* **Voorbeelden van liedjes:**
* "Tikke takke toren pim pam poren, tikke takke teg, wat is weg?" - Dit liedje kan gebruikt worden bij het spel "Wat is weg?".
* "Zoeken in de zak": Dit liedje nodigt uit tot het verkennen van de inhoud van een zak en het benoemen van de gevonden objecten.
* "Mijn kraan draait in de ronde lip lap lauw, heb je ‘t al gevonden het is blauw."
#### 3.1.5 Specifieke spelvormen en oefeningen
* **Puzzelen:** Biedt mogelijkheden voor ruimtelijk inzicht en het herkennen van vormen en patronen.
* **Bingospel:** Kan worden aangepast met afbeeldingen voor jongere kinderen en symbolen voor oudere kinderen, gericht op het herkennen van elementen.
* **"Wat is weg?":** Een spel waarbij objecten worden getoond, vervolgens wordt een object weggenomen en moeten de kinderen raden welk object verdwenen is. Dit stimuleert observatie en geheugen.
### 3.2 Integratie van wiskunde in thema's en hoeken
Wiskundige concepten kunnen betekenisvol worden aangeboden door ze te integreren in thema's en de inrichting van klaslokalen.
#### 3.2.1 Thema-integratie
* **Thema-specifieke materialen:** Gebruik van materialen die passen bij een thema, zoals kerstmis of herfst, om classificatie- en seriëreactiviteiten uit te voeren. Kinderen kunnen ook gevraagd worden om zelf materialen te verzamelen en mee te brengen die gekoppeld zijn aan een thema.
#### 3.2.2 Inrichting van hoeken
* **Bakkerswinkel:** Een ingerichte bakkerswinkel biedt kansen voor:
* **Classificatie:** Broodsoorten sorteren, ingrediënten per soort indelen.
* **Seriëren:** Producten op volgorde van grootte leggen, prijzen (indien relevant) sorteren.
* **Symbolen:** Gebruik van symbolen om kenmerken van producten aan te duiden.
* **Autohoek:** Ook een autohoek kan worden ingericht met kansen voor classificatie en seriëren:
* **Classificatie:** Auto's sorteren op kleur, merk, soort (bv. vrachtwagen, personenauto).
* **Seriëren:** Auto's op volgorde van grootte zetten, routes plannen.
* **Symboliserende hulpmiddelen:** Gebruik van symbolen om bijvoorbeeld parkeerplaatsen aan te duiden of wegnummers.
### 3.3 Wiskundige doelen en aandachtspunten
#### 3.3.1 Pedagogische doelen
De volgende doelen, gerelateerd aan logica en verzamelingen, zijn relevant voor classificatie- en seriëreactiviteiten:
* **Begrippenkennis:** Kinderen kennen begrippen als "in", "uit", "binnen", "buiten", "als ... dan ...", "en", "of", "niet".
* **Toepassing:** Verzamelen in hoepels of dozen en bespreken waarom iets er wel of niet bij hoort.
* **Classificeren op basis van criteria:** Kinderen kunnen objecten sorteren op basis van één of twee gemeenschappelijke eigenschappen (kwalitatief: kleur, vorm, grootte, soort; kwantitatief: aantal).
* **"Als ... dan ..." uitspraken:** Kinderen kunnen deze logische verbanden gebruiken, bijvoorbeeld in spellen als "schipper mag ik overvaren?".
#### 3.3.2 Kennis en vaardigheden voor de leerkracht
Om effectief wiskundeonderwijs te geven op het gebied van classificeren en seriëren, dient de leerkracht het volgende te beheersen:
* **Aandachtspunten per leeftijd:** Kennis van de specifieke ontwikkelingsfase van kinderen in verschillende leeftijdsgroepen (2,5-3 jaar, 3-4 jaar, 4-5 jaar, 5 jaar).
* **Concreet uitwerken van aanbod:** Kunnen ontwerpen van concrete opdrachten en spellen met een duidelijke opbouw in moeilijkheid. Dit omvat het correct gebruiken van symbolen bij activiteiten zoals bingo, matrices en zoekopdrachten.
* **Opzoeken van leerdoelen:** Vaardigheid in het vinden van specifieke leerdoelen in relevante documenten, zoals de bundel "doelen wiskunde" en de "minimumdoelen" van de Vlaamse overheid.
* **Gerichte opdrachten ontwikkelen:** Voor een gegeven wiskundig doel een specifieke opdracht of spel kunnen uitwerken dat is aangepast aan de leeftijd van de kleuter.
* **Spelvormen en liedjes benutten:** Creatief inzetten van beschikbare spelvormen en liedjes.
* **Activiteit opbouwen:** Het kunnen structureren van een wiskundige activiteit, bijvoorbeeld binnen het kader van een praktijkoefening.
> **Tip:** Bij het aanbieden van sorteeropdrachten is het essentieel om kinderen de ruimte te geven hun eigen strategieën te ontwikkelen, in plaats van hen direct een manier van ordenen voor te schrijven.
> **Tip:** Gebruik de overgangen in de dag (bv. van spelen naar eten) of klasroutines om subtiel wiskundige concepten te integreren, zoals het sorteren van materialen die de kinderen zelf hebben meegenomen.
#### 3.3.3 Voorbeelden van specifieke doelen en toepassingen
* **2.4.17 De kleuters kennen de volgende begrippen [F]: in, uit, binnen, buiten; als … dan … ; en, of, niet.**
* Dit kan geoefend worden door objecten in en uit hoepels te leggen, en te bespreken waarom ze daar wel of niet in/uit horen.
* **2.4.18 De kleuters kunnen objecten sorteren op basis van een gemeenschappelijke eigenschap volgens 1 of 2 criteria.**
* Kwalitatief classificeren: sorteren op kleur, vorm, grootte, soort.
* Kwantitatief classificeren: sorteren op basis van een bepaald aantal.
* **2.4.19 De kleuters kunnen als ... dan ... uitspraken gebruiken.**
* Bijvoorbeeld: "Als je een rode trui draagt, dan mag je overvaren."
* Uitbreiding met "en" en "niet": "Als je edelsteen rood is EN rond is, dan mag je het in de lucht steken." "Als je edelsteen NIET blauw is, dan mag je het op de grond leggen."
#### 3.3.4 Materiaalgebruik
* **Logiset:** Een veelzijdig materiaal dat gebruikt kan worden voor classificatie- en logische oefeningen.
* **Boodschappenkaartjes:** Met afbeeldingen (3-4 jaar) of symbolen (4-6 jaar) om te sorteren en te classificeren.
* **Matrixkaarten:** Voor het oefenen met matrices.
* **Verzamelde materialen:** Objecten die kinderen zelf hebben meegebracht of verzameld in het kader van een thema.
* **Hoepels, dozen, kommetjes:** Hulpmiddelen voor het verzamelen en sorteren van objecten.
> **Example:** Voor 2,5- en 3-jarigen kan een sorteeropdracht bestaan uit het samen leggen van duplo blokken met dezelfde kleur. Vanaf 4 jaar kunnen kinderen, na eerst samen rond één bingokaart te hebben gespeeld, individuele kaarten krijgen om meer zelfstandig te oefenen met het herkennen van symbolen.
> **Example:** Bij het spel "Wat is weg?" kunnen de kinderen eerst een set objecten bekijken (bv. 5 auto's, 3 poppetjes, 2 blokken). Na het wegnemen van een object, moeten ze raden welk item verdwenen is. De moeilijkheid kan worden verhoogd door meer objecten te gebruiken of door objecten te gebruiken die op elkaar lijken.
---
## Veelgemaakte fouten om te vermijden
- Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens
- Let op formules en belangrijke definities
- Oefen met de voorbeelden in elke sectie
- Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen
Glossary
| Term | Definition |
|------|------------|
| Classificeren | Het vermogen om objecten of ideeën te groeperen op basis van gedeelde kenmerken of eigenschappen, zoals kleur, vorm of grootte. Dit is een fundamentele vaardigheid in logica en wiskunde. |
| Seriëren | Het ordenen van objecten of ideeën volgens een bepaalde volgorde of reeks, bijvoorbeeld van klein naar groot, van licht naar donker, of op basis van een ander oplopend of aflopend criterium. |
| Logiset | Een verzameling van logische spelletjes of materialen die ontworpen zijn om kinderen te helpen bij het ontwikkelen van logisch denken en probleemoplossende vaardigheden, vaak met behulp van kaarten of blokken met verschillende kenmerken. |
| Begrippen (en, of, niet) | Fundamentele logische operatoren. "En" combineert twee voorwaarden, "of" accepteert één van de twee voorwaarden, en "niet" ontkent een voorwaarde, wat cruciaal is voor het begrijpen van complexe logische uitspraken. |
| Matrixspel | Een wiskundige activiteit waarbij kinderen objecten of afbeeldingen in een raster (rijen en kolommen) plaatsen op basis van twee of meer criteria, wat helpt bij het ontwikkelen van begrip voor classificatie en relaties tussen eigenschappen. |
| Patronen leggen | Het creëren van een voorspelbare volgorde van elementen, zoals kleuren of vormen. Dit omvat het herkennen, voortzetten en creëren van patronen, wat essentieel is voor wiskundig redeneren en het begrijpen van opeenvolgingen. |
| Sorteeropdracht | Een oefening waarbij kinderen objecten verzamelen en groeperen volgens specifieke criteria, zoals kleur, vorm of grootte. Dit is een directe toepassing van de classificatievaardigheid. |
| Doorsorteren | Een verdergaande vorm van sorteren waarbij objecten die al gesorteerd zijn op één criterium, vervolgens opnieuw worden gesorteerd op basis van een ander criterium, wat leidt tot fijnere classificaties. |
| Symbolen | Visuele representaties die gebruikt worden om concepten of objecten voor te stellen, bijvoorbeeld symbolen voor kleuren, vormen of andere eigenschappen, vooral nuttig voor oudere kinderen die nog niet volledig geletterd zijn. |
| Kenmerken | Eigenschappen of kwaliteiten van objecten of ideeën, zoals kleur, vorm, grootte, textuur of geluid. Het identificeren en vergelijken van kenmerken is de basis voor classificeren en seriëren. |
| Onderscheiden | Het vermogen om verschillen tussen objecten of concepten te herkennen op basis van hun kenmerken, wat een voorwaarde is voor zowel classificeren als seriëren. |
| Contextualiseren | Het integreren van wiskundige concepten en activiteiten binnen een betekenisvolle context, zoals dagelijkse routines, thema’s of verhalen, om het leren relevanter en begrijpelijker te maken voor jonge kinderen. |
Cover
Les 9-samengevoegd.pdf
Summary
# Exponentiële functies
Exponentiële functies beschrijven processen waarbij een hoeveelheid met een constante factor per tijdseenheid toeneemt of afneemt, met toepassingen variërend van bevolkingsgroei tot temperatuurafkoeling [3](#page=3).
### 1.1 De basisvorm van exponentiële functies
De meest eenvoudige vorm van een exponentiële functie is:
`y = b^x` [3](#page=3).
Hierin is:
- `$y$` de functiewaarde.
- `$b$` het grondtal, een constante factor.
- `$x$` de exponent, die meestal de tijd of een andere variabele voorstelt.
#### 1.1.1 Gedrag van de functie afhankelijk van het grondtal
Het gedrag van de exponentiële functie wordt sterk bepaald door de waarde van het grondtal `$b$`:
* **Bij `$b > 1$`**: De functiewaarde neemt steeds verder toe naarmate `$x$` groter wordt. Dit beschrijft groeiende processen, zoals bevolkingsgroei [3](#page=3).
> **Voorbeeld:** Als het aantal onkruidplantjes elke week verdubbelt, met een start van 3 plantjes op week 0, dan is de formule `$y = 3 \cdot 2^x$`, waarbij `$x$` het aantal weken is. Men kan ook niet-gehele waarden voor `$x$` gebruiken, zoals `$x = 2,5$` voor een half week [1](#page=1).
* **Bij `$b < 1$`**: De functiewaarde nadert nul naarmate `$x$` groter wordt. Dit beschrijft afnemende processen, zoals het uitdoven van een effect of het afnemen van een hoeveelheid [3](#page=3).
> **Voorbeeld:** Een hoeveelheid van 8,0 kilogram giftig gas neemt af in de atmosfeer. De resterende hoeveelheid `$A(kg)$` na `$t$` minuten wordt beschreven door de formule `$A(kg) = 8,0 \cdot (0,3)^{t/30}$` [2](#page=2).
#### 1.1.2 Toepassingen van exponentiële functies
Exponentiële functies worden gebruikt om diverse natuurlijke en menselijke fenomenen te modelleren:
* **Bevolkingsgroei**: Processen die "explosief" groeien, ontwikkelen zich steeds sneller en sneller [11](#page=11).
* **Temperatuurafname (afkoeling)**: De afname van temperatuur kan worden beschreven met een e-macht met een negatieve exponent, wat aangeeft dat het effect na verloop van tijd "uitdooft" [11](#page=11).
> **Voorbeeld:** De temperatuur `$T$` van een object dat afkoelt in een omgeving met een constante temperatuur `Tomgeving` kan worden beschreven door de formule `$T = (T_1 – T_{omgeving}) \cdot e^{-t/20} + T_{omgeving}$`, waarbij `$T_1$` de begintemperatuur is en `$t$` de tijd in minuten [11](#page=11).
* Voor `$t = 0$`, is de temperatuur gelijk aan de begintemperatuur `$T_1$`: `$T = (T_1 – T_{omgeving}) \cdot e^0 + T_{omgeving} = T_1$` [11](#page=11).
* Voor `$t = \infty$` (in de limiet), nadert de temperatuur de omgevingstemperatuur: `$T = (T_1 – T_{omgeving}) \cdot e^{-\infty/20} + T_{omgeving} = (T_1 – T_{omgeving}) \cdot 0 + T_{omgeving} = T_{omgeving}$` [11](#page=11).
> **Tip:** Een e-macht met een positieve exponent beschrijft een explosieve groei, terwijl een e-macht met een negatieve exponent een proces beschrijft dat uitdooft of afneemt [11](#page=11).
---
# Het getal e en continue groei
Dit onderdeel introduceert het getal $e$ als limiet in situaties van samengestelde rente en bespreekt continue groei en verval, met toepassingen zoals bevolkingsgroei en temperatuurafkoeling.
### 2.1 Samengestelde rente en de afleiding van het getal $e$
De groei van een kapitaal met samengestelde rente kan worden gemodelleerd. Als een startkapitaal $K_0$ wordt belegd tegen een jaarlijkse rentevoet $r$, en de rente wordt jaarlijks bijgeschreven, dan is het kapitaal na $a$ jaar gegeven door de formule:
$$ K_{na \ a \ jaar} = K_0 (1 + r)^a $$
Wanneer de periode van rentebijschrijving wordt verkort tot $n$ tijdblokken per jaar, wordt de formule:
$$ K_{na \ n \ tijdblokken} = K_0 \left(1 + \frac{r}{n}\right)^n $$
Wanneer het aantal tijdblokken $n$ oneindig groot wordt, oftewel de rente continu wordt bijgeschreven, wordt de factor $\left(1 + \frac{r}{n}\right)^n$ benaderd door een speciaal getal. Eerst wordt de situatie bekeken waarbij $r=1$ en $n$ zeer groot wordt. De waarde van $\left(1 + \frac{1}{n}\right)^n$ benadert dan een constante waarde van ongeveer 2,718.... Dit irrationele getal wordt aangeduid met $e$ [6](#page=6).
Om dit te bewijzen, wordt de algemene formule herschreven:
$$ \left(1 + \frac{r}{n}\right)^n = \left(1 + \frac{r}{n}\right)^{n \cdot \frac{r}{r}} = \left(\left(1 + \frac{r}{n}\right)^{\frac{n}{r}}\right)^r $$
Als we $n' = \frac{n}{r}$ definiëren, wordt dit $\left(\left(1 + \frac{1}{n'}\right)^{n'}\right)^r$. Aangezien $n'$ ook oneindig groot wordt als $n$ oneindig groot wordt, en $\left(1 + \frac{1}{n'}\right)^{n'}$ naar $e$ nadert, wordt de uitdrukking $e^r$ [7](#page=7).
De formule voor het kapitaal na één jaar bij continu bijschrijven van rente wordt dan:
$$ K_{na \ 1 \ jaar} = K_0 \cdot e^r $$
Dit contrasteert met stapsgewijze rentebijschrijving, waarbij de aangroei nog steeds evenredig is met het kapitaal, maar de groei zich in discrete stappen voordoet. Continue groei daarentegen, met een oneindig groot aantal tijdblokken, resulteert in de formule met het getal $e$ [8](#page=8).
> **Tip:** Het getal $e$ is de basis van de natuurlijke logaritme en speelt een cruciale rol in de wiskunde en natuurwetenschappen, vooral bij het modelleren van continue processen.
### 2.2 Toepassingen van het getal $e$ bij continue groei en verval
Het getal $e$, verheven tot een bepaalde macht, is te vinden in functies waarbij een grootheid gelijkmatig en continu verandert, met een verandering die evenredig is aan de grootheid zelf [9](#page=9).
#### 2.2.1 Bevolkingsgroei
Een klassiek voorbeeld van continue groei is de aangroei van de wereldbevolking. De verandering in de bevolking ($Δz$) is evenredig met de reeds aanwezige bevolking ($z$). Dit kan worden gemodelleerd met een functie van de vorm $z = z_0 e^{kt}$, waarbij $z_0$ het beginpopulatie is en $k$ de groeisnelheid. Een specifiek voorbeeld is de functie:
$$ W = 800 \cdot e^{t/130} $$
Hierbij is $W$ de bevolking in miljoenen en $t$ het aantal jaren na 1750 [9](#page=9).
> **Voorbeeld:** Een populatie groeit exponentieel met een groeisnelheid van 2% per jaar. Na 10 jaar, met continue groei, zal de populatie vermenigvuldigd zijn met $e^{0.02 \cdot 10} = e^{0.2} \approx 1.221$. Dus, als de startpopulatie 1000 is, zal deze na 10 jaar ongeveer 1221 bedragen.
#### 2.2.2 Temperatuurafkoeling
Een ander voorbeeld van een proces dat gemodelleerd kan worden met het getal $e$ is de afkoeling van een voorwerp. Wanneer een heet voorwerp in een koudere omgeving wordt geplaatst, daalt de temperatuur ervan. De snelheid van temperatuurdaling is evenredig met het temperatuurverschil tussen het voorwerp en de omgeving (en daarmee ook met de temperatuur van het voorwerp zelf, zolang het temperatuurverschil constant is) [10](#page=10).
De warmteafgifte van het voorwerp aan de omgeving is evenredig met het temperatuurverschil. Dit verschil is aanvankelijk groot en wordt kleiner naarmate het voorwerp afkoelt en de temperatuur van het voorwerp de omgevingstemperatuur nadert. Dit leidt tot een exponentiële afname van het temperatuurverschil met de tijd, wat wordt beschreven met een functie die het getal $e$ bevat. De temperatuur $T(t)$ van het voorwerp op tijdstip $t$ kan vaak worden uitgedrukt als [10](#page=10):
$$ T(t) = T_{omgeving} + (T_0 - T_{omgeving}) e^{-kt} $$
Hierbij is $T_{omgeving}$ de temperatuur van de omgeving, $T_0$ de initiële temperatuur van het voorwerp, en $k$ een constante die afhangt van de eigenschappen van het voorwerp en de omgeving [10](#page=10).
> **Tip:** Bij problemen met continue groei of verval, waarbij de veranderingssnelheid evenredig is met de huidige hoeveelheid, is de kans groot dat het getal $e$ en de exponentiële functie $e^{kt}$ een rol spelen in de oplossing.
---
# Goniometrische en sinusoidale functies
Dit onderwerp verkent de basisfuncties sinus en cosinus, de amplitude, periode en faseverschuiving, en hun toepassing in het beschrijven van cyclische verschijnselen zoals trillingen en golven.
### 3.1 Basisfuncties sinus en cosinus
De basisfuncties die cyclische verschijnselen beschrijven zijn de sinus- en cosinusfunctie. De algemene vorm van deze functies, afhankelijk van de tijd, is [17](#page=17):
$y = \sin(t)$
$y = \cos(t)$
Deze functies hebben een bereik tussen -1 en +1 [17](#page=17).
### 3.2 Amplitude
In veel toepassingen variëren de functiewaarden niet tussen -1 en +1, maar tussen een minimum- en maximumwaarde. Dit wordt beschreven door de amplitude ($A$). De functiewaarde $y$ varieert dan tussen $-A$ en $+A$ [17](#page=17).
$y = A \sin(t)$
$y = A \cos(t)$
De amplitude $A$ heeft dezelfde eenheid als de functiewaarde $y$ [17](#page=17).
### 3.3 Periode en hoekfrequentie
#### 3.3.1 Periode
De sinus- en cosinusfuncties zijn periodiek. Dit betekent dat na een bepaalde tijd, de functiewaarde zich herhaalt. Voor de basisfuncties $\sin(t)$ en $\cos(t)$ is deze periode $2\pi$ seconden [18](#page=18).
$A \sin(t_1) = A \sin(t_1 + 2\pi)$
De periode van de functie $A \sin(t)$ is $T = 2\pi$ seconden [18](#page=18).
#### 3.3.2 Integreren van de periode
Om een andere periode $T$ in de functie te verwerken, wordt de tijd vermenigvuldigd met een factor binnen het sinus- of cosinusargument:
$y = A \sin(\omega t)$
Op een tijdstip $t_1 + T$ heeft de functie dezelfde waarde als op tijdstip $t_1$:
$A \sin(\omega (t_1 + T)) = A \sin(\omega t_1)$
$A \sin(\omega t_1 + \omega T) = A \sin(\omega t_1)$
Aangezien de sinuswaarden gelijk zijn als de hoek met $2\pi$ toeneemt, volgt hieruit:
$\omega T = 2\pi$
Hieruit kunnen de volgende relaties worden afgeleid:
$T = \frac{2\pi}{\omega}$
$\omega = \frac{2\pi}{T}$
De waarde $\omega$ (de hoekfrequentie) is groter naarmate de periode $T$ korter is. De eenheid van $\omega$ is rad/s [19](#page=19).
> **Tip:** Een kortere periode betekent een hogere frequentie (meer cycli per tijdseenheid), wat overeenkomt met een hogere $\omega$.
### 3.4 Toepassing: Sinusoidale functies
Sinusoidale functies worden gebruikt om cyclische verschijnselen zoals trillingen en golven te beschrijven.
#### 3.4.1 Voorbeeld: Trillende massa
Beschouw een trillende massa met een maximale afstand tussen de uiterste verplaatsingen van 3 cm. Er worden 40 doorgangen door de evenwichtspositie gemeten in 58 seconden [20](#page=20).
1. **Amplitude bepalen:** De amplitude is de helft van de afstand tussen de uitersten, dus de afstand van de evenwichtspositie tot een uiterste. In dit geval is de amplitude $A = 3 \text{ cm} / 2 = 1,5 \text{ cm}$ [20](#page=20).
2. **Periode bepalen:** Een nuldoorgang gebeurt tweemaal per periode. Met 40 doorgangen zijn er dus $40 / 2 = 20$ periodes. De periode $T$ is dan $58 \text{ s} / 20 = 2,9 \text{ s}$ [20](#page=20).
3. **Hoekfrequentie berekenen:** $\omega = \frac{2\pi}{T} = \frac{2\pi}{2,9 \text{ s}} \approx 2,17 \text{ rad/s}$ [20](#page=20).
4. **Functie opstellen:** De functie die deze beweging weergeeft is $y = A \sin(\omega t) = 1,5 \sin(2,17 t)$ cm [20](#page=20).
Het verloop van de sinus- en cosinusfunctie is gelijkaardig; het starttijdstip bepaalt welk van de twee het meest geschikt is [20](#page=20).
### 3.5 Algemene formule van een sinusoidale functie
De algemene formule voor een sinusoidale functie, die zowel de amplitude, de periode (via $\omega$) als de faseverschuiving (via $\phi$) kan beschrijven, is:
$y = A \sin(\omega t + \phi)$
Hierbij is:
* $A$ de amplitude [17](#page=17).
* $\omega$ de hoekfrequentie, gerelateerd aan de periode $T$ door $\omega = \frac{2\pi}{T}$ [19](#page=19).
* $\phi$ de faseverschuiving (in radialen), die het starttijdstip van de golf of trilling bepaalt [21](#page=21).
De standaard sinusfunctie ($y = \sin(t)$) heeft $\phi = 0$ [21](#page=21).
De standaard cosinusfunctie ($y = \cos(t)$) kan worden geschreven als $y = \sin(t + \frac{\pi}{2})$ [21](#page=21).
Een alternatieve weergave is $y = \sin(t - \frac{\pi}{2})$, wat dan weer overeenkomt met $y = -\cos(t)$ [21](#page=21).
Dus voor $y = A \sin(\omega t + \phi)$:
* Een sinusfunctie heeft $\phi = 0$ [21](#page=21).
* Een cosinusfunctie heeft $\phi = -\frac{\pi}{2}$ (of $\phi = \frac{\pi}{2}$ afhankelijk van de definitie, maar in de context van dit document is $\phi = \frac{\pi}{2}$ als we $y=\cos(t) = \sin(t+\frac{\pi}{2})$ nemen, of $\phi = -\frac{\pi}{2}$ als we $y=\cos(t) = \sin(t-\frac{\pi}{2})$ vergelijken met de standaard sinus functie met $\phi=0$ als referentie) [21](#page=21).
#### 3.5.1 Faseverschuiving berekenen
Als de beginsituatie van een beweging (uitwijking op $t=0$) bekend is, kan de faseverschuiving $\phi$ berekend worden [22](#page=22).
> **Voorbeeld: Faseverschuiving berekenen**
>
> Bij de trillende massa uit het vorige voorbeeld ($y = 1,5 \sin(2,17 t)$ cm) is op het begintijdstip $t=0$ de uitwijking $y = -0,8$ cm, en de massa wijkt nog verder uit naar beneden [22](#page=22).
>
> De functie wordt algemeen: $y = 1,5 \sin(2,17 t + \phi)$ [22](#page=22).
>
> Invullen van de beginconditie:
> $-0,8 = 1,5 \sin(2,17 \cdot 0 + \phi)$
> $-0,8 = 1,5 \sin(\phi)$
>
> Hieruit volgt: $\sin(\phi) = \frac{-0,8}{1,5}$
> $\phi = \arcsin\left(\frac{-0,8}{1,5}\right)$
>
> Een rekenapparaat geeft $\phi \approx -0,5625$ radialen [23](#page=23).
>
> Echter, dit verloop voldoet niet aan de vereiste dat de uitwijking na $t=0$ eerst nog verder toeneemt (naar beneden gaat). De hoekwaarde $-0,5625$ radialen ligt in het vierde kwadrant. De corresponderende hoek in het derde kwadrant, die ook voldoet aan $\sin(\phi) = -0,8/1,5$, is $\phi = \pi - (-0,5625) = \pi + 0,5625 \approx 3,704$ radialen (of rekenkundig: $-0,5625 - \pi = -3,704$ rad, wat met een verschuiving van $2\pi$ ook tot een correcte fase leidt). Echter, een correcte berekening om de juiste hoek te vinden is vaak gebaseerd op $\pi - \arcsin(\text{waarde})$ voor het tweede kwadrant en $\pi + \arcsin(\text{waarde})$ voor het derde kwadrant, of specifieke kwadrantregels [24](#page=24).
>
> Correcte berekening voor de hoek in het derde kwadrant: $\phi = \pi + \arcsin(0,8/1,5) \approx 3,1416 + 0,9851 \approx 4,1267$ radialen, of gebruikmakend van de negatieve waarde: $\phi = -\pi - \arcsin(0,8/1,5) \approx -3,1416 - 0,9851 \approx -4,1267$ radialen.
>
> Laten we uitgaan van de opgave die expliciet een oplossing geeft van 3,704 rad. Dit duidt op een mogelijke interpretatie waarbij de oorspronkelijke berekening van $\phi = -0,5625$ rad (vierde kwadrant) correct is, maar dat de beweging *beginnend* op dat punt de richting naar beneden aangeeft. De vereiste dat "de massa nog verder uitwijkt naar beneden" impliceert dat de beginsnelheid negatief is. In dit geval is de hoek in het derde kwadrant nodig. De correcte hoek is dan $\phi = -0,5625 - \pi \approx -3,704$ radialen, of equivalente hoek: $3,704$ radialen.
>
> De gezochte functie is dus: $y = 1,5 \sin(2,17 t + 3,704)$ cm [24](#page=24).
>
> Het verloop van deze functie voldoet aan de vereisten [24](#page=24).
### 3.6 Oefeningen
#### 3.6.1 Oefening 18: Golven
Geef de functie die de vorm van golven op het water beschrijft, met een afstand tussen twee toppen van 2,1 meter en een maximaal hoogteverschil van 0,45 meter [26](#page=26).
* **Amplitude ($A$):** Maximale hoogteverschil is de afstand tussen de toppen en dalen, dus de amplitude is de helft hiervan: $A = 0,45 \text{ m} / 2 = 0,225 \text{ m}$.
* **Periode ($T$):** De afstand tussen twee toppen is gelijk aan de periode van de golf: $T = 2,1 \text{ m}$.
* **Hoekfrequentie ($\omega$):** $\omega = \frac{2\pi}{T} = \frac{2\pi}{2,1} \text{ rad/m}$. (Hier wordt de afstand als 'tijd' beschouwd, dus de eenheid van $\omega$ is rad/m).
* **Functie:** $y(x) = 0,225 \sin\left(\frac{2\pi}{2,1} x\right)$, waarbij $x$ de horizontale afstand is. (Geen faseverschuiving gespecificeerd, dus standaard sinusfunctie).
#### 3.6.2 Oefening 19: Trilling
Een trilling heeft een frequentie van 300 Hz en een afstand tussen de uitersten van 2,4 cm. Op tijdstip $t=0$ is de uitwijking naar boven 0,8 cm, waarbij de trilling terugkeert naar de evenwichtspositie. Schets de trilling en geef de functie [26](#page=26).
* **Amplitude ($A$):** $A = 2,4 \text{ cm} / 2 = 1,2 \text{ cm}$.
* **Frequentie ($f$):** $f = 300 \text{ Hz}$. De periode is $T = \frac{1}{f} = \frac{1}{300} \text{ s}$.
* **Hoekfrequentie ($\omega$):** $\omega = 2\pi f = 2\pi \times 300 = 600\pi \text{ rad/s}$.
* **Faseverschuiving ($\phi$):** Op $t=0$ is $y=0,8$ cm en de trilling beweegt naar de evenwichtspositie (dus de uitwijking neemt af).
De algemene functie is $y(t) = 1,2 \sin(600\pi t + \phi)$.
Op $t=0$: $0,8 = 1,2 \sin(\phi) \Rightarrow \sin(\phi) = \frac{0,8}{1,2} = \frac{2}{3}$.
Hieruit volgt dat $\phi$ in het eerste of tweede kwadrant kan liggen. Omdat de trilling terugkeert naar de evenwichtspositie (dus de uitwijking neemt af na $t=0$), moet de snelheid op $t=0$ negatief zijn.
$v(t) = \frac{dy}{dt} = 1,2 \cdot 600\pi \cos(600\pi t + \phi)$.
Op $t=0$: $v = 1,2 \cdot 600\pi \cos(\phi) < 0$ .
Omdat $\cos(\phi)$ negatief moet zijn, ligt $\phi$ in het tweede kwadrant.
$\phi = \pi - \arcsin(2/3) \approx 3,1416 - 0,7297 \approx 2,4119$ radialen.
* **Functie:** $y(t) = 1,2 \sin(600\pi t + 2,4119)$ cm.
#### 3.6.3 Oefening 22: Getijdenwerking
Geef een functie die de diepte van de Schelde in de haven van Antwerpen kan berekenen door het uur in te vullen, gebaseerd op de gegeven metingen [27](#page=27).
De metingen tonen een cyclisch patroon (getijden). We hebben een reeks diepte-metingen over een tijdsspanne.
Gegeven: metingen om de driekwartier, beginuur 8.00 uur.
Totaal aantal metingen = 21. Tijd tussen metingen = 0,75 uur.
Totale gemeten tijdsspanne = $(21-1) \times 0,75 \text{ uur} = 20 \times 0,75 = 15 \text{ uur}$.
Einduur = 8.00 uur + 15 uur = 23.00 uur. De laatste meting is om 23.15 uur.
1. **Amplitude ($A$):**
We zoeken het minimum en maximum uit de data.
Minimum diepte: 12,5 m.
Maximum diepte: 17,5 m.
Amplitude $A = \frac{17,5 \text{ m} - 12,5 \text{ m}}{2} = \frac{5 \text{ m}}{2} = 2,5 \text{ m}$.
2. **Evenwichtsstand (gemiddelde diepte):**
De gemiddelde diepte (evenwichtsstand) is het midden tussen min en max:
$y_{\text{evenwicht}} = \frac{17,5 \text{ m} + 12,5 \text{ m}}{2} = \frac{30 \text{ m}}{2} = 15 \text{ m}$.
3. **Periode ($T$):**
Dit is het meest complexe deel en vereist identificatie van de getijdencyclus. Typisch is een getijdencyclus ongeveer 12,5 uur (halfgetij). Laten we proberen de periode te schatten uit de gegevens.
De reeks begint met toenemende diepte (8:00 -> 17.4m, 8:45 -> 16.9m, etc. lijkt dalend, hier is een fout in de aanname of data).
Laten we de data correct interpreteren:
8:00: 17.4
8:45: 16.9
9:30: 16.2
10:15: 15.4
11:00: 14.4
11:45: 13.6
12:30: 12.9
13:15: 12.6
14:00: 12.5 (minimum)
14:45: 12.9
15:30: 13.5
16:15: 14.3
17:00: 15.3
17:45: 16.1
18:30: 16.9
19:15: 17.3
20:00: 17.5 (maximum)
20:45: 17.3
21:30: 16.8
22:15: 16.0
23:00: 15.1
De periode van hoogwater tot hoogwater (of laagwater tot laagwater) is ongeveer 12 uur en 30 minuten (12,5 uur). Laten we dit als uitgangspunt nemen.
$T = 12,5 \text{ uur}$.
4. **Hoekfrequentie ($\omega$):**
$\omega = \frac{2\pi}{T} = \frac{2\pi}{12,5 \text{ uur}} \approx 0,5026 \text{ rad/uur}$.
5. **Faseverschuiving ($\phi$):**
We kunnen kiezen voor een cosinusfunctie (wat vaak logischer is voor getijden, beginnend bij een maximum) of een sinusfunctie. Laten we een cosinusfunctie gebruiken, $y(t) = A \cos(\omega t + \phi) + y_{\text{evenwicht}}$.
Het maximum treedt op rond 20:00 uur. Als we 20:00 uur als $t=0$ kiezen, dan is de fase 0.
Maar we moeten het uur invullen als tijd $t$. Laten we 8:00 uur als $t=0$ nemen.
De maximale diepte van 17,5 m wordt gemeten om 20:00 uur. Dit is $20:00 - 8:00 = 12$ uur na het begin.
Dus op $t=12$ uur is de diepte maximaal.
$y = 17,5$ [12](#page=12).
$17,5 = 2,5 \cos(0,5026 \times 12 + \phi) + 15$
$2,5 = 2,5 \cos(6,0312 + \phi)$
$1 = \cos(6,0312 + \phi)$
Dit betekent dat $6,0312 + \phi = 2\pi k$ voor een geheel getal $k$.
Laten we de periode iets preciezer nemen, bijvoorbeeld $T=12.42$ uur (typische halfgetijde periode).
$\omega = \frac{2\pi}{12.42} \approx 0.5059$ rad/uur.
Het maximum is rond 20:00 uur, wat 12 uur na 8:00 uur is.
Als we een cosinusfunctie gebruiken zonder faseverschuiving (dus $\phi=0$), dan zou het maximum op $t=0$ moeten vallen. Dit is niet het geval.
Laten we de functie als $y(t) = A \cos(\omega (t - t_{\text{max}})) + y_{\text{evenwicht}}$ schrijven, waarbij $t_{\text{max}}$ het tijdstip is van een maximum.
$t_{\text{max}}$ is rond 20:00 uur, wat 12 uur na 8:00 uur is. Dus $t_{\text{max}} = 12$ uur.
$y(t) = 2,5 \cos(0,5026 (t - 12)) + 15$.
Laten we dit controleren met de beginwaarde:
Op $t=0$ (8:00 uur): $y = 2,5 \cos(0,5026 \times (-12)) + 15 = 2,5 \cos(-6,0312) + 15 \approx 2,5 \times 0,9239 + 15 \approx 2,31 + 15 = 17,31$ m .
Dit komt redelijk overeen met de gemeten 17,4 m.
Laten we controleren rond het minimum (14:00 uur, $t=6$ uur).
$y = 2,5 \cos(0,5026 (6 - 12)) + 15 = 2,5 \cos(0,5026 \times (-6)) + 15 = 2,5 \cos(-3,0156) + 15 \approx 2,5 \times (-0,999) + 15 \approx -2,4975 + 15 = 12,5025$ m [6](#page=6).
Dit komt zeer goed overeen met de gemeten 12,5 m.
De functie is dus:
$y(t) = 2,5 \cos\left(\frac{2\pi}{12,5} (t - 12)\right) + 15$
waarbij $t$ het aantal uren is sinds 8:00 uur.
De eenheid van de diepte is meters.
> **Tip:** Bij het modelleren van getijden is het vaak handiger om een cosinusfunctie te gebruiken, omdat getijden typisch beginnen met een hoog- of laagwaterstand (maximum of minimum). De faseverschuiving kan dan worden uitgedrukt als een verschuiving van dit maximum/minimum.
---
# Vergelijkingen en functies
Dit deel behandelt diverse soorten functies, waaronder rationale, veelterm-, lineaire, kwadratische en hogere-graadsfuncties, samen met methoden om vergelijkingen op te lossen [15](#page=15).
### 4.1 Soorten functies
#### 4.1.1 Veeltermfuncties
Veeltermfuncties hebben de algemene vorm $y = f(x) = A_n x^n + A_{n-1} x^{n-1} + \dots + A_2 x^2 + A_1 x + A_0$. Hierbij moeten de machten van $x$ gehele getallen zijn [33](#page=33).
#### 4.1.2 Lineaire functie
De algemene vorm van een lineaire functie is $y = ax + b$ [34](#page=34).
* De parameter $b$ vertegenwoordigt de functiewaarde $y$ wanneer $x = 0$ [34](#page=34).
* De parameter $a$ is de helling of richtingscoëfficiënt. Een grotere absolute waarde van $a$ resulteert in een grotere helling [34](#page=34).
* Een positieve $a$-waarde geeft aan dat de functiewaarde $y$ stijgt bij toenemende $x$-waarden [35](#page=35).
* Een negatieve $a$-waarde geeft een dalend verloop aan [35](#page=35).
##### 4.1.2.1 Constante functie
De constante functie is een speciaal geval van de lineaire functie waarbij $a = 0$, wat resulteert in $y = b$ [36](#page=36).
##### 4.1.2.2 Bepalen van een rechte
* **Rechte op basis van 1 punt en de richtingscoëfficiënt:** Deze methode maakt gebruik van een gegeven punt $(x_1, y_1)$ en de richtingscoëfficiënt $a$ om de vergelijking van de rechte te bepalen [37](#page=37).
* **Rechte door 2 punten:** Om een rechte te bepalen die door twee gegeven punten $(x_1, y_1)$ en $(x_2, y_2)$ gaat, wordt eerst de richtingscoëfficiënt berekend: $a = \frac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1}$. Vervolgens kan met één van de punten en de richtingscoëfficiënt de vergelijking van de rechte worden opgesteld [38](#page=38).
#### 4.1.3 Kwadratische functie
De algemene vorm van een kwadratische functie is $y = ax^2 + bx + c$. De grafiek van een kwadratische functie is een parabool [40](#page=40).
* De parabool is symmetrisch ten opzichte van een verticale rechte, de symmetrie-as, met de vergelijking $x = -\frac{b}{2a}$ [40](#page=40).
> **Voorbeeld:** De beweging van een voorwerp in vrije val kan worden beschreven met kwadratische functies. De valweg neemt kwadratisch toe met de tijd ($s = \frac{1}{2} \cdot \text{valversnelling} \cdot t^2$), terwijl de snelheid lineair toeneemt met de tijd ($v = \text{valversnelling} \cdot t$) [41](#page=41).
#### 4.1.4 Rationale functies
Een rationale functie heeft de algemene vorm $y = \frac{P(x)}{Q(x)}$, waarbij $P(x)$ en $Q(x)$ veeltermfuncties zijn en $Q(x) \neq 0$. Het eenvoudigste voorbeeld is $y = \frac{a}{x}$, wat een hyperbool voorstelt en waarvoor geldt dat $x \neq 0$ [16](#page=16).
#### 4.1.5 Hogere graadsfuncties
Hogere-graadsfuncties zijn functies waarbij de hoogste macht van de variabele $x$ groter is dan 2 [15](#page=15).
### 4.2 Vergelijkingen
Vergelijkingen worden gebruikt om onbekende waarden te vinden die aan specifieke voorwaarden voldoen [42](#page=42) [43](#page=43).
#### 4.2.1 Vergelijkingen met een veelterm
##### 4.2.1.1 Eerste-graadsvergelijking
De algemene vorm van een eerste-graadsvergelijking is $ax + b = 0$ [44](#page=44).
* De oplossing is $x = -\frac{b}{a}$ [44](#page=44).
* Grafisch kan de oplossing worden weergegeven als het snijpunt van de functie $y = ax + b$ met de x-as. Het tekenverloop van de functie kan ook worden weergegeven in een schema [44](#page=44).
> **Oefening:** Een vloerder meet de omtrek van een rechthoekige kamer op 22 meter. De lengte is één meter langer dan de breedte. Wat zijn de afmetingen [45](#page=45)?
> **Oefening:** De toegangsprijs voor een tentoonstelling is 2,00 euro per kind en 4,75 euro per volwassene. Er zijn zes volwassenen minder dan kinderen. De totale kost bedraagt 93,00 euro. Hoeveel kinderen zijn er [45](#page=45)?
##### 4.2.1.2 Tweede-graadsvergelijking
De algemene vorm van een tweede-graadsvergelijking is $ax^2 + bx + c = 0$ [46](#page=46).
* De oplossingen (wortels) worden gegeven door de kwadratische formule:
$$x_{1,2} = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}$$ [46](#page=46).
* De discriminant $D$ is gelijk aan $b^2 - 4ac$ [46](#page=46).
* Als $D < 0$, zijn er geen reële oplossingen en ligt de parabool volledig boven of onder de x-as [46](#page=46).
* Als $D > 0$, zijn er twee verschillende reële oplossingen [46](#page=46).
* Als $D = 0$, is er één reële oplossing (een dubbele wortel), waarbij de parabool de x-as raakt met de top [46](#page=46).
> **Oefening:** Een rechthoek heeft een omtrek van 20 meter. De lengte en breedte verhouden zich volgens de gulden snede ($\frac{\text{lengte}}{\text{breedte}} = \frac{1 + \sqrt{5}}{2}$). Wat zijn de afmetingen van de rechthoek [47](#page=47)?
##### 4.2.1.3 Hogere-graadsvergelijkingen
De algemene vorm van een hogere-graadsvergelijking is $A(x) = a_n x^n + a_{n-1} x^{n-1} + \dots + a_2 x^2 + a_1 x + a_0 = 0$ [48](#page=48).
* Er zijn geen algemene formules voor het oplossen van hogere-graadsvergelijkingen [48](#page=48).
* De **regel van Horner** kan worden gebruikt om na te gaan of een waarde $x_1$ een oplossing is. Als $x_1$ een oplossing is, is de rest bij deling van $A(x)$ door $(x - x_1)$ nul [48](#page=48).
$A(x) = Q(x) \cdot (x - x_1) + \text{rest}$
Als de rest nul is, dan is $A(x_1) = 0$, wat betekent dat $x_1$ een wortel is [48](#page=48).
* De veelterm $A(x)$ kan worden herschreven als $A(x) = Q(x) \cdot (x - x_1)$, waarbij $Q(x)$ een veelterm is van graad $n-1$. De nulpunten van $Q(x)$ kunnen vervolgens worden gezocht [48](#page=48).
* Uiteindelijk kan een veelterm worden ontbonden in factoren:
$a_n x^n + a_{n-1} x^{n-1} + \dots + a_2 x^2 + a_1 x + a_0 = a_n (x - x_1)(x - x_2)(x^2 + bx + c) \dots$ [48](#page=48).
> **Tip:** Een veelterm van graad $n$ kan voortkomen uit de $n$-de macht van $(x + a)$ of $(x - a)$. $(x + a)^n$ en $(x - a)^n$ hebben elk één nulpunt respectievelijk $x = -a$ en $x = a$ [50](#page=50).
#### 4.2.2 Stelsels van vergelijkingen
Een stelsel van vergelijkingen omvat meerdere vergelijkingen met meerdere onbekenden. Een oplossing is een set waarden voor de onbekenden die tegelijkertijd aan alle vergelijkingen voldoet. In dit deel worden voornamelijk lineaire vergelijkingen behandeld [51](#page=51).
##### 4.2.2.1 Oplossingsmethoden
Voor het oplossen van stelsels van lineaire vergelijkingen zijn er meerdere methoden, waaronder:
* **Substitutiemethode:** Hierbij wordt een variabele uit één vergelijking geïsoleerd en gesubstitueerd in de andere vergelijking(en) [51](#page=51).
* **Eliminatiemethode:** Bij deze methode worden de vergelijkingen zodanig vermenigvuldigd dat bij optelling of aftrekking van de vergelijkingen één van de onbekenden wegvalt (geëlimineerd wordt) [51](#page=51).
> **Oefeningen:** Er worden oefeningen aangeboden met betrekking tot het oplossen van vergelijkingen en stelsels [52](#page=52).
---
# Meetkunde en oppervlaktes
Dit onderwerp behandelt de berekening van oppervlaktes van diverse meetkundige figuren en introduceert het concept van de inhoud van ruimtefiguren [66](#page=66) [76](#page=76).
### 5.1 Oppervlaktes van vlakke figuren
#### 5.1.1 De basisformule voor oppervlakte
De basisformule voor oppervlakte is gebaseerd op de oppervlakte van een rechthoek, gedefinieerd als basis maal hoogte. Oppervlakte wordt uitgedrukt in oppervlakte-eenheden [66](#page=66).
#### 5.1.2 Oppervlakte van een driehoek
Een rechthoekige driehoek ontstaat door een rechthoek diagonaal te halveren. De formule voor de oppervlakte van een driehoek is [66](#page=66):
$$ \text{Oppervlakte} = \frac{\text{Basis} \times \text{Hoogte}}{2} $$
Deze formule is ook geldig voor niet-rechthoekige driehoeken. Een driehoek beslaat de helft van de oppervlakte van een rechthoek met dezelfde basis en hoogte [66](#page=66).
#### 5.1.3 Oppervlakte van een parallellogram
De oppervlakte van een parallellogram wordt berekend met de formule:
$$ \text{Oppervlakte} = \text{Basis} \times \text{Hoogte} $$
[67](#page=67).
#### 5.1.4 Oppervlakte van een trapezium
Voor een trapezium wordt als 'basis' de gemiddelde breedte gebruikt, bepaald door de som van de twee parallelle zijden gedeeld door twee. De formule is:
$$ \text{Oppervlakte} = \left( \frac{b + B}{2} \right) \times \text{Hoogte} $$
waarbij $b$ en $B$ de lengtes van de parallelle zijden zijn en Hoogte de loodrechte afstand tussen deze zijden [67](#page=67).
#### 5.1.5 Oppervlakte van een cirkel
De oppervlakte van een cirkel wordt afgeleid door de cirkel op te delen in kleine driehoekjes. De oppervlakte van één zo'n driehoekje wordt benaderd als de booglengte $\delta R$ vermenigvuldigd met de straal $R$, gedeeld door 2: $\frac{\delta R \times R}{2}$. De totale oppervlakte van de cirkel wordt dan [68](#page=68):
$$ \text{Oppervlakte} = \pi R^2 $$
Hierbij is $R$ de straal van de cirkel. Een controle toont aan dat $2R^2 < \pi R^2 < 4R^2$ [68](#page=68).
> **Tip:** De formule $\pi R^2$ is essentieel voor veel cirkelgerelateerde berekeningen.
#### 5.1.6 Oppervlakte van een ellips
De oppervlakte van een ellips met assen $2a$ en $2b$ wordt gegeven door de formule:
$$ \text{Oppervlakte} = \pi a b $$
Als $2a = 2b$ (dus $a = b = R$), reduceert deze formule tot de oppervlakte van een cirkel, $\pi R^2$ [69](#page=69).
#### 5.1.7 Berekening van deeloppervlaktes (voorbeeld)
Bij complexe vormen, zoals een as met een spiegleuf, kan de dwarsdoorsnede berekend worden door het op te splitsen in eenvoudigere deeloppervlaktes. Dit kan bijvoorbeeld resulteren in de berekening van de oppervlakte van een cirkelsector [70](#page=70) [71](#page=71).
Voorbeeld: De hoek $\beta$ in een driehoek kan berekend worden met de sinus: $\beta = \arcsin(\frac{1}{3}) \approx 19,47^\circ$. De hoogte van deze driehoek is $H = R \cos \beta = 3 \cos(19,47^\circ) \approx 2,828$ cm. Een cirkelsector met een middelpuntshoek $2\beta = 38,94^\circ$ heeft een oppervlakte van [71](#page=71):
$$ \text{Oppervlakte cirkelsector} = \frac{2\beta}{360^\circ} \pi R^2 = \frac{38,94^\circ}{360^\circ} \pi ^2 \approx 3,058 \pi \text{ cm}^2 $$ [3](#page=3).
[71](#page=71).
#### 5.1.8 Oppervlakte van een bol
De oppervlakte van een bol wordt gegeven door de formule:
$$ \text{Oppervlakte} = 4 \pi R^2 $$
waarbij $R$ de straal van de bol is. Een manier om dit te onthouden is door te visualiseren dat deze oppervlakte gelijk is aan die van een rechthoek die om de bol heen wordt gevouwen, met een hoogte gelijk aan de diameter van de bol ($2R$) en een breedte gelijk aan de omtrek van de bol ($2\pi R$), wat resulteert in $2R \times 2\pi R = 4\pi R^2$ [72](#page=72).
### 5.2 Inhoud van ruimtefiguren
#### 5.2.1 Inhoud van prisma's en cilinders
Voor ruimtefiguren met een uniforme doorsnede, waarbij de zijlijnen loodrecht op het basis- en bovenvlak lopen (prisma's, balken, kubussen, cilinders), is de inhoud gelijk aan het basisoppervlak vermenigvuldigd met de hoogte:
$$ \text{Inhoud} = \text{Basisoppervlak} \times \text{Hoogte} = A \times H $$
. Deze formule geldt ook als het basisoppervlak niet loodrecht op het manteloppervlak staat, waarbij $H$ de loodrechte afstand tussen het boven- en ondervlak is [76](#page=76).
#### 5.2.2 Inhoud van puntvormig uitlopende figuren (kegels en piramides)
Voor figuren die uitlopen naar een punt, zoals kegels en piramides, is de inhoud een derde van het product van het basisoppervlak en de hoogte:
$$ \text{Inhoud} = \frac{\text{Basisoppervlak} \times \text{Hoogte}}{3} = \frac{A \times H}{3} $$
. Hierbij is $H$ de loodrechte afstand van het toppunt tot het basisoppervlak. Voor een kegel geldt specifiek [77](#page=77):
$$ \text{Inhoud kegel} = \frac{\pi R^2 \times H}{3} $$
[77](#page=77).
#### 5.2.3 Inhoud van een bol
De inhoud van een bol met straal $R$ wordt gegeven door de formule:
$$ \text{Inhoud} = \frac{4}{3} \pi R^3 $$
[78](#page=78).
---
# Transformaties van grafieken
Dit onderdeel beschrijft hoe grafieken van functies kunnen worden verschoven, uitgerekt, samengedrukt of gespiegeld, met specifieke voorbeelden voor parabolen en exponentiële functies.
### 6.1 Verschuiven van een grafiek
Grafieken kunnen zowel in de y-richting als in de x-richting worden verschoven.
#### 6.1.1 Verschuiving in de y-richting
Een verschuiving van de grafiek van $y = f(x)$ over een afstand $c$ in de positieve y-richting wordt beschreven door de vergelijking $y = f(x) + c$ of $y - c = f(x)$. Dit betekent dat voor elke x-waarde de functiewaarde met $c$ wordt verhoogd. Om de grafiek over een afstand $c$ in de positieve zin te verschuiven langs de y-as, wordt de functiewaarde $y$ met $c$ verminderd .
#### 6.1.2 Verschuiving in de x-richting
Voor een verschuiving in de x-richting geldt de algemene vorm $y = f(x - c)$ .
> **Voorbeeld:** Het verschuiven van een hyperbool over een afstand van 3 eenheden .
### 6.2 Rekken en samendrukken van een grafiek
#### 6.2.1 Rekken/samendrukken in de y-richting
Als een grafiek van $y = f(x)$ wordt vermenigvuldigd met een constante $a$, wordt deze in de y-richting vermenigvuldigd met $a$. De vergelijking wordt $y = a \cdot f(x)$. Als $|a| > 1$, wordt de grafiek uitgerekt; als $0 < |a| < 1$, wordt de grafiek samengedrukt .
#### 6.2.2 Rekken/samendrukken in de x-richting
Als het argument van een functie wordt vermenigvuldigd met een constante $a$, wordt de grafiek in de x-richting gerekt of samengedrukt. De vergelijking wordt $y = f(ax)$ .
* Als $a > 1$, wordt de grafiek samengedrukt ten opzichte van de y-as.
* Als $0 < a < 1$, wordt de grafiek uitgerekt ten opzichte van de y-as.
> **Voorbeeld:** Een cirkel transformeren .
### 6.3 Spiegelen van een grafiek
#### 6.3.1 Spiegelen in de y-as
Een spiegeling van de grafiek van $y = f(x)$ in de y-as wordt verkregen door de x te vervangen door $-x$. De nieuwe vergelijking is $y = f(-x)$ .
#### 6.3.2 Spiegelen in de x-as
Een spiegeling van de grafiek van $y = f(x)$ in de x-as wordt verkregen door de gehele functie te vermenigvuldigen met $-1$. De nieuwe vergelijking is $y = -f(x)$ .
### 6.4 Combinaties van transformaties: voorbeeld valparabool
De opbouw van de functie voor een valparabool illustreert de combinatie van meerdere transformaties.
1. **Begin met de eenvoudigste vorm:** De basisvorm voor een bolle parabool is $y = -x^2$ .
2. **Verschuiving in de y-richting:** Om de parabool 9 eenheden naar boven te verschuiven, wordt de vergelijking $y - 9 = -x^2$ of $y = -x^2 + 9$ .
3. **Rekken/samendrukken in de x-richting:** De symmetrie-as van de huidige parabool snijdt de x-as op $-3$ en $3$. Als de werkelijke valparabool de x-as snijdt op $-6$ en $6$, moeten de x-waarden worden aangepast. Dit gebeurt door de x-waarden in de functie te delen door 2, wat leidt tot de vorm $y = - (\frac{x}{2})^2 + 9$ .
4. **Verschuiving in de x-richting:** Om het vertrekpunt op $(0,0)$ te krijgen, moet er 6 eenheden naar links worden verschoven. Dit betekent dat $x$ wordt vervangen door $(x+6)$ in de oorspronkelijke formule, of equivalent, door een verschuiving van de transformatie naar de vorm $y = - (\frac{x-0}{2})^2 + 9$. Om het startpunt op $(0,0)$ te krijgen, wordt een verschuiving in de x-richting over een afstand van 6 toegepast op de variabele $x$. De resulterende functie, rekening houdend met de vorm $y = - (\frac{x}{2})^2 + 9$. De precieze transformatie voor het startpunt op $(0,0)$ wordt bereikt door de functie aan te passen met $x$ vervangen door $(x+6)$ in de context van de samendrukking .
### 6.5 Transformaties van exponentiële functies
Exponentiële functies, zoals $y = e^t$, kunnen ook worden onderworpen aan de eerder besproken transformaties .
* **Verschuiving in y-richting:** $y = e^t + c$.
* **Verschuiving in t-richting:** $y = e^{t-c}$.
* **Rekken/samendrukken in t-richting:** $y = e^{at}$.
* **Spiegelen in de y-as (t-as):** $y = e^{-t}$.
* **Spiegelen in de x-as (y-as):** $y = -e^t$.
Combinaties van deze transformaties zijn ook mogelijk.
> **Tip:** Analyseer de transformaties stap voor stap. Identificeer eerst de basisvorm van de functie en pas vervolgens elke transformatie afzonderlijk toe, waarbij de volgorde van de transformaties van belang kan zijn (bijvoorbeeld, vermenigvuldigingen en delingen worden doorgaans vóór verschuivingen toegepast).
> **Voorbeeld:** Een exponentiële groeifunctie kan worden verschoven, uitgerekt langs de tijd-as, of de hoogte van de groei kan worden aangepast. Bijvoorbeeld, de formule $N(t) = N_0 e^{kt}$ kan worden getransformeerd naar $N(t) = A e^{k(t-t_0)} + B$, wat een initiële hoeveelheid $A$, een groeisnelheid $k$, een tijdsvertraging $t_0$ en een basisniveau $B$ vertegenwoordigt.
---
## Veelgemaakte fouten om te vermijden
- Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens
- Let op formules en belangrijke definities
- Oefen met de voorbeelden in elke sectie
- Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen
Glossary
| Term | Definition |
|------|------------|
| Exponentiële functie | Een functie van de vorm $y = b^x$, waarbij $b$ een constante groter dan nul is en ongelijk aan één. Bij $b > 1$ neemt de functiewaarde toe met toenemende $x$, en bij $0 < b < 1$ neemt deze af naar nul. |
| Getal e | Een irrationaal getal, benaderd als 2,718..., dat een belangrijke rol speelt in natuurlijke groei- en vervalprocessen, en is gedefinieerd als de limiet van $(1 + 1/n)^n$ als $n$ naar oneindig gaat. |
| Amplitude | De maximale afwijking van een functie van nul in een cyclus, zoals bij sinus- of cosinusfuncties. Het vertegenwoordigt de 'hoogte' van de golf vanaf de evenwichtslijn. |
| Periode | De tijdsduur of afstand die nodig is om één volledige cyclus van een periodieke functie te voltooien, zoals een golf of een trilling. Dit wordt vaak aangeduid met de letter $T$. |
| Goniometrische functies | Functies die betrekking hebben op de hoeken van een driehoek, zoals sinus, cosinus en tangens. Ze worden gebruikt om cyclische verschijnselen te modelleren. |
| Sinusoïdale functie | Een functie die kan worden uitgedrukt in termen van sinus of cosinus, kenmerkend voor periodieke verschijnselen zoals golven en trillingen, vaak in de vorm $A \sin(\omega t + \phi)$. |
| Veeltermfunctie | Een functie die bestaat uit een som van termen, waarbij elke term een constante vermenigvuldigd met een niet-negatieve gehele macht van de variabele is, zoals $y = a_n x^n + a_{n-1} x^{n-1} + \dots + a_1 x + a_0$. |
| Lineaire functie | Een veeltermfunctie van de eerste graad, met de algemene vorm $y = ax + b$. De grafiek hiervan is een rechte lijn met richtingscoëfficiënt $a$ en y-snijpunt $b$. |
| Kwadratische functie | Een veeltermfunctie van de tweede graad, met de algemene vorm $y = ax^2 + bx + c$. De grafiek hiervan is een parabool. |
| Rationale functie | Een functie die kan worden uitgedrukt als de verhouding van twee veeltermfuncties, $y = P(x) / Q(x)$, waarbij $Q(x)$ niet de nulpolynoom is. |
| Discriminant | Het deel onder het wortelteken in de kwadratische formule, $D = b^2 - 4ac$. De waarde van de discriminant bepaalt het aantal reële oplossingen van een kwadratische vergelijking. |
| Stelsel van vergelijkingen | Een verzameling van twee of meer vergelijkingen met meerdere onbekenden, waarbij een oplossing een set waarden voor de onbekenden is die aan alle vergelijkingen tegelijk voldoet. |
| Oppervlakte | De maat van de tweedimensionale ruimte die door een figuur wordt ingenomen, gemeten in vierkante eenheden. |
| Inhoud | De maat van de driedimensionale ruimte die door een object wordt ingenomen, gemeten in kubieke eenheden. |
| Transformaties | Bewerkingen die de grafiek van een functie wijzigen, zoals verschuiven, uitrekken, samendrukken of spiegelen, vaak beschreven door aanpassingen aan de functieformule. |
| Parameter | Een variabele die wordt gebruikt om een reeks van gerelateerde functies of een reeks geometrische vormen te definiëren, vaak als een derde variabele in een parametrische voorstelling zoals $x = f_1(t)$ en $y = f_2(t)$. |
| Logaritme | De inverse bewerking van exponentiatie; de logaritme met grondtal $a$ van een getal $b$ is de exponent waartoe $a$ moet worden verheven om $b$ te verkrijgen, genoteerd als $\log_a b$. |
| Goniometrie | De tak van wiskunde die zich bezighoudt met de relaties tussen de hoeken en zijden van driehoeken, met name rechthoekige driehoeken, en de eigenschappen van goniometrische functies. |
| Stelling van Pythagoras | Een fundamentele stelling in de Euclidische meetkunde die stelt dat in een rechthoekige driehoek het kwadraat van de lengte van de schuine zijde ($c$) gelijk is aan de som van de kwadraten van de lengtes van de twee rechthoekszijden ($a$ en $b$), uitgedrukt als $a^2 + b^2 = c^2$. |
Cover
lezione251002_5ae97eb27949d2a00dd859b7bcaa5da4.pdf
Summary
# Insieme dei numeri razionali
L'insieme dei numeri razionali ($\mathbb{Q}$) è definito come un campo totalmente ordinato, caratterizzato da due operazioni fondamentali: la somma e il prodotto, entrambe dotate di specifiche proprietà [1](#page=1).
### 1.1 Proprietà della somma nell'insieme dei numeri razionali
L'operazione di somma nell'insieme dei numeri razionali soddisfa le seguenti proprietà [1](#page=1):
* **51) Commutativa:** $a + b = b + a$ per ogni $a, b \in \mathbb{Q}$.
* **52) Associativa:** $(a + b) + c = a + (b + c)$ per ogni $a, b, c \in \mathbb{Q}$.
* **53) Esistenza dell'elemento neutro:** Esiste un elemento in $\mathbb{Q}$, denotato con $0$, tale che $a + 0 = 0 + a = a$ per ogni $a \in \mathbb{Q}$.
* **54) Esistenza dell'elemento opposto:** Per ogni $a \in \mathbb{Q}$, esiste un elemento in $\mathbb{Q}$, denotato con $-a$, tale che $a + (-a) = (-a) + a = 0$.
### 1.2 Proprietà del prodotto nell'insieme dei numeri razionali
L'operazione di prodotto nell'insieme dei numeri razionali soddisfa le seguenti proprietà [1](#page=1):
* **p1) Commutativa:** $a \cdot b = b \cdot a$ per ogni $a, b \in \mathbb{Q}$.
* **p2) Associativa:** $(a \cdot b) \cdot c = a \cdot (b \cdot c)$ per ogni $a, b, c \in \mathbb{Q}$.
* **p3) Esistenza dell'elemento neutro:** Esiste un elemento in $\mathbb{Q}$, denotato con $1$, tale che $a \cdot 1 = 1 \cdot a = a$ per ogni $a \in \mathbb{Q}$.
* **p4) Esistenza dell'elemento inverso:** Per ogni $a \in \mathbb{Q}$ tale che $a \neq 0$, esiste un elemento in $\mathbb{Q}$, denotato con $a^{-1}$, tale che $a \cdot a^{-1} = a^{-1} \cdot a = 1$.
* **p5) Distributiva rispetto alla somma:** $(a + b) \cdot c = a \cdot c + b \cdot c$ per ogni $a, b, c \in \mathbb{Q}$.
### 1.3 $\mathbb{Q}$ come campo
Le proprietà di somma e prodotto elencate precedentemente conferiscono all'insieme dei numeri razionali $\mathbb{Q}$ la struttura di un **campo** [1](#page=1).
### 1.4 Relazione d'ordine nell'insieme dei numeri razionali
Un insieme $A$ è dotato di una **relazione d'ordine** se è definito un sottoinsieme $R$ di $A \times A$ che soddisfa le seguenti condizioni [1](#page=1):
1. **Riflessività:** $(a, a) \in R$ per ogni $a \in A$.
2. **Antisimmetria:** Se $(a, b) \in R$ e $(b, a) \in R$, allora $a = b$.
3. **Transitività:** Se $(a, b) \in R$ e $(b, c) \in R$, allora $(a, c) \in R$.
Inoltre, se per ogni coppia di elementi $a, b \in A$ vale che $(a, b) \in R$ oppure $(b, a) \in R$, l'insieme $A$ è detto **totalmente ordinato** [1](#page=1).
> **Esempio:** L'insieme $\mathbb{Q}$ con la relazione d'ordine definita da $(a, b) \in R$ se $a > b$ è un insieme totalmente ordinato [2](#page=2).
#### 1.4.1 Proprietà della relazione d'ordine rispetto alle operazioni
Nell'ambito di un campo totalmente ordinato come $\mathbb{Q}$, la relazione d'ordine soddisfa ulteriori proprietà [2](#page=2):
* **o1) Monotonia della somma:** Se $a = b$, allora $a + c = b + c$ per ogni $a, b, c \in \mathbb{Q}$.
* **o2) Monotonia del prodotto:** Se $a = b$, allora $a \cdot c = b \cdot c$ per ogni $a, b, c \in \mathbb{Q}$, con $c \neq 0$.
Queste proprietà permettono di identificare gli elementi di $\mathbb{Q}$ con i punti di una retta numerica [2](#page=2).
### 1.5 Completezza e limiti dell'insieme dei numeri razionali
Nonostante $\mathbb{Q}$ sia un campo totalmente ordinato, non tutti i punti di una retta rappresentano numeri razionali. Un esempio notevole è fornito dal seguente teorema [2](#page=2):
> **Teorema:** Non esiste alcun numero razionale $x \in \mathbb{Q}$ tale che $x^2 = 2$ [2](#page=2).
**Dimostrazione per assurdo:**
Supponiamo per assurdo che esista un tale $x \in \mathbb{Q}$. Allora possiamo scrivere $x = \frac{p}{q}$, dove $p \in \mathbb{Z}$, $q \in \mathbb{Z}$, $q \neq 0$, e $p$ e $q$ sono primi tra loro [2](#page=2).
Elevando al quadrato entrambi i lati di $x = \frac{p}{q}$, otteniamo $x^2 = \frac{p^2}{q^2}$.
Dato che $x^2 = 2$, si ha $\frac{p^2}{q^2} = 2$.
Moltiplicando per $q^2$, otteniamo $p^2 = 2q^2$ [2](#page=2).
Da $p^2 = 2q^2$, si evince che $p^2$ è pari. Se il quadrato di un numero è pari, allora anche il numero stesso deve essere pari. Pertanto, $p$ è pari.
Possiamo allora scrivere $p = 2m$ per qualche $m \in \mathbb{Z}$.
Sostituendo $p = 2m$ nell'equazione $p^2 = 2q^2$:
$(2m)^2 = 2q^2$
$4m^2 = 2q^2$
Dividendo entrambi i lati per 2:
$2m^2 = q^2$ [2](#page=2).
Da $q^2 = 2m^2$, si evince che $q^2$ è pari, il che implica che anche $q$ deve essere pari.
Quindi, sia $p$ che $q$ sono pari. Questo contraddice l'assunzione iniziale che $p$ e $q$ fossero primi tra loro.
Pertanto, l'assunzione che esista un numero razionale $x$ tale che $x^2 = 2$ è falsa. Questo dimostra che $\sqrt{2}$ non è un numero razionale [2](#page=2).
> **Tip:** La dimostrazione dell'irrazionalità di $\sqrt{2}$ è un classico esempio di come dimostrare l'esistenza di "buchi" nell'insieme dei numeri razionali, evidenziando la necessità di estendere il concetto di numero per includere quelli irrazionali.
---
# Insieme dei numeri reali
L'insieme dei numeri reali estende il concetto di numeri razionali introducendo gli allineamenti decimali illimitati non periodici e garantendo la completezza delle operazioni e della relazione d'ordine [3](#page=3).
### 2.1 Definizione di numero reale
Un numero reale è definito come un allineamento decimale che può essere:
* Limitato (proprio) [3](#page=3).
* Limitato periodico [3](#page=3).
* Non periodico [3](#page=3).
### 2.2 Estensione delle operazioni e della relazione d'ordine
Su $\mathbb{R}$ è possibile estendere le operazioni di somma e prodotto, così come la relazione d'ordine definite su $\mathbb{Q}$, ottenendo un campo totalmente ordinato [3](#page=3).
### 2.3 Il teorema di completezza
Il teorema di completezza (prima forma) afferma che dati due sottoinsiemi non vuoti $A$ e $B$ di $\mathbb{R}$ tali che:
* $\forall a \in A, \forall b \in B$, si ha $a \leq b$ [3](#page=3).
Allora esiste un unico $c \in \mathbb{R}$ tale che $\forall a \in A, \forall b \in B$, si ha $a \leq c \leq b$ [3](#page=3).
Questo elemento $c$ è detto "elemento separatore" di $A$ e $B$ [3](#page=3).
> **Tip:** Il teorema di completezza è fondamentale perché garantisce che non ci sono "buchi" nella retta dei numeri reali, a differenza dei numeri razionali.
#### 2.3.1 Esempio di applicazione del teorema di completezza
Consideriamo i seguenti insiemi:
$A = \{x \in \mathbb{R} \mid x^2 \leq 2 \text{ e } x \leq 2 \}$ [3](#page=3).
$B = \{x \in \mathbb{R} \mid x^2 \geq 2 \text{ e } x \geq 0 \}$ [4](#page=4).
In questo caso, l'elemento separatore è $c = \sqrt{2}$, che è un numero reale [4](#page=4).
Questo esempio illustra come il teorema di completezza valga in $\mathbb{R}$.
> **Osservazione:** Lo stesso esempio non sarebbe valido in $\mathbb{Q}$ perché $\sqrt{2} \notin \mathbb{Q}$, dimostrando che il teorema di completezza non vale nell'insieme dei numeri razionali [4](#page=4).
### 2.4 Notazioni per intervalli
Gli insiemi dei numeri reali possono essere rappresentati tramite intervalli:
#### 2.4.1 Intervalli limitati
* $(a,b):= \{ x \in \mathbb{R} \mid a < x < b \}$ [4](#page=4).
* $[a,b):= \{ x \in \mathbb{R} \mid a \leq x < b \}$ [4](#page=4).
* $(a,b:= \{ x \in \mathbb{R} \mid a < x \leq b \}$ [4](#page=4).
* $[a,b:= \{ x \in \mathbb{R} \mid a \leq x \leq b \}$ [4](#page=4).
#### 2.4.2 Intervalli illimitati
* $(-\infty, a:= \{ x \in \mathbb{R} \mid x \leq a \}$ [4](#page=4).
* $(-\infty, a):= \{ x \in \mathbb{R} \mid x < a \}$ [4](#page=4).
* $(b, +\infty):= \{ x \in \mathbb{R} \mid x > b \}$ [4](#page=4).
* $[b, +\infty):= \{ x \in \mathbb{R} \mid x \geq b \}$ [4](#page=4).
> **N.B.:** I simboli $+\infty$ e $-\infty$ sono simboli di "comodo" e non appartengono all'insieme dei numeri reali $\mathbb{R}$ [4](#page=4).
### 2.5 Numeri reali estesi
Se si aggiungono i simboli $+\infty$ e $-\infty$ all'insieme $\mathbb{R}$, si ottiene l'insieme dei numeri reali estesi, denotato con $\overline{\mathbb{R}} = \mathbb{R} \cup \{+\infty, -\infty\}$ [4](#page=4).
---
# Modulo di un numero reale
Il modulo di un numero reale, anche noto come valore assoluto, rappresenta la sua distanza dall'origine sulla retta numerica e possiede proprietà fondamentali che trovano applicazione, in particolare, nelle disuguaglianze triangolari [5](#page=5).
### 3.1 Definizione di modulo
Il modulo di un numero reale $a$, indicato con $|a|$, è definito come segue [5](#page=5):
$$
|a| =
\begin{cases}
a & \text{se } a \ge 0 \\
-a & \text{se } a < 0
\end{cases}
$$
**Nota bene:**
1. $|a| = \sqrt{a^2}$ [5](#page=5).
2. $|a| = \max(a, -a)$ [5](#page=5).
### 3.2 Proprietà fondamentali del modulo
Le seguenti proprietà sono valide per ogni numero reale $a$ e $b$.
#### 3.2.1 Proprietà di limitazione
Per ogni $a \in \mathbb{R}$, si ha $|a| \ge 0$. Questa proprietà implica che se $|a| \le M$, allora $-M \le a \le M$ [5](#page=5).
##### Dimostrazione
Dobbiamo dimostrare che se $|a| \le M$, allora $-M \le a \le M$.
* **Caso 1: $a \ge 0$.** In questo caso, $|a| = a$. Se $|a| \le M$, allora $a \le M$. Poiché $a \ge 0$, abbiamo anche $-M \le 0 \le a$, quindi $-M \le a$. Unendo le due disuguaglianze, otteniamo $-M \le a \le M$.
* **Caso 2: $a < 0$.** In questo caso, $|a| = -a$. Se $|a| \le M$, allora $-a \le M$. Moltiplicando per $-1$ (e invertendo il verso della disuguaglianza), otteniamo $a \ge -M$. Poiché $a < 0$, abbiamo anche $a \le 0 \le M$, quindi $a \le M$. Unendo le due disuguaglianze, otteniamo $-M \le a \le M$.
Dobbiamo anche mostrare che se $-M \le a \le M$, allora $|a| \le M$.
* **Caso 1: $a \ge 0$.** Allora $|a| = a$. Poiché $a \le M$, otteniamo $|a| \le M$.
* **Caso 2: $a < 0$.** Allora $|a| = -a$. Poiché $-M \le a$, moltiplicando per $-1$ otteniamo $M \ge -a$. Quindi $|a| \le M$.
#### 3.2.2 Proprietà di hermiticità
Per ogni $a \in \mathbb{R}$, vale $-|a| \le a \le |a|$ [5](#page=5).
##### Dimostrazione
La disuguaglianza $|a| \le |a|$ è ovvia. Per dimostrare $-|a| \le a$, applichiamo la proprietà precedente con $M = |a|$, ottenendo $-|a| \le a \le |a|$ [5](#page=5).
#### 3.2.3 La disuguaglianza triangolare (prima forma)
Per ogni $x, y \in \mathbb{R}$, vale $|x+y| \le |x| + |y|$ [5](#page=5).
##### Dimostrazione
Dalla proprietà di hermiticità, sappiamo che:
$-|x| \le x \le |x|$
$-|y| \le y \le |y|$
Sommando termine a termine queste disuguaglianze, otteniamo:
$-|x| - |y| \le x+y \le |x| + |y|$
$-( |x| + |y| ) \le x+y \le |x| + |y|$
Applicando la proprietà 3.2.1 con $M = |x| + |y|$, otteniamo direttamente $|x+y| \le |x| + |y|$ [5](#page=5).
#### 3.2.4 La disuguaglianza triangolare (seconda forma, o disuguaglianza della differenza)
Per ogni $x, y \in \mathbb{R}$, vale $||x| - |y|| \le |x-y|$ [6](#page=6).
##### Dimostrazione
Consideriamo la seguente uguaglianza:
$|x| = |y + (x-y)|$
Applicando la disuguaglianza triangolare (3.2.3) a questa espressione:
$|x| = |y + (x-y)| \le |y| + |x-y|$
Riorganizzando i termini, otteniamo:
$|x| - |y| \le |x-y|$ [6](#page=6).
Ora, consideriamo $|y|$:
$|y| = |x + (y-x)|$
Applicando nuovamente la disuguaglianza triangolare:
$|y| = |x + (y-x)| \le |x| + |y-x|$
Poiché $|y-x| = |-(x-y)| = |x-y|$, abbiamo:
$|y| \le |x| + |x-y|$
Riorganizzando i termini:
$|y| - |x| \le |x-y|$
Moltiplicando per $-1$:
$-(|y| - |x|) \ge -|x-y|$
$|x| - |y| \ge -|x-y|$
Abbiamo quindi dimostrato due disuguaglianze:
1. $|x| - |y| \le |x-y|$
2. $|x| - |y| \ge -|x-y|$
Combinando queste due disuguaglianze, otteniamo:
$-|x-y| \le |x| - |y| \le |x-y|$
Applicando la proprietà 3.2.1 con $M = |x-y|$, si conclude che $||x| - |y|| \le |x-y|$ [6](#page=6) [7](#page=7).
> **Tip:** Le disuguaglianze triangolari sono estremamente utili per stabilire limiti superiori e inferiori per espressioni che coinvolgono somme o differenze di valori assoluti, ed sono un pilastro in molte dimostrazioni di analisi matematica.
---
## Errori comuni da evitare
- Rivedete tutti gli argomenti accuratamente prima degli esami
- Prestate attenzione alle formule e definizioni chiave
- Praticate con gli esempi forniti in ogni sezione
- Non memorizzate senza comprendere i concetti sottostanti
Glossary
| Term | Definition |
|------|------------|
| Campo | Un insieme dotato di due operazioni (somma e prodotto) che soddisfano determinate proprietà di associatività, commutatività, esistenza di elementi neutri e inversi, e distributività della moltiplicazione rispetto alla somma. |
| Relazione di ordine | Un sottoinsieme R di AXA che definisce una relazione tra gli elementi di un insieme A, con proprietà di riflessività, transitività e antisimmetria. |
| Insieme totalmente ordinato | Un insieme in cui per ogni coppia di elementi distinti vale una delle due relazioni d'ordine definite (o l'uno precede l'altro o viceversa). |
| Allineamento decimale limitato | Un numero che può essere espresso come una sequenza finita di cifre dopo la virgola, come ad esempio 2.5. |
| Allineamento decimale periodico | Un numero la cui parte decimale presenta una sequenza di cifre che si ripete indefinitamente, come ad esempio 1.333... |
| Allineamento decimale non periodico | Un numero la cui parte decimale non presenta alcuna sequenza di cifre che si ripete, come ad esempio $\pi$. |
| Teorema di completezza | Afferma che dati due sottoinsiemi A e B di R tali che ogni elemento di A sia minore o uguale a ogni elemento di B, esiste un elemento c in R che separa A e B. |
| Modulo | Per un numero reale $a$, il modulo $|a|$ è $a$ se $a \ge 0$, e $-a$ se $a < 0$. Corrisponde alla distanza del numero dall'origine sulla retta reale. |
| Disuguaglianza triangolare | Una proprietà del modulo che afferma $|a+b| \le |a| + |b|$ per ogni coppia di numeri reali $a$ e $b$. |
Cover
Refresher PA.pdf.docx
Summary
# Mathematics problems
This section addresses a variety of mathematical problems spanning arithmetic, algebra, geometry, and number theory, providing practical applications and theoretical concepts.
### 1.1 Arithmetic and Basic Operations
This subsection covers fundamental calculations and their applications in financial and real-world scenarios.
#### 1.1.1 Simple and Compound Interest
* **Simple Interest:** Calculated on the principal amount only.
The formula for simple interest ($SI$) is:
$$SI = P \times R \times T$$
where $P$ is the principal amount, $R$ is the annual interest rate, and $T$ is the time in years.
* **Compound Interest:** Calculated on the principal amount and also on the accumulated interest of previous periods.
The formula for the final amount ($A$) with compound interest is:
$$A = P \left(1 + \frac{r}{n}\right)^{nt}$$
where $P$ is the principal amount, $r$ is the annual interest rate, $n$ is the number of times that interest is compounded per year, and $t$ is the number of years.
> **Example:** A certain amount of money was invested at compound interest. It amounted to 15,000 dollars at the end of the 4th year, and 18,000 dollars at the end of the 8th year. To find the rate of interest per annum, one would typically use the compound interest formula and solve for $r$.
* **Interest Deducted in Advance:** When interest is deducted at the time of borrowing, the actual amount received is less than the borrowed amount, leading to a higher effective interest rate.
> **Example:** A man borrows 10,000 dollars. The rate of simple interest is 15%, but the interest is deducted at the time of borrowing. At the end of one year, he has to pay back 10,000 dollars. The actual rate of interest is higher than 15% because he received less than 10,000 dollars initially.
#### 1.1.2 Percentage and Proportions
Problems involving percentages are common, including calculating gains, losses, and proportions.
* **Profit and Loss:**
* Selling Price ($SP$) = Cost Price ($CP$) + Profit
* Selling Price ($SP$) = Cost Price ($CP$) - Loss
> **Example:** A distributor sold the latest apple phone for 75,000 dollars at a loss of 10%. If the distributor wanted to gain 15% instead, the new selling price would need to be calculated based on the original cost price.
* **Ratios:** Used to compare quantities.
> **Example:** If the ratio of the two legs of a right triangle is 5:12, the ratio of the hypotenuse to the shorter side can be determined using the Pythagorean theorem.
#### 1.1.3 Time, Work, and Distance
These problems often involve rates of work, speeds, and travel times.
* **Work Rate:** If a job can be done by $N$ workers in $D$ days, the total work is $N \times D$. If workers leave or join, the remaining work and the work rate change.
> **Example:** A job could be done by 25 workers in a target time of 90 days. If workers quit after certain periods, the total number of days the project was delayed needs to be calculated by determining the work done in each phase and the remaining work.
* **Speed, Distance, Time:** The fundamental relationship is $Distance = Speed \times Time$.
> **Example:** A cyclist travels 10 km with the wind in 1.3 hours, and 1.6 hours in travelling back against the wind. The wind velocity can be found by setting up equations for speed with and against the wind.
#### 1.1.4 Averages
Averages are calculated by summing all values and dividing by the number of values.
> **Example:** A retailer has 10 items with an average price of 120 dollars each. If one item is removed, and the new average is 115 dollars, the price of the removed item can be calculated.
#### 1.1.5 Rate of Change and Motion
Problems involving acceleration, velocity, and displacement.
* **Acceleration:** The rate of change of velocity.
$$a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$$
where $a$ is acceleration, $\Delta v$ is the change in velocity, and $\Delta t$ is the change in time.
> **Example:** What is the acceleration of a body that increases in velocity from 20 m/s to 40 m/s in 3 seconds?
#### 1.1.6 Energy and Power
These problems often involve mechanical work and the rate at which it is done.
* **Power:** The rate at which work is done or energy is transferred.
$$P = \frac{W}{t}$$
where $P$ is power, $W$ is work done, and $t$ is time. Work done against gravity is $W = mgh$, where $m$ is mass, $g$ is acceleration due to gravity, and $h$ is height.
> **Example:** What is the power required to lift 170,000 pounds of water to a height of 150 feet in 2 hours?
#### 1.1.7 Unit Conversions
Converting between different units of measurement is frequently required.
* **Area:**
* Circular Mil: A unit of area equal to the area of a circle with a diameter of one mil (0.001 inch). $1 \text{ circular mil} = \frac{\pi}{4} (\text{diameter in mils})^2$.
> **Example:** A wire has a diameter of 0.125 inch. Its cross-sectional area in circular mils needs to be calculated.
* **Volume:**
* US Gallons: Conversions between cubic feet or cubic meters and US gallons are often necessary.
* **Temperature:**
* Celsius to Fahrenheit: $F = \frac{9}{5}C + 32$
* Fahrenheit to Celsius: $C = \frac{5}{9}(F - 32)$
> **Example:** At what temperature are the degrees Fahrenheit and degrees Celsius equal?
#### 1.1.8 Currency and Financial Calculations
Problems involving currency amounts, interest rates, and investments.
> **Tip:** Always write currency amounts in full letters (e.g., "dollars," "euros," "pounds") and never use currency symbols ($ , €, £$).
> **Example:** Carol and Mike invested 18,000 dollars each at simple interest. Carol's bank offers 4% per annum, while Mike's bank offers 6% per annum. After how many years will Mike's interest be 5,400 dollars more than Carol's?
### 1.2 Algebra
This subsection covers problems involving variables, equations, and algebraic expressions.
#### 1.2.1 Linear Equations
* **Solving for Variables:** Problems may involve solving for one or more variables in linear equations.
> **Example:** If 4 more than x is 2 times y, what is the value of y in terms of x? This can be written as $x + 4 = 2y$, and then solved for $y$.
#### 1.2.2 Polynomials and Roots
* **Finding Roots:** Determining the values of a variable that make a polynomial equation equal to zero.
> **Example:** Find the roots of $x^2 - 6x + 8 = 0$.
#### 1.2.3 Sequences and Series
* **Geometric Sequences:** A sequence where each term after the first is found by multiplying the previous one by a fixed, non-zero number called the common ratio.
The $n$-th term of a geometric sequence is given by $a_n = a_1 \cdot r^{n-1}$.
> **Example:** Find the 10th term of the geometric sequence if the 6th term is 1458 and the 8th term is 13122.
* **Consecutive Integers:** Problems involving integers that follow each other in order.
> **Example:** Let a, b, c, d, e be five consecutive integers in increasing order. Which of the following expressions is always even?
#### 1.2.4 Binomial Expansion
* **Binomial Theorem:** Used to expand expressions of the form $(x+y)^n$. The general term in the expansion of $(x+y)^n$ is $\binom{n}{k} x^{n-k} y^k$.
> **Example:** Find the constant term in the binomial expansion of $(x - \frac{2}{x})^6$.
#### 1.2.5 Logarithms
* **Logarithmic Equations:** Solving equations involving logarithms.
> **Example:** Solve for B in $\ln(A) – \ln(B) = 4x$.
### 1.3 Geometry
This subsection deals with shapes, their properties, areas, volumes, and spatial relationships.
#### 1.3.1 Basic Geometric Shapes
* **Triangles:**
* **Area:** For a triangle with sides $a, b$ and included angle $C$, the area is $\frac{1}{2}ab\sin(C)$. Using coordinates of vertices $A(x_1, y_1)$, $B(x_2, y_2)$, $C(x_3, y_3)$, the area can be calculated as $\frac{1}{2}|x_1(y_2 - y_3) + x_2(y_3 - y_1) + x_3(y_1 - y_2)|$.
* **Sides and Angles:** Problems may involve using the Law of Sines or Cosines.
* Law of Sines: $\frac{a}{\sin A} = \frac{b}{\sin B} = \frac{c}{\sin C}$
* Law of Cosines: $c^2 = a^2 + b^2 - 2ab\cos C$
> **Example:** In triangle ABC, BC = 13.4 m, AC = 9 m, and ∠A = 60°. Find angle C.
> **Example:** A triangle has sides 8 units and 12 units. The included angle is 93°. Find the area of the triangle.
> **Example:** Side A of a triangle is 4 times side B, and Side C is 2 cm less than the sum of sides A and B. If side B is 5.2 cm, find the area of the triangle.
* **Circles:**
* **Arc Length:** The length of a portion of the circumference of a circle. Arc length $s = r\theta$, where $r$ is the radius and $\theta$ is the central angle in radians.
> **Example:** Identify the arc length of a circle with a central angle of 120° and radius of 8 cm.
* **Segment Area:** The area of a region of a circle which is "cut off" from the rest of the circle by a secant or chord. Area of a segment = Area of sector - Area of triangle.
> **Example:** A circle of radius 5.7 cm has a segment subtended by a central angle of 70°. Compute the segment area.
* **Concentric Circles:** Regions between two circles that share the same center.
> **Example:** Which of the following terms refers to the region between two concentric circles?
* **Cones:**
* **Frustum Volume:** The volume of a portion of a cone between two parallel planes.
$$V = \frac{1}{3}\pi h (R^2 + Rr + r^2)$$
where $h$ is the altitude, $R$ is the radius of the lower base, and $r$ is the radius of the upper base.
> **Example:** What is the volume of a frustum of a cone whose upper base is 15 cm in diameter and lower base 10 cm in diameter with an altitude of 25 cm?
* **Lateral Area:** The area of the side surface of a cone (excluding the base).
$$A_{lateral} = \pi r l$$
where $r$ is the radius of the base and $l$ is the slant height.
> **Example:** The slant height of a right circular cone is 5 m long. The base diameter is 6 m. What is the lateral area?
* **Cylinders:**
* **Volume:** $V = \pi r^2 h$, where $r$ is the radius and $h$ is the height.
> **Example:** What is the volume of a cylinder in US gallons if the cylinder is 8 ft tall and has a 23-inch radius?
* **Pyramids:**
* **Total Surface Area:** The sum of the areas of all faces, including the base. For a square pyramid, $A_{total} = s^2 + 2sl$, where $s$ is the base edge length and $l$ is the slant height.
> **Example:** What is the total surface area of a square pyramid with a slant height of 12 cm and a base edge of 7 cm?
* **Polygons:**
* **Regular Dodecagon:** A polygon with 12 equal sides and 12 equal angles. The perimeter of a regular n-gon inscribed in a circle of radius R is $P = 2nR \sin(\frac{\pi}{n})$.
> **Example:** A regular dodecagon is inscribed in a circle of radius 24. Find the perimeter of the dodecagon.
* **Regular Pentagon:** A polygon with 5 equal sides and 5 equal angles. The measure of one interior angle is $(n-2) \times 180^\circ / n$.
> **Example:** What is the measure of one interior angle of a regular pentagon?
#### 1.3.2 Coordinate Geometry
* **Distance Formula:** The distance between two points $(x_1, y_1)$ and $(x_2, y_2)$ is $d = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2}$.
> **Example:** A ship travels from point A (1,5) to point B (6,8). What is the total distance traveled?
#### 1.3.3 Trigonometry
* **Angles of Elevation and Depression:** Used in problems involving heights and distances.
> **Example:** A man finds the angle of elevation of the top of a tower to be 30°. He walks 85 m nearer the tower and finds its angle of elevation to be 60°. What is the height of the tower?
#### 1.3.4 Solid Geometry and Volumes
* **Cylindrical Tanks:** Problems involving filling or determining the volume of fluid in tanks.
> **Example:** A closed cylindrical tank is 8 ft long and 3 ft in diameter. When lying horizontally, the water is 2 ft deep. If the tank is in the vertical position, what is the depth of the water?
* **Rectangular Containers:** Calculating volume and pressure.
> **Example:** A closed rectangular container with dimensions l = 4 m, w = 5 m, and h = 6 m is filled with water. What is the pressure exerted by the water on the bottom face of the container?
#### 1.3.5 Fluid Mechanics
* **Pressure:** Force per unit area. In fluids, pressure increases with depth.
* Pressure ($P$) = density ($\rho$) $\times$ acceleration due to gravity ($g$) $\times$ height ($h$).
* Specific Gravity ($SG$) = density of substance / density of water.
* Pressure Head: The height of a fluid column that would exert a certain pressure.
> **Example:** A closed cylindrical container is filled with a fluid that has a specific gravity of 1.7. What is the pressure exerted by this fluid at a depth of 15 m?
> **Example:** A pump is required to move oil (SG = 0.8) through a pipeline. The pump must deliver the oil at a pressure of 150 kPa (gauge). The frictional losses in the pipe are 3 meters of oil, and the discharge point is 5 meters above the pump. Calculate the total dynamic head.
> **Example:** A tank that is open above contains a 3-m head of water. Above the water is oil with a head of 2-m and a specific gravity of 0.8. Calculate the total pressure exerted at the bottom of the tank.
> **Example:** The static water pressure at the water meter is 80 psi. At a supply outlet 40 feet above the meter, what is the approximate static water pressure?
* **Velocity of Efflux:** The speed at which a fluid exits an opening. Torricelli's law states that the velocity of efflux from a sharp-edged hole at the bottom of a tank filled to a depth $h$ is $v = \sqrt{2gh}$.
> **Example:** A 3-m high tank is open to the atmosphere and is filled with water. The tank has a spout at the bottom. What is the velocity of the water coming from the spout?
* **Flow Rate:** The volume of fluid passing a point per unit time. $Q = Av$, where $A$ is the cross-sectional area and $v$ is the velocity. The principle of continuity states that for incompressible fluids, $A_1v_1 = A_2v_2$.
> **Example:** Water flows into a horizontal pipe that has an area of 3 sq.cm at point A, and an area of 7 sq.cm at point B. The velocity at point A is 2 m/s, and the pressure is 120,000 Pa. Calculate the pressure at point B.
> **Example:** Water with velocity of 7 fps flows through a 10-inch pipe. What is the flow rate?
> **Example:** An 8-m high tank is full of water and is open to the atmosphere. The water seeps through a 1 sq.cm hole in the bottom. What is the rate of the water leak from the hole?
* **Buoyancy and Specific Gravity:**
* Archimedes' Principle: A body immersed in a fluid experiences an upward buoyant force equal to the weight of the fluid displaced by the body.
* Apparent Weight = Weight in Air - Buoyant Force.
* Specific Gravity ($SG$) of an object = Weight in air / (Weight in air - Weight in water) = Density of object / Density of water.
> **Example:** An object's weight in air is 1.5 N. When submerged, it is 1.1 N. What is the SG of the object?
> **Example:** Find the density of an object if 2/3 of it is floating in water.
#### 1.3.6 Mechanics and Forces
* **Centripetal Force:** The force required to keep an object moving in a circular path. $F_c = \frac{mv^2}{r}$, where $m$ is mass, $v$ is velocity, and $r$ is the radius of the circular path.
> **Example:** A 1000 kg vehicle turns around at a rotunda of 200 m radius. If the centripetal force is 700 N, calculate the vehicle's speed.
* **Levers:** Problems involving the use of a lever to lift an object. The principle of moments states that for equilibrium, the sum of clockwise moments equals the sum of anticlockwise moments. Moment = Force $\times$ Distance from fulcrum.
> **Example:** Philip uses a 72-inch metal rod to lift a 500 lbs engine. The fulcrum is 12 inches from the load. How much force does he need to exert to lift the engine?
* **Work and Energy:**
* **Kinetic Energy:** The energy of motion. $KE = \frac{1}{2}mv^2$.
> **Example:** What happens to the kinetic energy of a body if its velocity is doubled?
* **Energy Dissipated:** In an electrical circuit, energy dissipated in a resistor is given by $E = VIt = \frac{V^2}{R}t = I^2Rt$, where $V$ is voltage, $I$ is current, $R$ is resistance, and $t$ is time.
> **Example:** A 13 V device is connected across a 7-ohm resistor for 8 seconds. How much energy in Joules is dissipated in the resistor?
* **Forces:** Vector addition of forces.
> **Example:** Three forces act on a single point. The magnitudes of Forces A, B, and C are 90, 45, and 120 respectively. Force A is 80° from the x-axis, Force B acts west, and Force C is -30° from the x-axis. Find the resultant.
> **Example:** Forces 12 N east and 27 N north are perpendicular to each other. Find the direction of the resultant.
* **Mass and Density:** Density ($\rho$) = Mass ($m$) / Volume ($V$).
> **Example:** An asphalt block with density of 2360 kg/m³ weighs 100 N in air. What is the apparent weight of the block in water?
* **Atomic Mass Unit:**
> **Example:** One atom mass unit is _____ in grams.
#### 1.3.7 Property Damage and Legal Terms
* **Wrongful Act:** An action that causes damage to another person's property or reputation.
### 1.4 Number Theory
This subsection deals with properties of integers.
#### 1.4.1 Divisibility
* **Divisibility Rules:** Determining if a number is divisible by another number.
> **Example:** If p – 10 is divisible by 6, then which one of the following must also be divisible by 6?
> **Example:** How many 3-digit numbers are divisible by 5, have no repeating digits, and have no zero digits?
#### 1.4.2 Least Common Multiple (LCM)
* **LCM of Prime Numbers:** The least common multiple of two prime numbers is their product.
> **Example:** Which one is true about the LCM of two prime numbers?
### 1.5 Probability and Statistics
This subsection covers the study of chance and data.
#### 1.5.1 Probability
* **Independent and Dependent Events:** Calculating the probability of multiple events occurring.
> **Example:** If you roll two fair six-sided dice, what is the probability that the sum of the numbers rolled is either 7 or 11?
> **Example:** What is the probability of drawing two consecutive face cards from a deck without replacement?
#### 1.5.2 Set Theory and Surveys
* **Venn Diagrams:** Used to represent relationships between sets and solve problems involving overlapping groups.
> **Example:** In a survey of 500 people, 300 play the piano, 200 play the drums, and 100 play both instruments. How many respondents play neither piano nor drums?
### 1.6 Other Mathematical Concepts
#### 1.6.1 Conic Sections
* **Eccentricity:** A parameter that describes the shape of a conic section. For a hyperbola, the eccentricity is greater than 1.
> **Example:** Determine the conic section if the eccentricity of the curve is more than 1.
#### 1.6.2 Calculus
* **Derivatives:** The rate of change of a function.
> **Example:** Given $f(x) = \frac{x^2 - 3x + 2}{x - 1}$, compute the derivative at $x = 2$.
* **Imaginary Numbers:** Numbers involving the imaginary unit $i$, where $i^2 = -1$.
> **Example:** When an imaginary number is raised to an even exponent, it becomes what?
#### 1.6.3 Inequalities
* **Range of Values:** Describing the possible range of values for an expression involving variables with given constraints.
> **Example:** If 2 < x < 5 and 3 < y < 5, what best describes x – y?
#### 1.6.4 Trigonometric Identities
* **Double Angle Formulas:** Identities involving trigonometric functions of twice an angle.
> **Example:** What is equal to sin(2x)?
#### 1.6.5 Physics Concepts Related to Mathematics
* **Free Fall:** The motion of an object under the sole influence of gravity. When two objects are dropped from the same height, neglecting air resistance, they will hit the ground at the same time.
> **Example:** Ball A is dropped vertically, while Ball B is launched horizontally from the same height at the same time. Neglect air resistance. What happens to Ball A?
* **Similar Triangles:** Triangles with the same shape but possibly different sizes. Their corresponding angles are equal, and the ratios of their corresponding sides are equal.
> **Example:** A vertical pole 6 ft high casts a shadow 4 ft long. At the same time a tree casts a shadow 64 ft long. What is the height of the tree?
#### 1.6.6 Business and Economics Terms
* **Funds for Operations:** The money required to maintain a business's ongoing activities.
* **Partnership:** A business association involving two or more individuals.
* **Performance Bonds:** A type of guarantee in construction contracts ensuring work is completed as agreed.
* **Illegal Payments:** Payments made for work not performed or using excessive labor.
* **Business Organization:** An entity created to provide goods and services, contribute to the economy, and create jobs.
* **Marketplace:** A venue where buyers and sellers meet.
#### 1.6.7 Photogrammetry
* **Relief Displacement:** The apparent shift in the position of an object in a photograph due to its elevation. This is used to determine the height of objects in aerial photographs.
> **Example:** A vertical photograph of a chimney was taken from an elevation of 500 m above M.S.L. The elevation of the base of the chimney was 250 m. If the relief displacement of the chimney was 51.4 mm and the radial distance of the image of the top of the chimney was 110 mm, what is the height of the chimney?
#### 1.6.8 Map Scales
* **Real Length Calculation:** Using a map scale to determine the actual distance of an object. A scale of 1:X means 1 unit on the map represents X units in reality.
> **Example:** A pipeline is shown as 0.20 m on a map with a scale of 1:150,000 mm. What is the real length of the pipeline?
#### 1.6.9 Clock Problems
* **Relative Speed of Clock Hands:** Problems involving the positions of the hour and minute hands of a clock.
> **Example:** In how many minutes after 9 pm will the hands of the clock be together for the first time?
#### 1.6.10 General Properties
* **Scaling Effects:** Understanding how changes in dimensions affect area and perimeter.
> **Example:** If the perimeter of a square doubles, what happens to its area?
---
# Physics and Engineering concepts
*Summary generation failed for this topic .*
---
# Business and Finance terms
This section covers essential terminology related to business organizations, financial investments, profit, and economic concepts, providing definitions and examples to solidify understanding.
### 3.1 Business organizations and concepts
Various forms of business structures exist, each with distinct characteristics and purposes.
#### 3.1.1 Partnership
An association of two or more persons for the purpose of engaging in a profitable business is called a partnership.
#### 3.1.2 General Business Entity
A business organization that is formed and provides goods and services, creates jobs, contributes to national income, imports, exports, and sustainable economic development is a general business entity.
#### 3.1.3 Situations of Inefficiency
* **Situation of inefficiency:** A situation whereby a payment is made for work not done. It also applies to a case where more workers are used than reasonably required for efficient operation.
### 3.2 Financial terms and investments
Understanding financial terms is crucial for comprehending investment strategies, profit calculations, and economic principles.
#### 3.2.1 Investment and Interest
* **Simple Interest:** Interest calculated only on the initial principal amount.
* Example: Carol and Mike invested 18,000 dollars each at simple interest. Carol's bank offers 4% per annum, while Mike's bank offers 6% per annum. After how many years will Mike's interest be 5,400 dollars more than Carol's?
* Let $P$ be the principal amount (18,000 dollars), $r_C$ be Carol's interest rate (0.04), and $r_M$ be Mike's interest rate (0.06). Let $t$ be the number of years.
* Carol's interest: $I_C = P \cdot r_C \cdot t = 18000 \cdot 0.04 \cdot t$
* Mike's interest: $I_M = P \cdot r_M \cdot t = 18000 \cdot 0.06 \cdot t$
* We want to find $t$ such that $I_M = I_C + 5400$.
* $18000 \cdot 0.06 \cdot t = (18000 \cdot 0.04 \cdot t) + 5400$
* $1080t = 720t + 5400$
* $360t = 5400$
* $t = \frac{5400}{360} = 15$ years.
* **Simple Interest with Deducted Interest:** When interest is deducted from the loan amount at the time of borrowing.
* Example: A man borrows 10,000 dollars from a loan firm. The rate of simple interest is 15%, but the interest is to be deducted from the loan at the time the money is borrowed. At the end of one year, he has to pay back 10,000 dollars. What is the actual rate of interest?
* Interest deducted: $10000 \cdot 0.15 = 1500$ dollars.
* Actual amount borrowed: $10000 - 1500 = 8500$ dollars.
* The man pays back 10,000 dollars, so the interest paid is $10000 - 8500 = 1500$ dollars.
* Actual rate of interest: $\frac{1500}{8500} \cdot 100\% \approx 17.65\%$.
* **Compound Interest:** Interest calculated on the initial principal and also on the accumulated interest from previous periods.
* Example: A certain amount of money was invested at compound interest. It amounted to 15,000 dollars at the end of the 4th year, and 18,000 dollars at the end of the 8th year. Find the rate of interest per annum.
* Let the principal be $P$ and the rate of interest be $r$.
* Amount after 4 years: $P(1+r)^4 = 15000$
* Amount after 8 years: $P(1+r)^8 = 18000$
* Dividing the second equation by the first: $\frac{P(1+r)^8}{P(1+r)^4} = \frac{18000}{15000}$
* $(1+r)^4 = 1.2$
* $1+r = (1.2)^{1/4}$
* $r = (1.2)^{1/4} - 1 \approx 1.0466 - 1 = 0.0466$ or 4.66%.
* **Final Amount Calculation:** The total amount after a period, including principal and interest.
* Example: Compute the final amount at the end of the year if you loaned 120,000 dollars with 6.5% annual simple interest.
* Interest: $120000 \cdot 0.065 \cdot 1 = 7800$ dollars.
* Final Amount: $120000 + 7800 = 127800$ dollars.
* Example: After 10 years, how much will be the final amount of an initial deposit of 58,000 dollars if it is compounding monthly at a rate of 8%?
* Here, we would need to use the compound interest formula for monthly compounding. The annual rate is 8%, so the monthly rate is $\frac{0.08}{12}$. The number of periods is $10 \times 12 = 120$.
* The formula is $A = P(1 + \frac{r}{n})^{nt}$, where $A$ is the final amount, $P$ is the principal, $r$ is the annual interest rate, $n$ is the number of times that interest is compounded per year, and $t$ is the number of years.
* $A = 58000 \left(1 + \frac{0.08}{12}\right)^{120}$
* $A \approx 58000 (1.006667)^{120} \approx 58000 \cdot 2.2196 \approx 128736.80$ dollars.
#### 3.2.2 Profit and Loss
* **Loss:** Selling an item for less than its cost.
* Example: A distributor sold the latest apple phone for 75,000 dollars at a loss of 10%. If the distributor wanted to gain 15% instead, what selling price should the distributor have set?
* Cost Price ($CP$): If selling price ($SP$) is 75,000 dollars and there is a 10% loss, then $SP = CP(1 - 0.10)$.
* $75000 = CP(0.90)$
* $CP = \frac{75000}{0.90} = 83333.33$ dollars.
* Desired Selling Price for 15% gain: $SP_{new} = CP(1 + 0.15) = 83333.33 \cdot 1.15 = 95833.33$ dollars.
#### 3.2.3 Financial Needs
* **Working capital:** The funds that are required to make the enterprise or project a going concern.
#### 3.2.4 Market Concepts
* **Market:** Refers to the place where buyers and sellers gather to facilitate the exchange of goods and services.
### 3.3 Economic concepts
Economic principles govern the production, distribution, and consumption of goods and services.
#### 3.3.1 Inflation and Currency
* **Inflation:** A general increase in prices and a fall in the purchasing value of money. (Implied through interest rate discussions where purchasing power diminishes over time).
#### 3.3.2 Economic Development
* **Sustainable economic development:** Economic growth that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs.
### 3.4 Basic Mathematics in Business and Finance
Several mathematical concepts are fundamental to business and finance applications.
#### 3.4.1 Ratios and Proportions
* **Ratio of legs in a right triangle:** Used to determine the ratio of the hypotenuse to the shorter side.
* Example: If the ratio of the two legs of a right triangle is 5:12, what is the ratio of the hypotenuse to the shorter side?
* Let the legs be $5x$ and $12x$. The hypotenuse $h$ can be found using the Pythagorean theorem: $h^2 = (5x)^2 + (12x)^2 = 25x^2 + 144x^2 = 169x^2$.
* $h = \sqrt{169x^2} = 13x$.
* The ratio of the hypotenuse to the shorter side ($5x$) is $\frac{13x}{5x} = \frac{13}{5}$.
#### 3.4.2 Averages and Statistics
* **Average price:** The sum of prices divided by the number of items.
* Example: A retailer has 10 items with an average price of 120 dollars each. He threw one item, and the new average is 115 dollars. What was the price of the removed item?
* Total price of 10 items: $10 \times 120 = 1200$ dollars.
* Total price of 9 items: $9 \times 115 = 1035$ dollars.
* Price of the removed item: $1200 - 1035 = 165$ dollars.
#### 3.4.3 Set Theory in Business Contexts
* **Venn Diagrams:** Used to represent overlapping sets, such as customer preferences or product ownership.
* Example: In a survey of 500 people, 300 play the piano, 200 play the drums, and 100 play both instruments. How many respondents play neither piano nor drums?
* Let $P$ be the set of people who play piano, and $D$ be the set of people who play drums.
* $|P| = 300$, $|D| = 200$, $|P \cap D| = 100$.
* The number of people who play at least one instrument is $|P \cup D| = |P| + |D| - |P \cap D| = 300 + 200 - 100 = 400$.
* The number of people who play neither is the total number of people minus those who play at least one instrument: $500 - 400 = 100$.
#### 3.4.4 Combinatorics in Business
* **Permutations:** Used for arrangements where order matters, such as awarding prizes.
* Example: 50 people joined a body-building competition. In how many ways can gold, silver, and bronze be awarded?
* This is a permutation problem as the order of awarding matters.
* The number of permutations of $n$ items taken $k$ at a time is given by $P(n, k) = \frac{n!}{(n-k)!}$.
* Here, $n=50$ and $k=3$.
* $P(50, 3) = \frac{50!}{(50-3)!} = \frac{50!}{47!} = 50 \times 49 \times 48 = 117,600$ ways.
#### 3.4.5 Probability in Business
* **Probability of events:** The likelihood of specific outcomes occurring.
* Example: If you roll two fair six-sided dice, what is the probability that the sum of the numbers rolled is either 7 or 11?
* Total possible outcomes when rolling two dice: $6 \times 6 = 36$.
* Outcomes that sum to 7: (1,6), (2,5), (3,4), (4,3), (5,2), (6,1) - 6 outcomes.
* Outcomes that sum to 11: (5,6), (6,5) - 2 outcomes.
* The probability of the sum being 7 is $\frac{6}{36}$. The probability of the sum being 11 is $\frac{2}{36}$.
* Since these are mutually exclusive events, the probability of either occurring is the sum of their probabilities: $\frac{6}{36} + \frac{2}{36} = \frac{8}{36} = \frac{2}{9}$.
* Example: What is the probability of drawing two consecutive face cards from a deck without replacement?
* A standard deck has 52 cards, with 12 face cards (Jack, Queen, King in each of the 4 suits).
* Probability of drawing the first face card: $\frac{12}{52}$.
* After drawing one face card, there are 11 face cards left and 51 total cards.
* Probability of drawing the second face card (given the first was a face card): $\frac{11}{51}$.
* The probability of both events occurring is the product of their probabilities: $\frac{12}{52} \times \frac{11}{51} = \frac{3}{13} \times \frac{11}{51} = \frac{1}{13} \times \frac{11}{17} = \frac{11}{221}$.
#### 3.4.6 Algebraic Expressions and Equations
* **Consecutive Integers:** Integers that follow each other in order.
* Example: Let a, b, c, d, e be five consecutive integers in increasing order. Which of the following expressions is always even?
* Let the integers be $x, x+1, x+2, x+3, x+4$.
* Consider expressions like their sum: $x + (x+1) + (x+2) + (x+3) + (x+4) = 5x + 10 = 5(x+2)$. This expression is always divisible by 5.
* Consider the difference between two consecutive terms: $(x+1) - x = 1$ (odd).
* Consider the sum of two consecutive integers: $x + (x+1) = 2x+1$ (always odd).
* Consider the sum of three consecutive integers: $x + (x+1) + (x+2) = 3x+3 = 3(x+1)$. This is always divisible by 3.
* Consider the sum of four consecutive integers: $x + (x+1) + (x+2) + (x+3) = 4x+6 = 2(2x+3)$. This is always even.
* Consider the sum of five consecutive integers: $x + (x+1) + (x+2) + (x+3) + (x+4) = 5x+10$. If $x$ is even, $5(\text{even})+10 = \text{even} + \text{even} = \text{even}$. If $x$ is odd, $5(\text{odd})+10 = \text{odd} + \text{even} = \text{odd}$. So the sum of five consecutive integers is not always even.
* The expression $a+c+e$ would be $x + (x+2) + (x+4) = 3x+6 = 3(x+2)$. This is always divisible by 3.
* The expression $a+e$ would be $x + (x+4) = 2x+4 = 2(x+2)$. This is always even.
* **Divisibility:** An integer $a$ is divisible by an integer $b$ if the remainder of the division $a/b$ is zero.
* Example: If $p - 10$ is divisible by 6, then which one of the following must also be divisible by 6?
* If $p - 10 = 6k$ for some integer $k$, then $p = 6k + 10$.
* Consider an expression like $p - 4$: $(6k + 10) - 4 = 6k + 6 = 6(k+1)$, which is divisible by 6.
* **Relationship between variables:** Expressing one variable in terms of another.
* Example: If 4 more than x is 2 times y, what is the value of y in terms of x?
* "4 more than x" can be written as $x+4$.
* "2 times y" can be written as $2y$.
* So, $x+4 = 2y$.
* To find $y$ in terms of $x$, divide both sides by 2: $y = \frac{x+4}{2}$.
* **Roots of a quadratic equation:** The values of the variable that satisfy the equation.
* Example: Find the roots of .
* We can use the quadratic formula: $x = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}$.
* Here, $a=1$, $b=-7$, $c=12$.
* $x = \frac{-(-7) \pm \sqrt{(-7)^2 - 4(1)(12)}}{2(1)}$
* $x = \frac{7 \pm \sqrt{49 - 48}}{2}$
* $x = \frac{7 \pm \sqrt{1}}{2}$
* $x_1 = \frac{7+1}{2} = \frac{8}{2} = 4$
* $x_2 = \frac{7-1}{2} = \frac{6}{2} = 3$.
* The roots are 3 and 4.
#### 3.4.7 Financial Planning and Annuities
* **Deposits and Withdrawals:** Planning for future financial needs by saving and withdrawing money.
* Example: A student plans to deposit 1500 dollars in the bank now and another 3000 dollars for the next two years. If he plans to withdraw 5000 dollars three years after his last deposit, what will be the amount of money left in the bank after one year of his withdrawal? (Effective annual interest rate is 10%.)
* Initial deposit: 1500 dollars (at time 0).
* Deposit 1: 3000 dollars (at time 1).
* Deposit 2: 3000 dollars (at time 2).
* Withdrawal: 5000 dollars (at time $2+3 = 5$).
* We need to find the amount at time $5+1 = 6$. The interest rate is 10% per year.
* Value of initial deposit at time 6: $1500 \times (1.10)^6$
* Value of deposit 1 at time 6: $3000 \times (1.10)^5$
* Value of deposit 2 at time 6: $3000 \times (1.10)^4$
* Value of withdrawal at time 6: $5000 \times (1.10)^1$
* Amount left at time 6 = $(1500 \times (1.10)^6) + (3000 \times (1.10)^5) + (3000 \times (1.10)^4) - (5000 \times (1.10)^1)$
* Calculate the powers of 1.10: $(1.10)^1 = 1.1$, $(1.10)^4 \approx 1.4641$, $(1.10)^5 \approx 1.61051$, $(1.10)^6 \approx 1.771561$.
* Amount left $\approx (1500 \times 1.771561) + (3000 \times 1.61051) + (3000 \times 1.4641) - (5000 \times 1.1)$
* Amount left $\approx 2667.34 + 4831.53 + 4392.3 - 5500$
* Amount left $\approx 6391.17$ dollars.
#### 3.4.8 Annuity Calculations
* **Annuity:** A series of equal payments made at regular intervals.
* Example: Pipe A fills a tank in 5 hours, Pipe B in 8 hours, and Pipe C in 12 hours. Pipe C is closed for the first hour, then all three work together. How long will it take to fill the tank?
* Rate of Pipe A: $\frac{1}{5}$ tank per hour.
* Rate of Pipe B: $\frac{1}{8}$ tank per hour.
* Rate of Pipe C: $\frac{1}{12}$ tank per hour.
* In the first hour, only Pipe C works, filling $\frac{1}{12}$ of the tank.
* Remaining capacity to fill: $1 - \frac{1}{12} = \frac{11}{12}$ of the tank.
* When all three work together, their combined rate is $\frac{1}{5} + \frac{1}{8} + \frac{1}{12} = \frac{24+15+10}{120} = \frac{49}{120}$ tank per hour.
* Time to fill the remaining capacity: $\frac{\text{Remaining Capacity}}{\text{Combined Rate}} = \frac{11/12}{49/120} = \frac{11}{12} \times \frac{120}{49} = \frac{11 \times 10}{49} = \frac{110}{49}$ hours.
* Total time = 1 hour (first hour) + $\frac{110}{49}$ hours.
* Total time $= \frac{49}{49} + \frac{110}{49} = \frac{159}{49} \approx 3.24$ hours.
### 3.5 Economic Terms
Key economic terms define the principles and practices of economies.
#### 3.5.1 Goods and Services Exchange
* **Market:** The place where buyers and sellers meet to exchange goods and services.
#### 3.5.2 Business Growth and Development
* **Business organization:** A structured entity designed for profitable operations, job creation, and economic contribution.
#### 3.5.3 Economic Impact
* **Contribution to national income:** A measure of a business's role in the overall economy, including its impact on imports, exports, and development.
#### 3.5.4 Unsustainable Practices
* **Work for no output:** A situation where payment is made for work that is not performed or for labor in excess of what is reasonably required. This can lead to economic inefficiency.
---
# Abstract and conceptual questions
This section addresses questions requiring definitions of abstract concepts, logical reasoning, or application of principles in word problem scenarios, covering topics from basic arithmetic and geometry to physics and finance.
### 4.1 Fundamental Concepts and Definitions
* **Least Common Multiple (LCM) of prime numbers:** The LCM of two prime numbers is their product.
* **Evil wrong:** An evil wrong is an act committed by a person that damages another person's property or reputation.
* **Funds for going concern:** The funds required to make an enterprise or project a going concern are called working capital.
* **Association for profit:** An association of two or more persons for the purpose of engaging in a profitable business is called a partnership.
* **Bond guaranteeing performance:** This bond guarantees that a contractor will perform the work according to the conditions and requirements of the construction contract.
* **Payment for work not done:** A situation whereby a payment is made for work not done. It also applies to a case where more workers are used than reasonably required for efficient operation. This is known as featherbedding.
* **Place for exchange:** Refers to the place where buyers and sellers gather to facilitate the exchange of goods and services. This is a market.
* **Business organization contributing to economy:** A business organization that is formed and provides goods and services, creates jobs, contributes to national income, imports, exports, and sustainable economic development is called a firm.
* **An imaginary number raised to an even exponent:** When an imaginary number is raised to an even exponent, it becomes a real number.
### 4.2 Mathematical and Geometric Problems
#### 4.2.1 Arithmetic and Algebra
* **Simple Interest Calculations:**
* **Finding time for interest difference:** If Carol and Mike invested the same amount at simple interest with different rates (Carol at 4% per annum, Mike at 6% per annum), the time ($t$) in years for Mike's interest to be a specific amount more than Carol's can be calculated. Let $P$ be the principal amount each invested.
* Carol's interest: $I_C = P \times 0.04 \times t$
* Mike's interest: $I_M = P \times 0.06 \times t$
* We need $I_M - I_C = 5400$.
* $P \times 0.06 \times t - P \times 0.04 \times t = 5400$
* $P \times t \times (0.06 - 0.04) = 5400$
* $P \times t \times 0.02 = 5400$
* **Calculating actual interest rate with deduction:** If a loan of a principal amount ($P$) is taken, and the simple interest is deducted upfront at a given rate ($R$), the actual rate of interest ($R_{actual}$) is higher. If the interest is deducted at the time of borrowing, and the full principal is to be paid back at the end of one year, the effective principal received is $P - (P \times R \times 1)$. The actual interest paid is $P \times R \times 1$.
* $R_{actual} = \frac{\text{Actual Interest Paid}}{\text{Actual Principal Received}} \times 100\%$
* $R_{actual} = \frac{P \times R}{P - (P \times R)} \times 100\% = \frac{P \times R}{P(1-R)} \times 100\% = \frac{R}{1-R} \times 100\%$
* **Work Problems:**
* **Delayed project with worker changes:** For a job done by a certain number of workers in a target time, if workers leave at different stages, the total work done can be calculated as the sum of work done by the initial group and the subsequent groups.
* Total work = (Number of workers $\times$ Days worked) for each phase.
* Work done = Rate of work $\times$ Time. If 1 unit of work is done by $N$ workers in $D$ days, then the rate of one worker is $\frac{1}{N \times D}$.
* If $W$ workers complete a job in $D$ days, the total work is $W \times D$ worker-days.
* When the number of workers changes, the total work is the sum of (workers $\times$ days) for each segment.
* Delayed days = Actual days to complete - Target days.
* **Age Problems:**
* **Ratio of ages:** Problems involving the ratio of ages at different times can be solved by setting up equations based on the given ratios and time intervals.
* Let the son's current age be $s$ and the father's current age be $f$.
* If the father is aged four times more than his son, this implies $f = 5s$. (This phrasing can be ambiguous; sometimes it means $f=4s$. Assuming "four times more" means the father's age is the son's age plus four times the son's age, i.e., $f = s + 4s = 5s$).
* After 8 years: Father's age = $f+8$, Son's age = $s+8$.
* If $f+8 = 2.5(s+8)$.
* Substitute $f=5s$: $5s+8 = 2.5s + 20 \implies 2.5s = 12 \implies s = 4.8$ years. So, father's age is $5 \times 4.8 = 24$ years.
* After further 8 years (16 years from the start): Father's age = $f+16$, Son's age = $s+16$. Calculate the new ratio. $24+16 = 40$, $4.8+16 = 20.8$. Ratio is $40:20.8 = 1.92...$ This suggests the initial interpretation of "four times more" might need adjustment based on the expected outcome. If it means $f=4s$:
* $4s+8 = 2.5(s+8) \implies 4s+8 = 2.5s + 20 \implies 1.5s = 12 \implies s=8$. Father's age = $4 \times 8 = 32$.
* After further 8 years: Father's age = $32+16 = 48$, Son's age = $8+16 = 24$. Ratio = $48:24 = 2$. The father would be 2 times his son's age.
* **Fractions and Proportions:**
* **Cake division:** If Tommy ate 1/3 of the cake, the remaining cake is $1 - \frac{1}{3} = \frac{2}{3}$. If Sam ate 3/4 of the remaining cake, Sam ate $\frac{3}{4} \times \frac{2}{3} = \frac{2}{4} = \frac{1}{2}$ of the whole cake. The fraction eaten by Paulie is the remaining portion: $\frac{2}{3} - \frac{1}{2} = \frac{4-3}{6} = \frac{1}{6}$ of the whole cake.
* **Consecutive Integers:**
* Let five consecutive integers in increasing order be $a, b, c, d, e$. We can represent them as $n, n+1, n+2, n+3, n+4$.
* Consider sums/differences of these. For example, $a+b = n + (n+1) = 2n+1$ (odd). $a+c = n + (n+2) = 2n+2$ (even).
* A sum of two consecutive integers is always odd.
* A sum of an even number of consecutive integers is even. A sum of an odd number of consecutive integers has the same parity as the sum of the first and last integer.
* Consider $a+e = n + (n+4) = 2n+4$ (even).
* Consider $b+d = (n+1) + (n+3) = 2n+4$ (even).
* The sum of all five integers: $n + (n+1) + (n+2) + (n+3) + (n+4) = 5n + 10$. If $n$ is even, $5n$ is even, so $5n+10$ is even. If $n$ is odd, $5n$ is odd, so $5n+10$ is odd. This expression is not always even.
* Consider the sum of two numbers with opposite parity: odd. The sum of two numbers with the same parity: even.
* Among five consecutive integers, there are either 2 even and 3 odd, or 3 even and 2 odd.
* Any expression of the form $2k$ is always even. Expressions like $a+e$, $b+d$ are always even.
* **Number Theory (Divisibility):**
* If $p-10$ is divisible by 6, then $p-10 = 6k$ for some integer $k$. This means $p = 6k + 10$.
* We need to check which expression involving $p$ must also be divisible by 6.
* Consider $p$: $6k+10$ is not always divisible by 6 (e.g., if $k=1$, $p=16$).
* Consider $p+1$: $6k+11$ is not divisible by 6.
* Consider $p+2$: $6k+12 = 6(k+2)$. This is always divisible by 6.
#### 4.2.2 Geometry and Trigonometry
* **Perimeter and Area of Geometric Shapes:**
* **Football field perimeter:** A regulation football field measures 120 yards in length and approximately 53.3 yards in width. The perimeter is $2 \times (\text{length} + \text{width})$.
* Perimeter = $2 \times (120 \text{ yards} + 53.3 \text{ yards}) = 2 \times 173.3 \text{ yards} = 346.6 \text{ yards}$.
* **Square and Triangle rope problem:** A child uses a rope of 1.2 meters to make a square and a triangle. The rope used for the square is 2 times more than that for the triangle. Let the length of the rope for the triangle be $L_T$ and for the square be $L_S$.
* $L_T + L_S = 1.2$ m
* $L_S = 2 L_T$
* Substitute the second equation into the first: $L_T + 2 L_T = 1.2 \implies 3 L_T = 1.2 \implies L_T = 0.4$ m.
* Then $L_S = 2 \times 0.4 = 0.8$ m.
* If the square is made from 0.8 m of rope, the length of one side of the square is $\frac{L_S}{4}$.
* Side of square = $\frac{0.8 \text{ m}}{4} = 0.2$ m.
* **Arc length of a circle:** The arc length ($s$) of a circle with radius ($r$) and a central angle ($\theta$) in degrees is given by $s = \frac{\theta}{360^\circ} \times 2\pi r$.
* Given $\theta = 120^\circ$ and $r = 8$ cm.
* $s = \frac{120^\circ}{360^\circ} \times 2\pi (8 \text{ cm}) = \frac{1}{3} \times 16\pi \text{ cm} = \frac{16\pi}{3}$ cm.
* **Volume of a frustum of a cone:** The volume ($V$) of a frustum of a cone with upper base radius ($r_1$), lower base radius ($r_2$), and height ($h$) is given by $V = \frac{1}{3}\pi h (r_1^2 + r_1 r_2 + r_2^2)$.
* Upper base diameter = 15 cm $\implies r_1 = 7.5$ cm.
* Lower base diameter = 10 cm $\implies r_2 = 5$ cm.
* Altitude $h = 25$ cm.
* $V = \frac{1}{3}\pi (25 \text{ cm}) ((7.5 \text{ cm})^2 + (7.5 \text{ cm})(5 \text{ cm}) + (5 \text{ cm})^2)$
* $V = \frac{25\pi}{3} (56.25 + 37.5 + 25) \text{ cm}^3 = \frac{25\pi}{3} (118.75) \text{ cm}^3$.
* **Area of a triangle with given vertices:** The area of a triangle with vertices $(x_1, y_1), (x_2, y_2), (x_3, y_3)$ can be calculated using the formula: Area = $\frac{1}{2} |x_1(y_2 - y_3) + x_2(y_3 - y_1) + x_3(y_1 - y_2)|$.
* Vertices A(2,5), B(5,10), C(5,-2).
* Area = $\frac{1}{2} |2(10 - (-2)) + 5(-2 - 5) + 5(5 - 10)|$
* Area = $\frac{1}{2} |2(12) + 5(-7) + 5(-5)| = \frac{1}{2} |24 - 35 - 25| = \frac{1}{2} |-36| = 18$.
* **Area of a triangle with two sides and included angle:** The area ($A$) of a triangle with sides $a, b$ and included angle $C$ is $A = \frac{1}{2}ab \sin C$.
* Sides 8 units and 12 units, included angle 93°.
* Area = $\frac{1}{2} \times 8 \times 12 \times \sin(93^\circ) = 48 \times \sin(93^\circ)$.
* **Area of a triangle (ambiguous case):** In triangle ABC, BC = 13.4 m, AC = 9 m, and $\angle A = 60^\circ$. To find $\angle C$, we can use the Law of Sines: $\frac{a}{\sin A} = \frac{c}{\sin C}$.
* $\frac{13.4}{\sin 60^\circ} = \frac{9}{\sin C}$
* $\sin C = \frac{9 \times \sin 60^\circ}{13.4} = \frac{9 \times \frac{\sqrt{3}}{2}}{13.4} \approx \frac{9 \times 0.866}{13.4} \approx \frac{7.794}{13.4} \approx 0.5816$.
* $C = \arcsin(0.5816) \approx 35.56^\circ$.
* **Side of an equilateral triangle inscribed in a circle:** If an equilateral triangle is inscribed in a circle with circumference $C_{circle}$, we first find the radius. $C_{circle} = 2\pi r$. Then, the side length ($s$) of an equilateral triangle inscribed in a circle of radius $r$ is $s = r\sqrt{3}$.
* Given circumference = 2086 mm.
* $2\pi r = 2086 \text{ mm} \implies r = \frac{2086}{2\pi} \text{ mm}$.
* Side of triangle = $\frac{2086}{2\pi} \times \sqrt{3} \text{ mm} = \frac{1043\sqrt{3}}{\pi}$ mm.
* **Area of a square given vertex coordinates:** The vertices are (0,6), (6,0), (0,-6), and (-6,0). These points form a square rotated by 45 degrees. The distance between (0,6) and (6,0) is $\sqrt{(6-0)^2 + (0-6)^2} = \sqrt{36+36} = \sqrt{72}$. The side length is $\sqrt{72}$. Area = $(\sqrt{72})^2 = 72$. Alternatively, the diagonals connect (0,6) to (0,-6) and (6,0) to (-6,0). The lengths of the diagonals are 12 and 12 respectively. The area of a rhombus (and thus a square) is $\frac{1}{2}d_1 d_2$. Area = $\frac{1}{2} \times 12 \times 12 = 72$.
* **Lateral area of a right circular cone:** The lateral area ($L.A.$) of a right circular cone with radius ($r$) and slant height ($l$) is $L.A. = \pi r l$.
* Base diameter = 6 m $\implies r = 3$ m.
* Slant height $l = 5$ m.
* $L.A. = \pi \times (3 \text{ m}) \times (5 \text{ m}) = 15\pi \text{ m}^2$.
* **Perimeter of a regular dodecagon:** A regular dodecagon has 12 equal sides. If it is inscribed in a circle of radius $R$, the side length ($s$) is given by $s = 2R \sin(\frac{180^\circ}{12}) = 2R \sin(15^\circ)$. The perimeter is $12s$.
* Radius $R = 24$.
* $s = 2 \times 24 \times \sin(15^\circ) = 48 \times \sin(15^\circ)$. Using $\sin(15^\circ) = \sin(45^\circ - 30^\circ) = \sin 45^\circ \cos 30^\circ - \cos 45^\circ \sin 30^\circ = \frac{\sqrt{2}}{2} \frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{\sqrt{2}}{2} \frac{1}{2} = \frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{4}$.
* $s = 48 \times \frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{4} = 12(\sqrt{6}-\sqrt{2})$.
* Perimeter = $12 \times 12(\sqrt{6}-\sqrt{2}) = 144(\sqrt{6}-\sqrt{2})$.
* **Region between two concentric circles:** The region between two concentric circles is called an annulus.
* **Total surface area of a square pyramid:** The total surface area ($T.S.A.$) of a square pyramid with base edge ($b$) and slant height ($l$) is $T.S.A. = \text{base area} + \text{lateral area}$.
* Base area = $b^2$.
* Lateral area = $4 \times (\frac{1}{2} \times b \times l) = 2bl$.
* Base edge $b = 7$ cm, slant height $l = 12$ cm.
* $T.S.A. = (7 \text{ cm})^2 + 2 \times (7 \text{ cm}) \times (12 \text{ cm}) = 49 \text{ cm}^2 + 168 \text{ cm}^2 = 217 \text{ cm}^2$.
* **Trigonometric Identities and Equations:**
* **Double angle identity:** $\sin(2x) = 2\sin x \cos x$.
* **Solving for angle:** (Covered under "Area of a triangle (ambiguous case)").
#### 4.2.3 Calculus
* **Derivatives:**
* **Compute the derivative at a point:** Given a function, find its derivative and evaluate it at a specific point. For example, if $f(x) = x^3 - 2x^2 + 5$.
* The derivative $f'(x) = 3x^2 - 4x$.
* If we need to compute the derivative at $x=2$, $f'(2) = 3(2)^2 - 4(2) = 3(4) - 8 = 12 - 8 = 4$.
* **Binomial Expansion:**
* **Find the constant term:** For a binomial expansion of the form $(ax+b)^n$ or $(ax - b/x)^n$, the constant term is the term that does not contain any variable. For $(x + \frac{2}{x})^6$.
* The general term in the expansion of $(a+b)^n$ is $\binom{n}{k} a^{n-k} b^k$.
* Here, $a=x$, $b=\frac{2}{x}$, $n=6$.
* The general term is $\binom{6}{k} x^{6-k} (\frac{2}{x})^k = \binom{6}{k} x^{6-k} \frac{2^k}{x^k} = \binom{6}{k} 2^k x^{6-2k}$.
* For the constant term, the exponent of $x$ must be 0: $6-2k = 0 \implies 2k = 6 \implies k=3$.
* The constant term is $\binom{6}{3} 2^3 = \frac{6!}{3!3!} \times 8 = \frac{6 \times 5 \times 4}{3 \times 2 \times 1} \times 8 = 20 \times 8 = 160$.
#### 4.2.4 Combinatorics and Probability
* **Permutations for awarding prizes:** The number of ways to award gold, silver, and bronze medals to a group of people is a permutation problem, as the order matters. The formula is $P(n, k) = \frac{n!}{(n-k)!}$.
* 50 people, awarding 3 prizes.
* Number of ways = $P(50, 3) = \frac{50!}{(50-3)!} = \frac{50!}{47!} = 50 \times 49 \times 48$.
* **Probability of dice rolls:** The probability of rolling a sum of 7 or 11 with two fair six-sided dice.
* Total possible outcomes = $6 \times 6 = 36$.
* Outcomes for sum 7: (1,6), (2,5), (3,4), (4,3), (5,2), (6,1) - 6 outcomes.
* Outcomes for sum 11: (5,6), (6,5) - 2 outcomes.
* Probability (sum is 7 or 11) = Probability (sum is 7) + Probability (sum is 11) = $\frac{6}{36} + \frac{2}{36} = \frac{8}{36} = \frac{2}{9}$.
* **Probability of drawing cards without replacement:** The probability of drawing two consecutive face cards from a deck without replacement.
* A standard deck has 52 cards. There are 12 face cards (J, Q, K in 4 suits).
* Probability of drawing the first face card = $\frac{12}{52}$.
* After drawing one face card, there are 11 face cards left and 51 total cards.
* Probability of drawing the second face card = $\frac{11}{51}$.
* Probability of drawing two consecutive face cards = $\frac{12}{52} \times \frac{11}{51} = \frac{3}{13} \times \frac{11}{51} = \frac{1}{13} \times \frac{11}{17} = \frac{11}{221}$.
#### 4.2.5 Algebra and Functions
* **Expressing one variable in terms of another:** If 4 more than $x$ is 2 times $y$, we can write this as $x+4 = 2y$. To find $y$ in terms of $x$, divide by 2: $y = \frac{x+4}{2}$.
* **Relationship between variables with inequalities:** If $2 < x < 5$ and $3 < y < 5$, what best describes $x-y$?
* To find the range of $x-y$, we need to consider the minimum and maximum possible values.
* Maximum value of $x-y$: Occurs when $x$ is maximum and $y$ is minimum. $x_{max} = 5$, $y_{min} = 3$. So, $x-y < 5 - 3 = 2$.
* Minimum value of $x-y$: Occurs when $x$ is minimum and $y$ is maximum. $x_{min} = 2$, $y_{max} = 5$. So, $x-y > 2 - 5 = -3$.
* Therefore, $-3 < x-y < 2$.
* **Roots of a quadratic equation:** To find the roots of $x^2 - 2x + 4 = 0$, we use the quadratic formula $x = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}$.
* Here, $a=1, b=-2, c=4$.
* $x = \frac{-(-2) \pm \sqrt{(-2)^2 - 4(1)(4)}}{2(1)} = \frac{2 \pm \sqrt{4 - 16}}{2} = \frac{2 \pm \sqrt{-12}}{2}$.
* Since the discriminant is negative, the roots are complex. $\sqrt{-12} = \sqrt{12}i = 2\sqrt{3}i$.
* $x = \frac{2 \pm 2\sqrt{3}i}{2} = 1 \pm \sqrt{3}i$.
#### 4.2.6 Number Systems and Units
* **Conversions:**
* **Atom mass unit to grams:** One atom mass unit (amu) is approximately $1.660539 \times 10^{-24}$ grams.
* **Cylindrical volume to US gallons:** Volume of a cylinder is $V = \pi r^2 h$.
* Radius $r = 23$ inches, height $h = 8$ ft = $8 \times 12 = 96$ inches.
* $V = \pi (23 \text{ in})^2 (96 \text{ in}) = \pi \times 529 \times 96 \text{ in}^3 = 50784\pi \text{ in}^3$.
* 1 US gallon = 231 cubic inches.
* Volume in gallons = $\frac{50784\pi \text{ in}^3}{231 \text{ in}^3/\text{gallon}} \approx \frac{50784 \times 3.14159}{231}$ gallons $\approx 691.8$ US gallons.
* **Wire diameter to circular mils:** A wire with a diameter of $d$ in mils (thousandths of an inch) has a cross-sectional area of $d^2$ circular mils. 1 inch = 1000 mils.
* Diameter = 0.125 inch = $0.125 \times 1000$ mils = 125 mils.
* Cross-sectional area = $(125 \text{ mils})^2 = 15625$ circular mils.
#### 4.2.7 Financial Mathematics
* **Compound Interest:**
* **Finding the rate of interest:** If an amount invested at compound interest amounted to $A_1$ at the end of year $t_1$ and $A_2$ at the end of year $t_2$, the interest rate ($r$) can be found. The growth factor over $t_2 - t_1$ years is $\frac{A_2}{A_1}$.
* Let the principal be $P$. Amount after 4 years: $P(1+r)^4 = 15000$. Amount after 8 years: $P(1+r)^8 = 18000$.
* Divide the second equation by the first: $\frac{P(1+r)^8}{P(1+r)^4} = \frac{18000}{15000}$.
* $(1+r)^4 = \frac{18}{15} = \frac{6}{5} = 1.2$.
* $1+r = (1.2)^{1/4}$.
* $r = (1.2)^{1/4} - 1$. Using a calculator, $(1.2)^{1/4} \approx 1.0466$.
* $r \approx 1.0466 - 1 = 0.0466$, or 4.66% per annum.
* **Future Value of deposits and withdrawals:** Problems involving multiple deposits and withdrawals require calculating the future value of each transaction at a specific point in time.
* Deposit PhP 1500 now, PhP 3000 for the next two years. Withdraw PhP 5000 three years after the last deposit. Effective annual interest rate is 10%.
* Assume deposits are at the end of each year.
* Deposit 1 (now): PhP 1500. At the end of year 3 (one year after withdrawal), its value will be $1500(1.10)^3$.
* Deposit 2 (end of year 1): PhP 3000. At the end of year 3, its value will be $3000(1.10)^2$.
* Deposit 3 (end of year 2): PhP 3000. At the end of year 3, its value will be $3000(1.10)^1$.
* Withdrawal (end of year 3): PhP 5000. Its value at the end of year 3 is PhP 5000.
* Amount left after one year of withdrawal (end of year 4):
* Value of deposits at end of year 3: $1500(1.10)^3 + 3000(1.10)^2 + 3000(1.10)^1 = 1500(1.331) + 3000(1.21) + 3000(1.1) = 1996.5 + 3630 + 3300 = 8926.5$.
* At end of year 3, after withdrawal: $8926.5 - 5000 = 3926.5$.
* At end of year 4 (one year after withdrawal): $3926.5 \times 1.10 = 4319.15$.
* **Future Value with monthly compounding:** For an initial deposit $P$ compounding monthly at an annual rate $r$ for $t$ years, the final amount $A$ is given by $A = P \left(1 + \frac{r}{12}\right)^{12t}$.
* Initial deposit = 58,000. Rate = 8% per annum = 0.08. Time = 10 years.
* $A = 58000 \left(1 + \frac{0.08}{12}\right)^{12 \times 10} = 58000 \left(1 + \frac{0.02}{3}\right)^{120}$.
* **Simple Interest (final amount):**
* Compute the final amount at the end of the year if you loaned ₱120,000 with 6.5% annual simple interest.
* Interest = $P \times R \times t = 120000 \times 0.065 \times 1 = 7800$.
* Final Amount = Principal + Interest = $120000 + 7800 = 127800$.
#### 4.2.8 Conic Sections
* **Identifying conic section by eccentricity:**
* If eccentricity $e > 1$, the conic section is a hyperbola.
* If $e = 1$, it's a parabola.
* If $0 < e < 1$, it's an ellipse.
* If $e = 0$, it's a circle.
#### 4.2.9 Set Theory
* **Venn Diagrams (Union/Intersection):** In a survey of 500 people, 300 play piano, 200 play drums, and 100 play both. Number playing neither piano nor drums = Total - (Number playing piano only + Number playing drums only + Number playing both).
* Number playing piano only = 300 - 100 = 200.
* Number playing drums only = 200 - 100 = 100.
* Number playing at least one instrument = 200 (piano only) + 100 (drums only) + 100 (both) = 400.
* Number playing neither = 500 - 400 = 100.
* Alternatively, using the principle of inclusion-exclusion: $|P \cup D| = |P| + |D| - |P \cap D| = 300 + 200 - 100 = 400$.
* Neither = Total - $|P \cup D| = 500 - 400 = 100$.
### 4.3 Physics and Engineering Problems
#### 4.3.1 Mechanics
* **Centripetal Force and Speed:** Centripetal force ($F_c$) is given by $F_c = \frac{mv^2}{r}$, where $m$ is mass, $v$ is speed, and $r$ is the radius of the circular path.
* Mass $m = 1000$ kg, radius $r = 200$ m, centripetal force $F_c = 700$ N.
* $700 \text{ N} = \frac{1000 \text{ kg} \times v^2}{200 \text{ m}}$.
* $v^2 = \frac{700 \text{ N} \times 200 \text{ m}}{1000 \text{ kg}} = \frac{140000}{1000} \frac{\text{N} \cdot \text{m}}{\text{kg}} = 140 \frac{\text{J}}{\text{kg}} = 140 \frac{\text{m}^2}{\text{s}^2}$.
* $v = \sqrt{140} \approx 11.83$ m/s.
* **Work, Power, and Energy:**
* **Power required to lift a weight:** Power ($P$) is the rate at which work is done. Work done ($W$) to lift an object of weight $F$ to a height $h$ is $W = Fh$. Power is $P = \frac{W}{t}$.
* Weight = 170,000 pounds, height = 150 feet, time = 2 hours = $2 \times 3600 = 7200$ seconds.
* Work = $170,000 \text{ lb} \times 150 \text{ ft} = 25,500,000 \text{ ft-lb}$.
* Power = $\frac{25,500,000 \text{ ft-lb}}{7200 \text{ s}} \approx 3541.67 \text{ ft-lb/s}$.
* To convert to horsepower (1 hp = 550 ft-lb/s): Power in hp = $\frac{3541.67}{550} \approx 6.44$ hp.
* **Required horsepower:**
* Weight = 40,000 lbs, height = 200 feet, time = 10 minutes = $10 \times 60 = 600$ seconds.
* Work = $40,000 \text{ lbs} \times 200 \text{ ft} = 8,000,000 \text{ ft-lb}$.
* Power = $\frac{8,000,000 \text{ ft-lb}}{600 \text{ s}} \approx 13333.33 \text{ ft-lb/s}$.
* Power in hp = $\frac{13333.33}{550} \approx 24.24$ hp.
* **Energy dissipated in a resistor:** Energy ($E$) dissipated in a resistor is given by $E = VIt = \frac{V^2}{R}t = I^2Rt$.
* Voltage $V = 13$ V, resistance $R = 7$ ohms, time $t = 8$ seconds.
* $E = \frac{V^2}{R}t = \frac{(13 \text{ V})^2}{7 \text{ ohms}} \times 8 \text{ s} = \frac{169}{7} \times 8 \text{ J} = \frac{1352}{7} \text{ J} \approx 193.14$ J.
* **Kinetic energy change with velocity:** Kinetic energy ($KE$) is given by $KE = \frac{1}{2}mv^2$. If velocity ($v$) is doubled, the new kinetic energy is $KE' = \frac{1}{2}m(2v)^2 = \frac{1}{2}m(4v^2) = 4 \times (\frac{1}{2}mv^2) = 4 \times KE$. The kinetic energy quadruples.
* **Heat energy and furnace run time:** Heat required = 50,000 BTUs. Furnace rated input = 90,000 BTU/hr. Efficiency = 68%.
* Effective heat output per hour = $90,000 \text{ BTU/hr} \times 0.68 = 61,200 \text{ BTU/hr}$.
* Time required = $\frac{\text{Heat required}}{\text{Effective heat output}} = \frac{50,000 \text{ BTU}}{61,200 \text{ BTU/hr}} \approx 0.817$ hours.
* Time in minutes = $0.817 \text{ hours} \times 60 \text{ minutes/hour} \approx 49.02$ minutes.
* **Energy used by electric heater:** Power ($P$) = $VI$. Energy ($E$) = $P \times t$.
* Current $I = 12$ A, Voltage $V = 240$ V.
* Power $P = 12 \text{ A} \times 240 \text{ V} = 2880$ W = 2880 J/s.
* 1 BTU $\approx 1055$ J.
* 4000 BTU $= 4000 \times 1055$ J $= 4,220,000$ J.
* Time $t = \frac{E}{P} = \frac{4,220,000 \text{ J}}{2880 \text{ J/s}} \approx 1465.28$ seconds.
* **Torque and Levers (Mechanical Advantage):** Using a lever, Force $\times$ Distance from fulcrum = Load $\times$ Distance from fulcrum.
* Metal rod length = 72 inches. Fulcrum is 12 inches from the load. This means the distance from the fulcrum to the load is 12 inches, and the distance from the fulcrum to where the force is applied is $72 - 12 = 60$ inches.
* Force (effort) $\times 60$ inches = Load (engine weight) $\times 12$ inches.
* Force $\times 60 = 500 \text{ lbs} \times 12$.
* Force $= \frac{500 \times 12}{60} = \frac{6000}{60} = 100$ lbs.
* **Fluid Mechanics:**
* **Pressure at a depth:** Pressure ($P$) at a depth ($h$) in a fluid is $P = \rho g h$, where $\rho$ is density and $g$ is acceleration due to gravity. Pressure gauge is often used to measure gauge pressure.
* **Container filled with water:** A closed rectangular container with dimensions $l=4$ m, $w=5$ m, $h=6$ m filled with water. Pressure on the bottom face. $P = \rho_{water} g h$.
* $\rho_{water} \approx 1000$ kg/m³. $g \approx 9.81$ m/s². $h = 6$ m.
* $P = 1000 \text{ kg/m³} \times 9.81 \text{ m/s²} \times 6 \text{ m} = 58860$ Pa.
* **Pressure exerted by oil:** A closed cylindrical container filled with a fluid with specific gravity ($SG$) of 1.7. Depth $h = 15$ m.
* Density of fluid $\rho = SG \times \rho_{water} = 1.7 \times 1000$ kg/m³ $= 1700$ kg/m³.
* $P = \rho g h = 1700 \text{ kg/m³} \times 9.81 \text{ m/s²} \times 15 \text{ m} = 249,945$ Pa.
* **Pressure head:** Pressure head is the height of a column of fluid that would produce a given pressure. $P = \rho g h_{head}$.
* Pressure at outlet = 80 psi. $SG = 0.8$.
* First, convert psi to Pascals: 1 psi $\approx 6894.76$ Pa. So, $P = 80 \times 6894.76 \text{ Pa} = 551580.8$ Pa.
* Density of oil $\rho = 0.8 \times 1000$ kg/m³ $= 800$ kg/m³.
* $h_{head} = \frac{P}{\rho g} = \frac{551580.8 \text{ Pa}}{800 \text{ kg/m³} \times 9.81 \text{ m/s²}} \approx 70.37$ meters of oil.
* **Total dynamic head:** This includes pressure head, velocity head, and elevation head, minus friction losses.
* Pump must deliver at 150 kPa gauge. Frictional losses = 3 meters of oil. Discharge point is 5 meters above pump. $SG = 0.8$.
* Pressure head = $\frac{150 \text{ kPa}}{0.8 \times 9.81 \text{ kPa/m}} \approx 19.21$ m of oil. (Using $\rho g$ in kPa/m for water and then dividing by SG).
* Elevation head = 5 m of oil.
* Friction head loss = 3 m of oil.
* Total Dynamic Head (TDH) = Pressure head + Elevation head + Velocity head - Friction head loss. Assuming velocity head is negligible or already accounted for in pressure at discharge:
* TDH $\approx 19.21 \text{ m} + 5 \text{ m} - 3 \text{ m} = 21.21$ m of oil.
* **Velocity of water from a spout:** Using Torricelli's Law, the velocity of efflux ($v$) from a hole at depth $h$ is $v = \sqrt{2gh}$.
* Tank height = 3 m. Assuming the spout is at the bottom and the tank is full of water.
* $v = \sqrt{2 \times 9.81 \text{ m/s²} \times 3 \text{ m}} = \sqrt{58.86} \approx 7.67$ m/s.
* **Rate of water leak:** Similar to efflux velocity, flow rate ($Q$) = Area $\times$ Velocity.
* Tank height = 8 m. Hole area = 1 sq.cm = $1 \times 10^{-4}$ m².
* Velocity $v = \sqrt{2gh} = \sqrt{2 \times 9.81 \text{ m/s²} \times 8 \text{ m}} = \sqrt{156.96} \approx 12.53$ m/s.
* Flow rate $Q = (1 \times 10^{-4} \text{ m²}) \times (12.53 \text{ m/s}) = 1.253 \times 10^{-3}$ m³/s.
* **Continuity Equation:** For an incompressible fluid, the flow rate is constant. $A_1 v_1 = A_2 v_2$.
* Area at point A ($A_A$) = 3 sq.cm, velocity at A ($v_A$) = 2 m/s. Pressure at A ($P_A$) = 120,000 Pa.
* Area at point B ($A_B$) = 7 sq.cm. Find pressure at B ($P_B$).
* $A_A v_A = A_B v_B \implies (3 \text{ cm}^2) \times (2 \text{ m/s}) = (7 \text{ cm}^2) \times v_B$.
* $v_B = \frac{3 \times 2}{7} \text{ m/s} = \frac{6}{7}$ m/s.
* Use Bernoulli's equation: $P_A + \frac{1}{2}\rho v_A^2 + \rho g h_A = P_B + \frac{1}{2}\rho v_B^2 + \rho g h_B$. Assuming horizontal pipe, $h_A = h_B$.
* $P_B = P_A + \frac{1}{2}\rho (v_A^2 - v_B^2)$. Density of water $\rho = 1000$ kg/m³.
* $P_B = 120000 \text{ Pa} + \frac{1}{2}(1000 \text{ kg/m³}) ((2 \text{ m/s})^2 - (\frac{6}{7} \text{ m/s})^2)$
* $P_B = 120000 + 500 (4 - \frac{36}{49}) = 120000 + 500 (\frac{196-36}{49}) = 120000 + 500 (\frac{160}{49}) \approx 120000 + 1632.65 \approx 121633$ Pa.
* **Flow rate:** Water velocity = 7 fps. Pipe diameter = 10 inches.
* Radius $r = 5$ inches. Convert to feet: $r = \frac{5}{12}$ ft.
* Area $A = \pi r^2 = \pi (\frac{5}{12} \text{ ft})^2 = \frac{25\pi}{144}$ sq ft.
* Flow rate $Q = A \times v = \frac{25\pi}{144} \text{ sq ft} \times 7 \text{ fps} = \frac{175\pi}{144}$ cubic feet per second.
* **Buoyancy and Specific Gravity:** Specific Gravity ($SG$) of an object is the ratio of its density to the density of water, or the ratio of its weight to the buoyant force when fully submerged.
* Weight in air = 1.5 N. Apparent weight when submerged = 1.1 N.
* Buoyant force ($F_B$) = Weight in air - Apparent weight = $1.5 \text{ N} - 1.1 \text{ N} = 0.4$ N.
* $SG = \frac{\text{Weight of object}}{\text{Buoyant force}} = \frac{1.5 \text{ N}}{0.4 \text{ N}} = 3.75$.
* **Density of a floating object:** If 2/3 of an object is floating in water, then the buoyant force equals the weight of the object. The buoyant force is equal to the weight of the displaced fluid.
* Weight of object = Weight of (2/3 of object's volume) of water.
* $\rho_{object} V g = \frac{2}{3} V \rho_{water} g$.
* $\rho_{object} = \frac{2}{3} \rho_{water}$.
* Density of object = $\frac{2}{3} \times 1000$ kg/m³ $= \frac{2000}{3} \approx 666.67$ kg/m³.
* **Pressure head with varying fluids:** A tank open above contains a 3-m head of water. Above the water is oil with a head of 2-m and SG = 0.8.
* Pressure from water at the bottom: $P_{water} = \rho_{water} g h_{water} = 1000 \times 9.81 \times 3$ Pa.
* Pressure from oil at the bottom: $P_{oil} = \rho_{oil} g h_{oil} = (0.8 \times 1000) \times 9.81 \times 2$ Pa.
* Total pressure at the bottom = $P_{water} + P_{oil} = (1000 \times 9.81 \times 3) + (800 \times 9.81 \times 2)$ Pa.
* Total pressure $= 9.81 \times (3000 + 1600) = 9.81 \times 4600 = 45126$ Pa.
* **Thermodynamics:**
* **Furnace efficiency:** (Covered under "Heat energy and furnace run time").
#### 4.3.2 Electrical Engineering
* **Ohm's Law and Circuits:**
* **Parallel resistors:** For resistors in parallel, the total current is the sum of currents through each resistor. The equivalent resistance $R_{eq}$ is given by $\frac{1}{R_{eq}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3}$.
* Power supply $V = 8$ V. Parallel resistors: $R_1 = 10$ ohms, $R_2 = 15$ ohms, $R_3 = 20$ ohms.
* $\frac{1}{R_{eq}} = \frac{1}{10} + \frac{1}{15} + \frac{1}{20} = \frac{6+4+3}{60} = \frac{13}{60}$.
* $R_{eq} = \frac{60}{13}$ ohms.
* Total current $I = \frac{V}{R_{eq}} = \frac{8 \text{ V}}{\frac{60}{13} \text{ ohms}} = 8 \times \frac{13}{60} = \frac{104}{60} = \frac{26}{15}$ A $\approx 1.73$ A.
* **Power and energy dissipation:** (Covered under "Work, Power, and Energy").
#### 4.3.3 Kinematics and Dynamics
* **Acceleration:** Acceleration ($a$) is the rate of change of velocity ($v$). If velocity changes from $v_i$ to $v_f$ in time $t$, then $a = \frac{v_f - v_i}{t}$.
* Initial velocity $v_i = 20$ m/s, final velocity $v_f = 40$ m/s, time $t = 3$ seconds.
* $a = \frac{40 \text{ m/s} - 20 \text{ m/s}}{3 \text{ s}} = \frac{20 \text{ m/s}}{3 \text{ s}} = \frac{20}{3}$ m/s² $\approx 6.67$ m/s².
* **Distance Calculation (Coordinate Geometry):** The distance between two points $(x_1, y_1)$ and $(x_2, y_2)$ is $d = \sqrt{(x_2-x_1)^2 + (y_2-y_1)^2}$.
* Point A (1,5) to Point B (6,8).
* Distance = $\sqrt{(6-1)^2 + (8-5)^2} = \sqrt{5^2 + 3^2} = \sqrt{25 + 9} = \sqrt{34}$.
* **Projectile Motion:**
* **Comparison of dropped vs. launched horizontally:** Ball A is dropped vertically, Ball B is launched horizontally from the same height at the same time. Neglecting air resistance, both balls will hit the ground at the same time. The horizontal motion of Ball B does not affect its vertical motion, which is governed by gravity alone.
* **Relative Motion (Wind Velocity):** Cyclist travels with the wind and against the wind.
* Let $v_c$ be the cyclist's speed in still air, and $v_w$ be the wind velocity.
* With wind: Distance = $(v_c + v_w) \times t_1$.
* Against wind: Distance = $(v_c - v_w) \times t_2$.
* Distance = 10 km. $t_1 = 1.3$ hours, $t_2 = 1.6$ hours.
* $10 = (v_c + v_w) \times 1.3 \implies v_c + v_w = \frac{10}{1.3} \approx 7.69$.
* $10 = (v_c - v_w) \times 1.6 \implies v_c - v_w = \frac{10}{1.6} = 6.25$.
* Add the two equations: $2v_c = 7.69 + 6.25 = 13.94 \implies v_c = 6.97$ km/h.
* Subtract the second from the first: $2v_w = 7.69 - 6.25 = 1.44 \implies v_w = 0.72$ km/h.
* **Height of tree from shadow:** Using similar triangles.
* Pole height = 6 ft, shadow = 4 ft. Ratio of height to shadow = $\frac{6}{4} = 1.5$.
* Tree shadow = 64 ft. Height of tree = $1.5 \times 64$ ft $= 96$ ft.
* **Rate of water leak from a hole:** (Covered under "Fluid Mechanics").
#### 4.3.4 Surveying and Photogrammetry
* **Height of a chimney from photograph:** Given photo taken from an elevation above Mean Sea Level (MSL), elevation of chimney base, relief displacement, and radial distance.
* Let $H$ be the flying height above ground (not MSL), $h$ be the height of the object, $r$ be the radial distance of the top of the object from the photo center, and $d$ be the relief displacement.
* Flying height above ground = Elevation of camera - Elevation of object base = 500 m - 250 m = 250 m. So, $H = 250$ m.
* Relief displacement formula: $d = \frac{rh}{H}$.
* $r$ is the radial distance of the image of the top of the chimney from the principal point. The radial distance of the image of the top of the chimney was 110 mm. $r = 110$ mm $= 0.110$ m.
* Relief displacement of the chimney $d = 51.4$ mm $= 0.0514$ m.
* $0.0514 \text{ m} = \frac{0.110 \text{ m} \times h}{250 \text{ m}}$.
* $h = \frac{0.0514 \text{ m} \times 250 \text{ m}}{0.110 \text{ m}} = \frac{12.85}{0.110} \text{ m} \approx 116.82$ m.
#### 4.3.5 Engineering Materials and Properties
* **Density and Weight:**
* **Apparent weight of block:** Density of asphalt block = 2360 kg/m³. Weight in air = 100 N.
* Volume $V = \frac{\text{Mass}}{\text{Density}}$. Mass $m = \frac{W_{air}}{g} = \frac{100 \text{ N}}{9.81 \text{ m/s²}} \approx 10.19$ kg.
* $V = \frac{10.19 \text{ kg}}{2360 \text{ kg/m³}} \approx 0.004318$ m³.
* Buoyant force in water ($F_B$) = $\rho_{water} V g = 1000 \text{ kg/m³} \times 0.004318 \text{ m³} \times 9.81 \text{ m/s²} \approx 42.36$ N.
* Apparent weight = Weight in air - $F_B = 100 \text{ N} - 42.36 \text{ N} = 57.64$ N.
#### 4.3.6 Mechanical Engineering
* **Pumps and Head:** (Covered under "Fluid Mechanics").
* **Cylindrical Tank Volume:**
* A closed cylindrical tank is 8 ft long and 3 ft in diameter. When lying horizontally, the water is 2 ft deep. If the tank is in the vertical position, what is the depth of the water?
* First, calculate the volume of water. The cross-section of the water is a segment of a circle. The circle has radius $r=1.5$ ft. The depth is 2 ft. The distance from the center to the water surface is $1.5 - 2 = -0.5$ ft. This means the water level is 0.5 ft below the center of the circular cross-section.
* The chord length $l$ at a distance $d$ from the center is $l = 2\sqrt{r^2 - d^2}$. Here $d = -0.5$ ft (or distance from center can be thought of as 0.5 if we consider the geometry symmetrically from the center). Let's measure from the bottom, so the water level is at 2 ft from the bottom. The center is at 1.5 ft from the bottom. The distance of the water surface from the center is $1.5 - 2 = -0.5$.
* Let's find the angle subtended by the water surface. The distance from the center to the water surface is $d = |r-h_{depth}| = |1.5-2| = 0.5$ ft.
* Using trigonometry, if $\theta$ is half the angle subtended at the center by the water surface chord, $\cos \theta = \frac{d}{r} = \frac{0.5}{1.5} = \frac{1}{3}$. So $\theta = \arccos(\frac{1}{3})$.
* The area of the segment is $A_{segment} = r^2 \arccos(\frac{d}{r}) - d\sqrt{r^2-d^2}$.
* $A_{segment} = (1.5)^2 \arccos(\frac{0.5}{1.5}) - 0.5 \sqrt{(1.5)^2 - (0.5)^2} = 2.25 \arccos(\frac{1}{3}) - 0.5 \sqrt{2.25 - 0.25} = 2.25 \arccos(\frac{1}{3}) - 0.5 \sqrt{2}$.
* $\arccos(\frac{1}{3})$ is in radians. $\arccos(1/3) \approx 1.231$ radians.
* $A_{segment} \approx 2.25 \times 1.231 - 0.5 \times 1.414 = 2.76975 - 0.707 = 2.06275$ sq ft.
* Volume of water = Area of segment $\times$ length of tank = $2.06275 \text{ sq ft} \times 8 \text{ ft} = 16.502$ cubic feet.
* Now, if the tank is vertical, the radius of the base is 1.5 ft. Let the depth of the water be $h_{vertical}$. The volume is $\pi r^2 h_{vertical}$.
* $16.502 \text{ cu ft} = \pi (1.5 \text{ ft})^2 \times h_{vertical} = 2.25\pi \times h_{vertical}$.
* $h_{vertical} = \frac{16.502}{2.25\pi} \approx \frac{16.502}{7.068} \approx 2.33$ ft.
#### 4.3.7 Civil Engineering
* **Bridge construction:** A 580-ft wide river is spanned by a bridge. The bridge constructed across the river banked 1/7 of its length in the east and 1/6 in the west.
* This describes parts of the bridge's span relative to its total length. Let $L$ be the total length of the bridge.
* Banked in the east: $\frac{1}{7}L$. Banked in the west: $\frac{1}{6}L$.
* The total span across the river is 580 ft. If the bridge spans the river, its length relevant to the river's width is likely considered the part that crosses the river directly. The wording "banked" suggests something about supports or approach spans. If we assume the 580 ft is the length of the bridge crossing the river:
* If the bridge banks mean a portion of the length is on the banks, then the span across the river is the total length minus the banked portions.
* Let $L$ be the total length of the bridge. The length spanning the river might be $L - \frac{1}{7}L - \frac{1}{6}L$.
* Or, if the 580 ft is the direct span, and the "banked" portions are additional lengths, the problem is underspecified.
* Assuming the question implies parts of the river span are "banked" in some way, and the 580 ft is a key measurement. A common interpretation for such problems is that these fractions relate to the total length. However, the phrasing "across the river banked 1/7 of its length in the east and 1/6 in the west" is ambiguous. If the entire bridge has length $L$, and a section of length $L/7$ is on the east bank and $L/6$ on the west bank, then the span across the river is $L - L/7 - L/6$. If this span is 580 ft, then $580 = L(1 - 1/7 - 1/6) = L(\frac{42-6-7}{42}) = L(\frac{29}{42})$. So, $L = 580 \times \frac{42}{29} \approx 840$ ft. The length of the bridge would be approximately 840 ft.
#### 4.3.8 Geodetic Engineering / Surveying
* **Map Scale and Real Length:** A pipeline is shown as 0.20 m on a map with a scale of 1:150,000 mm.
* The scale 1:150,000 means 1 unit on the map represents 150,000 of the same units in reality.
* The map distance is 0.20 m.
* Real length = Map distance $\times$ Scale factor.
* Real length = $0.20 \text{ m} \times 150,000 = 30,000$ m $= 30$ km.
* The "mm" in 1:150,000 mm is likely a typo and should represent the unit of measurement for the scale factor. Assuming the scale is 1:150,000 for the given map units.
### 4.4 Other Conceptual Questions
* **Temperature equality:** Fahrenheit and Celsius scales are equal at -40 degrees.
* Formula to convert Celsius to Fahrenheit: $F = \frac{9}{5}C + 32$.
* Formula to convert Fahrenheit to Celsius: $C = \frac{5}{9}(F - 32)$.
* Set $F=C$: $C = \frac{5}{9}(C - 32) \implies 9C = 5C - 160 \implies 4C = -160 \implies C = -40$. So $F = -40$ as well.
* **Conic section eccentricity:** (Covered under "Conic Sections").
* **Arithmetic sequence (10th term):** Find the 10th term of a geometric sequence if the 6th term is 1458 and the 8th term is 13122.
* Let the geometric sequence be $a, ar, ar^2, \dots$
* $T_6 = ar^5 = 1458$.
* $T_8 = ar^7 = 13122$.
* Divide the eighth term by the sixth term: $\frac{ar^7}{ar^5} = \frac{13122}{1458}$.
* $r^2 = 9 \implies r = 3$ (assuming a positive common ratio).
* Substitute $r=3$ into $ar^5 = 1458$: $a(3)^5 = 1458 \implies a(243) = 1458 \implies a = \frac{1458}{243} = 6$.
* The 10th term is $T_{10} = ar^9 = 6 \times (3)^9 = 6 \times 19683 = 118098$.
* **Geometric interpretation of division by zero:** Division by zero is undefined in standard arithmetic.
* **Square pyramid slant height:** (Covered under "Area of a square pyramid").
* **Ratio of hypotenuse to shorter side in a right triangle:** If the ratio of the two legs of a right triangle is 5:12, let the legs be $5x$ and $12x$. By the Pythagorean theorem, the hypotenuse $h$ is $\sqrt{(5x)^2 + (12x)^2} = \sqrt{25x^2 + 144x^2} = \sqrt{169x^2} = 13x$. The shorter side is $5x$. The ratio of the hypotenuse to the shorter side is $\frac{13x}{5x} = \frac{13}{5}$.
* **Area change with perimeter doubling:** If the perimeter of a square doubles, its side length also doubles. If the original side length is $s$, the perimeter is $4s$ and the area is $s^2$. If the new side length is $2s$, the new perimeter is $4(2s) = 8s$ (doubled), and the new area is $(2s)^2 = 4s^2$ (quadrupled). The area quadruples.
* **Average price calculation:** A retailer has 10 items with an average price of 120 each. Total price = $10 \times 120 = 1200$. One item is removed, and the new average is 115 for 9 items. New total price = $9 \times 115 = 1035$. Price of removed item = Original total price - New total price = $1200 - 1035 = 165$.
* **Clock hands together:** For the hands of a clock to be together for the first time after 9 pm. The hands are together every approximately 65.45 minutes. At 9:00, the hour hand is at 9 and the minute hand is at 12. The minute hand has to catch up. The relative speed of the minute hand to the hour hand is $11/2$ divisions per minute (where a full circle is 60 divisions). At 9 pm, the minute hand is at 0 divisions, the hour hand is at 45 divisions. The minute hand needs to cover 45 divisions plus the distance the hour hand moves. Let $t$ be minutes past 9. Minute hand position: $6t$. Hour hand position: $45 + 0.5t$. Set them equal: $6t = 45 + 0.5t \implies 5.5t = 45 \implies t = \frac{45}{5.5} = \frac{90}{11} \approx 8.18$ minutes. So, it will be about 8.18 minutes past 9 pm.
* **Three-digit numbers with conditions:** Divisible by 5, no repeating digits, no zero digits.
* Divisible by 5 means the last digit must be 5 (since no zero digits).
* So, the number is of the form _ _ 5.
* The digits available are 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
* The last digit is 5.
* For the first digit, we can choose any of the remaining 8 digits (excluding 5).
* For the second digit, we can choose any of the remaining 7 digits (excluding the first digit and 5).
* Number of such numbers = $8 \times 7 \times 1 = 56$.
* **Comparison of speeds (Vertical vs. Horizontal Launch):** (Covered under "Projectile Motion").
* **Divisibility rule:** If $p-10$ is divisible by 6, then $p-10 = 6k$. $p = 6k+10$. $p+2 = 6k+12 = 6(k+2)$, which is always divisible by 6.
#### 4.4.1 Business and Finance Terms
* **Bond guaranteeing performance:** (Covered under "Fundamental Concepts and Definitions").
* **Funds for going concern:** (Covered under "Fundamental Concepts and Definitions").
* **Association for profit:** (Covered under "Fundamental Concepts and Definitions").
* **Business organization contributing to economy:** (Covered under "Fundamental Concepts and Definitions").
### 4.5 General Principles and Relationships
* **Relationship between perimeter and area of squares:** If the perimeter of a square doubles, its area quadruples.
* **Relationship between velocity and kinetic energy:** Kinetic energy is proportional to the square of the velocity. If velocity doubles, kinetic energy quadruples.
* **Relationship between temperature scales:** Fahrenheit and Celsius scales are equal at -40 degrees.
* **Effect of wind on travel:** Wind increases speed when traveling in the same direction and decreases speed when traveling against it.
* **Work and power:** Power is the rate at which work is done.
* **Pressure in fluids:** Pressure increases with depth and depends on the fluid's density and gravity.
* **Parallel circuits:** In parallel circuits, the voltage is the same across each component, and the total current is the sum of currents through each component.
* **Geometric sequences:** Each term is found by multiplying the previous term by a constant factor (the common ratio).
* **Properties of consecutive integers:** Sums of consecutive integers often exhibit predictable parity (even or odd).
* **Mathematical inequalities:** The range of a difference between two variables can be determined from the ranges of the individual variables.
### 4.6 Abstract Reasoning
* **Conditional statements:** If $p-10$ is divisible by 6, then $p+2$ must also be divisible by 6.
* **Logical deduction:** Understanding the implications of given conditions in word problems.
* **Conceptual understanding of physical laws:** Knowing how changing one variable affects another (e.g., velocity and kinetic energy, perimeter and area).
* **Understanding abstract mathematical concepts:** Definitions of terms like LCM, annulus, eccentricity, and the properties of different number types (prime, consecutive integers).
#### 4.6.1 Conceptual Physics Principles
* **Gravity and motion:** Objects dropped and launched horizontally from the same height experience the same vertical acceleration due to gravity.
* **Work and energy conservation:** Energy can be transformed between different forms (e.g., potential to kinetic).
* **Fluid dynamics:** Principles like continuity and Bernoulli's equation describe fluid behavior.
* **Thermodynamics:** Efficiency is a key concept in energy conversion processes.
#### 4.6.2 Abstract Mathematical Concepts
* **Parity:** Understanding whether a number is even or odd.
* **Roots of equations:** Distinguishing between real and complex roots.
* **Ratios and proportions:** Applying these to geometric and algebraic problems.
#### 4.6.3 Conceptual Business/Economic Terms
* **Working capital:** Funds needed for ongoing operations.
* **Partnership:** A business structure involving two or more individuals.
* **Market:** A place or system for exchange of goods and services.
* **Featherbedding:** Inefficient labor practices.
> **Tip:** When encountering word problems, carefully identify what is being asked, list all given information, and then determine the relevant formulas or concepts needed to solve the problem. Break down complex problems into smaller, manageable steps.
---
## Common mistakes to avoid
- Review all topics thoroughly before exams
- Pay attention to formulas and key definitions
- Practice with examples provided in each section
- Don't memorize without understanding the underlying concepts
Glossary
| Term | Definition |
|------|------------|
| LCM (Least Common Multiple) | The smallest positive integer that is a multiple of two or more integers. For two prime numbers, their LCM is their product. |
| Regulation Football Field | A standard-sized field for playing football, typically measuring 120 yards in length (including end zones) and approximately 53.3 yards in width. |
| Power | The rate at which work is done or energy is transferred. It is measured in units like watts or horsepower. |
| Simple Interest | A method of calculating interest on a loan or deposit based on the principal amount only, not on any accumulated interest. The formula is $I = P \times R \times T$, where $I$ is interest, $P$ is principal, $R$ is rate, and $T$ is time. |
| Actual Rate of Interest | The true or effective interest rate after accounting for all fees and charges, especially when interest is deducted upfront. |
| Centripetal Force | The force that acts on a body moving in a circular path and is directed towards the center around which the body is moving. The formula is $F_c = \frac{mv^2}{r}$, where $F_c$ is centripetal force, $m$ is mass, $v$ is velocity, and $r$ is radius. |
| Arc Length | The distance along the curved line that forms part of the circumference of a circle. The formula is $s = r\theta$, where $s$ is arc length, $r$ is radius, and $\theta$ is the central angle in radians. |
| Central Angle | An angle whose vertex is the center of a circle and whose sides are radii intersecting the circle at two distinct points. |
| Selling Price | The price at which a product or service is offered for sale to customers. |
| Loss | The financial situation where the expenses exceed the revenue. It is often expressed as a percentage of the cost price. |
| Efficiency | A measure of how well a system converts input energy or resources into useful output. It is typically expressed as a percentage. |
| Acceleration | The rate at which the velocity of an object changes over time. It is a vector quantity, meaning it has both magnitude and direction. The formula is $a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$, where $a$ is acceleration, $\Delta v$ is the change in velocity, and $\Delta t$ is the change in time. |
| Distance Traveled | The total length of the path covered by a moving object, regardless of its direction. |
| Frustum of a Cone | A portion of a cone obtained by cutting off the top part with a plane parallel to the base. |
| Altitude | The perpendicular distance from the apex or vertex of a geometric figure to the base. In a frustum of a cone, it is the perpendicular distance between the two bases. |
| Simple Interest Rate | The percentage charged on a principal amount for a specified period, calculated only on the original principal. |
| Actual Rate of Interest | The effective interest rate experienced by a borrower, which may differ from the stated rate due to how interest is calculated or applied, such as being deducted upfront. |
| Workers | Individuals employed to perform a specific task or job. |
| Resigned | Voluntarily left a job or position. |
| Centripetal Force | The force that keeps an object moving in a circular path by pulling it towards the center of the circle. |
| Vehicle's Speed | The rate at which a vehicle covers distance, typically measured in meters per second or kilometers per hour. |
| Rope | A strong cord made of twisted strands of fiber or wire, used for tying, pulling, or supporting. |
| Square | A plane figure with four equal straight sides and four right angles. |
| Triangle | A plane figure with three straight sides and three angles. |
| Arc Length | The distance along a curved line segment of a circle's circumference. |
| Central Angle | An angle formed by two radii of a circle with the vertex at the center. |
| Radius | The distance from the center of a circle to any point on its circumference. |
| Ways (Combinations/Permutations) | The number of different arrangements or selections possible from a set of items, often involving factorials in calculations. |
| Horsepower | A unit of power, equivalent to the power needed to lift 550 pounds one foot in one second. Used to measure the output of engines and motors. |
| Selling Price | The price at which a good or service is sold to a customer. |
| Loss | The decrease in value or profit when expenses exceed revenues. |
| Gain | The increase in value or profit. |
| Distributor | An intermediary who buys goods from manufacturers and sells them to retailers or other businesses. |
| Furnace | An appliance or enclosure for heating, typically used in a building for space heating. |
| Efficiency | The ratio of useful output to total input, often expressed as a percentage, indicating how much energy is effectively used. |
| Space Demand | The amount of heating or cooling required for a particular space to maintain a comfortable temperature. |
| Furnace Run Time | The duration for which a furnace operates to meet a heating demand. |
| Acceleration | The rate at which an object's velocity changes over time. |
| Velocity | The speed of an object in a particular direction. |
| Total Distance Traveled | The sum of the lengths of all the paths taken by an object, irrespective of its starting and ending points. |
| Coordinates | A set of numbers used to locate a point in a coordinate system, such as (x, y) for a 2D plane. |
| Volume | The amount of three-dimensional space occupied by a solid object or contained within a vessel. |
| Frustum of a Cone | A part of a solid cone created by cutting off the top with a plane parallel to the base. |
| Diameter | The distance across a circle through its center, equal to twice the radius. |
| Altitude | The perpendicular height of a geometric figure from its base to its apex or highest point. |
| Evil Wrong | An immoral act or offense that causes harm or damage to another person's property or reputation. |
| Metal Rod | A long, slender piece of metal. |
| Fulcrum | The point on which a lever rests or pivots. |
| Load | The weight or resistance that a lever or other mechanical device must overcome. |
| Force | An influence that can cause an object to change its motion or to deform. |
| Triangle ABC | A triangle with vertices labeled A, B, and C. |
| Sides | The line segments forming the boundary of a polygon. |
| Angle (∠) | The figure formed by two rays sharing a common endpoint, the vertex. |
| Pump | A mechanical device used to move fluids (liquids or gases) by mechanical action. |
| Specific Gravity (SG) | The ratio of the density of a substance to the density of a reference substance, usually water. |
| Pressure (kPa gauge) | The pressure relative to the ambient atmospheric pressure, often referred to as gauge pressure. |
| Frictional Losses | The energy dissipated due to friction as a fluid flows through a pipe. |
| Discharge Point | The location where a fluid exits a system or pipe. |
| Total Dynamic Head (TDH) | The total equivalent height that a fluid is to be pumped, considering elevation changes, pressure differences, and friction losses. |
| Segment Area | The area of a region of a circle bounded by a chord and the arc subtended by the chord. |
| Central Angle | The angle subtended by an arc at the center of a circle. |
| Radius | The distance from the center of a circle to any point on its circumference. |
| Hands of the Clock | The hour, minute, and second indicators on a clock face. |
| Together | In close proximity or contact; coinciding. |
| 3-digit Numbers | Integers ranging from 100 to 999. |
| Divisible by 5 | A number that can be divided by 5 without leaving a remainder. |
| Repeating Digits | Digits that appear more than once in a number. |
| Zero Digits | The numeral '0'. |
| Pipeline | A long pipe, typically underground, used for conveying water, gas, oil, or other fluid substances. |
| Map Scale | The ratio between distances on a map and corresponding distances in reality, often expressed as 1:X. |
| Real Length | The actual physical length of an object or feature. |
| Closed Rectangular Container | A three-dimensional box-like shape with six faces, where all sides are enclosed. |
| Dimensions | The measurements of length, width, and height of an object. |
| Filled with Water | Occupied entirely by water. |
| Pressure Exerted | The force applied per unit area. |
| Bottom Face | The lowest surface of a three-dimensional object. |
| Circuit | A closed path through which electric current flows. |
| Power Supply | A device that provides electrical energy to a circuit. |
| Parallel Resistors | Components connected across the same two points in a circuit, so the current divides among them. |
| Total Current | The sum of the currents flowing through all parallel branches of a circuit. |
| Father and Son Age Problem | A word problem involving the ages of a father and son at different points in time. |
| Consecutive Integers | Integers that follow each other in order, differing by 1. |
| Even | An integer that is divisible by 2. |
| Roots | The values of a variable that satisfy an equation, making the equation true. |
| Binomial Expansion | The algebraic expansion of powers of a binomial $(x+y)^n$. |
| Constant Term | The term in an expansion that does not contain any variables. |
| Geometric Sequence | A sequence of numbers where each term after the first is found by multiplying the previous one by a fixed, non-zero number called the common ratio. |
| Term | A single item in a sequence or expression. |
| Common Ratio | The constant factor by which each term in a geometric sequence is multiplied to get the next term. |
| Region Between Two Concentric Circles | The area that lies between the circumference of two circles that share the same center but have different radii. This region is also known as an annulus. |
| Concentric Circles | Circles that share the same center point but have different radii. |
| Cyclist | A person who rides a bicycle. |
| Wind Velocity | The speed and direction of the wind. |
| Kinetic Energy | The energy an object possesses due to its motion. The formula is $KE = \frac{1}{2}mv^2$, where $m$ is mass and $v$ is velocity. |
| Velocity Doubled | The speed of the object is multiplied by two. |
| Regular Pentagon | A polygon with five equal sides and five equal interior angles. |
| Interior Angle | An angle inside a polygon. |
| Vertical Photograph | An aerial photograph taken with the camera axis pointed directly downwards. |
| Chimney | A tall vertical structure, usually made of brick or metal, that allows smoke and gases to escape from a building. |
| Elevation | The height of a point or object above a reference level, such as mean sea level. |
| M.S.L. (Mean Sea Level) | The average height of the sea surface over a period of time, used as a reference point for elevations. |
| Relief Displacement | The apparent shift in the position of an object in an aerial photograph due to its height above the terrain. |
| Radial Distance | The distance measured from the principal point (center of the photograph) to a point on the photograph. |
| Deposit | To place money into a bank account. |
| Withdrawal | To take money out of a bank account. |
| Effective Annual Interest Rate | The actual rate of interest earned on an investment or paid on a loan over one year, taking into account the effect of compounding. |
| Survey | An examination or investigation of a group of people to collect information. |
| Play the Piano | To perform music on a piano instrument. |
| Play the Drums | To perform music on a drum set. |
| Both Instruments | Participating in activities involving both the piano and the drums. |
| Neither Piano nor Drums | Not participating in activities involving the piano or the drums. |
| Pressure at Altitude | The atmospheric pressure decreases as the altitude above sea level increases. |
| Fluid | A substance that flows freely, such as a liquid or gas. |
| Specific Gravity | The ratio of the density of a substance to the density of water at a standard temperature. |
| Head of Water | The height of a column of water that exerts a certain pressure. |
| Total Pressure | The sum of all pressures acting on a point or surface, including atmospheric and hydrostatic pressure. |
| Forces | Pushes or pulls that can cause an object to change its motion. |
| Magnitudes | The size or strength of a force. |
| Resultant | The single force that has the same effect as two or more other forces acting together. |
| Volt (V) | The SI unit of electric potential difference or electromotive force. |
| Resistor | An electrical component that opposes the flow of electric current. |
| Energy Dissipated | The amount of energy converted into heat or other forms of energy due to resistance. |
| Joules (J) | The SI unit of energy. |
| Probability | The measure of the likelihood that an event will occur. |
| Rolling Two Fair Six-Sided Dice | A probability experiment involving the random outcome of throwing two standard dice, each with faces numbered 1 to 6. |
| Sum of Numbers Rolled | The total obtained by adding the numbers showing on the faces of the dice. |
| Cylinder | A three-dimensional solid with two parallel circular bases connected by a curved surface. |
| US Gallons | A unit of volume commonly used in the United States. |
| Tall | Having a great height. |
| Radius | The distance from the center of a circle to its edge. |
| Temperature | The degree or intensity of heat present in a substance or object. |
| Degrees Fahrenheit (°F) | A scale for measuring temperature. |
| Degrees Celsius (°C) | A scale for measuring temperature. |
| Consecutive Integers | Integers that follow each other in order, like 1, 2, 3. |
| Variable | A symbol that represents a quantity that can change. |
| Equation | A mathematical statement that asserts the equality of two expressions. |
| Pipe A, B, C | Identifiers for different pipes used in a system. |
| Fills a Tank | The process of filling a container with a substance. |
| Work Together | To collaborate or cooperate on a task. |
| Ratio | A comparison of two quantities by division. |
| Legs of a Right Triangle | The two sides of a right triangle that form the right angle. |
| Hypotenuse | The side of a right triangle opposite the right angle. |
| Shorter Side | The side of a triangle with the smallest length. |
| Mother and Daughter Age Problem | A word problem related to the ages of a mother and daughter at different times. |
| Mother is 11 times as old as her daughter | The mother's age is 11 multiplied by the daughter's age. |
| Sixteen Years Later | After a period of 16 years has passed. |
| Mother is 3 times as old as the daughter | The mother's age will be three times the daughter's age. |
| Water Seeps | Water slowly leaks or escapes through a small opening. |
| Hole | A small opening or gap. |
| Rate of Water Leak | The volume or mass of water that escapes per unit of time. |
| Interior Angle | An angle formed inside a polygon by two adjacent sides. |
| Regular Pentagon | A polygon with five equal sides and five equal angles. |
| Vertical Pole | An upright pole standing perpendicular to the ground. |
| Shadow | A dark area or shape produced by an object coming between rays of light and a surface. |
| Tree | A tall woody plant. |
| Situation whereby a payment is made for work not done | A fraudulent practice where payment is made for services or labor that were not actually performed. |
| More workers are used than reasonably required for efficient operation | An inefficient staffing practice where the number of employees exceeds what is necessary for optimal productivity. |
| Horizontal Pipe | A pipe oriented parallel to the ground. |
| Area | The extent or measure of a surface. |
| Velocity | The speed and direction of motion. |
| Pressure | Force applied per unit area. |
| Divisible by 6 | A number that can be divided by 6 without leaving a remainder. |
| Investment | The action or process of investing money for profit. |
| Compound Interest | Interest calculated on the initial principal, which also includes all of the accumulated interest from previous periods. |
| Amounted to | Reached a total value of. |
| Rate of Interest per Annum | The percentage of interest charged or earned annually. |
| Side A, B, C | The lengths of the sides of a triangle. |
| Included Angle | The angle between two sides of a triangle. |
| Area of the Triangle | The measure of the space enclosed by the sides of a triangle. |
| Closed Cylindrical Tank | A container in the shape of a cylinder that is sealed at both ends. |
| Lying Horizontally | Positioned parallel to the ground. |
| Vertical Position | Standing upright. |
| Vertices | The corner points of a geometric shape. |
| Equipment | Tools, machinery, or other necessary items for a particular purpose. |
| Height | The measurement from base to top. |
| Seconds | A unit of time. |
| Power Exerted | The rate at which work is done by a device or person. |
| Bond | A written agreement promising to pay a debt or fulfill an obligation. |
| Contractor | A person or company that undertakes a contract to provide materials or labor for a project. |
| Construction Contract | A legally binding agreement between a client and a contractor for the execution of a construction project. |
| Conditions and Requirements | The specific terms and stipulations outlined in an agreement. |
| Tank | A container for storing liquids or gases. |
| Open to the Atmosphere | Not sealed, allowing free exchange of gases with the surrounding air. |
| Spout | A projecting tube or lip from which a liquid is poured. |
| Velocity of Water | The speed at which water is moving. |
| Atom Mass Unit (amu) | A unit of mass used to express the mass of atoms and molecules. |
| Grams (g) | A unit of mass in the metric system. |
| Fluid | A substance that can flow, like a liquid or gas. |
| Specific Gravity (SG) | The ratio of the density of a substance to the density of water. |
| Depth | The distance from the top or surface down to the bottom. |
| Force | A push or pull that can cause an object to move or change shape. |
| Resultant | The single vector that represents the sum of two or more vectors. |
| Electric Water Heater | A device that heats water using electricity. |
| Electric Current (A) | The flow of electric charge, measured in amperes. |
| Power Supply (V) | The voltage provided by an electrical source, measured in volts. |
| BTU (British Thermal Unit) | A unit of energy, often used to measure heating or cooling capacity. |
| Imaginary Number | A number that can be written as a real number multiplied by the imaginary unit $i$, where $i^2 = -1$. |
| Even Exponent | An exponent that is an even integer. |
| Real Number | Any number that can be found on the number line, including rational and irrational numbers. |
| Variable | A symbol representing a quantity that can change. |
| Inequality | A mathematical statement that compares two expressions using symbols like <, >, ≤, or ≥. |
| Described | Characterized or explained. |
| Regular Dodecagon | A polygon with twelve equal sides and twelve equal angles. |
| Inscribed | Drawn inside another figure so as to touch at as many points as possible. |
| Circle | A set of all points in a plane that are equidistant from a central point. |
| Circumference | The distance around the outside of a circle. |
| Perimeter | The total distance around the outside of a polygon. |
| Solid Steel Ball | A sphere made entirely of steel. |
| Immersed | Placed or submerged in a liquid. |
| Displaces Water | Pushes aside a volume of water equal to its own volume. |
| Depth | The measurement from top to bottom. |
| Cylinder | A three-dimensional geometric shape with two parallel circular bases connected by a curved surface. |
| Derivative | The instantaneous rate of change of a function with respect to a variable, found using calculus. |
| Evaluate | To calculate or find the numerical value of an expression. |
| Asphalth block | A rectangular block made of asphalt. |
| Density | Mass per unit volume. |
| Apparent Weight | The weight of an object when it is submerged in a fluid, which is less than its actual weight due to buoyancy. |
| River | A natural flowing watercourse. |
| Spanned by a Bridge | Connected by a bridge. |
| Banked | Sloped or inclined. |
| Male to Female Employees Ratio | The comparison of the number of male employees to the number of female employees. |
| Left the Job | Departed from employment. |
| New Ratio | The updated comparison of male to female employees after some have left. |
| Water Velocity | The speed at which water is flowing. |
| Pipe | A tube used to convey water, gas, oil, or other fluid substances. |
| Flow Rate | The volume of fluid that passes through a given cross-sectional area per unit of time. |
| Square | A plane figure with four equal straight sides and four right angles. |
| Coordinates of the Vertices | The (x, y) positions of the corner points of a shape. |
| Slant Height | The distance from the apex of a cone or pyramid to a point on the edge of the base. |
| Right Circular Cone | A cone with a circular base and its apex directly above the center of the base. |
| Base Diameter | The distance across the circular base of a cone through its center. |
| Lateral Area | The surface area of a cone or pyramid, excluding the area of the base. |
| Geometric Sequence | A sequence of numbers where each term is found by multiplying the previous one by a fixed, non-zero number called the common ratio. |
| Term | A single element in a sequence. |
| Binomial Expansion | The algebraic expansion of $(a+b)^n$. |
| Constant Term | The term in an expansion that does not have any variables. |
| Region Between Two Concentric Circles | The area enclosed by two circles that share the same center but have different radii; also known as an annulus. |
| Cyclist | A person who rides a bicycle. |
| Wind Velocity | The speed and direction of the wind. |
| KPH (Kilometers Per Hour) | A unit of speed. |
| Kinetic Energy | The energy of motion. |
| Velocity is Doubled | The speed of the object is multiplied by two. |
| Total Surface Area | The sum of the areas of all the faces of a three-dimensional object. |
| Square Pyramid | A pyramid with a square base. |
| Slant Height | The distance from the apex to the midpoint of an edge of the base. |
| Base Edge | The length of one side of the square base. |
| Probability | The likelihood of a specific event occurring. |
| Drawing Two Consecutive Face Cards | Selecting two playing cards that are face cards (Jack, Queen, King) one after the other. |
| Deck | A standard 52-card deck of playing cards. |
| Without Replacement | After a card is drawn, it is not put back into the deck before the next draw. |
| Perimeter of a Square | The total length of all sides of a square. |
| Doubles | Becomes two times larger. |
| Area | The amount of space inside a two-dimensional shape. |
| Retailer | A person or business that sells goods to consumers. |
| Items | Individual products or articles. |
| Average Price | The mean price of a set of items. |
| Removed Item | An item that has been taken away from the set. |
| Final Amount | The total value of a financial investment at the end of a period. |
| Initial Deposit | The starting amount of money placed in an account. |
| Compounding Monthly | Interest is calculated and added to the principal every month. |
| Rate of 8% | An annual interest rate of eight percent. |
| Buyers and Sellers Gather | Individuals or entities come together to engage in commercial transactions. |
| Exchange of Goods and Services | The trade of products and assistance between parties. |
| Business Organization | A legal entity formed to conduct commercial activities. |
| Profitable Business | A business that generates more revenue than its expenses. |
| Creates Jobs | Provides employment opportunities for individuals. |
| Contributes to National Income | Adds to the total economic output of a country. |
| Imports | Goods or services brought into a country from abroad. |
| Exports | Goods or services sent to a country from abroad. |
| Sustainable Economic Development | Economic growth that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs. |
| sin(2x) | The sine function applied to twice the angle x. This is a trigonometric identity related to double angles. |
| Ball A is Dropped Vertically | An object is released to fall straight down due to gravity. |
| Ball B is Launched Horizontally | An object is projected sideways with an initial forward motion. |
| Same Height | Both objects start at the same vertical elevation. |
| Same Time | The events of dropping and launching occur simultaneously. |
| Neglect Air Resistance | Assume that the force of air friction on the objects is negligible. |
| What happens to Ball A? | Asking about the motion or state of Ball A. |
| Vertical Pole | An upright pole. |
| Casts a Shadow | Creates a dark area due to blocking light. |
| At the Same Time | During the same period. |
| Tree | A large perennial plant. |
| Height of the Tree | The vertical dimension of the tree. |
| Payment for Work Not Done | Compensation provided for labor or tasks that were not actually performed. |
| More Workers than Reasonably Required | Employing an excessive number of staff for a given task, leading to inefficiency. |
| Horizontal Pipe | A pipe oriented parallel to the ground. |
| Area | The measure of a two-dimensional surface. |
| Point A, Point B | Specific locations within the pipe system. |
| Velocity | The speed and direction of movement. |
| Pressure | Force exerted per unit area. |
| Calculate | To determine a value or result using mathematical methods. |
| p – 10 is divisible by 6 | An algebraic expression where the result of subtracting 10 from p can be divided by 6 without a remainder. |
| Must also be divisible by 6 | This expression will also yield a result that can be divided by 6 without a remainder. |
Cover
SÍMBOLOS.pdf
Summary
# Símbolos matemáticos comunes
Este tema presenta una recopilación de símbolos matemáticos de uso frecuente, junto con su lectura o significado, facilitando su comprensión en diversas áreas [1](#page=1).
### 1.1 Conjuntos numéricos
Se definen los símbolos para los conjuntos numéricos fundamentales en matemáticas [1](#page=1).
* $\mathbb{N}$: Conjunto de los números naturales [1](#page=1).
* $\mathbb{Z}$: Conjunto de los números enteros [1](#page=1).
* $\mathbb{Q}$: Conjunto de los números racionales [1](#page=1).
* $\mathbb{R}$: Conjunto de los números reales [1](#page=1).
* $\mathbb{C}$: Conjunto de los números complejos [1](#page=1).
* $\mathbb{I}$: Conjunto de los números irracionales [1](#page=1).
### 1.2 Símbolos de teoría de conjuntos y lógica
Se presentan los símbolos utilizados en teoría de conjuntos y lógica matemática [1](#page=1).
* $\emptyset$: Conjunto vacío [1](#page=1).
* $\forall$: Para todo [1](#page=1).
* $\exists$: Existe [1](#page=1).
* $\setminus$: Menos o excepto [1](#page=1).
* $:$ o $/$: Tal que [1](#page=1).
* $\implies$: Implica que [1](#page=1).
* $\iff$: Si y solo si, equivale a que [1](#page=1).
* $\in$: Pertenece [1](#page=1).
* $\notin$: No pertenece [1](#page=1).
* $\{x \in A: x \text{ cumple } C_1\}$: El conjunto de los $x$ de $A$ que cumplen la condición $C_1$ [1](#page=1).
* $\cup$: Unión [1](#page=1).
* $\cap$: Intersección [1](#page=1).
* $\subset$: Contenido en [1](#page=1).
* $\subseteq$: Contenido o es igual [1](#page=1).
* $\supset$: Contiene a [1](#page=1).
* $\supseteq$: Contiene o es igual [1](#page=1).
* $A^c$: Complementario de $A$ [1](#page=1).
### 1.3 Operaciones y notaciones comunes
Esta sección detalla símbolos para operaciones y notaciones matemáticas generales [1](#page=1).
* $n!$: $n$ factorial, equivale a $n \cdot (n-1) \cdot \ldots \cdot 2 \cdot 1$ [1](#page=1).
* $\binom{n}{r}$: $n$ sobre $r$, equivale a $\frac{n!}{r!(n-r)!}$ [1](#page=1).
* $\approx$: Aproximadamente [1](#page=1).
* $|x|$: Valor absoluto del número $x$ [1](#page=1).
* $\cdot$: Producto escalar [1](#page=1).
* $\infty$: Infinito [1](#page=1).
* $\pm \infty$: Más o menos infinito [1](#page=1).
* $\sum_{n=1}^{N} x_n$: Sumatorio, suma desde $n=1$ hasta $n=N$ de $x_n$ [1](#page=1).
### 1.4 Notación de límites y funciones
Se describen los símbolos relacionados con límites y funciones [1](#page=1).
* $\lim_{x \to b}$: Límite cuando $x$ tiende a $b$ [1](#page=1).
* $f \circ g$: $g$ compuesta con $f$ [1](#page=1).
* $f^{-1}$: Función inversa de $f$ [1](#page=1).
* $f'(x)$: Derivada de $f$ en $x$ o "f prima en x" [1](#page=1).
### 1.5 Notación de cálculo integral
Esta subsección cubre los símbolos empleados en el cálculo integral [1](#page=1).
* $\int f$: Integral indefinida de $f$ o primitiva de $f$ [1](#page=1).
* $\int_{a}^{b} f(x) dx$: Integral entre $a$ y $b$ de $f(x)$ [1](#page=1).
### 1.6 Notación de cálculo diferencial avanzado
Se detallan los símbolos para conceptos avanzados en cálculo diferencial [1](#page=1).
* $\frac{\partial f}{\partial x}$, $f_x$: Derivada parcial de $f$ respecto a $x$ [1](#page=1).
* $\nabla f(x)$: Gradiente de $f: \mathbb{R}^n \to \mathbb{R}$ en $x$ [1](#page=1).
* $Df(x)$: Diferencial de $f: \mathbb{R}^n \to \mathbb{R}$ en $x$ [1](#page=1).
* $H_f(x) = \left( \frac{\partial^2 f}{\partial x_i \partial x_j} \right)_{i,j=1,...,n}$: Matriz Hessiana de $f: \mathbb{R}^n \to \mathbb{R}$ en $x$ [1](#page=1).
> **Tip:** Familiarizarse con estos símbolos es fundamental para la lectura y escritura de expresiones matemáticas en cualquier nivel académico.
> **Example:** Entender que $\forall$ significa "para todo" permite interpretar correctamente enunciados como "$\forall x \in \mathbb{R}, x^2 \ge 0$" (Para todo $x$ real, $x$ al cuadrado es mayor o igual a cero) [1](#page=1).
---
## Errores comunes a evitar
- Revise todos los temas a fondo antes de los exámenes
- Preste atención a las fórmulas y definiciones clave
- Practique con los ejemplos proporcionados en cada sección
- No memorice sin entender los conceptos subyacentes
Glossary
| Term | Definition |
|------|------------|
| Término | Definición |
| $\mathbb{N}$ | Representa el conjunto de los números naturales, que son los enteros positivos y a menudo se incluye el cero. |
| $\mathbb{Z}$ | Representa el conjunto de los números enteros, que incluye a los números naturales, sus opuestos negativos y el cero. |
| $\mathbb{Q}$ | Representa el conjunto de los números racionales, que son aquellos que se pueden expresar como una fracción de dos enteros. |
| $\mathbb{R}$ | Representa el conjunto de los números reales, que incluye a todos los números racionales e irracionales. |
| $\mathbb{C}$ | Representa el conjunto de los números complejos, que son números que se pueden escribir en la forma $a+bi$, donde $a$ y $b$ son números reales e $i$ es la unidad imaginaria. |
| $\emptyset$ | Símbolo que representa el conjunto vacío, es decir, un conjunto que no contiene ningún elemento. |
| $\forall$ | Cuantificador universal que se lee "para todo" o "para cada uno", indicando que una proposición es verdadera para todos los elementos de un conjunto. |
| $\exists$ | Cuantificador existencial que se lee "existe" o "hay al menos uno", indicando que una proposición es verdadera para al menos un elemento de un conjunto. |
| $|x|$ | Representa el valor absoluto de un número $x$, que es su distancia a cero en la recta numérica, siempre no negativo. |
| $n!$ | Representa el factorial de un número natural $n$, que es el producto de todos los enteros positivos desde 1 hasta $n$. |
| $\sum$ | Símbolo de sumatorio, utilizado para indicar la suma de una secuencia de términos. |
| $\int$ | Símbolo de integral, utilizado para representar la integración, que es el proceso de encontrar el área bajo una curva o la antiderivada de una función. |
| $\nabla$ | Símbolo de gradiente, que representa un vector de derivadas parciales de una función escalar, indicando la dirección de máximo incremento. |
Cover
Student - Hoorcollege 3 - Kansverdelingen en kansberekeningen (1).pptx
Summary
# Inleiding tot statistiek en kansrekenen
Dit deel behandelt de basisprincipes van statistiek, het belang van steekproeven, en de rol van kansberekeningen bij het trekken van conclusies uit gegevens, inclusief het concept van significantie en het potentiële misbruik van statistiek.
## 1. Inleiding tot statistiek en kansrekenen
### 1.1 Het belang van steekproeven en kansrekening
Statistiek is essentieel voor het nemen van onderbouwde beslissingen op basis van verzamelde gegevens. Omdat het onderzoeken van de gehele populatie vaak onhaalbaar is, worden **steekproeven** gebruikt. Hierdoor ontstaat echter onzekerheid over de conclusies. **Kansberekeningen** zijn cruciaal om de mate van deze onzekerheid te kwantificeren, door te bepalen hoe waarschijnlijk het is om bepaalde data te observeren. Op basis hiervan kan vervolgens besloten worden of een waargenomen verband of verschil **significant** is.
### 1.2 Kernbegrippen in kansrekening
* **Kans:** De waarschijnlijkheid om een bepaalde gebeurtenis te observeren, uitgedrukt als een getal tussen 0 en 1. Bijvoorbeeld, de kans op het gooien van een '3' met één dobbelsteen is $P(3) = \frac{1}{6}$.
* **Uitkomst:** Een enkelvoudig resultaat van een gebeurtenis (bv. "een 3" bij een dobbelsteenworp).
* **Uitkomstenruimte:** De verzameling van alle mogelijke enkelvoudige uitkomsten (bv. voor een dobbelsteen: $\{1, 2, 3, 4, 5, 6\}$).
### 1.3 Kansverdeling
Een **kansverdeling** is een overzicht van alle mogelijke waarden van een variabele en hun bijbehorende kansen. Dit is analoog aan een frequentieverdeling in statistiek 1, maar dan voor theoretische waarden in plaats van geobserveerde waarden.
> **Tip:** Een kansverdeling beschrijft de theoretische waarschijnlijkheid van verschillende uitkomsten, terwijl een frequentieverdeling de geobserveerde frequentie van uitkomsten weergeeft in een steekproef.
### 1.4 De steekproevenverdeling van het gemiddelde
Dit is een bijzondere kansverdeling die ontstaat wanneer men uit een populatie een oneindig aantal steekproeven trekt. Voor elke steekproef berekent men een steekproefstatistiek, zoals het gemiddelde. De **steekproevenverdeling van het gemiddelde** toont alle mogelijke waarden van deze steekproefgemiddelden en hun bijbehorende kansen. Dit stelt ons in staat om de waarschijnlijkheid van een bepaald steekproefgemiddelde te evalueren.
* **Verwachte waarde van de steekproevenverdeling ($E(\bar{x})$):** Dit is het gemiddelde van alle mogelijke steekproefgemiddelden en is een zuivere schatter van het populatiegemiddelde ($\mu$). Een schatter is zuiver als er geen systematische afwijkingen zijn wanneer men het gemiddelde van alle mogelijke steekproeven beschouwt om de populatiegrootheid te schatten.
* **Standaardfout van het gemiddelde (Standard Error of the Mean - SEM):** Dit is de standaardafwijking van de steekproefgemiddelden. Het geeft weer hoe accuraat de schatting van de verwachte waarde is. De standaardfout wordt kleiner naarmate de steekproefgrootte toeneemt.
* Indien de populatie standaardafwijking ($\sigma$) gekend is:
$$SE = \sigma_{\bar{x}} = \frac{\sigma}{\sqrt{n}}$$
waarbij $n$ de steekproefgrootte is.
* Indien $\sigma$ niet gekend is, kan deze geschat worden met de steekproefstandaardafwijking ($s$) wanneer de steekproef groot is ($n > 100$):
$$SE = s_{\bar{x}} = \frac{s}{\sqrt{n}}$$
> **Voorbeeld:** Een kleinere steekproef zal een grotere standaardfout hebben dan een grotere steekproef, wat betekent dat de schatting van het populatiegemiddelde minder nauwkeurig is met kleinere steekproeven.
### 1.5 Vorm van de steekproevenverdeling: Het Centrale Limiettheorema
Het **Centrale Limiettheorema** (CLT) stelt dat, ongeacht de oorspronkelijke verdeling van de populatie, de steekproevenverdeling van het gemiddelde de normale verdeling zal benaderen naarmate de steekproefgrootte toeneemt.
* **Als de populatie normaal verdeeld is:** Dan is de steekproevenverdeling van het gemiddelde ook normaal verdeeld, met een verwachte waarde $\mu$ en een standaardafwijking $\sigma_{\bar{x}} = \frac{\sigma}{\sqrt{n}}$.
* **Als de populatie niet normaal verdeeld is:** Maar de steekproeven zijn groot genoeg (typisch $n \geq 30$), dan zal de steekproevenverdeling van het gemiddelde bij benadering normaal verdeeld zijn, met een verwachte waarde $\mu$ en een standaardafwijking $\sigma_{\bar{x}} = \frac{\sigma}{\sqrt{n}}$.
* **Indien $\sigma$ niet gekend is:** Deze mag vervangen worden door de steekproefstandaardafwijking ($s$) als $n > 100$.
### 1.6 De normale verdeling
De **normale verdeling** (ook wel Gauss-curve of klokcurve genoemd) is een symmetrische en klokvormige kansverdeling die veel voorkomt in de gedragswetenschappen.
* **Karakteristieken:**
* De totale oppervlakte onder de curve is gelijk aan 1.
* De kans op een waarde in een bepaald gebied is gelijk aan de oppervlakte onder de curve boven dat gebied.
* De verdeling wordt volledig bepaald door twee parameters:
* Het **gemiddelde** ($\mu$): bepaalt de locatie van het midden van de verdeling.
* De **standaardafwijking** ($\sigma$): bepaalt de spreiding van de scores (een kleine $\sigma$ resulteert in een smalle, hoge curve; een grote $\sigma$ in een brede, lage curve).
De formule voor de normale verdeling is:
$$f(x) = \frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}} e^{-\frac{1}{2}\left(\frac{x-\mu}{\sigma}\right)^2}$$
Hierbij is $x$ de waarde van de variabele, $\mu$ het gemiddelde, $\sigma$ de standaardafwijking, $\pi \approx 3.14159$ en $e \approx 2.71828$.
> **Tip:** De normale verdeling is symmetrisch rond het gemiddelde. De oppervlaktes onder de curve voor specifieke intervallen rond het gemiddelde zijn gestandaardiseerd: ongeveer 68% valt binnen $\mu \pm 1\sigma$, 95% binnen $\mu \pm 2\sigma$, en 99.7% binnen $\mu \pm 3\sigma$.
### 1.7 De standaardnormale verdeling (Z-verdeling)
De **standaardnormale verdeling** is een speciaal type normale verdeling met een gemiddelde van 0 en een standaardafwijking van 1 ($\mu = 0$, $\sigma = 1$).
* **Doel:** Het is praktisch onmogelijk om tabellen te maken voor elke mogelijke normale verdeling. Daarom worden normale verdelingen getransformeerd naar de standaardnormale verdeling om kansen te kunnen aflezen uit één enkele tabel.
* **Standaardiseren (Z-scores berekenen):** Dit proces transformeert een waarde ($x$) uit een normale verdeling naar een Z-score, die aangeeft hoeveel standaardafwijkingen de waarde van het gemiddelde afligt.
$$Z = \frac{x - \mu}{\sigma}$$
Waar:
* $x$: de geobserveerde score
* $\mu$: het populatiegemiddelde
* $\sigma$: de populatiestandaardafwijking
> **Voorbeeld:** Als een IQ-score normaal verdeeld is met $\mu = 100$ en $\sigma = 15$, dan heeft een score van 112 een Z-score van:
> $$Z = \frac{112 - 100}{15} = \frac{12}{15} = 0.8$$
> Dit betekent dat een IQ van 112 0.8 standaardafwijkingen boven het gemiddelde ligt.
### 1.8 Toepassingen van de standaardnormale verdeling
De standaardnormale verdeling wordt gebruikt om kansen te berekenen voor verschillende scenario's:
* **Kans op een score groter dan of gelijk aan een bepaalde waarde:** $P(Z \geq z)$
* **Kans op een score kleiner dan of gelijk aan een bepaalde waarde:** $P(Z \leq z)$
* **Kans op een score tussen twee waarden:** $P(z_1 \leq Z \leq z_2) = P(Z \leq z_2) - P(Z \leq z_1)$
Deze kansen kunnen worden afgelezen uit een Z-tabel, die de cumulatieve kansen weergeeft (d.w.z. de oppervlakte onder de curve van $-\infty$ tot een bepaalde Z-score). Vanwege de symmetrie van de normale verdeling geldt onder andere: $P(Z \geq z) = 1 - P(Z \leq z)$ en $P(Z \leq -z) = P(Z \geq z)$.
### 1.9 Omgekeerde berekeningen: het vinden van een score op basis van een kans
Men kan ook de Z-score en vervolgens de oorspronkelijke score bepalen die hoort bij een gegeven kans. Dit is nuttig om te bepalen welke score nodig is om tot een bepaald percentiel te behoren.
> **Voorbeeld:** Welke IQ-score (met $\mu = 100$, $\sigma = 15$) behoort bij de top 5%? We zoeken een score $x$ waarvoor $P(X \geq x) = 0.05$. Dit komt overeen met $P(Z \geq z) = 0.05$, wat betekent dat $P(Z \leq z) = 0.95$. Uit de Z-tabel vinden we dat $z \approx 1.65$.
> Vervolgens berekenen we de score $x$:
> $$Z = \frac{x - \mu}{\sigma} \implies x = (\text{Z-score} \times \sigma) + \mu$$
> $$x = (1.65 \times 15) + 100 = 24.75 + 100 = 124.75$$
> Een score van ongeveer 125 is nodig om bij de top 5% te behoren.
### 1.10 Toepassing op steekproevenverdelingen
De technieken voor de normale verdeling kunnen ook worden toegepast op de steekproevenverdeling van het gemiddelde, mits aan de voorwaarden van het Centrale Limiettheorema is voldaan. In plaats van de populatie-standaardafwijking $\sigma$ gebruiken we de standaardfout van het gemiddelde ($SE$).
> **Voorbeeld:** Stel een normaal verdeelde populatie met $\mu = 100$ en $\sigma = 15$. We trekken een steekproef van $n = 40$. Het steekproefgemiddelde is $\bar{x} = 102$. De standaardfout is $SE = \frac{\sigma}{\sqrt{n}} = \frac{15}{\sqrt{40}} \approx 2.37$.
> De vraag is: hoe groot is de kans op een steekproefgemiddelde van 102 of hoger?
> Eerst berekenen we de Z-score voor het steekproefgemiddelde:
> $$Z = \frac{\bar{x} - \mu}{SE} = \frac{102 - 100}{2.37} \approx \frac{2}{2.37} \approx 0.84$$
> Vervolgens zoeken we de kans $P(Z \geq 0.84)$ op in de standaardnormale verdelingstabel, wat ongeveer 0.2005 is.
### 1.11 Mogelijke misinterpretatie en misbruik van statistiek
Het correct toepassen van statistische methoden is cruciaal. Misbruik kan optreden wanneer statistische technieken verkeerd worden geïnterpreteerd, onjuist worden toegepast, of wanneer resultaten selectief worden gepresenteerd om een gewenste conclusie te ondersteunen. Dit ondermijnt de waarde van wetenschappelijk onderzoek.
---
# Kansverdelingen en hun elementen
Dit onderwerp introduceert de basisconcepten van kansrekening en kansverdelingen als theoretisch equivalent van frequentieverdelingen, inclusief de begrippen verwachtingswaarde en variantie.
### 2.1 Kans, uitkomsten en uitkomstenruimtes
* **Kans:** De waarschijnlijkheid dat een bepaalde gebeurtenis zich voordoet, uitgedrukt als een getal tussen 0 en 1.
* Voorbeeld: De kans om een "3" te gooien met een enkele dobbelsteen is $P(3) = \frac{1}{6}$.
* **Uitkomst:** Een enkelvoudig resultaat van een experiment of observatie.
* Voorbeeld: "Een 3" bij het gooien met een dobbelsteen.
* **Uitkomstenruimte:** De verzameling van alle mogelijke enkelvoudige uitkomsten van een experiment.
* Voorbeeld: De uitkomstenruimte bij het gooien van een dobbelsteen is $\{1, 2, 3, 4, 5, 6\}$.
### 2.2 Kansverdelingen
Een kansverdeling is een overzicht dat de mogelijke waarden van een variabele koppelt aan hun respectievelijke kansen. Het is het theoretische equivalent van een frequentieverdeling.
* **Analogie met frequentieverdeling:**
* Frequentieverdeling: Beschrijft geobserveerde waarden in een steekproef.
* Kansverdeling: Beschrijft theoretische waarden en hun kansen.
* **Elementen van een kansverdeling:**
* De uitkomstenruimte (alle mogelijke waarden).
* De kansen geassocieerd met elke uitkomst.
#### 2.2.1 Verwachtingswaarde
De verwachtingswaarde ($E$) is het theoretische gemiddelde van een kansverdeling. Het vertegenwoordigt de gemiddelde waarde die men zou verwachten als het experiment oneindig vaak herhaald zou worden.
* **Formule:**
$$E(X) = \sum_{i=1}^{n} x_i P(x_i)$$
Waarbij $x_i$ de mogelijke uitkomsten zijn en $P(x_i)$ hun respectievelijke kansen.
* **Voorbeeld (dobbelsteen):**
Voor een enkele dobbelsteen:
$$E(X) = 1 \cdot \frac{1}{6} + 2 \cdot \frac{1}{6} + 3 \cdot \frac{1}{6} + 4 \cdot \frac{1}{6} + 5 \cdot \frac{1}{6} + 6 \cdot \frac{1}{6} = \frac{1+2+3+4+5+6}{6} = \frac{21}{6} = 3.5$$
#### 2.2.2 Variantie
De variantie ($\sigma^2$) meet de spreiding van de waarden rond de verwachtingswaarde in een kansverdeling. Een hogere variantie duidt op een grotere spreiding.
* **Formule:**
$$\sigma^2 = E[(X - E(X))^2] = \sum_{i=1}^{n} (x_i - E(X))^2 P(x_i)$$
* **Voorbeeld (dobbelsteen):**
Berekening van de variantie voor een enkele dobbelsteen (vereist kennis van de verwachtingswaarde $E(X) = 3.5$):
$$\sigma^2 = (1-3.5)^2 \frac{1}{6} + (2-3.5)^2 \frac{1}{6} + (3-3.5)^2 \frac{1}{6} + (4-3.5)^2 \frac{1}{6} + (5-3.5)^2 \frac{1}{6} + (6-3.5)^2 \frac{1}{6}$$
$$\sigma^2 = (-2.5)^2 \frac{1}{6} + (-1.5)^2 \frac{1}{6} + (-0.5)^2 \frac{1}{6} + (0.5)^2 \frac{1}{6} + (1.5)^2 \frac{1}{6} + (2.5)^2 \frac{1}{6}$$
$$\sigma^2 = (6.25 + 2.25 + 0.25 + 0.25 + 2.25 + 6.25) \frac{1}{6} = \frac{17.5}{6} \approx 2.917$$
**Tip:** Hoewel de formules voor verwachtingswaarde en variantie belangrijk zijn om te begrijpen, hoeft men de berekening ervan voor specifieke verdelingen niet altijd uit het hoofd te kennen voor het examen. Het concept is cruciaal.
### 2.3 De Steekproevenverdeling van het Gemiddelde
Een bijzondere kansverdeling is de steekproevenverdeling van het gemiddelde. Deze beschrijft de verdeling van alle mogelijke steekproefgemiddelden die men zou verkrijgen als men oneindig veel steekproeven van dezelfde grootte uit een populatie zou trekken.
* **Concept:**
1. Trek herhaaldelijk steekproeven uit een populatie.
2. Bereken het gemiddelde van elke steekproef.
3. Stel een verdeling op van al deze steekproefgemiddelden. Dit is de steekproevenverdeling van het gemiddelde.
* **Belang:** Deze verdeling stelt ons in staat om de waarschijnlijkheid van het observeren van een bepaald steekproefgemiddelde te bepalen, wat essentieel is voor inferentiële statistiek.
* **Vergelijking:**
* **Frequentieverdeling van de steekproef:** Toont de verdeling van individuele scores in één specifieke steekproef.
* **Steekproevenverdeling van het gemiddelde:** Toont de verdeling van de gemiddelden van vele steekproeven. Deze verdeling bevat doorgaans minder extreme waarden dan de populatieverdeling.
#### 2.3.1 Verwachtingswaarde en Zuivere Schatter
De verwachtingswaarde van de steekproevenverdeling van het gemiddelde is gelijk aan het populatiegemiddelde ($\mu$). Het steekproefgemiddelde ($\bar{x}$) is hiermee een **zuivere schatter** van het populatiegemiddelde.
* **Zuivere schatter:** Een schatter waarvan het gemiddelde over alle mogelijke steekproeven gelijk is aan de te schatten populatieparameter. Er is geen systematische afwijking.
#### 2.3.2 Standaardfout van het Gemiddelde
De standaardfout van het gemiddelde ($SE$ of $\sigma_{\bar{x}}$) is de standaarddeviatie van de steekproevenverdeling van het gemiddelde. Het meet de nauwkeurigheid waarmee het steekproefgemiddelde het populatiegemiddelde benadert.
* **Formule (als populatievariantie $\sigma^2$ bekend is):**
$$SE = \sigma_{\bar{x}} = \frac{\sigma}{\sqrt{n}}$$
Waarbij $\sigma$ de standaarddeviatie van de populatie is en $n$ de steekproefgrootte.
* **Formule (als populatiestandaarddeviatie $\sigma$ onbekend is en $n > 100$):**
Men kan $\sigma$ vervangen door de steekproefstandaarddeviatie ($s$).
$$SE \approx \frac{s}{\sqrt{n}}$$
* **Belangrijk:** Een grotere steekproefgrootte ($n$) leidt tot een kleinere standaardfout, wat betekent dat de schatting van het populatiegemiddelde nauwkeuriger wordt.
#### 2.3.3 Vorm van de Steekproevenverdeling: Het Centrale Limietstelling
Het Centrale Limietstelling (Central Limit Theorem - CLT) is cruciaal voor het begrijpen van de vorm van de steekproevenverdeling.
* **Stelling:** Ongeacht de vorm van de populatieverdeling, zal de steekproevenverdeling van het gemiddelde bij voldoende grote steekproeven (typisch $n \ge 30$) bij benadering normaal verdeeld zijn.
* **Gevolgen:**
1. Als de populatie normaal verdeeld is, is de steekproevenverdeling van het gemiddelde ook normaal verdeeld (ongeacht de steekproefgrootte $n$), met verwachtingswaarde $\mu$ en standaardafwijking $\frac{\sigma}{\sqrt{n}}$.
2. Als de populatie niet normaal verdeeld is, maar de steekproefgrootte groot genoeg is ($n \ge 30$), zal de steekproevenverdeling van het gemiddelde bij benadering normaal verdeeld zijn met verwachtingswaarde $\mu$ en standaardafwijking $\frac{\sigma}{\sqrt{n}}$.
* **Indien $\sigma$ onbekend is:** Als $\sigma$ niet gekend is en $n > 100$, mag $\sigma$ vervangen worden door de steekproefstandaarddeviatie $s$.
### 2.4 De Normale Verdeling
De normale verdeling is een fundamentele continue kansverdeling die vaak voorkomt in de natuur en gedragswetenschappen.
* **Kenmerken:**
* Klokvormig en symmetrisch.
* Wordt bepaald door twee parameters: het gemiddelde ($\mu$) en de standaarddeviatie ($\sigma$).
* $\mu$ (verwachtingswaarde): Bepaalt de locatie van het centrum van de verdeling.
* $\sigma$ (standaarddeviatie): Bepaalt de spreiding; een kleinere $\sigma$ geeft een smallere, hogere curve, een grotere $\sigma$ geeft een bredere, lagere curve.
* De totale oppervlakte onder de curve is gelijk aan 1.
* De kans op het observeren van een waarde in een bepaald interval is gelijk aan de oppervlakte onder de curve binnen dat interval.
* **Formule van de kansdichtheidsfunctie:**
$$f(X) = \frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}} e^{-\frac{1}{2}(\frac{X-\mu}{\sigma})^2}$$
(De specifieke formule hoeft niet gememoriseerd te worden, maar de parameters $\mu$ en $\sigma$ zijn essentieel.)
* **Empirische regel (68-95-99.7 regel):**
* Ongeveer 68% van de waarden ligt binnen 1 standaarddeviatie van het gemiddelde ($\mu \pm \sigma$).
* Ongeveer 95% van de waarden ligt binnen 2 standaarddeviaties van het gemiddelde ($\mu \pm 2\sigma$).
* Ongeveer 99.7% van de waarden ligt binnen 3 standaarddeviaties van het gemiddelde ($\mu \pm 3\sigma$).
* **Voorbeeld (IQ):**
Als IQ normaal verdeeld is met $\mu = 100$ en $\sigma = 15$:
* Ongeveer 68% van de mensen heeft een IQ tussen $100 - 15 = 85$ en $100 + 15 = 115$.
* Ongeveer 95% van de mensen heeft een IQ tussen $100 - 2 \times 15 = 70$ en $100 + 2 \times 15 = 130$.
#### 2.4.1 Standaardnormale Verdeling
De standaardnormale verdeling is een speciaal geval van de normale verdeling met $\mu = 0$ en $\sigma = 1$. Deze verdeling wordt gebruikt om kansen af te leiden voor elke normale verdeling.
* **Standaardiseren (Z-scores):** Om de kansen voor een willekeurige normale verdeling te kunnen aflezen uit één enkele tabel (die van de standaardnormale verdeling), worden de waarden van die verdeling getransformeerd naar Z-scores.
* **Formule voor Z-score:**
$$Z = \frac{X - \mu}{\sigma}$$
Waarbij $X$ een specifieke waarde is, $\mu$ het populatiegemiddelde, en $\sigma$ de populatiestandaarddeviatie.
* **Toepassing:**
Door een observatie $X$ om te zetten naar een Z-score, kunnen we de kans op deze Z-score (of een interval van Z-scores) opzoeken in de standaardnormale tabel.
* **Voorbeeld (IQ > 112):**
Gegeven: IQ is normaal verdeeld met $\mu = 100$ en $\sigma = 15$. Bereken de kans op een IQ groter dan of gelijk aan 112.
1. Bereken de Z-score:
$$Z = \frac{112 - 100}{15} = \frac{12}{15} = 0.80$$
2. Zoek de kans op $Z \ge 0.80$ in de standaardnormale tabel. De tabel geeft meestal de kans op $P(Z \le z)$.
* $P(Z \le 0.80) \approx 0.7881$ (uit tabel)
* $P(Z \ge 0.80) = 1 - P(Z \le 0.80) = 1 - 0.7881 = 0.2119$
* **Meer varianten:** De techniek van het standaardiseren en het gebruiken van de Z-tabel kan worden toegepast voor het berekenen van kansen voor intervallen (bv. tussen twee waarden) of voor het omgekeerde probleem: het vinden van een score op basis van een gegeven kans.
### 2.5 Conclusie
Kansen en kansverdelingen zijn fundamentele instrumenten in de statistiek om onzekerheid te kwantificeren en conclusies te trekken over populaties op basis van steekproefgegevens. De normale verdeling en de steekproevenverdeling van het gemiddelde, met hun eigenschappen en transformaties (Z-scores), vormen de basis voor veel inferentiële statistische technieken zoals hypothesetoetsing en betrouwbaarheidsintervallen.
---
# De steekproevenverdeling van het gemiddelde
Dit deel verklaart het concept van de steekproevenverdeling van het gemiddelde, hoe deze gevormd wordt door herhaaldelijk steekproeven te trekken, en waarom het steekproefgemiddelde een zuivere schatter is van het populatiegemiddelde. Het introduceert ook de standaardfout van het gemiddelde.
### 3.1 Het concept van de steekproevenverdeling
De steekproevenverdeling van het gemiddelde is een specifieke kansverdeling die ontstaat wanneer men uit een populatie een oneindig aantal steekproeven trekt. Elke steekproef heeft een bijbehorend steekproefgemiddelde. Door al deze mogelijke steekproefgemiddelden te verzamelen en de frequentie (of kans) waarmee elk gemiddelde voorkomt, te bepalen, ontstaat de steekproevenverdeling van het gemiddelde. Deze verdeling toont dus de verdeling van alle mogelijke steekproefgemiddelden en de kans op het observeren van elk van deze gemiddelden.
**Vergelijking met frequentieverdeling:**
De steekproevenverdeling is analoog aan een frequentieverdeling. Het verschil is dat een frequentieverdeling de geobserveerde waarden uit één steekproef weergeeft, terwijl een steekproevenverdeling de theoretische waarden (alle mogelijke steekproefgemiddelden) en hun bijbehorende kansen weergeeft.
**Visualisatie:**
Stel dat we uit een populatie van studenten informatie verzamelen over slaapgedrag en hieruit steekproeven trekken van een bepaalde grootte ($N=100$). Voor elke steekproef berekenen we het gemiddelde aantal uren slaap. Omdat de steekproeven verschillen, zullen de berekende gemiddelden ook variëren. Deze verschillende steekproefgemiddelden worden samengebracht in de steekproevenverdeling van het gemiddelde.
> **Tip:** De steekproevenverdeling stelt ons in staat om de waarschijnlijkheid te bepalen van het vinden van een specifiek steekproefgemiddelde, gegeven de kenmerken van de populatie.
### 3.2 De verwachte waarde van de steekproevenverdeling
De verwachte waarde van de steekproevenverdeling van het gemiddelde is gelijk aan het populatiegemiddelde ($\mu$). Dit betekent dat, gemiddeld genomen over alle mogelijke steekproeven, het gemiddelde van de steekproeven gelijk zal zijn aan het werkelijke gemiddelde van de populatie.
#### 3.2.1 Het steekproefgemiddelde als zuivere schatter
Het steekproefgemiddelde ($\bar{x}$) is een **zuivere schatter** van het populatiegemiddelde ($\mu$). Dit houdt in dat er geen systematische afwijkingen zijn wanneer men het gemiddelde van alle mogelijke steekproefgemiddelden gebruikt om het populatiegemiddelde te schatten. Hoewel een enkel steekproefgemiddelde niet exact gelijk zal zijn aan het populatiegemiddelde, zal het gemiddelde van een groot aantal steekproefgemiddelden wel heel dicht bij het populatiegemiddelde liggen.
> **Tip:** Zuiverheid van een schatter is een belangrijk concept. Het garandeert dat er geen systematische vertekening optreedt bij het schatten van een populatieparameter.
### 3.3 De standaardfout van het gemiddelde
De standaarddeviatie van de steekproevenverdeling van het gemiddelde wordt de **standaardfout van het gemiddelde** (Standard Error of the Mean, SEM) genoemd. Deze maat geeft aan hoe accuraat onze schatting is. Een lage standaardfout betekent dat de meeste steekproefgemiddelden dicht bij het populatiegemiddelde liggen, wat duidt op een accurate schatting. Een hoge standaardfout impliceert daarentegen een grotere spreiding van steekproefgemiddelden en dus een minder accurate schatting.
De standaardfout van het gemiddelde kan op twee manieren worden berekend of geschat:
1. **Indien de populatie standaarddeviatie ($\sigma$) bekend is:**
$$ SE(\bar{x}) = \frac{\sigma}{\sqrt{n}} $$
Hierin is $\sigma$ de standaarddeviatie van de populatie en $n$ de steekproefgrootte.
2. **Indien de populatie standaarddeviatie ($\sigma$) niet bekend is:**
Indien de populatie standaarddeviatie onbekend is, kan deze worden geschat met de standaarddeviatie van de steekproef ($s$). Dit is een goede benadering wanneer de steekproefgrootte groot is ($n > 100$). De formule wordt dan:
$$ SE(\bar{x}) \approx \frac{s}{\sqrt{n}} $$
In gevallen waar $n \le 100$ en $\sigma$ onbekend is, zal later een andere verdeling (de t-verdeling) worden geïntroduceerd.
**Belangrijk inzicht:** Hoe groter de steekproef ($n$), hoe kleiner de standaardfout van het gemiddelde. Dit betekent dat grotere steekproeven leiden tot nauwkeurigere schattingen van het populatiegemiddelde.
> **Voorbeeld:** Stel de gemiddelde lengte van alle 20-jarige mannen is 180 cm met een populatie standaardafwijking van 10 cm.
> * Bij een steekproef van $n = 300$: $SE(\bar{x}) = \frac{10}{\sqrt{300}} \approx 0.58$ cm.
> * Bij een steekproef van $n = 700$: $SE(\bar{x}) = \frac{10}{\sqrt{700}} \approx 0.38$ cm.
> Zoals te zien is, is de standaardfout kleiner bij de grotere steekproef.
### 3.4 De vorm van de steekproevenverdeling
De vorm van de steekproevenverdeling van het gemiddelde is cruciaal voor het maken van statistische inferenties. Het **Centrale Limiet Theorema** (Central Limit Theorem, CLT) is hierbij fundamenteel.
**Het Centrale Limiet Theorema stelt het volgende:**
* **Als de populatie waaruit men steekproeven trekt normaal verdeeld is:** Dan is de steekproevenverdeling van het gemiddelde ook normaal verdeeld, met een verwachte waarde $\mu$ en een standaardafwijking $\sigma_{\bar{x}} = \frac{\sigma}{\sqrt{n}}$.
* **Als de populatie waaruit men steekproeven trekt niet normaal verdeeld is, maar de steekproeven groot genoeg zijn (typisch $n \geq 30$):** Dan zal de steekproevenverdeling van het gemiddelde bij benadering normaal verdeeld zijn, met een verwachte waarde $\mu$ en een standaardafwijking $\sigma_{\bar{x}} = \frac{\sigma}{\sqrt{n}}$.
> **Let op:** Wat te doen als $n < 30$ en de populatie niet normaal verdeeld is, wordt later in de cursus behandeld.
* **Indien $\sigma$ niet gekend is en $n > 100$:** Dan mag $\sigma$ vervangen worden door de standaarddeviatie van de steekproef ($s$) om de standaardfout te schatten, wat resulteert in $\sigma_{\bar{x}} \approx \frac{s}{\sqrt{n}}$.
#### 3.4.1 Het belang van de normale verdeling
De normale verdeling is een veelgebruikt model in de gedragswetenschappen omdat veel kenmerken van mensen (zoals intelligentie, lengte, reactietijd) in de populatie als normaal verdeeld worden beschouwd. De normale verdeling is symmetrisch en klokvormig. De kans op het observeren van een waarde binnen een bepaald interval is gelijk aan de oppervlakte onder de curve in dat interval. De totale oppervlakte onder de curve is altijd 1.
De formule voor de normale verdeling is:
$$ f(x) = \frac{1}{\sigma \sqrt{2\pi}} e^{-\frac{1}{2} \left(\frac{x - \mu}{\sigma}\right)^2} $$
waarin:
* $\mu$ (mu) staat voor de verwachte waarde (het gemiddelde) van de verdeling.
* $\sigma$ (sigma) staat voor de standaardafwijking, die de spreiding van de scores bepaalt.
Twee belangrijke parameters, $\mu$ en $\sigma$, bepalen de exacte vorm en positie van een normale verdeling.
#### 3.4.2 De standaardnormale verdeling
Om kansen te kunnen berekenen en af te lezen uit tabellen, wordt elke normale verdeling getransformeerd naar de **standaardnormale verdeling**. Dit is een specifieke normale verdeling met een gemiddelde ($\mu$) van 0 en een standaardafwijking ($\sigma$) van 1.
De transformatie naar de standaardnormale verdeling gebeurt door het berekenen van **z-scores**:
$$ z = \frac{x - \mu}{\sigma} $$
waarin:
* $x$ de specifieke waarde is waarvan we de kans willen weten.
* $\mu$ het populatiegemiddelde is.
* $\sigma$ de populatie standaardafwijking is.
Eenmaal de z-score berekend is, kunnen de bijbehorende kansen worden afgelezen uit de tabel van de standaardnormale verdeling.
> **Tip:** De standaardnormale verdeling wordt gebruikt om de berekening van kansen te standaardiseren. Door elke normale verdeling te transformeren naar een standaardnormale verdeling, volstaat één tabel om kansen voor alle normale verdelingen te bepalen.
**Toepassing van z-scores voor kansberekening:**
1. **Bereken de z-score:** Transformeer de relevante waarde ($x$) naar een z-score met de formule $z = \frac{x - \mu}{\sigma}$ (of $z = \frac{\bar{x} - \mu}{SE(\bar{x})}$ voor steekproefgemiddelden).
2. **Bepaal de gewenste kans:** Noteer wat je zoekt in termen van P(z ≥ ...), P(z ≤ ...), of P(... ≤ z ≤ ...).
3. **Raadpleeg de tabel:** Zoek de berekende z-score op in de tabel van de standaardnormale verdeling om de corresponderende kans af te lezen.
4. **Pas indien nodig aan:** Gebruik symmetrie of optelling/aftrekking van kansen om de gevraagde kans te bekomen.
**Voorbeeld (steekproevenverdeling):**
Gegeven is een normaal verdeelde populatie met $\mu = 100$ en $\sigma = 15$. We trekken een steekproef van $n = 40$. Het steekproefgemiddelde is $\bar{x} = 102$. Wat is de kans op een steekproefgemiddelde van 102 of hoger?
* **Bereken de standaardfout van het gemiddelde:**
$$ SE(\bar{x}) = \frac{\sigma}{\sqrt{n}} = \frac{15}{\sqrt{40}} \approx 2.37 $$
* **Bereken de z-score voor het steekproefgemiddelde:**
$$ z = \frac{\bar{x} - \mu}{SE(\bar{x})} = \frac{102 - 100}{2.37} \approx 0.84 $$
* **Bepaal de kans:** We zoeken $P(z \geq 0.84)$.
* **Raadpleeg de tabel:** De tabel voor de standaardnormale verdeling geeft $P(z \leq 0.84) \approx 0.7995$.
* **Pas aan:** $P(z \geq 0.84) = 1 - P(z \leq 0.84) = 1 - 0.7995 = 0.2005$.
Dus de kans op een steekproefgemiddelde van 102 of hoger is ongeveer 0.2005.
---
# De normale en standaardnormale verdeling
Hier is de samenvatting voor het onderwerp "De normale en standaardnormale verdeling".
## 4. De normale en standaardnormale verdeling
Dit deel van de cursus behandelt de eigenschappen van de normale verdeling, de rol van de parameters mu ($\mu$) en sigma ($\sigma$), en hoe de standaardnormale verdeling en z-scores worden gebruikt voor kansberekeningen.
### 4.1 Het belang van kansen in statistiek
Kansen zijn cruciaal in statistiek omdat ze ons helpen de mate van onzekerheid te kwantificeren wanneer we conclusies trekken over een populatie op basis van steekproefgegevens. Dit is essentieel voor methoden zoals hypothesetoetsing en het berekenen van betrouwbaarheidsintervallen. Kansberekeningen worden toegepast *voor* de dataverzameling, in tegenstelling tot frequentieverdelingen die gebaseerd zijn op geobserveerde data.
### 4.2 Kansverdelingen
Een kansverdeling geeft een overzicht van alle mogelijke waarden van een variabele en de bijbehorende kansen dat deze waarden optreden. Dit is analoog aan een frequentieverdeling, maar dan met theoretische in plaats van geobserveerde waarden.
#### 4.2.1 De steekproevenverdeling van het gemiddelde
Een speciaal type kansverdeling is de steekproevenverdeling van het gemiddelde. Deze ontstaat door uit een populatie oneindig veel steekproeven te trekken en voor elke steekproef het gemiddelde te berekenen. De steekproevenverdeling toont dan de verdeling van al deze mogelijke steekproefgemiddelden met hun respectievelijke kansen.
* **Verwachte waarde van de steekproevenverdeling:** Het gemiddelde van de steekproevenverdeling is gelijk aan het populatiegemiddelde ($\mu$). Het steekproefgemiddelde ($\bar{x}$) is een zuivere schatter van het populatiegemiddelde, wat betekent dat er geen systematische afwijkingen zijn bij het gemiddelde van alle mogelijke steekproefgemiddelden.
$$E(\bar{x}) = \mu$$
* **Standaardfout van het gemiddelde:** Dit is de standaarddeviatie van de steekproevenverdeling en geeft de spreiding van de steekproefgemiddelden rond het populatiegemiddelde weer. Het kwantificeert hoe accuraat onze schatting van het populatiegemiddelde is.
De standaardfout ($\sigma_{\bar{x}}$) kan worden berekend als:
$$ \sigma_{\bar{x}} = \frac{\sigma}{\sqrt{n}} $$
waarbij $\sigma$ de populatiestandaardafwijking is en $n$ de steekproefgrootte.
Indien de populatiestandaardafwijking ($\sigma$) onbekend is, kan deze geschat worden met de steekproefstandaardafwijking ($s$) als de steekproefgrootte ($n$) groot is (meestal $n > 100$):
$$ s_{\bar{x}} = \frac{s}{\sqrt{n}} $$
Een belangrijke observatie is dat hoe groter de steekproef ($n$), hoe kleiner de standaardfout.
#### 4.2.2 Vorm van de steekproevenverdeling (Centrale Limietstelling)
Het **Centrale Limietstelling** (Central Limit Theorem) stelt het volgende:
1. Als de populatie waaruit de steekproeven worden getrokken normaal verdeeld is, dan is de steekproevenverdeling van het gemiddelde ook normaal verdeeld, met een verwachte waarde $\mu$ en een standaardafwijking $\sigma_{\bar{x}}$.
2. Als de populatie niet normaal verdeeld is, maar de steekproeven zijn groot genoeg ($n \geq 30$), dan zal de steekproevenverdeling van het gemiddelde bij benadering normaal verdeeld zijn, met een verwachte waarde $\mu$ en een standaardafwijking $\sigma_{\bar{x}}$.
De vorm van de steekproevenverdeling wordt dus vaak benaderd door de normale verdeling, zelfs als de oorspronkelijke populatie dat niet is.
> **Tip:** De Centrale Limietstelling is een fundamenteel principe dat de basis vormt voor veel statistische inferentie, omdat het de analyse van steekproefgemiddelden mogelijk maakt met behulp van de eigenschappen van de normale verdeling.
### 4.3 De normale verdeling
De normale verdeling is een theoretische kansverdeling die veel voorkomt in de gedragswetenschappen. Kenmerken die normaal verdeeld zijn, worden gekenmerkt door een klokvormige en symmetrische curve.
* **Eigenschappen:**
* De totale oppervlakte onder de curve is altijd gelijk aan 1 (wat de totale kans vertegenwoordigt).
* De kans op het observeren van een waarde binnen een bepaald interval is gelijk aan de oppervlakte onder de curve tussen die grenzen.
* De verdeling wordt volledig bepaald door twee parameters:
* **Gemiddelde ($\mu$ - mu):** Dit bepaalt de locatie van het midden van de verdeling.
* **Standaardafwijking ($\sigma$ - sigma):** Dit bepaalt de spreiding of breedte van de verdeling. Een kleinere $\sigma$ resulteert in een smallere en hogere curve, terwijl een grotere $\sigma$ leidt tot een bredere en lagere curve.
* **Formule van de normale verdeling:**
$$ f(x) = \frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}} e^{-\frac{1}{2}\left(\frac{x-\mu}{\sigma}\right)^2} $$
Hierin is:
* $f(x)$ de hoogte van de curve op punt $x$.
* $\pi$ de wiskundige constante pi ($\approx 3.14159$).
* $e$ de basis van de natuurlijke logaritme ($\approx 2.71828$).
* $\mu$ het gemiddelde van de verdeling.
* $\sigma$ de standaardafwijking van de verdeling.
* **Regels van de normale verdeling (empirische regel):**
* Ongeveer 68% van de data ligt binnen één standaardafwijking van het gemiddelde ($\mu \pm \sigma$).
* Ongeveer 95% van de data ligt binnen twee standaardafwijkingen van het gemiddelde ($\mu \pm 2\sigma$).
* Ongeveer 99.7% van de data ligt binnen drie standaardafwijkingen van het gemiddelde ($\mu \pm 3\sigma$).
> **Voorbeeld:** IQ-scores zijn normaal verdeeld met een gemiddelde van 100 en een standaardafwijking van 15. Ongeveer 68% van de mensen heeft een IQ tussen $100 - 15 = 85$ en $100 + 15 = 115$. Ongeveer 95% heeft een IQ tussen $100 - 2 \times 15 = 70$ en $100 + 2 \times 15 = 130$.
### 4.4 De standaardnormale verdeling
De standaardnormale verdeling is een specifiek type normale verdeling met een gemiddelde van $\mu = 0$ en een standaardafwijking van $\sigma = 1$.
* **Waarom de standaardnormale verdeling?**
Het berekenen van oppervlaktes (en dus kansen) onder de curve van een willekeurige normale verdeling is computationeel complex. Om dit te vereenvoudigen, worden alle normaal verdeelde variabelen getransformeerd naar de standaardnormale verdeling, waarvoor een tabel (de z-tabel) bestaat die de oppervlaktes onder de curve gemakkelijk afleesbaar maakt.
* **Transformatie naar Z-scores:**
Elke waarde ($x$) uit een normale verdeling kan worden omgezet naar een z-score met de volgende formule:
$$ z = \frac{x - \mu}{\sigma} $$
waarbij:
* $z$ de z-score is.
* $x$ de oorspronkelijke waarde is.
* $\mu$ het gemiddelde van de oorspronkelijke verdeling is.
* $\sigma$ de standaardafwijking van de oorspronkelijke verdeling is.
De z-score geeft aan hoeveel standaardafwijkingen een bepaalde waarde verwijderd is van het gemiddelde. Een positieve z-score betekent dat de waarde boven het gemiddelde ligt, een negatieve z-score dat deze eronder ligt.
> **Tip:** De z-transformatie behoudt de vorm van de verdeling, maar centreert deze rond 0 met een standaardafwijking van 1.
#### 4.4.1 Kansen berekenen met de standaardnormale verdeling
Met de z-score kunnen we de kans op specifieke uitkomsten berekenen door de corresponderende waarde in de standaardnormale verdelingstabel op te zoeken.
* **Stappenplan voor kansberekeningen:**
1. **Identificeer de parameters:** Bepaal het gemiddelde ($\mu$) en de standaardafwijking ($\sigma$) van de betreffende normale verdeling (of de standaardfout ($\sigma_{\bar{x}}$) voor steekproefgemiddelden).
2. **Bereken de z-score(s):** Transformeer de waarde(n) van interesse ($x$) naar z-scores met de formule $z = \frac{x - \mu}{\sigma}$.
3. **Zoek de kans op in de z-tabel:** Bepaal wat je precies zoekt (bv. $P(Z \geq x)$, $P(Z \leq x)$, $P(a \leq Z \leq b)$). Gebruik de symmetrie van de standaardnormale verdeling indien nodig ($P(Z \leq -a) = P(Z \geq a)$).
4. **Pas optellingen/aftrekkingen toe:** Gebruik de gevonden kansen en de logica van de vraag om de uiteindelijke kans te berekenen.
> **Voorbeeld:** Een variabele is normaal verdeeld met $\mu = 70$ en $\sigma = 12$. Hoeveel procent van de mensen scoort hoger dan 58?
> 1. $\mu = 70$, $\sigma = 12$. We zoeken $P(X \geq 58)$.
> 2. Bereken de z-score: $z = \frac{58 - 70}{12} = \frac{-12}{12} = -1$.
> 3. We zoeken $P(Z \geq -1)$. Uit de z-tabel vinden we $P(Z \leq -1) \approx 0.1587$. Vanwege de symmetrie is $P(Z \geq -1) = P(Z \leq 1) \approx 0.8413$.
> 4. Dus, ongeveer 84.13% van de mensen scoort hoger dan 58.
#### 4.4.2 Omgekeerde berekeningen (score zoeken op basis van kans)
Het is ook mogelijk omgekeerd te werken: een score zoeken die overeenkomt met een bepaalde kans.
> **Voorbeeld:** Een normaal verdeelde test heeft een gemiddelde van 100 en een standaardafwijking van 15. Welke score moet men hebben om bij de top 5% te behoren?
> 1. We zoeken een score $x$ waarvoor $P(X \geq x) = 0.05$. Dit betekent dat $P(Z \geq z) = 0.05$.
> 2. In de z-tabel zoeken we naar de z-score die overeenkomt met een cumulatieve kans van $1 - 0.05 = 0.95$. Deze z-score is ongeveer 1.65.
> 3. Nu gebruiken we de z-score formule om $x$ te vinden: $1.65 = \frac{x - 100}{15}$.
> 4. Oplossen voor $x$: $x = (1.65 \times 15) + 100 = 24.75 + 100 = 124.75$.
> 5. Men moet dus een score van ongeveer 125 hebben om bij de top 5% te behoren.
#### 4.4.3 Toepassing op steekproevenverdelingen
Dezelfde techniek van z-score berekening en het gebruik van de standaardnormale verdelingstabel kan worden toegepast op steekproefgemiddelden, mits aan de voorwaarden van het Centrale Limietstelling is voldaan. De te gebruiken parameters zijn dan het populatiegemiddelde ($\mu$) en de standaardfout van het gemiddelde ($\sigma_{\bar{x}}$).
> **Voorbeeld:** Een populatie is normaal verdeeld met $\mu = 100$ en $\sigma = 15$. We trekken een steekproef van $n = 40$. Wat is de kans op een steekproefgemiddelde van 102 of hoger?
> 1. Populatieparameters: $\mu = 100$, $\sigma = 15$. Steekproefgrootte: $n = 40$. We zoeken $P(\bar{x} \geq 102)$.
> 2. Bereken de standaardfout: $\sigma_{\bar{x}} = \frac{\sigma}{\sqrt{n}} = \frac{15}{\sqrt{40}} \approx \frac{15}{6.32} \approx 2.37$.
> 3. Bereken de z-score voor het steekproefgemiddelde: $z = \frac{\bar{x} - \mu}{\sigma_{\bar{x}}} = \frac{102 - 100}{2.37} = \frac{2}{2.37} \approx 0.84$.
> 4. Zoek de kans: $P(Z \geq 0.84)$. Uit de tabel is $P(Z \leq 0.84) \approx 0.7995$. Dus $P(Z \geq 0.84) = 1 - 0.7995 = 0.2005$.
> 5. De kans op een steekproefgemiddelde van 102 of hoger is ongeveer 0.2005 of 20.05%.
---
## Veelgemaakte fouten om te vermijden
- Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens
- Let op formules en belangrijke definities
- Oefen met de voorbeelden in elke sectie
- Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen
Glossary
| Term | Definition |
|------|------------|
| Populatie | De volledige groep individuen of elementen waarover een uitspraak gedaan wil worden in een onderzoek. Het is de theoretische gehele verzameling data. |
| Steekproef | Een subset van de populatie die wordt onderzocht om conclusies te kunnen trekken over de gehele populatie. Een representatieve steekproef is cruciaal voor de validiteit van de onderzoeksresultaten. |
| Significante verband/verschil | Een statistisch significant verband of verschil betekent dat het waargenomen effect waarschijnlijk niet aan toeval te wijten is. Het duidt op een onderbouwd besluit over de relatie tussen variabelen. |
| Kans | De waarschijnlijkheid dat een specifieke gebeurtenis zal plaatsvinden, uitgedrukt als een getal tussen 0 (onmogelijk) en 1 (zeker). Kansberekeningen zijn essentieel voor het inschatten van onzekerheid. |
| Puntschatting | Een enkelvoudige waarde die wordt gebruikt om een populatieparameter te schatten, bijvoorbeeld het gemiddelde van een steekproef dat als schatting dient voor het populatiegemiddelde. |
| Betrouwbaarheidsinterval | Een interval van waarden rondom een puntschatting, waarbinnen de werkelijke populatieparameter met een bepaalde mate van betrouwbaarheid zal liggen. |
| Uitkomst | Een enkelvoudig, specifiek resultaat van een experiment of waarneming, bijvoorbeeld het gooien van een specifieke getal op een dobbelsteen. |
| Uitkomstenruimte | De verzameling van alle mogelijke enkelvoudige uitkomsten die kunnen optreden bij een experiment of waarneming. Voor een dobbelsteen is dit de set {1, 2, 3, 4, 5, 6}. |
| Kansverdeling | Een overzicht dat de mogelijke waarden van een variabele koppelt aan de kans dat deze waarden optreden. Het is een theoretische weergave van de kansen op verschillende uitkomsten. |
| Verwachte waarde | Het gemiddelde van een kansverdeling, wat overeenkomt met de theoretische gemiddelde uitkomst als een experiment oneindig vaak zou worden herhaald. Het wordt vaak aangeduid met E(X) of $\mu$. |
| Steekproevenverdeling van het gemiddelde | Een kansverdeling van alle mogelijke steekproefgemiddelden die verkregen kunnen worden uit herhaalde steekproeven uit dezelfde populatie. |
| Zuivere schatter | Een schatter waarvan de verwachte waarde gelijk is aan de te schatten populatieparameter. Het steekproefgemiddelde is bijvoorbeeld een zuivere schatter van het populatiegemiddelde. |
| Standaardfout van het gemiddelde | De standaardafwijking van de steekproevenverdeling van het gemiddelde. Het geeft aan hoe nauwkeurig het steekproefgemiddelde het populatiegemiddelde schat. |
| Centrale Limiet Theorema | Een fundamenteel stelling in de statistiek die stelt dat, ongeacht de vorm van de populatieverdeling, de steekproevenverdeling van het gemiddelde bij voldoende grote steekproefgroottes (vaak N >= 30) bij benadering normaal verdeeld zal zijn. |
| Normale verdeling | Een continue kansverdeling die symmetrisch is rondom haar gemiddelde en klokvormig. Het wordt gekenmerkt door twee parameters: het gemiddelde ($\mu$) en de standaardafwijking ($\sigma$). |
| Standaardnormale verdeling | Een speciaal geval van de normale verdeling met een gemiddelde ($\mu$) van 0 en een standaardafwijking ($\sigma$) van 1. Het wordt gebruikt als referentie voor kansberekeningen. |
| Z-score | Een gestandaardiseerde score die aangeeft hoeveel standaardafwijkingen een bepaald datapunt verwijderd is van het gemiddelde van de verdeling. Het wordt berekend als $z = (x - \mu) / \sigma$. |
| Intervalestimatie | Het proces waarbij een interval wordt berekend dat waarschijnlijk de populatieparameter bevat, met een bepaalde mate van betrouwbaarheid. |
Cover
Student - Hoorcollege 6 - Toetsen voor 2 onafh SP.pptx
Summary
# Inleiding tot toetsen voor twee populaties
Hieronder volgt een gedetailleerde samenvatting voor het onderwerp "Inleiding tot toetsen voor twee populaties", gericht op examenvoorbereiding.
## 1. Inleiding tot toetsen voor twee populaties
Dit hoofdstuk introduceert het concept van het vergelijken van twee onafhankelijke steekproeven om het effect van interventies of verschillen tussen groepen te onderzoeken.
### 1.1 Het doel van het vergelijken van twee populaties
Wanneer we het effect van een interventie of een verschil tussen twee groepen willen onderzoeken, is het noodzakelijk om twee onafhankelijke steekproeven met elkaar te vergelijken. Dit kan bijvoorbeeld door een methode of therapie toe te passen op één groep (experimentele groep) en een andere groep niet aan te wenden (controlegroep). De centrale vraag is of een waargenomen verschil toe te wijzen is aan de interventie of therapie.
### 1.2 De aanpak: toetsen voor twee populaties
De algemene aanpak voor het toetsen van twee populaties volgt een gestructureerd stramien, vergelijkbaar met toetsen voor één populatie:
1. **Toetsingssituatie:** Begrijpen van de onderzoeksvraag, identificeren van afhankelijke en onafhankelijke variabelen, en het meetniveau van de variabelen. Specifiek voor dit hoofdstuk wordt er gefocust op situaties met **twee populaties** en **onafhankelijke steekproeven**.
2. **Voorwaarden:** Nagaan of de statistische voorwaarden voor de gekozen toets voldaan zijn.
3. **Hypothesen:** Formuleren van de nulhypothese ($H_0$) en de alternatieve hypothese ($H_1$).
4. **Toetsingsgrootheid:** Identificeren van de te berekenen toetsingsgrootheid en de bijbehorende kansverdeling. Berekenen van de waarde van de toetsingsgrootheid met de correcte formule.
5. **Beslissingsregel:** Bepalen wanneer de nulhypothese wordt verworpen, gebruikmakend van overschrijdingskansen of kritieke waarden.
6. **Effectgrootte:** Kwantificeren van de belangrijkheid van het gevonden effect.
7. **Rapporteren:** Correct rapporteren van de resultaten van de statistische toets.
### 1.3 Onafhankelijke vs. Afhankelijke Steekproeven
Bij het vergelijken van twee populaties is het cruciaal om het onderscheid te maken tussen afhankelijke en onafhankelijke steekproeven:
* **Afhankelijke steekproeven:**
* **Herhaalde metingen:** Dezelfde groep proefpersonen wordt op twee of meer verschillende momenten gemeten.
* **Gematchte paren:** Personen in de ene groep zijn gematcht met personen in de andere groep op basis van specifieke kenmerken (bijvoorbeeld leeftijd, geslacht, startniveau).
* **Onafhankelijke steekproeven:**
* De trekking van de tweede steekproef is onafhankelijk van de samenstelling van de eerste steekproef.
* Er is sprake van volledig random toewijzing.
* De grootte van de steekproeven kan verschillen.
* Een deelnemer mag slechts één keer voorkomen in beide steekproeven.
Dit hoofdstuk focust specifiek op toetsen voor **twee onafhankelijke steekproeven**.
### 1.4 De t-toets voor twee onafhankelijke steekproeven (parametrisch)
De t-toets voor twee onafhankelijke steekproeven wordt gebruikt wanneer men twee steekproeven wil vergelijken en de afhankelijke variabele van intervalniveau is en bij benadering normaal verdeeld is in de populatie. De centrale vraag is of het verschil tussen de twee populatiegemiddelden ($\mu_1$ en $\mu_2$) te wijten is aan toeval of aan een systematisch verschil tussen de groepen.
#### 1.4.1 Toetsingssituatie
De toetsingssituatie is: Verschilt het gemiddelde in populatie 1 van het gemiddelde in populatie 2 waaruit de onafhankelijke steekproeven afkomstig zijn?
#### 1.4.2 Hypothesen
* **Eenzijdig:**
* Linkseenzijdig: $H_0: \mu_1 \ge \mu_2$ en $H_1: \mu_1 < \mu_2$
* Rechtseenzijdig: $H_0: \mu_1 \le \mu_2$ en $H_1: \mu_1 > \mu_2$
* **Tweezijdig:**
* $H_0: \mu_1 = \mu_2$ en $H_1: \mu_1 \ne \mu_2$
#### 1.4.3 Toetsingsgrootheid: Gelijke of Ongelijke Varianties
Een cruciaal aspect bij het berekenen van de t-statistiek is het bepalen of de varianties in de twee populaties gelijk zijn ($\sigma^2_1 = \sigma^2_2$) of ongelijk ($\sigma^2_1 \ne \sigma^2_2$). Hiervoor wordt eerst een F-toets uitgevoerd als hulpstap.
* **Variant 1: Gelijke varianties ($\sigma^2_1 = \sigma^2_2$)**
* In dit geval wordt gebruik gemaakt van een **gepoolde variantie** ($s_p^2$) om de t-statistiek te berekenen.
* De formule voor de gepoolde variantie is:
$$s_p^2 = \frac{(n_1 - 1)s_1^2 + (n_2 - 1)s_2^2}{n_1 + n_2 - 2}$$
Waarbij $n_1$ en $n_2$ de steekproefgroottes zijn en $s_1^2$ en $s_2^2$ de steekproefvarianties.
* De formule voor de t-statistiek met gelijke varianties is:
$$t = \frac{(\bar{x}_1 - \bar{x}_2) - (\mu_1 - \mu_2)}{\sqrt{s_p^2 \left(\frac{1}{n_1} + \frac{1}{n_2}\right)}}$$
Onder $H_0$ wordt $\mu_1 - \mu_2 = 0$ gesteld. De t-statistiek heeft dan vrijheidsgraden $df = n_1 + n_2 - 2$.
* **Variant 2: Ongelijke varianties ($\sigma^2_1 \ne \sigma^2_2$)**
* Hierbij wordt **geen gepoolde variantie** gebruikt. De varianties in elke steekproef ($s_1^2$ en $s_2^2$) worden direct gebruikt.
* De formule voor de t-statistiek met ongelijke varianties (ook bekend als de Welch t-toets) is:
$$t = \frac{(\bar{x}_1 - \bar{x}_2) - (\mu_1 - \mu_2)}{\sqrt{\frac{s_1^2}{n_1} + \frac{s_2^2}{n_2}}}$$
* Het berekenen van de vrijheidsgraden ($df$) is complexer en wordt vaak benaderd met de Welch-Satterthwaite vergelijking, die door statistische software wordt berekend.
#### 1.4.4 Beslissingsregel
De beslissingsregel is analoog aan de t-toets voor één populatie:
* **Via kritieke waarden:** Als de berekende t-statistiek buiten het betrouwbaarheidsinterval (bepaald door de kritieke waarde uit de t-verdeling met de juiste $df$) valt, wordt $H_0$ verworpen.
* **Via overschrijdingskansen (p-waarde):** Als de berekende p-waarde kleiner is dan het significantieniveau ($\alpha$), wordt $H_0$ verworpen.
#### 1.4.5 Effectgrootte
Een veelgebruikte maat voor effectgrootte bij de t-toets voor twee onafhankelijke steekproeven is Cohen's $r$ (voor correlatie, wat hier een interpretatie kan hebben als de mate van overlap).
> **Tip:** Bij het rapporteren is het belangrijk om duidelijk aan te geven of er is uitgegaan van gelijke of ongelijke varianties. SPSS toont dit vaak door middel van een F-toets op de varianties. Een niet-significante F-toets (p > .05) suggereert dat de varianties gelijk zijn en de formule voor gelijke varianties gebruikt kan worden.
#### 1.4.6 Rapportering
Een standaard rapportage van een onafhankelijke t-toets bevat:
1. De onderzoeksvraag en de uitgevoerde toets.
2. Beschrijvende statistieken van de steekproeven (gemiddelde, standaarddeviatie).
3. De resultaten van de statistische toets (t-waarde, vrijheidsgraden, p-waarde) en de effectgrootte.
*Voorbeeld van rapportage:*
Om na te gaan of er een verschil was in dopaminescores tussen groep 1 (favoriete muziek) en groep 2 (andere muziek) werd een onafhankelijke t-toets uitgevoerd. Gemiddeld werden er hogere dopaminescores gemeten in groep 1 ($M = 16.03, SD = 2.66$) dan in groep 2 ($M = 13.96, SD = 2.94$). Dit verschil was statistisch significant op niveau $\alpha = .05$, $t(58) = 2.86, p = .006, r = .35$.
### 1.5 De Wilcoxon Rank-Sum Toets (Mann-Whitney U-toets) (non-parametrisch)
De Wilcoxon Rank-Sum Toets (ook bekend als de Mann-Whitney U-toets) is de non-parametrische tegenhanger van de t-toets voor twee onafhankelijke steekproeven. Deze toets wordt gebruikt wanneer niet aan de assumpties van de t-toets is voldaan, met name:
* De afhankelijke variabele is van ordinaal niveau (niet interval).
* De afhankelijke variabele is niet normaal verdeeld in de populatie, en de steekproefgrootte is klein (bijvoorbeeld $n < 30$ per groep).
#### 1.5.1 Toetsingssituatie
De toetsingssituatie is: Verschillen de scores in populatie 1 over het algemeen van de scores in populatie 2 waaruit de onafhankelijke steekproeven afkomstig zijn? Dit wordt beoordeeld op basis van de rangordes van de data.
#### 1.5.2 Voorwaarden
* Onafhankelijke steekproeven.
* De afhankelijke variabele is minimaal van ordinaal niveau.
* Niet voldaan aan de voorwaarden voor een parametrische toets (zoals normaliteit of intervalniveau van de AV).
#### 1.5.3 Hypothesen
De nulhypothese stelt dat er geen systematisch verschil is tussen de twee populaties wat betreft de verdeling van de scores. De alternatieve hypothese stelt dat er wel een verschil is.
* $H_0$: De verdeling van de scores in populatie 1 is gelijk aan de verdeling van de scores in populatie 2.
* $H_1$: De verdeling van de scores in populatie 1 verschilt systematisch van de verdeling van de scores in populatie 2.
#### 1.5.4 Toetsingsgrootheid
Het proces omvat de volgende stappen:
1. **Rangschikken:** Alle verzamelde data uit beide steekproeven worden gecombineerd en van laag naar hoog gerangschikt, ongeacht tot welke groep de data behoort.
2. **Som van de rangen:** De rangen worden opgeteld per groep. Dit levert de 'rangensom' voor elke groep op (bijvoorbeeld $W_s$ of $U$).
3. **Omrekenen naar Z-score:** De kleinste rangensom wordt omgezet naar een Z-score, waarbij de verwachting en standaardfout van de rangensom worden berekend.
* Verwachte rangensom onder $H_0$:
$$E(W_s) = \frac{n_1(n_1 + n_2 + 1)}{2}$$
* Standaardfout van de rangensom (voor ongelijke steekproefgroottes):
$$SE(W_s) = \sqrt{\frac{n_1 n_2 (n_1 + n_2 + 1)}{12}}$$
* Z-score:
$$z = \frac{W_s - E(W_s)}{SE(W_s)}$$
#### 1.5.5 Beslissingsregel
De beslissingsregel is gebaseerd op de berekende Z-score en de bijbehorende p-waarde, vergelijkbaar met andere Z-toetsen:
* Als de p-waarde kleiner is dan het significantieniveau ($\alpha$), wordt $H_0$ verworpen.
#### 1.5.6 Effectgrootte
Een veelgebruikte effectgrootte is Cohen's $r$, die gerelateerd is aan de Z-score en de steekproefgroottes:
$$r = \frac{|z|}{\sqrt{n_1 + n_2}}$$
#### 1.5.7 Rapportering
Een typische rapportage voor de Wilcoxon Rank-Sum Toets:
1. Onderzoeksvraag en uitgevoerde toets.
2. Beschrijvende statistieken (bijvoorbeeld mediaan, interkwartielafstand) van de groepen.
3. Resultaten van de toets (rangensom, Z-score, p-waarde) en de effectgrootte.
*Voorbeeld van rapportage:*
Om na te gaan of het subjectief welbevinden groter was bij het luisteren naar favoriete muziek vergeleken met niet-favoriete muziek, werd een Wilcoxon Rank-Sum toets uitgevoerd. De score voor subjectief welbevinden was hoger in de conditie met favoriete muziek (Mdn = 4) dan in de conditie met niet-favoriete muziek (Mdn = 3). Dit verschil was significant op $\alpha = .05$-niveau, $W_s = 167.5, z = -2.7, p = .006, r = .51$.
> **Tip:** Bij het examen is het essentieel om te weten wanneer welke toets (t-toets of Wilcoxon Rank-Sum) gebruikt moet worden, gebaseerd op het meetniveau van de afhankelijke variabele en de aannames van de toetsen. Het correct kunnen interpreteren van SPSS-output, inclusief de output van de F-toets voor variantiehomogeniteit bij de t-toets, is ook cruciaal.
---
# De t-toets voor twee onafhankelijke steekproeven
Dit onderwerp behandelt de parametrische t-toets voor het vergelijken van gemiddelden van twee onafhankelijke groepen, inclusief de beslissingsregels en rapportage, met aandacht voor varianten bij gelijke en ongelijke populatievarianties.
### 2.1 Toetsingssituatie
De t-toets voor twee onafhankelijke steekproeven wordt gebruikt wanneer men twee onafhankelijke steekproeven met elkaar wil vergelijken om te bepalen of het gemiddelde in de ene populatie verschilt van het gemiddelde in de andere populatie. Dit is relevant bij onderzoeksvragen die een verschil in gemiddelde proberen aan te tonen tussen twee groepen, zoals het vergelijken van genders in het aantal gemiste lessen, of het effect van een therapie (experimentele groep) versus geen therapie (controlegroep).
**Onderzoeksvraag:** Verschilt het gemiddelde in populatie 1 van het gemiddelde in populatie 2 waaruit de steekproeven afkomstig zijn?
**Kenmerken:**
* Er worden twee onafhankelijke steekproeven vergeleken.
* De afhankelijke variabele is gemeten op intervalniveau.
### 2.2 Onafhankelijke versus afhankelijke steekproeven
Het is cruciaal om onderscheid te maken tussen onafhankelijke en afhankelijke steekproeven:
* **Onafhankelijke steekproeven:** De samenstelling van de ene steekproef is niet gerelateerd aan die van de andere. Deelnemers komen slechts één keer voor in het gehele onderzoek. Een voorbeeld is het vergelijken van jongens en meisjes.
* **Afhankelijke steekproeven:** Deze komen voort uit herhaalde metingen op dezelfde groep proefpersonen of uit gematchte paren. Bijvoorbeeld: het meten van een variabele voor en na een interventie bij dezelfde groep, of het matchen van deelnemers op basis van kenmerken voordat ze aan verschillende condities worden toegewezen.
Dit hoofdstuk focust specifiek op de t-toets voor **onafhankelijke steekproeven**.
### 2.3 Voorwaarden voor de t-toets
Om de t-toets voor twee onafhankelijke steekproeven correct toe te passen, moet aan de volgende voorwaarden worden voldaan:
* De afhankelijke variabele is gemeten op interval- of ratio niveau.
* De observaties binnen elke groep zijn onafhankelijk.
* De populaties waaruit de steekproeven afkomstig zijn, zijn normaal verdeeld (vooral belangrijk bij kleine steekproeven, $n < 30$).
* De varianties in de twee populaties zijn gelijk (of worden als gelijk beschouwd). Hier wordt later dieper op ingegaan met een variant om hiermee om te gaan.
### 2.4 Hypothesen
De hypothesen voor de t-toets voor twee onafhankelijke steekproeven richten zich op de gemiddelden van de twee populaties ($\mu_1$ en $\mu_2$):
* **Eenzijdig links:**
* $H_0: \mu_1 \ge \mu_2$
* $H_1: \mu_1 < \mu_2$
* **Eenzijdig rechts:**
* $H_0: \mu_1 \le \mu_2$
* $H_1: \mu_1 > \mu_2$
* **Tweezijdig:**
* $H_0: \mu_1 = \mu_2$
* $H_1: \mu_1 \neq \mu_2$
### 2.5 Berekening van de toetsingsgrootheid
De berekening van de toetsingsgrootheid hangt af van de aanname over de populatievarianties. Eerst wordt getest of de populatievarianties gelijk zijn of niet.
#### 2.5.1 Testen op gelijke populatievarianties (F-toets)
Voordat de t-toets berekend kan worden, wordt met een F-toets nagegaan of de varianties in de twee populaties gelijk zijn.
* **Formule F-toets:**
$$F = \frac{s^2_{\text{groot}}}{s^2_{\text{klein}}}$$
waarbij $s^2_{\text{groot}}$ de grotere en $s^2_{\text{klein}}$ de kleinere steekproefvariantie is.
* **Beslissingsregel F-toets:**
De nulhypothese ($H_0: \sigma^2_1 = \sigma^2_2$) wordt verworpen als de berekende F-waarde groter is dan de kritieke F-waarde uit de F-tabel voor de gegeven vrijheidsgraden (df1 = $n_1 - 1$, df2 = $n_2 - 1$) en het gekozen significantieniveau ($\alpha$). Bij een tweezijdige toets wordt de kritieke waarde vaak bepaald op $\alpha/2$.
* Indien F < Kritieke F-waarde: Populatievarianties worden als gelijk beschouwd.
* Indien F $\ge$ Kritieke F-waarde: Populatievarianties worden als ongelijk beschouwd.
#### 2.5.2 T-toets met gelijke populatievarianties (Variant 1)
Als uit de F-toets blijkt dat de populatievarianties gelijk zijn ($\sigma^2_1 = \sigma^2_2$), wordt een gepoolde variantie gebruikt.
* **Gepoolde variantie ($s_p^2$):**
$$s_p^2 = \frac{(n_1 - 1)s^2_1 + (n_2 - 1)s^2_2}{n_1 + n_2 - 2}$$
* **Formule toetsingsgrootheid t:**
$$t = \frac{(\bar{x}_1 - \bar{x}_2) - (\mu_1 - \mu_2)}{\sqrt{s_p^2 \left(\frac{1}{n_1} + \frac{1}{n_2}\right)}}$$
Onder de nulhypothese is $(\mu_1 - \mu_2) = 0$.
* **Vrijheidsgraden (df):**
$df = n_1 + n_2 - 2$
#### 2.5.3 T-toets met ongelijke populatievarianties (Variant 2 - Welch's t-test)
Als uit de F-toets blijkt dat de populatievarianties ongelijk zijn ($\sigma^2_1 \neq \sigma^2_2$), wordt een aangepaste formule gebruikt.
* **Formule toetsingsgrootheid t:**
$$t = \frac{(\bar{x}_1 - \bar{x}_2) - (\mu_1 - \mu_2)}{\sqrt{\frac{s^2_1}{n_1} + \frac{s^2_2}{n_2}}}$$
Onder de nulhypothese is $(\mu_1 - \mu_2) = 0$.
* **Vrijheidsgraden (df):**
De berekening van de vrijheidsgraden is complexer en volgt de Welch-Satterthwaite vergelijking:
$$df \approx \frac{\left(\frac{s^2_1}{n_1} + \frac{s^2_2}{n_2}\right)^2}{\frac{\left(\frac{s^2_1}{n_1}\right)^2}{n_1 - 1} + \frac{\left(\frac{s^2_2}{n_2}\right)^2}{n_2 - 1}}$$
De vrijheidsgraden zijn hierdoor vaak geen geheel getal.
> **Tip:** In softwarepakketten zoals SPSS wordt deze variant vaak automatisch toegepast wanneer de varianties als ongelijk worden beschouwd.
### 2.6 Beslissingsregel
Net als bij de t-toets voor één populatie, wordt de nulhypothese verworpen op basis van de berekende t-waarde en de vrijheidsgraden, hetzij via kritieke waarden of overschrijdingskansen (p-waarde).
* **Via kritieke waarden:** Als de berekende t-waarde buiten het acceptatiegebied valt (d.w.z. kleiner is dan de kritieke t-waarde voor een eenzijdige toets of groter/kleiner is dan de kritieke waarden voor een tweezijdige toets, afhankelijk van de richting van het verschil), wordt $H_0$ verworpen.
* **Via overschrijdingskansen (p-waarde):** Als de berekende p-waarde kleiner is dan het vooraf gekozen significantieniveau ($\alpha$), wordt $H_0$ verworpen.
### 2.7 Effectgrootte
Naast de significantie van het resultaat, is het belangrijk om de effectgrootte te rapporteren om de praktische relevantie van het gevonden verschil te beoordelen.
* **Cohen's d (voor onafhankelijke t-toets):**
Een veelgebruikte maat voor de effectgrootte is Cohen's d. Bij gelijke varianties wordt deze berekend als:
$$d = \frac{\bar{x}_1 - \bar{x}_2}{s_p}$$
waarbij $s_p$ de wortel van de gepoolde variantie is.
Bij ongelijke varianties is er geen eenduidige formule, en wordt vaak de formule met de gemiddelde standaarddeviatie gebruikt:
$$d = \frac{\bar{x}_1 - \bar{x}_2}{\sqrt{\frac{s^2_1 + s^2_2}{2}}}$$
* **Interpretatie Cohen's d:**
* 0.2: klein effect
* 0.5: gemiddeld effect
* 0.8: groot effect
### 2.8 Rapporteren
De resultaten van een t-toets voor twee onafhankelijke steekproeven dienen gestructureerd te worden gerapporteerd.
* **Onderzoeksvraag en gebruikte toets:** Geef aan wat onderzocht werd en welke toets is gebruikt (bijv. "independent samples t-test").
* **Steekproefgegevens:** Rapporteer de gemiddelden ($\bar{x}$), standaarddeviaties ($s$) en steekproefgroottes ($n$) voor elke groep.
* **Statistische toets resultaten:** Rapporteer de t-waarde, de vrijheidsgraden (df), de p-waarde, en de effectgrootte (bijv. Cohen's d). Vermeld expliciet of het resultaat significant was op het gekozen $\alpha$-niveau.
**Voorbeeld rapportage:**
"Om na te gaan of er een verschil was in dopaminescores tussen groep 1 (experimentele groep) en groep 2 (controlegroep), werd een onafhankelijke t-toets uitgevoerd. Gemiddeld werd er een hogere dopaminescore gemeten in groep 1 ($M = 16.03, SD = 2.66, n=30$) dan in groep 2 ($M = 13.96, SD = 2.94, n=30$). Dit verschil was statistisch significant, $t(58) = 2.86, p = .006$. De effectgrootte, gemeten met Cohen's d, was $d = 0.73$, wat duidt op een gemiddeld tot groot effect."
### 2.9 Non-parametrische alternatief: Wilcoxon Rank-sum toets (Mann-Whitney U-toets)
Wanneer niet aan de voorwaarden van de t-toets (met name normaliteit en intervalniveau van de afhankelijke variabele) is voldaan, kan de Wilcoxon Rank-sum toets (ook wel Mann-Whitney U-toets genoemd) worden gebruikt. Deze toets vergelijkt rangordes in plaats van gemiddelden.
* **Toetsingssituatie:** Vergelijken van twee onafhankelijke groepen op een ordinale variabele, of wanneer de afhankelijke variabele niet normaal verdeeld is en de steekproef klein ($n<30$).
* **Hypothesen:** Focussen op verschillen in de verdeling of centrale tendens van de groepen (bv. $H_0$: geen verschil in de centrale tendens, $H_1$: verschil in de centrale tendens).
* **Toetsingsgrootheid:** De toetsingsgrootheid (vaak aangeduid als $W_s$ of $U$) is gebaseerd op de som van de rangen van één van de groepen. Deze wordt omgezet naar een z-score voor de beslissingsregel.
* **Effectgrootte:** Vaak gerapporteerd als $r = \frac{|z|}{\sqrt{n_{totaal}}}$.
> **Tip:** Wees alert op de overlap in de toetsingssituatie tussen de t-toets en de Wilcoxon toets. De keuze hangt af van de meetniveaus en de aannames over normaliteit.
### 2.10 SPSS Voorbeeld
In SPSS wordt de "Independent Samples T-Test" uitgevoerd. De output bevat een F-toets voor de gelijkheid van varianties. Als deze F-toets niet significant is ($p > .05$), wordt de t-toets berekend met gelijke varianties. Als de F-toets wel significant is ($p < .05$), wordt de t-toets berekend met ongelijke varianties (variant 2, Welch's t-test). Belangrijk is om de juiste rij in de SPSS-output te interpreteren afhankelijk van de significantie van de F-toets.
---
# De Wilcoxon rank-sum toets (Mann-Whitney U-toets)
Dit gedeelte beschrijft de non-parametrische Wilcoxon rank-sum toets, een alternatief voor de t-toets voor twee onafhankelijke steekproeven wanneer de aannames van de t-toets niet voldaan zijn.
### 3.1 Inleiding en toetsingssituatie
De Wilcoxon rank-sum toets (ook bekend als de Mann-Whitney U-toets) wordt gebruikt wanneer men twee onafhankelijke groepen wil vergelijken, maar de afhankelijke variabele niet voldoet aan de voorwaarden voor een parametrische toets zoals de t-toets. Dit is typisch het geval wanneer de afhankelijke variabele:
* Op een ordinaal meetniveau is.
* Niet normaal verdeeld is in de populatie, vooral bij kleine steekproeven (kleiner dan 30 per groep).
De centrale vraag die met deze toets wordt beantwoord, is of de scores in de ene populatie over het algemeen verschillen van de scores in de andere populatie.
### 3.2 Voorwaarden voor de toets
De volgende voorwaarden moeten vervuld zijn om de Wilcoxon rank-sum toets te kunnen toepassen:
* **Onafhankelijke steekproeven:** De twee te vergelijken groepen moeten onafhankelijk van elkaar zijn. Dit betekent dat de selectie van deelnemers in de ene groep geen invloed heeft op de selectie van deelnemers in de andere groep.
* **Niet voldaan aan voorwaarden voor parametrische toetsen:** De assumpties van de t-toets voor twee onafhankelijke steekproeven zijn niet vervuld. Dit houdt in:
* De afhankelijke variabele is niet gemeten op intervalniveau, maar op minimaal ordinaal niveau.
* De afhankelijke variabele is niet normaal verdeeld in de populatie(s), vooral bij kleine steekproeven.
* **Meetniveau van de afhankelijke variabele:** De afhankelijke variabele is minstens van ordinaal niveau.
### 3.3 Hypothesen
De nulhypothese ($H_0$) en de alternatieve hypothese ($H_1$) voor de Wilcoxon rank-sum toets worden als volgt geformuleerd:
* **Tweezijdige toets:**
* $H_0: \text{De verdelingen van de scores in de twee populaties zijn gelijk.}$
* $H_1: \text{De verdelingen van de scores in de twee populaties zijn niet gelijk.}$
Dit kan ook geformuleerd worden in termen van medianen:
* $H_0: \text{Mediaan}_1 = \text{Mediaan}_2$
* $H_1: \text{Mediaan}_1 \neq \text{Mediaan}_2$
* **Eenzijdige toetsen:**
* Linkseenzijdig:
* $H_0: \text{Mediaan}_1 \ge \text{Mediaan}_2$
* $H_1: \text{Mediaan}_1 < \text{Mediaan}_2$
* Rechtseenzijdig:
* $H_0: \text{Mediaan}_1 \le \text{Mediaan}_2$
* $H_1: \text{Mediaan}_1 > \text{Mediaan}_2$
### 3.4 Toetsingsgrootheid
De berekening van de toetsingsgrootheid voor de Wilcoxon rank-sum toets verloopt via de volgende stappen:
1. **Combineren en rangschikken:** Alle waarnemingen uit beide steekproeven worden samengevoegd en van laag naar hoog gerangschikt. Gelijkwaardige waarden krijgen het gemiddelde van hun rangen toegekend.
2. **Som van de rangen per groep:** De rangen worden terug toegewezen aan hun oorspronkelijke groep. Vervolgens worden de sommen van de rangen voor elke groep berekend. Deze sommen worden aangeduid als $W_1$ en $W_2$.
3. **Berekening van de toetsingsgrootheid:** De kleinste van de twee rangensommen wordt gebruikt als basis voor de toetsingsgrootheid. Bij grote steekproeven kan deze rangensom worden omgezet naar een $z$-score.
* Verwachte rangensom onder $H_0$:
$$ E(W) = \frac{n_1 (N+1)}{2} $$
waarbij $n_1$ de steekproefgrootte van groep 1 is en $N$ de totale steekproefgrootte ($N = n_1 + n_2$).
* Standaardfout van de rangensom:
$$ SE(W) = \sqrt{\frac{n_1 n_2 (N+1)}{12}} $$
* $z$-score:
$$ z = \frac{W - E(W)}{SE(W)} $$
waarbij $W$ de geobserveerde, kleinste rangensom is.
Voor kleine steekproeven wordt de $W$-statistiek direct vergeleken met kritieke waarden uit een speciale tabel voor de Wilcoxon rank-sum toets.
### 3.5 Beslissingsregel
De beslissingsregel is analoog aan die van andere toetsen:
* Als de berekende toetsingsgrootheid (bijvoorbeeld de $z$-score) leidt tot een overschrijdingskans ($p$-waarde) die kleiner is dan het vooraf bepaalde significantieniveau $\alpha$, wordt de nulhypothese ($H_0$) verworpen.
* Als de $p$-waarde groter is dan of gelijk is aan $\alpha$, wordt de nulhypothese niet verworpen.
Voor een tweezijdige toets wordt de $p$-waarde vaak berekend als $2 \times P(\text{zscore} < \text{geobserveerde z-score})$.
### 3.6 Effectgrootte
De effectgrootte voor de Wilcoxon rank-sum toets kan worden berekend met behulp van de $z$-score:
$$ r = \frac{z}{\sqrt{N}} $$
waarbij $z$ de berekende $z$-score is en $N$ de totale steekproefgrootte.
### 3.7 Rapporteren van de resultaten
De resultaten van een Wilcoxon rank-sum toets worden gerapporteerd volgens een gestandaardiseerd sjabloon:
1. **Onderzoeksvraag en toets:** Beschrijf de onderzoeksvraag en vermeld welke toets is gebruikt.
2. **Steekproefgegevens:** Geef de beschrijvende statistieken weer voor elke groep, bij voorkeur de medianen ($Mdn$) en de spreiding (bijvoorbeeld interkwartielafstand of gewoon de rangensommen).
3. **Resultaten van de statistische toets:** Vermeld de toetsingsgrootheid ($W_s$ of $z$), de vrijheidsgraden (indien van toepassing voor de $z$-score omzetting), de $p$-waarde en de effectgrootte.
**Voorbeeld van rapportering:**
"Om na te gaan of het subjectief welbevinden van mensen groter is bij het luisteren naar favoriete muziek in tegenstelling tot niet-favoriete muziek werd een Wilcoxon rank-sum toets uitgevoerd. De score voor subjectief welbevinden was hoger in de conditie met favoriete muziek ($Mdn$ = 4) dan in de conditie met niet-favoriete muziek ($Mdn$ = 3). Dit verschil was significant op $\alpha = .05$-niveau, $W_s = 167.5$, $z = -2.7$, $p = .006$, $r = .51$."
> **Tip:** De Wilcoxon rank-sum toets is een krachtig non-parametrisch alternatief wanneer de aannames voor de t-toets niet voldaan zijn. Het is essentieel om de aard van de afhankelijke variabele en de verdeling ervan te beoordelen voordat de keuze voor een toets wordt gemaakt.
> **Voorbeeld:** Evelien wil onderzoeken of mensen zich gelukkiger voelen wanneer ze naar hun favoriete muziek luisteren dan wanneer ze naar andere muziek luisteren. De geluksgevoelens worden gescoord op een vijfpuntenschaal (ordinaal niveau), en de steekproefgroottes zijn klein. In dit geval is de Wilcoxon rank-sum toets de geschikte statistische toets.
---
# Tips voor examen en SPSS-interpretatie
Dit deel biedt praktische adviezen voor het examen, met nadruk op het herkennen van de juiste toets, het begrijpen van de voorwaarden, het gebruik van het formularium en het correct interpreteren van SPSS-output, inclusief de F- en t-significantie.
### 4.1 Algemene examenvoorbereiding
Een goede voorbereiding op het examen vereist dat je de leerdoelen van de cursus helder hebt. Zorg ervoor dat je de volgende aspecten beheerst:
* **Herkenning van toetsen:** Weet wanneer welke toets gebruikt moet worden.
* **Begrip van voorwaarden:** Ken de statistische assumpties waaraan voldaan moet zijn voor elke specifieke toets.
* **Gebruik van het formularium:** Wees in staat om de benodigde berekeningen zelfstandig uit te voeren met behulp van het formularium.
* **Interpretatie van SPSS-output:** Begrijp hoe SPSS-output te lezen en correct te interpreteren, met speciale aandacht voor significantiewaarden.
> **Tip:** Houd de leerdoelen bij de hand tijdens het studeren om je focus te behouden en te weten wat er van je verwacht wordt.
### 4.2 Toetsen voor twee populaties: een overzicht
Waar voorheen toetsen voor één populatie werden behandeld (waarbij een steekproefgemiddelde werd vergeleken met een bekend populatiegemiddelde), richt dit hoofdstuk zich op het vergelijken van **twee populaties** aan de hand van twee onafhankelijke steekproeven. De centrale vraag is of een waargenomen verschil tussen de twee groepen toe te schrijven is aan toeval of aan een systematisch effect (bijvoorbeeld een therapie of interventie).
#### 4.2.1 Keuze van de juiste toets
De keuze voor de juiste statistische toets hangt af van verschillende factoren die je zorgvuldig moet analyseren:
1. **Onderzoeksvraag:** Begrijp de onderzoeksvraag volledig.
2. **Variabelen:** Identificeer de afhankelijke en onafhankelijke variabelen.
3. **Meetniveau afhankelijke variabele (AV):**
* **Intervalniveau:** Hierbij zijn parametrische toetsen zoals de t-toets geschikt.
* **Nominaal/Ordinaal niveau:** Hierbij zijn non-parametrische toetsen zoals de Wilcoxon rank-sum toets aangewezen.
4. **Aantal populaties:** In dit hoofdstuk ligt de focus op twee populaties.
5. **Steekproefafhankelijkheid:**
* **Onafhankelijke steekproeven:** Deelnemers in de ene groep hebben geen relatie met deelnemers in de andere groep. Dit is de focus van dit hoofdstuk.
* **Afhankelijke steekproeven:** Deelnemers zijn herhaaldelijk gemeten (repeated measures) of gematcht op basis van bepaalde kenmerken.
6. **Parametrisch vs. Non-parametrisch:** Dit wordt bepaald door het meetniveau van de AV en de verdelingsassumpties.
7. **Eenzijdig vs. Tweezijdig:** Bepaal of er een specifieke richting van het verwachte verschil is of dat er enkel een verschil wordt verwacht.
#### 4.2.2 Stramien voor het toetsen (het 7-stappenplan)
Elke toetsingssituatie volgt een gestructureerd stramien:
1. **Toetsingssituatie:** Identificeer de concrete situatie en het type onderzoeksvraag dat met de toets beantwoord kan worden.
2. **Voorwaarden:** Controleer of aan de statistische assumpties van de gekozen toets is voldaan.
3. **Hypothesen:** Formuleer de nulhypothese ($H_0$) en de alternatieve hypothese ($H_1$).
4. **Toetsingsgrootheid:** Bereken de waarde van de toetsingsgrootheid en ken de bijbehorende kansverdeling toe.
5. **Beslissingsregel:** Bepaal of $H_0$ wordt verworpen op basis van overschrijdingskansen (p-waarden) of kritieke waarden.
6. **Effectgrootte:** Kwantificeer de omvang van het gevonden effect om de praktische relevantie te beoordelen.
7. **Rapporteren:** Vermeld de resultaten op een correcte en volledige manier.
### 4.3 T-toets voor twee onafhankelijke steekproeven
Deze toets wordt gebruikt wanneer je het gemiddelde van een intervalvariabele tussen twee onafhankelijke groepen wilt vergelijken.
#### 4.3.1 Toetsingssituatie
Vergelijken van de gemiddelden van een intervalvariabele tussen twee onafhankelijke populaties. Bijvoorbeeld: Verschillen jongens van meisjes in het aantal gemiste lessen?
#### 4.3.2 Voorwaarden
* Afhankelijke variabele is intervalniveau.
* De steekproeven zijn onafhankelijk.
* De afhankelijke variabele is bij benadering normaal verdeeld in beide populaties (vooral belangrijk bij kleine steekproeven, $n < 30$).
* De varianties van de twee populaties zijn gelijk (homogeniteit van varianties), of worden als ongelijk beschouwd.
#### 4.3.3 Hypothesen
* Tweezijdig: $H_0: \mu_1 = \mu_2$, $H_1: \mu_1 \neq \mu_2$
* Eenzijdig (links): $H_0: \mu_1 \geq \mu_2$, $H_1: \mu_1 < \mu_2$
* Eenzijdig (rechts): $H_0: \mu_1 \leq \mu_2$, $H_1: \mu_1 > \mu_2$
#### 4.3.4 Toetsingsgrootheid
Er zijn twee varianten, afhankelijk van de homogeniteit van varianties:
* **Variant 1: Gelijkwaardige populatievarianties ($\sigma^2_1 = \sigma^2_2$)**
* Eerst wordt een **F-toets** uitgevoerd om te bepalen of de populatievarianties gelijk zijn. Hierbij worden de varianties van de twee steekproeven vergeleken. Als de $F$-statistiek niet significant is (bij een ingesteld significantieniveau, bv. $\alpha = 0.05$), wordt aangenomen dat de populatievarianties gelijk zijn.
* Indien de varianties gelijk zijn, wordt een **gepoolde variantie** berekend.
* De t-statistiek wordt berekend met de formule:
$$ t = \frac{(\bar{x}_1 - \bar{x}_2) - (\mu_1 - \mu_2)}{\sqrt{s_p^2 \left( \frac{1}{n_1} + \frac{1}{n_2} \right)}} $$
waarbij $s_p^2$ de gepoolde variantie is en $(\mu_1 - \mu_2)$ typisch gelijk is aan 0 onder $H_0$.
* Vrijheidsgraden: $df = n_1 + n_2 - 2$.
* **Variant 2: Ongelijke populatievarianties ($\sigma^2_1 \neq \sigma^2_2$)**
* Dit wordt gebruikt wanneer de F-toets aangeeft dat de varianties significant verschillen.
* De t-statistiek wordt berekend met de formule (ook bekend als de Welch's t-test):
$$ t = \frac{(\bar{x}_1 - \bar{x}_2) - (\mu_1 - \mu_2)}{\sqrt{\frac{s_1^2}{n_1} + \frac{s_2^2}{n_2}}} $$
* De berekening van de vrijheidsgraden is complexer en wordt vaak met een specifieke formule (Satterthwaite approximation) of via software (SPSS) bepaald.
#### 4.3.5 Beslissingsregel
* Verwerp $H_0$ als de p-waarde kleiner is dan het gekozen significantieniveau ($\alpha$).
* Of verwerp $H_0$ als de berekende t-waarde buiten het betrouwbaarheidsinterval ligt (d.w.z. groter is dan de kritieke waarde bij een rechtseenzijdige toets, kleiner dan de kritieke waarde bij een linkseenzijdige toets, of de absolute waarde groter is dan de kritieke waarde bij een tweezijdige toets).
#### 4.3.6 Effectgrootte
* De effectgrootte wordt vaak gerapporteerd als $r$ (een correlatiecoëfficiënt) of $d$ (Cohen's $d$).
* Voor de t-toets voor onafhankelijke steekproeven kan $r$ berekend worden als:
$$ r = \sqrt{\frac{t^2}{t^2 + df}} $$
* Interpretatie van $r$:
* $r \approx 0.1$: klein effect
* $r \approx 0.3$: matig effect
* $r \approx 0.5$: groot effect
#### 4.3.7 Rapporteren (voorbeeld)
"Om na te gaan of er een verschil in dopamine-scores was tussen groep 1 (favoriete muziek) en groep 2 (andere muziek), werd een onafhankelijke t-toets uitgevoerd. De gemiddelde dopamine-score in groep 1 was $M = 16.03$ met een standaarddeviatie $SD = 2.66$, en in groep 2 was $M = 13.96$ met $SD = 2.94$. Dit verschil was statistisch significant ($t(58) = 2.86$, $p = .006$). De effectgrootte was matig ($r = .35$)."
### 4.4 Non-parametrische toets: Wilcoxon Rank-Sum (Mann-Whitney U)
Deze toets is een non-parametrisch alternatief voor de t-toets voor twee onafhankelijke steekproeven. Het wordt gebruikt wanneer de aannames voor de t-toets niet voldaan zijn.
#### 4.4.1 Toetsingssituatie
Vergelijken van de verdelingen (of medians) van een variabele tussen twee onafhankelijke groepen, wanneer de afhankelijke variabele ordinaal is, of wanneer de AV niet normaal verdeeld is (vooral bij kleine steekproeven).
#### 4.4.2 Voorwaarden
* De steekproeven zijn onafhankelijk.
* De afhankelijke variabele is minstens van ordinaal niveau.
* De verdelingen van de groepen zijn vergelijkbaar van vorm (hoewel de toets robuuster is dan de t-toets voor afwijkingen hiervan).
#### 4.4.3 Hypothesen
* Tweezijdig: $H_0$: De verdelingen van de twee populaties zijn identiek. $H_1$: De verdelingen van de twee populaties verschillen.
* Eenzijdig: $H_0$: De verdeling in populatie 1 ligt links (of rechts) van de verdeling in populatie 2. $H_1$: Andersom.
#### 4.4.4 Toetsingsgrootheid
1. **Rangen toekennen:** Alle datapunten van beide groepen worden samengevoegd en gerangschikt van laag naar hoog.
2. **Som van de rangen:** De rangen van de data binnen elke groep worden opgeteld. Dit levert de rangensommen ($W_s$ of $U$) op. De kleinste rangensom wordt gebruikt als toetsingsgrootheid.
3. **Omrekenen naar z-score:** De rangensom wordt omgezet naar een z-score met behulp van formules die de verwachte rangensom en de standaardfout berekenen.
* Verwachte rangensom onder $H_0$: $E(W_s) = \frac{n_1(n_1 + n_2 + 1)}{2}$
* Standaardfout: $SE = \sqrt{\frac{n_1 n_2 (n_1 + n_2 + 1)}{12}}$
* z-score: $z = \frac{W_s - E(W_s)}{SE}$
#### 4.4.5 Beslissingsregel
* Verwerp $H_0$ als de berekende p-waarde kleiner is dan het gekozen significantieniveau ($\alpha$). Voor een tweezijdige toets wordt de p-waarde berekend door de kans voor de gevonden z-score te verdubbelen.
#### 4.4.6 Effectgrootte
* De effectgrootte ($r$) wordt berekend met:
$$ r = \frac{|z|}{\sqrt{n_1 + n_2}} $$
* Interpretatie van $r$ is vergelijkbaar met de t-toets (klein, matig, groot).
#### 4.4.7 Rapporteren (voorbeeld)
"Om na te gaan of het subjectief welbevinden (gemeten op een ordinale schaal) verschilde tussen het luisteren naar favoriete muziek en niet-favoriete muziek, werd een Wilcoxon rank-sum toets uitgevoerd. De scores voor subjectief welbevinden waren hoger in de conditie met favoriete muziek (mediaan = 4) dan in de conditie met niet-favoriete muziek (mediaan = 3). Dit verschil was statistisch significant ($z = -2.70$, $p = .006$). De effectgrootte was groot ($r = .51$)."
### 4.5 Interpreteren van SPSS-output
Bij het interpreteren van SPSS-output voor deze toetsen is het cruciaal om nauwkeurig te werk te gaan.
#### 4.5.1 Independent Samples T-test in SPSS
* **Levene's Test for Equality of Variances:** Dit is de F-toets die wordt uitgevoerd om te bepalen of de varianties van de twee groepen gelijk zijn.
* Als de p-waarde van de Levene's test groter is dan $\alpha$ (bv. > .05), worden de varianties als gelijk beschouwd en lees je de resultaten af uit de rij "Equal variances assumed".
* Als de p-waarde van de Levene's test kleiner is dan $\alpha$ (bv. < .05), worden de varianties als ongelijk beschouwd en lees je de resultaten af uit de rij "Variances not assumed".
* **t-statistic:** De berekende t-waarde voor het verschil tussen de groepsgemiddelden.
* **df (degrees of freedom):** De vrijheidsgraden die bij de t-statistiek horen.
* **Sig. (2-tailed):** De overschrijdingskans (p-waarde) voor de toets. Deze gebruik je om $H_0$ te verwerpen of te behouden.
> **Tip:** Let goed op of je de F-significantie (van Levene's test) correct gebruikt om te beslissen welke rij je moet aflezen voor de t-test, en verwar deze niet met de t-significantie.
#### 4.5.2 Wilcoxon Rank-Sum Test in SPSS
* SPSS rapporteert de toetsingsgrootheid vaak als een Z-score.
* **Z Used:** De berekende z-waarde.
* **Asymp. Sig. (2-tailed):** De overschrijdingskans (p-waarde) voor de toets. Ook hier gebruik je deze om $H_0$ te verwerpen of te behouden.
* Vaak wordt ook de mediane score voor elke groep gerapporteerd.
#### 4.5.3 Algemene Interpretatieprincipes
* **Significantie:** Als de p-waarde kleiner is dan het gekozen significantieniveau ($\alpha$), verwerpen we de nulhypothese en concluderen we dat er een statistisch significant verschil is tussen de groepen.
* **Conclusie:** Formuleer de conclusie in de context van de onderzoeksvraag, waarbij je zowel de significantie als de richting van het effect vermeldt.
* **Effectgrootte:** Rapporteer altijd de effectgrootte om de praktische betekenis van het gevonden verschil te duiden.
> **Tip:** Oefen veelvuldig met het interpreteren van SPSS-output van verschillende toetsen. Zorg dat je de tabelopbouw en de betekenis van elke waarde doorgrondt.
### 4.6 Belangrijke aandachtspunten voor het examen
* **Onderscheid tussen toetsen:** Weet exact wanneer je een t-toets voor één steekproef, een t-toets voor twee onafhankelijke steekproeven, of een Wilcoxon rank-sum toets moet gebruiken. Kijk hierbij naar het aantal populaties, het meetniveau van de AV, en de afhankelijkheid van de steekproeven.
* **Voorwaarden:** Maak een checklist van de voorwaarden per toets en controleer deze systematisch.
* **Formularium:** Oefen het gebruik van het formularium voor de berekeningen van de toetsingsgrootheden en de effectgroottes.
* **Rapporteren:** Leer het standaard sjabloon voor het rapporteren van de resultaten van een statistische toets. Dit omvat de onderzoeksvraag, de gebruikte toets, de steekproefgegevens (gemiddelden, standaarddeviaties of medianen), de resultaten van de toets ($t$- of $z$-waarde, $df$, $p$-waarde), en de effectgrootte.
---
## Veelgemaakte fouten om te vermijden
- Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens
- Let op formules en belangrijke definities
- Oefen met de voorbeelden in elke sectie
- Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen
Glossary
| Term | Definition |
|------|------------|
| Toets voor twee populaties | Een statistische procedure die wordt gebruikt om de gemiddelden of verdelingen van twee verschillende groepen te vergelijken om te bepalen of er een significant verschil tussen bestaat. |
| Onafhankelijke steekproeven | Twee of meer steekproeven die volledig onafhankelijk van elkaar zijn getrokken, waarbij de selectie van elementen in de ene steekproef geen invloed heeft op de selectie van elementen in de andere. |
| Afhankelijke steekproeven | Steekproeven waarbij de metingen binnen groepen of paren gerelateerd zijn, bijvoorbeeld door herhaalde metingen bij dezelfde personen of door gematchte paren. |
| Parametrische toets | Een statistische toets die veronderstelt dat de data uit een populatie afkomstig zijn met een specifieke verdeling, meestal de normale verdeling, en waarbij parameters zoals het gemiddelde en de standaarddeviatie worden geschat. |
| Non-parametrische toets | Een statistische toets die geen specifieke aannames doet over de verdeling van de populatie, zoals de normale verdeling, en vaak wordt gebruikt bij ordinale of nominale data, of wanneer de voorwaarden voor parametrische toetsen niet voldaan zijn. |
| T-toets voor twee onafhankelijke steekproeven | Een parametrische toets om de gemiddelden van twee onafhankelijke groepen te vergelijken, ervan uitgaande dat de afhankelijke variabele interval- of ratiogegevens is en de populaties normaal verdeeld zijn. |
| Gelijk(e) varianties | Een aanname in statistische toetsen die stelt dat de varianties van de twee populaties die uit de steekproeven worden geschat, gelijk zijn aan elkaar. |
| Ongelijk(e) varianties | Een aanname in statistische toetsen die stelt dat de varianties van de twee populaties die uit de steekproeven worden geschat, niet gelijk zijn aan elkaar. |
| Gepoolde variantie | Een gewogen gemiddelde van de varianties van twee steekproeven, gebruikt in de t-toets wanneer wordt aangenomen dat de populatievarianties gelijk zijn. De formule is: $s_p^2 = \frac{(n_1-1)s_1^2 + (n_2-1)s_2^2}{n_1+n_2-2}$ |
| F-toets | Een statistische toets die wordt gebruikt om de varianties van twee populaties te vergelijken. Het wordt vaak gebruikt als een voorlopige toets om te bepalen of de varianties in een t-toets voor twee onafhankelijke steekproeven gelijk of ongelijk zijn. |
| Vrijheidsgraden | Het aantal onafhankelijke waarden dat vrij kan variëren in een statistische berekening. Bij de t-toets voor twee onafhankelijke steekproeven hangt dit af van de steekproefgroottes en de aanname over gelijke varianties. |
| Toetsingsgrootheid | Een statistische waarde die wordt berekend uit steekproefgegevens om hypothesen te toetsen. Voor de t-toets is dit de t-score, en voor de Wilcoxon toets is dit de Z-score of de rangensom (Ws). |
| Beslissingsregel | Een criterium dat wordt gebruikt om te beslissen of de nulhypothese wordt verworpen of niet verworpen, gebaseerd op de berekende toetsingsgrootheid en het gekozen significantieniveau ($\alpha$). |
| Effectgrootte | Een maat die aangeeft hoe groot het waargenomen verschil of verband is, onafhankelijk van de steekproefgrootte. Het helpt bij het interpreteren van de praktische significantie van de resultaten. |
| Rapportering | De gestructureerde manier waarop statistische resultaten worden gepresenteerd, inclusief de toetsingssituatie, hypothesen, steekproefgegevens, de resultaten van de statistische toets en de conclusie. |
| Wilcoxon rank-sum toets | Een non-parametrische toets die wordt gebruikt om de centrale tendens van twee onafhankelijke groepen te vergelijken, vooral wanneer de data ordinaal zijn of niet voldoen aan de aannames van de t-toets. |
| Rangensom (Ws) | De som van de rangen van de observaties binnen een specifieke groep, gebruikt als toetsingsgrootheid in de Wilcoxon rank-sum toets. |
| Z-score | Een gestandaardiseerde score die aangeeft hoeveel standaarddeviaties een observatie of toetsingsgrootheid verwijderd is van het gemiddelde van de verdeling. Gebruikt in de Wilcoxon toets om de significantie te bepalen. |
| Overige kans | De kans om een toetsingsgrootheid te observeren die minstens zo extreem is als de berekende waarde, ervan uitgaande dat de nulhypothese waar is. Dit wordt ook wel de p-waarde genoemd. |
| SPSS | Statistical Package for the Social Sciences, een softwarepakket dat veel wordt gebruikt voor statistische analyse en data-visualisatie. |
| Significatie | Het proces van het bepalen of de waargenomen resultaten statistisch significant zijn, wat betekent dat ze waarschijnlijk niet zijn ontstaan door toeval. |
| Nominale variabele | Een categorische variabele waarvan de categorieën geen inherente volgorde hebben (bv. geslacht, kleur). |
| Ordinale variabele | Een categorische variabele waarvan de categorieën een inherente volgorde hebben, maar de afstanden tussen de categorieën zijn niet noodzakelijkerwijs gelijk (bv. opleidingsniveau, tevredenheidsschaal). |
| Intervalvariabele | Een variabele waarbij de afstanden tussen opeenvolgende waarden gelijk zijn, maar er is geen absoluut nulpunt (bv. temperatuur in Celsius). |
| Ratiovariabele | Een variabele waarbij de afstanden tussen opeenvolgende waarden gelijk zijn en er is een absoluut nulpunt, waardoor verhoudingen zinvol zijn (bv. lengte, gewicht). |
Cover
TMUA_Content_Specification_April2025.pdf
Summary
# Mathematical knowledge requirements for Paper 1 and Paper 2
This section details the essential mathematical knowledge required for both Paper 1 and Paper 2 of the test.
## 1. Mathematical knowledge requirements for Paper 1 and Paper 2
The mathematical knowledge requirements for the test are divided into two parts. Part 1 covers content generally found in AS level pure mathematics, while Part 2 aligns with Higher Level GCSE mathematics. There is some overlap between the two parts [3](#page=3).
### 1.1 Part 1: AS Level Pure Mathematics Content
This part outlines the core mathematical concepts expected for the test [3](#page=3).
#### 1.1.1 MM1. Algebra and functions
* **Laws of indices:** All rational exponents are expected to be understood and applied [3](#page=3).
* **Surds:** Manipulation and use of surds, including simplifying expressions and rationalising denominators, are required. Examples include simplifying $\frac{5\sqrt{3}}{2\sqrt{5}}$ and $\frac{2\sqrt{3}}{5\sqrt{3}}$ [3](#page=3).
* **Quadratic functions:** This includes their graphs, the discriminant, completing the square, and solving quadratic equations [3](#page=3).
* **Simultaneous equations:** Analytical solutions by substitution are expected, specifically for one linear and one quadratic equation [3](#page=3).
* **Inequalities:** Solution of linear and quadratic inequalities is required [3](#page=3).
* **Polynomials:** Algebraic manipulation of polynomials, including expanding brackets, collecting like terms, factorisation, simple algebraic division (by linear or quadratic polynomials), and the use of the Factor and Remainder Theorems are necessary [3](#page=3).
* **Functions:** A qualitative understanding that a function is a many-to-one or one-to-one mapping is needed, along with familiarity with common functions like $f(x) = x$ (representing the positive square root) and $f(x) = x^2$ [3](#page=3).
#### 1.1.2 MM2. Sequences and series
* **Sequences:** Understanding sequences given by an $n$th term formula or a simple recurrence relation of the form $x_{n+1} = f(x_n)$ [4](#page=4).
* **Arithmetic series:** Including the formula for the sum of the first $n$ natural numbers [4](#page=4).
* **Geometric series:** The sum of a finite geometric series and the sum to infinity of a convergent geometric series (where $|r| < 1$) are required [4](#page=4).
* **Binomial expansion:** For $(1+x)^n$ where $n$ is a positive integer, and for expressions of the form $(a + f(x))^n$ with simple $f(x)$. Notations like $n!$ and $\binom{n}{r}$ are also included [4](#page=4).
#### 1.1.3 MM3. Coordinate geometry in the (x, y)-plane
* **Straight lines:** The equation of a straight line, including $y - y_1 = m(x - x_1)$ and $ax + by + c = 0$. Conditions for parallel and perpendicular lines, and finding equations given various information are expected [4](#page=4).
* **Circles:** The coordinate geometry of the circle using equations in the forms $(x-a)^2 + (y-b)^2 = r^2$ and $x^2 + y^2 + cx + dy + e = 0$. Standard circle properties, such as the perpendicular from the centre bisecting a chord, the tangent being perpendicular to the radius, angles subtended by arcs, angles in a semicircle, angles in the same segment, and properties of cyclic quadrilaterals, are also part of this section [4](#page=4).
#### 1.1.4 MM4. Trigonometry
* **Sine and cosine rules:** Including the area of a triangle formula $\frac{1}{2}ab\sin C$. An understanding of the ambiguous case (angle-side-side) is necessary. Problems may involve 2 or 3 dimensions [5](#page=5).
* **Radian measure:** Use for arc length and area of sectors and segments [5](#page=5).
* **Special angles:** Knowledge of the values of sine, cosine, and tangent for $0^\circ, 30^\circ, 45^\circ, 60^\circ, 90^\circ$ [5](#page=5).
* **Trigonometric functions:** Understanding their graphs, symmetries, and periodicity [5](#page=5).
* **Identities:** Knowledge and use of $\tan \theta = \frac{\sin \theta}{\cos \theta}$ and $\sin^2 \theta + \cos^2 \theta = 1$ [5](#page=5).
* **Trigonometric equations:** Solving simple trigonometric equations within a given interval, potentially using the identities above. Examples include solving $\tan x = -\frac{1}{\sqrt{3}}$ for $-\pi < x < \pi$, $\sin^2(2x + \frac{\pi}{3}) = \frac{1}{2}$ for $-2\pi < x < 2\pi$, and $12\cos^2 x + 6\sin x - 10 = 2$ for $0^\circ < x < 360^\circ$ [5](#page=5).
#### 1.1.5 MM5. Exponentials and logarithms
* **Exponential function:** Understanding $y = a^x$ and its graph for simple positive values of $a$ [5](#page=5).
* **Laws of logarithms:** Including the equivalence $a^b = c \Leftrightarrow b = \log_a c$, the product rule $\log_a x + \log_a y = \log_a (xy)$, the quotient rule $\log_a x - \log_a y = \log_a \frac{x}{y}$, and the power rule $k \log_a x = \log_a (x^k)$. Special cases like $\log_a \frac{1}{x} = -\log_a x$ and $\log_a a = 1$ are also included. The change of base formula will not be tested [5](#page=5).
* **Solving equations:** Equations of the form $a^x = b$, and those reducible to this form, including those requiring prior algebraic manipulation. Examples include $3^{2x} = 4$ and $25^x - 3 \times 5^x + 2 = 0$ [5](#page=5).
#### 1.1.6 MM6. Differentiation
* **Concept of the derivative:** Understanding the derivative of $f(x)$ as the gradient of the tangent to $y = f(x)$ at a point, interpretation as a rate of change, and second-order derivatives. Notation such as $\frac{dy}{dx}$, $\frac{d^2y}{dx^2}$, $f'(x)$, and $f''(x)$ should be known. Differentiation from first principles is excluded [6](#page=6).
* **Differentiation of $x^n$:** For rational $n$, including sums and differences, and expressions requiring simplification prior to differentiation. An example is differentiating $\frac{2(3-2x)}{x^2}$ [6](#page=6).
* **Applications of differentiation:** Including gradients, tangents, normals, stationary points (maxima and minima only), and determining where functions are strictly increasing or decreasing ($\frac{df}{dx} > 0$ or $\frac{df}{dx} < 0$). Points of inflexion will not be examined, but a qualitative understanding of them in simple polynomial functions is expected [6](#page=6).
#### 1.1.7 MM7. Integration
* **Definite integration:** Understanding definite integration in relation to the 'area between a curve and an axis'. The distinction between finding a definite integral and finding the area is important [6](#page=6).
* **Integration of $x^n$:** Finding definite and indefinite integrals of $x^n$ for rational $n \neq 1$, including sums and differences, and expressions requiring simplification. Examples include $\int (2x + \frac{1}{x^2}) dx$ and $\int \frac{3x^2 - 5x + 1}{x^2} dx$ [6](#page=6).
* **Fundamental Theorem of Calculus:** Understanding its significance and use in simple forms like $\int_a^b f(x) dx = F(b) - F(a)$ where $F'(x) = f(x)$, and $\frac{d}{dx} \int_a^x f(t) dt = f(x)$ [6](#page=6).
* **Combining integrals:** Combining integrals with equal or contiguous ranges, such as $\int_2^5 f(x) dx + \int_5^2 f(x) dx = \int_2^2 f(x) dx = 0$, or $\int_2^4 f(x) dx + \int_4^3 f(x) dx = \int_2^3 f(x) dx$ [6](#page=6).
* **Trapezium rule:** Approximation of the area under a curve using the trapezium rule and determining if it's an overestimate or underestimate [6](#page=6).
* **Differential equations:** Solving differential equations of the form $\frac{dy}{dx} = f(x)$ [6](#page=6).
#### 1.1.8 MM8. Graphs of functions
* **Recognising and sketching graphs:** Common functions include lines, quadratics, cubics, trigonometric, logarithmic, exponential, square roots, and the modulus function [7](#page=7).
* **Transformations of graphs:** Understanding the effect of simple transformations on $y = f(x)$, such as $y = af(x)$, $y = f(x) + a$, $y = f(x+a)$, and $y = f(ax)$. Compositions of transformations and the notation $f(g(x))$ are included [7](#page=7).
* **Linear graphs:** Understanding how altering $m$ and $c$ affects the graph of $y = mx + c$ [7](#page=7).
* **Quadratic graphs:** Understanding how altering $a, b,$ and $c$ in $y = a(x+b)^2 + c$ affects the graph [7](#page=7).
* **Using differentiation for graphs:** Finding stationary points (excluding inflexions) and determining where a graph is increasing or decreasing [7](#page=7).
* **Intersections with axes:** Using algebraic techniques to find where a graph intersects the coordinate axes, and appreciating the possible number of real roots for a general polynomial [7](#page=7).
* **Geometric interpretation:** Understanding the relationship between graphical intersections and solutions of simultaneous equations [7](#page=7).
### 1.2 Part 2: Higher Level GCSE Mathematics Content
This part covers topics from a Higher Level GCSE mathematics course [3](#page=3).
#### 1.2.1 M1. Units
* **Standard units:** Use of standard units for mass, length, time, money, and other measures. Compound units such as speed, rates of pay, unit pricing, density, and pressure are included, with appropriate use of decimal quantities [8](#page=8).
* **Unit conversion:** Free conversion between related standard units (time, length, area, volume/capacity, mass) and compound units (speed, rates of pay, prices, density, pressure) in both numerical and algebraic contexts [8](#page=8).
#### 1.2.2 M2. Number
* **Ordering numbers:** Ordering positive and negative integers, decimals, and fractions, and using inequality symbols (<, >, ≤, ≥) [8](#page=8).
* **Four operations:** Application of addition, subtraction, multiplication, and division to integers, decimals, simple fractions (proper and improper), and mixed numbers, which can be positive or negative. Understanding and use of place value are also required [8](#page=8).
* **Number properties:** Concepts and vocabulary of prime numbers, factors, multiples, common factors, common multiples, highest common factor (HCF), lowest common multiple (LCM), and prime factorisation (including product notation and the unique factorisation theorem) [8](#page=8).
* **Operations and cancellation:** Understanding and using relationships between operations, including inverse operations, and using cancellation to simplify calculations and expressions. The convention for the priority of operations (brackets, powers, roots, reciprocals) is also important [8](#page=8).
* **Systematic listing:** Application of systematic listing strategies for counting possibilities, e.g., if there are $m$ ways for one task and $n$ ways for another, there are $m \times n$ ways for both tasks in order [8](#page=8).
* **Powers and roots:** Use and understanding of square, positive and negative square root, cube, and cube root [8](#page=8).
* **Index laws:** Use of index laws for numerical expressions, including integer, fractional, and negative powers for multiplication and division [8](#page=8).
* **Standard index form:** Interpretation, ordering, and calculation with numbers in standard index form ($a \times 10^n$, where $1 \le a < 10$ and $n$ is an integer) [8](#page=8).
* **Fractions, decimals, and percentages:** Conversion between terminating decimals, percentages, and fractions. Conversion between recurring decimals and their corresponding fractions. Interchangeable use of fractions, decimals, and percentages in calculations, including understanding equivalent fractions [9](#page=9).
* **Exact calculations:** Calculating exactly with fractions, surds, and multiples of $\pi$. Simplification of surd expressions, e.g., $\sqrt{12} = \sqrt{4 \times 3} = 2\sqrt{3}$, and rationalising denominators such as $\frac{\sqrt{7}}{3}$, $\frac{3\sqrt{2}}{5\sqrt{3}}$, $\frac{2\sqrt{3}}{7}$, and $\frac{5\sqrt{2}}{3}$ [9](#page=9).
* **Bounds:** Calculation with upper and lower bounds, and their use in contextual problems [9](#page=9).
* **Rounding:** Rounding numbers and measures to an appropriate degree of accuracy (decimal places or significant figures). Use of inequality notation for error intervals due to truncation or rounding [9](#page=9).
* **Approximation:** Using approximation to estimate calculations, including those involving $\pi$ or surds [9](#page=9).
#### 1.2.3 M3. Ratio and proportion
* **Scale factors and diagrams:** Understanding and use of scale factors, scale diagrams, and maps [9](#page=9).
* **Expressing quantities:** Expressing a quantity as a fraction of another, where the fraction can be less than or greater than 1 [9](#page=9).
* **Ratio notation:** Understanding and use of ratio notation [9](#page=9).
* **Dividing quantities:** Dividing a quantity into two or more parts in a given ratio, and expressing this division as a ratio [9](#page=9).
* **Ratio in context:** Applying ratio to real contexts such as conversion, comparison, scaling, mixing, and concentrations. Expressing multiplicative relationships between quantities as ratios or fractions [9](#page=9).
* **Proportion:** Understanding and use of proportion, relating ratios to fractions and linear functions [9](#page=9).
* **Fractions in ratio:** Identifying and working with fractions within ratio problems [9](#page=9).
* **Percentages:** Definition of percentage as 'parts per hundred'. Interpretation of percentages and percentage changes as fractions or decimals, and multiplicatively. Expressing one quantity as a percentage of another, comparing quantities using percentages, working with percentages over 100%, and solving problems involving percentage change (increase/decrease, original value, simple interest) [9](#page=9).
* **Direct and inverse proportion:** Understanding and use of direct and inverse proportion, including algebraic representations and graphical interpretations. Setting up, using, and interpreting equations for problems involving direct and inverse proportion (including fractional powers). Understanding that $x$ is inversely proportional to $y$ is equivalent to $x$ is proportional to $\frac{1}{y}$ [10](#page=10).
* **Comparing magnitudes:** Comparing lengths, areas, and volumes using ratio notation. Making links to similarity (including trigonometric ratios) and scale factors [10](#page=10).
* **Growth and decay:** Setting up, solving, and interpreting answers in growth and decay problems, including compound interest and general iterative processes [10](#page=10).
#### 1.2.4 M4. Algebra
* **Algebraic notation:** Understanding and use of algebraic notation, including $ab$ for $a \times b$, $3y$ for $3 \times y$, $a^2$ for $a \times a$, $a^3$ for $a \times a \times a$, $a^2b$ for $a \times a \times b$, and $\frac{a}{b}$ for $a \div b$ [10](#page=10).
* **Index laws in algebra:** Use of index laws for multiplication and division of integer, fractional, and negative powers [10](#page=10).
* **Substituting into formulae:** Substituting numerical values into formulae and expressions, including scientific formulae. Understanding and using terms like expressions, equations, formulae, identities, inequalities, terms, and factors [10](#page=10).
* **Algebraic manipulation:** Collecting like terms, multiplying a single term over a bracket, taking out common factors, and expanding products of two or more binomials [10](#page=10).
* **Factorisation:** Factorising quadratic expressions of the form $x^2 + bx + c$ and $ax^2 + bx + c$, including the difference of two squares [10](#page=10).
* **Simplifying expressions:** Simplifying expressions involving sums, products, and powers, including index laws. Simplifying rational expressions by cancelling or factorising and cancelling. Using the four rules on algebraic rational expressions [10](#page=10).
* **Rearranging formulae:** Changing the subject of formulae [10](#page=10).
* **Equations and identities:** Understanding the difference between an equation and an identity, and arguing mathematically to show algebraic equivalence [10](#page=10).
* **Coordinates:** Working with coordinates in all four quadrants [10](#page=10).
* **Linear functions:** Identifying and interpreting gradients and intercepts of linear functions ($y = mx + c$) graphically and algebraically. Identifying parallel and perpendicular lines and the relationships between their gradients. Finding the equation of a line through two points or through one point with a given gradient [10](#page=10).
* **Quadratic functions:** Identifying and interpreting roots, intercepts, and turning points graphically. Deducing roots algebraically and turning points by completing the square [11](#page=11).
* **Graph sketching:** Recognising, sketching, and interpreting graphs of linear functions, quadratic functions, simple cubic functions, the reciprocal function ($y = \frac{1}{x}$), the exponential function ($y = k^x$), and trigonometric functions ($y = \sin x, y = \cos x, y = \tan x$) [11](#page=11).
* **Interpreting graphs:** Interpreting graphs (including reciprocal and exponential graphs) and non-standard functions in real contexts to find approximate solutions to problems, such as simple kinematic problems [11](#page=11).
* **Gradients and areas under graphs:** Calculating or estimating gradients of graphs and areas under graphs (including quadratic and non-linear graphs), and interpreting results in contexts like distance-time or speed-time graphs [11](#page=11).
* **Solving equations:** Setting up and solving, algebraically and graphically, simple equations including simultaneous equations involving two unknowns (one linear and one quadratic). Solving two simultaneous equations (linear/linear or linear/quadratic) algebraically and finding approximate solutions graphically. Translating simple situations into algebraic expressions or formulae, solving the equations, and interpreting the solutions [11](#page=11).
* **Solving quadratic equations:** Solving quadratic equations (including rearrangements) algebraically by factorising, completing the square, and using the quadratic formula ($x = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}$). Finding approximate solutions using a graph [11](#page=11).
* **Linear inequalities:** Solving linear inequalities in one or two variables and representing the solution set on a number line, graph, or in words [11](#page=11).
* **Sequences:** Generating terms of a sequence using term-to-term or position-to-term rules. Deducing expressions for the $n$th term of linear or quadratic sequences [11](#page=11).
#### 1.2.5 M5. Geometry
* **Geometric terms and notation:** Use of conventional terms and notation for points, lines, line segments, vertices, edges, planes, parallel lines, perpendicular lines, right angles, subtended angles, polygons, regular polygons, and polygons with symmetries [12](#page=12).
* **Angle properties:** Recall and use of angle properties at a point, on a straight line, for perpendicular lines, and opposite angles at a vertex. Understanding and using angle properties of parallel lines, intersecting lines, triangles, and quadrilaterals. Calculating and using the sum of interior and exterior angles of polygons [12](#page=12).
* **Quadrilaterals and triangles:** Deriving and applying properties and definitions of special quadrilaterals (square, rectangle, parallelogram, trapezium, kite, rhombus) and various types of triangles and other plane figures [12](#page=12).
* **Congruence:** Understanding and using basic congruence criteria for triangles (SSS, SAS, ASA, RHS) [12](#page=12).
* **Similarity:** Applying angle facts, triangle congruence, similarity, and properties of quadrilaterals to results about angles and sides. Identifying, describing, and constructing congruent and similar shapes, including on coordinate axes, through transformations (rotation, reflection, translation, enlargement). Describing translations as 2D vectors [12](#page=12).
* **Pythagoras' theorem:** Knowing and using the formula $a^2 + b^2 = c^2$ in both 2 and 3 dimensions [12](#page=12).
* **Circle terms:** Identifying and using conventional circle terms: centre, radius, chord, diameter, circumference, tangent, arc, sector, and segment. Understanding minor and major arcs, sectors, and segments [12](#page=12).
* **Circle theorems:** Applying standard circle theorems concerning angles, radii, tangents, and chords, and using them to prove related results, including: angle at centre is twice angle at circumference, angle in a semicircle is $90^\circ$, angles in the same segment are equal, angle between tangent and chord (alternate segment theorem), angle between radius and tangent is $90^\circ$, and properties of cyclic quadrilaterals [12](#page=12).
* **2D coordinate geometry:** Solving geometrical problems on 2-dimensional coordinate axes [12](#page=12).
* **3D shapes:** Knowing terminology for faces, surfaces, edges, and vertices of common 3D shapes. Interpreting plans and elevations of 3D shapes [13](#page=13).
* **Maps and bearings:** Using and interpreting maps and scale drawings, including three-figure bearings [13](#page=13).
* **Area and volume formulae:** Knowing and applying formulae for the area of triangles, parallelograms, trapezia, and the volume of cuboids and other right prisms. Knowing formulae for circumference and area of a circle, and volume of a right circular cylinder. Formulae for spheres, pyramids, and cones will be provided if needed. Calculating perimeters of 2D shapes, areas of circles and composite shapes, and surface area and volume of spheres, pyramids, cones, and composite solids [13](#page=13).
* **Sectors and arcs:** Calculating arc lengths, angles, and areas of sectors of circles [13](#page=13).
* **Congruence and similarity in 3D:** Applying concepts of congruence and similarity in simple figures, including relationships between lengths, areas, and volumes [13](#page=13).
* **Trigonometric ratios:** Knowing and using $\sin \theta = \frac{\text{opposite}}{\text{hypotenuse}}$, $\cos \theta = \frac{\text{adjacent}}{\text{hypotenuse}}$, $\tan \theta = \frac{\text{opposite}}{\text{adjacent}}$. Applying these to find angles and lengths in right-angled triangles and general triangles in 2D and 3D figures. Knowing exact values for $0^\circ, 30^\circ, 45^\circ, 60^\circ, 90^\circ$ for sine and cosine, and for $0^\circ, 30^\circ, 45^\circ, 60^\circ$ for tangent. Sine and cosine rules are not expected [13](#page=13).
* **Vectors:** Applying addition and subtraction of vectors, multiplication of vectors by a scalar, and diagrammatic and column representations. Using vectors to construct geometric arguments and proofs [13](#page=13).
#### 1.2.6 M6. Statistics
* **Data interpretation and construction:** Interpreting and constructing tables, charts, and diagrams, including two-way tables, frequency tables, bar charts, pie charts, pictograms (for categorical data), vertical line charts (for ungrouped discrete data), and tables and line graphs for time series data. Knowing the appropriate use of each representation [14](#page=14).
* **Grouped and continuous data:** Interpreting and constructing histograms (with equal and unequal class intervals) and cumulative frequency graphs. Understanding and using the term 'frequency density' [14](#page=14).
* **Measures of central tendency and spread:** Calculating the mean, mode, median, and range for ungrouped data. Finding the modal class and calculating estimates for the range, mean, and median for grouped data, understanding why these are estimates. Describing populations using statistics, making simple comparisons, and comparing data sets using like-for-like summary values. Understanding the advantages and disadvantages of summary values. Calculating estimates of mean, median, mode, range, quartiles, and interquartile range from graphical representations of grouped data. Using the median and interquartile range to compare distributions [14](#page=14).
* **Scatter graphs:** Use and interpretation of scatter graphs of bivariate data. Recognising correlation (and knowing it does not imply causation). Drawing estimated lines of best fit, and interpolating/extrapolating trends, understanding the dangers of doing so [14](#page=14).
#### 1.2.7 M7. Probability
* **Frequency and outcomes:** Analysing the frequency of outcomes of probability experiments using tables and frequency trees [14](#page=14).
* **Randomness and fairness:** Applying ideas of randomness, fairness, and equally likely events to calculate expected outcomes of multiple future experiments. Understanding that repeated experiments may yield different outcomes [14](#page=14).
* **Theoretical probability:** Relating relative expected frequencies to theoretical probability, using appropriate language and the 0 to 1 probability scale [14](#page=14).
* **Probability properties:** Applying the property that the probabilities of an exhaustive set of outcomes sum to one, and the property that the probabilities of an exhaustive set of mutually exclusive events sum to one [15](#page=15).
* **Enumerating outcomes:** Systematically enumerating sets and combinations of sets using tables, grids, Venn diagrams, and tree diagrams. Formal set theory notation is not expected [15](#page=15).
* **Possibility spaces:** Constructing theoretical possibility spaces for single and combined experiments with equally likely outcomes, and using them to calculate theoretical probabilities [15](#page=15).
* **Adding/multiplying probabilities:** Knowing when to add or multiply two probabilities, and understanding conditional probability. Calculating and interpreting conditional probabilities using two-way tables, tree diagrams, and Venn diagrams. Understanding the use of tree diagrams for independent and dependent probabilities [15](#page=15).
---
# Structure and content of the TMUA papers
This section details the format, timing, and content focus of the Test of Mathematics for University Admission (TMUA) papers [2](#page=2).
### 2.1 Overview of the TMUA structure
The TMUA consists of two papers, each lasting 75 minutes and containing 20 multiple-choice questions. These papers are administered consecutively. All questions across both papers hold equal weight, and there is no penalty for incorrect answers, encouraging candidates to attempt every question. Students are expected to know and recall all necessary formulae, as no formula booklet is provided. Furthermore, calculators are not permitted during the test [2](#page=2).
### 2.2 Paper 1: Applications of mathematical knowledge
* **Time:** 75 minutes [2](#page=2).
* **Content:** 20 multiple-choice questions [2](#page=2).
* **Requirements:** Candidates must be familiar with the mathematical content outlined in Section 1 of the TMUA specifications [2](#page=2).
* **Focus:** This paper assesses a candidate's capacity to apply their mathematical knowledge across various scenarios [2](#page=2).
### 2.3 Paper 2: Mathematical reasoning
* **Time:** 75 minutes [2](#page=2).
* **Content:** 20 multiple-choice questions [2](#page=2).
* **Requirements:** Candidates are expected to be familiar with the mathematical content from both Section 1 and Section 2 of the TMUA specifications [2](#page=2).
* **Focus:** This paper evaluates a candidate's ability to use their conceptual understanding to build and scrutinize mathematical arguments [2](#page=2).
> **Tip:** Since calculators are not allowed and no formula booklet is provided, thorough memorization of key formulas and a strong understanding of mathematical concepts are crucial for success in both papers. Attempting all questions is advisable due to the absence of a penalty for incorrect answers [2](#page=2).
---
# Mathematical reasoning and proof for Paper 2
This section outlines the requirements for Paper 2, focusing on a candidate's mathematical thinking skills, including understanding and constructing arguments, logic, and proof techniques [16](#page=16).
### 3.1 The logic of arguments
Candidates must understand and be able to use mathematical logic in simple situations. This includes [16](#page=16):
* **Truth values:** Understanding the terms "true" and "false" [16](#page=16).
* **Logical connectives:** Understanding and using "and", "or" (inclusive or), and "not" [16](#page=16).
* **Conditional statements:** Comprehending statements of the form:
* "if A then B"
* "A if B"
* "A only if B"
* "A if and only if B" [16](#page=16).
* **Converse and contrapositive:** Understanding the converse of a statement and the contrapositive of a statement [16](#page=16).
* **Relationship between truth values:** Understanding the relationship between the truth of a statement and the truth of its converse and contrapositive [16](#page=16).
> **Tip:** While symbolic notation and formal truth tables are not required, a conceptual understanding of how these logical structures operate is essential [16](#page=16).
* **Necessary and sufficient conditions:** Understanding and using the terms "necessary" and "sufficient" [16](#page=16).
* **Quantifiers:** Understanding and using the terms "for all", "for some" (meaning for at least one), and "there exists" [16](#page=16).
* **Negation:** Being able to negate statements that use any of the aforementioned logical terms [16](#page=16).
### 3.2 Mathematical proof
Candidates are expected to follow proofs of specific types and, in simple cases, to construct such proofs. The required proof types are [16](#page=16):
* **Direct deductive proof:** This involves a sequence of logical steps, starting from given statements and leading to the desired conclusion (e.g., "Since A, therefore B, therefore C,..., therefore Z, which is what we wanted to prove.") [16](#page=16).
* **Proof by cases:** This involves breaking down a problem into distinct cases and proving the statement for each case separately (e.g., considering even and odd cases) [16](#page=16).
* **Proof by contradiction:** This method involves assuming the negation of the statement to be proven and then deriving a contradiction, thereby proving the original statement [16](#page=16).
* **Disproof by counterexample:** To disprove a statement, one needs to provide a specific instance (a counterexample) that demonstrates the statement is false [16](#page=16).
Furthermore, candidates must:
* **Deduce implications:** Be able to deduce implications from given statements [16](#page=16).
* **Make and justify conjectures:** Be able to make conjectures based on examining small cases and then provide justification for these conjectures [16](#page=16).
* **Order proofs:** Rearrange a sequence of statements into the correct order to form a valid proof [16](#page=16).
* **Complex reasoning:** Solve problems that require a sophisticated chain of reasoning [16](#page=16).
### 3.3 Identifying errors in proofs
Candidates are expected to:
* **Identify errors:** Be able to identify errors within purported mathematical proofs [17](#page=17).
* **Recognise common errors:** Be aware of common mathematical mistakes that can occur in proofs [17](#page=17).
> **Example:** Common errors include incorrectly assuming that if $ab = ac$, then $b = c$ (this is only valid if $a \neq 0$) or assuming that if $\sin A = \sin B$, then $A = B$ (this is not always true due to the periodic nature of the sine function and symmetry) [17](#page=17).
---
## Common mistakes to avoid
- Review all topics thoroughly before exams
- Pay attention to formulas and key definitions
- Practice with examples provided in each section
- Don't memorize without understanding the underlying concepts
Glossary
| Term | Definition |
|------|------------|
| Laws of indices | These are rules that govern how exponents are manipulated, such as $a^m \times a^n = a^{m+n}$ and $(a^m)^n = a^{mn}$. They apply to rational exponents, including fractions and negative numbers. |
| Surds | Surds are expressions involving roots, typically square roots, that cannot be simplified to a rational number. Examples include $\sqrt{2}$ and $\sqrt{3}$. Manipulating surds involves simplifying expressions and rationalizing denominators. |
| Discriminant of a quadratic function | The discriminant is a part of the quadratic formula that indicates the nature of the roots of a quadratic equation. For a quadratic equation $ax^2 + bx + c = 0$, the discriminant is $\Delta = b^2 - 4ac$. If $\Delta > 0$, there are two distinct real roots; if $\Delta = 0$, there is one repeated real root; if $\Delta < 0$, there are no real roots. |
| Factor Theorem | The Factor Theorem states that a polynomial $f(x)$ has a factor $(x-a)$ if and only if $f(a)=0$. This is a direct consequence of the Remainder Theorem. |
| Remainder Theorem | The Remainder Theorem states that when a polynomial $f(x)$ is divided by $(x-a)$, the remainder is $f(a)$. This theorem helps in finding remainders without performing polynomial long division. |
| Recurrence relation | A recurrence relation defines a sequence where each term is defined as a function of preceding terms. For example, $x_{n+1} = f(x_n)$ or $x_{n+1} = ax_n + b$. |
| Geometric series | A geometric series is a series where each term after the first is found by multiplying the previous one by a fixed, non-zero number called the common ratio. The sum of a finite geometric series is given by $S_n = \frac{a(1-r^n)}{1-r}$ where $a$ is the first term and $r$ is the common ratio. |
| Binomial expansion | The binomial expansion is a formula for expanding powers of a binomial. For a positive integer $n$, $(1+x)^n = \sum_{k=0}^{n} \binom{n}{k} x^k$. The notation $\binom{n}{k}$ represents the binomial coefficient. |
| Coordinate geometry of the circle | This involves using algebraic equations to describe properties of circles. The standard forms of a circle's equation are $(x-a)^2 + (y-b)^2 = r^2$ for a circle with centre $(a,b)$ and radius $r$, and $x^2 + y^2 + cx + dy + e = 0$ for a general circle. |
| Radian measure | Radians are a unit of angle measurement, where one radian is the angle subtended at the centre of a circle by an arc equal in length to the radius. $2\pi$ radians is equivalent to 360 degrees. |
| Trigonometric functions | These are functions that relate angles of a right-angled triangle to the ratios of its sides. The primary trigonometric functions are sine (sin), cosine (cos), and tangent (tan). Their graphs exhibit periodicity and symmetry. |
| Logarithms | Logarithms are the inverse operations to exponentiation. The equation $a^b = c$ is equivalent to $b = \log_a c$. Laws of logarithms allow for the manipulation of logarithmic expressions, such as $\log_a x + \log_a y = \log_a (xy)$. |
| Differentiation | Differentiation is the process of finding the rate of change of a function. The derivative of a function $f(x)$ at a point represents the gradient of the tangent to the graph of $y=f(x)$ at that point. Notation includes $f'(x)$ and $\frac{dy}{dx}$. |
| Stationary points | Stationary points on a graph are points where the derivative of the function is zero, indicating a horizontal tangent. These can be local maxima, local minima, or points of inflection. |
| Integration | Integration is the process of finding the area under a curve or the antiderivative of a function. A definite integral $\int_a^b f(x) dx$ represents the area between the curve $y=f(x)$ and the x-axis from $x=a$ to $x=b$. The Fundamental Theorem of Calculus links differentiation and integration. |
| Trapezium rule | The trapezium rule is a numerical method for approximating the definite integral (area under a curve). It divides the area into trapezoids and sums their areas. |
| Transformations of graphs | These are operations that alter the position, size, or shape of a graph. Common transformations include translations (shifting), scaling (stretching or compressing), and reflections. These can be represented as $y=af(x)$, $y=f(x)+a$, $y=f(x+a)$, and $y=f(ax)$. |
| Algebraic division | This refers to the process of dividing polynomials using algebraic methods, similar to long division for numbers. It can be used to factorize polynomials or to simplify rational expressions. |
| Direct proportion | Two quantities are directly proportional if they increase or decrease at the same rate. This can be expressed as $y = kx$, where $k$ is the constant of proportionality. Their graphs are straight lines passing through the origin. |
| Inverse proportion | Two quantities are inversely proportional if as one increases, the other decreases proportionally. This can be expressed as $y = \frac{k}{x}$ or $xy = k$, where $k$ is the constant of proportionality. Their graphs are hyperbolas. |
| Congruence criteria | These are conditions used to determine if two triangles are congruent (identical in shape and size). The standard criteria are SSS (side-side-side), SAS (side-angle-side), ASA (angle-side-angle), and RHS (right angle-hypotenuse-side). |
| Similarity | Two shapes are similar if they have the same shape but potentially different sizes. Corresponding angles are equal, and corresponding sides are in proportion. Scale factors relate the lengths of corresponding sides. |
| Pythagoras’ theorem | A theorem stating that in a right-angled triangle, the square of the hypotenuse (the side opposite the right angle) is equal to the sum of the squares of the other two sides. Mathematically, $a^2 + b^2 = c^2$. |
| Circle theorems | These are a set of geometric theorems relating angles, radii, tangents, and chords in a circle. Examples include the angle at the centre being double the angle at the circumference, and the angle in a semicircle being 90 degrees. |
| Vectors | Vectors are mathematical objects that have both magnitude and direction. They can be represented by arrows or in column notation, e.g., $\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}$. Vector operations include addition, subtraction, and scalar multiplication. |
| Histograms | Histograms are graphical representations of the distribution of numerical data. They use bars to represent the frequency of data within specified intervals (classes). For unequal class intervals, frequency density is used on the vertical axis. |
| Cumulative frequency graph | A graph that plots the cumulative frequency of data against the upper class boundaries. It is used to estimate median, quartiles, and percentiles. |
| Correlation | Correlation describes the statistical relationship between two variables. It can be positive (variables tend to increase together), negative (one variable tends to increase as the other decreases), or zero (no linear relationship). Correlation does not imply causation. |
| Conditional probability | The probability of an event occurring given that another event has already occurred. It is denoted as $P(A|B)$ and calculated as $P(A|B) = \frac{P(A \cap B)}{P(B)}$. |
| Tree diagrams | Tree diagrams are used to represent the outcomes of a sequence of events, particularly in probability. They are useful for calculating probabilities of combined events, especially when probabilities are dependent on previous outcomes. |
| Mathematical logic | The study of reasoning and argumentation. Key concepts include truth values (true/false), logical connectives (and, or, not), conditional statements (if...then), and their converses and contrapositives. |
| Proof by contradiction | A method of proof where one assumes the statement to be proven is false and then derives a contradiction, thereby showing the original statement must be true. |
| Disproof by counterexample | To disprove a statement, it is sufficient to find a single instance (a counterexample) where the statement does not hold true. |
| Argumentative reasoning | The process of constructing and evaluating logical arguments. This involves understanding premises, conclusions, implications, and the validity of deductive and inductive reasoning. |
| Necessary and sufficient conditions | A condition that is necessary for an event to occur must be met. A condition that is sufficient guarantees the event will occur. If a condition is both necessary and sufficient, it is equivalent to the event. |