كوب قهوة عند 88 °C تُرك في غرفة عند 23 °C. بعد 24 min تكون درجة حرارتها 38 °C. تتبع قانون نيوتن للتبريد، dT/dt = −k·(T − Tₐ). كم من الوقت بعد البداية، t، يلزم لبلوغ 30 °C؟
T0 = 88 °CTa = 23 °CT(24) = 38 °CT = 30 °C
t = min
10.المعادلات التفاضليةصعبة
حلّ مسألة القيمة الابتدائية y′ + 3y/x = 1 لـ x > 0، مع y(1) = −3. أوجد y(2).
y′ + 3y/x = 1y(1) = −3
y(2) =
11.المصفوفات والمحدداتمتوسطة
أوجد المحدد det A للمصفوفة A ذات 3×3 المعروضة.
A = [−5 4 −3; −2 −4 −4; −1 0 1]
det A =
12.المصفوفات والمحدداتصعبة
أوجد القيمة الذاتية الأكبر λ للمصفوفة A المعروضة.
A = [2 −1; 3 6]
λ =
13.المتّجهات: الضرب القياسي والاتجاهيمتوسطة
أوجد قيمة k التي يكون عندها المتّجهان a = (−3, −4, 0) و b = (k, −1, −4) متعامدين.
a = (−3, −4, 0)b = (k, −1, −4)
k =
14.المتّجهات: الضرب القياسي والاتجاهيصعبة
متّجه الوحدة n̂ عمودي على a = (5, −2, 1) و b = (−3, 0, −3) كليهما وله مركّبة z موجبة. أوجد مركّبته y n̂y.
a = (5, −2, 1)b = (−3, 0, −3)n̂z > 0
n̂y =
15.الاحتمالمتوسطة
يُرمى حجر نرد منتظم 8 مرات. ما احتمال P الحصول على ستة واحدة على الأقل؟
n = 8
P =
16.الاحتمالصعبة
يحتوي اختبار على 10 أسئلة اختيار من متعدد. طالبة تخمّن تجيب عن كل سؤال صحيحًا باحتمال 0,1، باستقلال. ما احتمال P الحصول على 2 إجابات صحيحة بالضبط؟
كمية موزعة توزيعًا طبيعيًا بمتوسط 500 وانحراف معياري 40. ما نسبة P القيم الأكبر من 540؟
μ = 500σ = 40x = 540
P =
19.التوزيع الطبيعيمتوسطة
كتل المسامير الملولبة مستقلة وطبيعية بمتوسط 40 g وانحراف معياري 1,2 g. أوجد الاحتمال P بأن تتجاوز الكتلة الكلية لـ 5 منها 202,7 g. قرّب z إلى منزلتين عشريتين.
μ = 40 gσ = 1,2 gn = 5> 202,7 g
P =
20.التوزيع الطبيعيصعبة
درجات معدل الذكاء (IQ) موزعة توزيعًا طبيعيًا بمتوسط 100 درجة وانحراف معياري 15 درجة. أوجد القيمة x التي يقع تحتها 97,5% منها (المئين 97,5).
μ = 100σ = 15P = 97,5%
x = درجة
3المحاليل
1.النهايات
الإجابة: L = 2,718
النهايات: جرّب أولًا التعويض المباشر. إذا أعطى 0/0، فبسّط أولًا: حلّل واختصر العامل المشترك، أو اضرب في المرافق. عندما x → ∞، اقسم البسط والمقام على أعلى قوة لـ x. قاعدة لوبيتال: إذا أعطت f/g الصيغة 0/0 أو ∞/∞، فإن lim f/g = lim f′/g′، باشتقاق البسط والمقام كلٌّ على حدة (لا بقاعدة القسمة).
خذ اللوغاريتم
ln L = limx→∞ x·ln(1 + 1/x)
احسب
ln(1 + u)/u → 1 عندما u → 0، لذا x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 1·1 = 1
أزل اللوغاريتم
L = e1 = 2,718
الإجابة
L = 2,718
2.النهايات
الإجابة: L = 2
النهايات: جرّب أولًا التعويض المباشر. إذا أعطى 0/0، فبسّط أولًا: حلّل واختصر العامل المشترك، أو اضرب في المرافق. عندما x → ∞، اقسم البسط والمقام على أعلى قوة لـ x. قاعدة لوبيتال: إذا أعطت f/g الصيغة 0/0 أو ∞/∞، فإن lim f/g = lim f′/g′، باشتقاق البسط والمقام كلٌّ على حدة (لا بقاعدة القسمة).
التطبيق الأول
(2·e2x − 2)/(2x) → 0/0
التطبيق الثاني
4·e2x/2
عوّض x = 0
L = 4·1/2 = 2
الإجابة
L = 2
3.المشتقات
الإجابة: f′(2) = 0,75
الاشتقاق: المشتقة f′(x) هي ميل المنحنى عند x. قاعدة القوة: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. قاعدة الضرب: (uv)′ = u′v + uv′. قاعدة السلسلة: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). حيث f′(x) = 0 يكون للمنحنى مماس أفقي: قيمة عظمى أو صغرى أو نقطة سرج.
قاعدة السلسلة للوغاريتم
f′(x) = 6x/(3x2 + 4)
عوّض
f′(2) = 12/16 = 0,75
الإجابة
f′(2) = 0,75
4.المشتقات
الإجابة: x = 1
الاشتقاق: المشتقة f′(x) هي ميل المنحنى عند x. قاعدة القوة: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. قاعدة الضرب: (uv)′ = u′v + uv′. قاعدة السلسلة: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). حيث f′(x) = 0 يكون للمنحنى مماس أفقي: قيمة عظمى أو صغرى أو نقطة سرج.
المشتقة
f′(x) = 3x2 − 18x + 15 = 3·(x2 − 6x + 5)
حُلّ f′(x) = 0
x = 1 أو x = 5
أيهما أي
f″(x) = 6x − 18: سالبة عند القيمة العظمى، وموجبة عند الصغرى.
f″(1) = −12, f″(5) = 12
x = 1
الإجابة
x = 1
5.التكاملات
الإجابة: I = 201,2
التكاملات المحددة: ∫ₐᵇ f(x) dx هو المساحة ذات الإشارة بين المنحنى والمحور x من a إلى b. أوجد دالة أصلية F (حيث F′ = f) واحسب F(b) − F(a). قاعدة القوة: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). المساحة بين منحنيين هي ∫(العلوي − السفلي) dx.
الدالة الأصلية
F(x) = e2x/2
عوّض الحدود
I = (e6 − 1)/2 = (403,4 − 1)/2 = 201,2
الإجابة
I = 201,2
6.التكاملات
الإجابة: I = 98,43
التكامل بالتجزئة: ∫u·dv = u·v − ∫v·du، وهو ناتج عن قاعدة الضرب. اختر u العامل الذي يصبح أبسط عند اشتقاقه (قوة لـ x، أو ln x)، واختر dv العامل الذي تستطيع تكامله (eˣ أو sin x أو cos x، أو x حين تكون u = ln x). وفي التكامل المحدد قيّم u·v عند الحدّين: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. العامل x² يحتاج إلى جولتين.
الجولة الأولى
∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx
الجولة الثانية
∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)
النهايات
20,09·(5) − 1·2 = 98,43
الإجابة
I = 98,43
7.الأعداد المركبة
الإجابة: θ = 15 °
الصيغة القطبية: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ، حيث r = |z| و θ = arg z. والعودة إلى الصيغة الديكارتية: a = r cos θ، b = r sin θ. تحتاج السعة إلى الربع: θ = atan(b/a) فقط عندما a > 0؛ وعندما a < 0 أضف 180° أو اطرحها. في الصيغة القطبية الضرب سهل: اضرب الطويلتين واجمع السعتين؛ وللقسمة اقسم الطويلتين واطرح السعتين.
طويلة w وسعتها
|w| = 2 · 2 = 4
θ = 40° + (−25)° = 15°
السعة
θ = 15°
الإجابة
θ = 15°
8.الأعداد المركبة
الإجابة: |z| = 6,403
دي موافر والجذور: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. للمعادلة zⁿ = R∠φ بالضبط n جذرًا، كلها بطويلة R1/n، عند السعات (φ + 360°·k)/n لـ k = 0, 1, …, n − 1: تقع متباعدة بانتظام على دائرة، بفارق 360°/n. للمعادلة التربيعية z² + pz + q = 0 مع p² < 4q جذران مركبان z = −p/2 ± j√(q − p²/4)؛ وكثير الحدود ذو المعاملات الحقيقية تأتي جذوره المركبة دائمًا في أزواج مترافقة a ± jb.
المميِّز
p² − 4q = 64 − 164 = −100 < 0
قانون المعادلة التربيعية
z = (−8 ± j√100)/2 = −4 + j5, −4 − j5
الإجابة
|z| = √((−4)² + 5²) = √41 = 6,403
الإجابة
|z| = 6,403
9.المعادلات التفاضلية
الإجابة: t = 36,47 min
المعادلات التفاضلية من الرتبة الأولى: للمعادلة dy/dt = k·y الحل y = y₀·ekt (نمو عندما k > 0، واضمحلال عندما k < 0)؛ وعمر النصف T يعطي k = ln 2/T. قانون نيوتن للتبريد dT/dt = −k·(T − Tₐ) يعطي T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. المعادلة الخطية y′ + p(x)·y = q(x) تُحلّ بعامل التكامل μ = e∫p dx: (μy)′ = μq، لذا μy = ∫μq dx + C.
ثابت التبريد
k = ln(65/15)/24 = 0,0611 min⁻¹
الزمن لبلوغ القيمة المستهدفة
t = ln(65/7)/0,0611 = 36,47 min
الإجابة
t = 36,47 min
10.المعادلات التفاضلية
الإجابة: y(2) = 0,09375
المعادلات التفاضلية من الرتبة الأولى: للمعادلة dy/dt = k·y الحل y = y₀·ekt (نمو عندما k > 0، واضمحلال عندما k < 0)؛ وعمر النصف T يعطي k = ln 2/T. قانون نيوتن للتبريد dT/dt = −k·(T − Tₐ) يعطي T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. المعادلة الخطية y′ + p(x)·y = q(x) تُحلّ بعامل التكامل μ = e∫p dx: (μy)′ = μq، لذا μy = ∫μq dx + C.
عامل التكامل
μ = e∫3/x dx = x3
كامل
(x3y)′ = x3 → x3y = 1x4/4 + C
الشرط الابتدائي
−3 = 1/4 + C → C = −3,25
احسب
y(2) = (1·24/4 + (−3,25))/23 = 0,09375
الإجابة
y(2) = 0,09375
11.المصفوفات والمحددات
الإجابة: det A = 56
المصفوفات: محدد مصفوفة 2×2 هو ad − bc. وللمصفوفة 3×3، انشر على صف: كل عنصر مضروب في محدد المصفوفة 2×2 المتبقية بعد حذف صفه وعموده، مع إشارات متناوبة + − +. القيم الذاتية λ تحقق det(A − λI) = 0؛ وللمصفوفة 2×2 يكون ذلك λ² − (الأثر)·λ + det = 0.
مصغّرات 2×2 للصف الأول
M₁₁ = −4, M₁₂ = −6, M₁₃ = −4
النشر بالمعاملات المرافقة
det A = (−5)·(−4) − 4·(−6) + (−3)·(−4) = 56
الإجابة
det A = 56
12.المصفوفات والمحددات
الإجابة: λ = 5
المصفوفات: محدد مصفوفة 2×2 هو ad − bc. وللمصفوفة 3×3، انشر على صف: كل عنصر مضروب في محدد المصفوفة 2×2 المتبقية بعد حذف صفه وعموده، مع إشارات متناوبة + − +. القيم الذاتية λ تحقق det(A − λI) = 0؛ وللمصفوفة 2×2 يكون ذلك λ² − (الأثر)·λ + det = 0.
المعادلة المميزة
λ² − (8)λ + (15) = 0
الحل
λ = (8 ± √(4))/2 → λ = 3, 5
λ = 5
الإجابة
λ = 5
13.المتّجهات: الضرب القياسي والاتجاهي
الإجابة: k = 1,333
Dot product:a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, a scalar. It gives the angle between two vectors, cos θ = a·b/(|a|·|b|), and it is zero when they are perpendicular. The scalar projection of a onto b is a·b/|b|, and a constant force F moving through a displacement d does work W = F·d.
الضرب القياسي يساوي صفرًا
a·b = (−3)·k + (−4)·(−1) + 0·(−4) = 0
4 + (−3)·k = 0
حلّ لإيجاد k
k = −4/(−3) = 1,333
الإجابة
k = 1,333
14.المتّجهات: الضرب القياسي والاتجاهي
الإجابة: n̂y = −0,8165
Cross product:a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) is perpendicular to both vectors, and |a × b| = |a|·|b|·sin θ is the area of the parallelogram they span (the triangle has half of it). Order matters: b × a = −(a × b). The moment of a force F applied at point A about point O is MO = r × F, with r = A − O.
الاحتمال: مع النتائج المتساوية الاحتمال، P(A) = المواتية/الكلية. للأحداث المستقلة نضرب: P(A و B) = P(A)·P(B). كثيرًا ما يفيد الحدث المتمم: P(واحد على الأقل) = 1 − P(لا شيء). ذو الحدين: في n محاولة مستقلة باحتمال نجاح p، P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
الحدث المتمم
P(لا ستة) = (5/6)8 = 0,2326
P = 1 − 0,2326 = 0,7674
الإجابة
P = 0,7674
16.الاحتمال
الإجابة: P = 0,1937
الاحتمال: مع النتائج المتساوية الاحتمال، P(A) = المواتية/الكلية. للأحداث المستقلة نضرب: P(A و B) = P(A)·P(B). كثيرًا ما يفيد الحدث المتمم: P(واحد على الأقل) = 1 − P(لا شيء). ذو الحدين: في n محاولة مستقلة باحتمال نجاح p، P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
صيغة ذي الحدين
P(X = 2) = 45·0,12·0,98 = 45·0,01·0,4305 = 0,1937
الإجابة
P = 0,1937
17.الإحصاء الوصفي
الإجابة: s = 16,11
الإحصاء الوصفي: المتوسط هو المجموع مقسومًا على n؛ والوسيط هو القيمة الوسطى للبيانات المرتبة (متوسط القيمتين الوسطيين عندما يكون n زوجيًا). الانحراف المعياري للعينة s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). الدرجة المعيارية z = (x − μ)/σ تبيّن كم انحرافًا معياريًا تبعد القيمة عن المتوسط.
الإحصاء الوصفي: المتوسط هو المجموع مقسومًا على n؛ والوسيط هو القيمة الوسطى للبيانات المرتبة (متوسط القيمتين الوسطيين عندما يكون n زوجيًا). الانحراف المعياري للعينة s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). الدرجة المعيارية z = (x − μ)/σ تبيّن كم انحرافًا معياريًا تبعد القيمة عن المتوسط.
حوّل إلى الصيغة المعيارية
z = 1
جدول التوزيع الطبيعي المعياري
Φ(1) = 0,8413
P = 1 − 0,8413 = 0,1587
الإجابة
P = 0,1587
19.التوزيع الطبيعي
الإجابة: P = 0,1562
مجاميع المتغيرات الطبيعية وفروقها: إذا كان X وY مستقلين وطبيعيين فإن X + Y وX − Y طبيعيان أيضًا. تُجمع المتوسطات أو تُطرح: E(X ± Y) = μX ± μY. أما التباينات فدائمًا تُجمع، حتى في الفرق: Var(X ± Y) = σX² + σY²، إذن σ = √(σX² + σY²). ولا تُجمع الانحرافات المعيارية مباشرةً أبدًا. مجموع n عنصرًا مستقلًا لها التوزيع نفسه متوسطه n·μ وانحرافه المعياري σ·√n. ثم عيّر كالمعتاد: z = (x − المتوسط)/σ واقرأ Φ(z).
توزيع المجموع الكلي
μT = 200 g, σT = 1,2·√5 = 2,683 g
حوّل إلى الصيغة المعيارية
z = (202,7 − 200)/2,683 = 1,01
الاحتمال
P = 1 − Φ(1,01) = 0,1562
الإجابة
P = 0,1562
20.التوزيع الطبيعي
الإجابة: x = 129,4 درجة
التوزيع الطبيعي: حوّل القيمة x إلى درجة معيارية z = (x − μ)/σ، وهي تعدّ الانحرافات المعيارية عن المتوسط. يعطي جدول z (أو Φ(z)) المساحة على يسار z، وهي P(X < x). المساحة على اليمين هي 1 − Φ(z)، والمساحة بين قيمتين هي الفرق بين مساحتيهما.