علبة مشروب غازي عند 5 °C أُخرجت من الثلاجة إلى غرفة عند 27 °C. تتبع قانون نيوتن للتبريد، dT/dt = −k·(T − Tₐ). مع k = 0,1 min⁻¹، أوجد درجة حرارتها T بعد 25 min.
T0 = 5 °CTa = 27 °Ck = 0,1 min⁻¹t = 25 min
T = °C
10.المعادلات التفاضليةصعبة
يخضع نظام للمعادلة y″ + y′ + 16,25y = 81,25 عندما t ≥ 0، بادئًا من السكون: y(0) = 0 وy′(0) = 0. أوجد y(0,5)؛ الزوايا بالراديان.
y″ + y′ + 16,25y = 81,25y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =
11.المصفوفات والمحدداتمتوسطة
أوجد المحدد det A للمصفوفة A ذات 3×3 المعروضة.
A = [−3 −1 −1; 5 −4 3; −1 −1 1]
det A =
12.المصفوفات والمحدداتصعبة
أوجد القيمة الذاتية الأكبر λ للمصفوفة A المعروضة.
A = [3 2; 1 2]
λ =
13.المتّجهات: الضرب القياسي والاتجاهيمتوسطة
تؤثّر قوة ثابتة F = (−20, 0, −25) N على جسم بينما يتحرّك في خط مستقيم من النقطة A(−2, 2, −5) إلى النقطة B(0, 0, 2). الإحداثيات بالمتر. أوجد الشغل W الذي تبذله القوة.
F = (−20, 0, −25) NA(−2, 2, −5) mB(0, 0, 2) m
W = J
14.المتّجهات: الضرب القياسي والاتجاهيصعبة
متّجه الوحدة n̂ عمودي على a = (−5, −2, −2) و b = (−4, 3, −3) كليهما وله مركّبة z موجبة. أوجد مركّبته y n̂y.
كمية موزعة توزيعًا طبيعيًا بمتوسط 50 وانحراف معياري 20. ما نسبة P القيم الأكبر من 20؟
μ = 50σ = 20x = 20
P =
19.التوزيع الطبيعيمتوسطة
اسحب z بحيث تكون المساحة المظللة تحت المنحنى الطبيعي القياسي، على يمين z، مساوية 0,2912. أوجد z بمنزلتين عشريتين.
A = 0,2912
z =
20.التوزيع الطبيعيصعبة
تتوزع أعمار البطاريات توزيعًا طبيعيًا بمتوسط 500 h وانحراف معياري 40 h. اسحب حد القطع بحيث تقع المساحة المظللة للأعلى 80% على يمينه. أوجد حد القطع x.
μ = 500 hσ = 40 h80%
x = h
3المحاليل
1.النهايات
الإجابة: L = 1,75
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).
اضرب في المرافق
f(x) = 7x/(√(4x2 + 7x) + 2x)
اقسم على x
f(x) = 7/(√(4 + 7/x) + 2)
اجعل x → ∞
L = 7/(2 + 2) = 1,75
الإجابة
L = 1,75
2.النهايات
الإجابة: L = 0,5
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
(−1·e−x + 1)/(2x) → 0/0
التطبيق الثاني
1·e−x/2
عوّض x = 0
L = 1·1/2 = 0,5
الإجابة
L = 0,5
3.المشتقات
الإجابة: f′(−2) = −0,5
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) = 2x/(x2 + 4)
عوّض
f′(−2) = −4/8 = −0,5
الإجابة
f′(−2) = −0,5
4.المشتقات
الإجابة: b = −2
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.
النقطة والميل
f(−2) = −2
f′(x) = −2x − 4 → f′(−2) = 0
المماس عند x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −2 − 0·(−2) = −2
الإجابة
b = −2
5.التكاملات
الإجابة: I = 3,219
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) = 2·ln x
عوّض الحدود
I = 2·(ln 10 − ln 2) = 2·ln 5 = 3,219
الإجابة
I = 3,219
6.التكاملات
الإجابة: V = 163,6
أحجام الدوران: تدوير المنطقة تحت y = f(x) من x = a إلى x = b حول المحور x يولّد جسمًا مقطعه عند x قرص نصف قطره f(x). وجمع الأقراص يعطي V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. وحين تقع المنطقة بين منحنى خارجي R(x) ومنحنى داخلي r(x)، تكون كل شريحة حلقة (واشر): V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. ربّع نصفي القطرين قبل أن تطرحهما.
نقاط التقاطع
5x = 2x² → x = 0, x = 2,5
طريقة الحلقات (الواشر)
V = π∫₀2,5 ((5x)² − (2x²)²) dx
كامل
V = π(25·2,5³/3 − 4·2,5⁵/5) = π·52,08 = 163,6
الإجابة
V = 163,6
7.الأعداد المركبة
الإجابة: θ = −105 °
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 / 4 = 0,5
θ = −60° − 45° = −105°
السعة
θ = −105°
الإجابة
θ = −105°
8.الأعداد المركبة
الإجابة: |z| = 5,385
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 = 16 − 116 = −100 < 0
قانون المعادلة التربيعية
z = (−4 ± j√100)/2 = −2 + j5, −2 − j5
الإجابة
|z| = √((−2)² + 5²) = √29 = 5,385
الإجابة
|z| = 5,385
9.المعادلات التفاضلية
الإجابة: T = 25,19 °C
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.
حلّ قانون التبريد
T(t) = 27 + (−22)·e−0,1t
عوّض t
T(25) = 27 + (−22)·0,08208 = 25,19 °C
الإجابة
T = 25,19 °C
10.المعادلات التفاضلية
الإجابة: y(0.5) = 6,178
المعادلات الخطية من الرتبة الثانية: للمعادلة y″ + b·y′ + c·y = 0 جرّب y = ert: فتحصل على المعادلة المميِّزة r² + b·r + c = 0. جذران حقيقيان r₁ ≠ r₂ يعطيان y = A·er₁t + B·er₂t (فوق التخميد)؛ وجذر مضاعف r يعطي y = (A + Bt)·ert (تخميد حرج)؛ وجذران مركّبان −α ± jω يعطيان y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (تحت التخميد، متذبذب). تحدد القيمتان الابتدائيتان y(0) وy′(0) الثابتين A وB. وعند كتابتها y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 تكون ωn التردد الطبيعي وζ نسبة التخميد: ζ < 1 يعني تذبذبًا. ومع دخل ثابت y″ + by′ + cy = c·K يكون الحل القيمة المستقرة K زائد الاستجابة الحرة.
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 = −1, M₁₂ = 8, M₁₃ = −9
النشر بالمعاملات المرافقة
det A = (−3)·(−1) − (−1)·8 + (−1)·(−9) = 20
الإجابة
det A = 20
12.المصفوفات والمحددات
الإجابة: λ = 4
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 − (5)λ + (4) = 0
الحل
λ = (5 ± √(9))/2 → λ = 1, 4
λ = 4
الإجابة
λ = 4
13.المتّجهات: الضرب القياسي والاتجاهي
الإجابة: W = −215 J
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.
الإزاحة
d = B − A = (0, 0, 2) − (−2, 2, −5) = (2, −2, 7) m
الشغل
W = F·d = (−20)·2 + 0·(−2) + (−25)·7 = −215 J
الإجابة
W = −215 J
شغل سالب: القوة تؤثّر في الغالب عكس الحركة.
14.المتّجهات: الضرب القياسي والاتجاهي
الإجابة: n̂y = 0,2605
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.
المتغيرات العشوائية المتقطعة: يسرد التوزيع الاحتمالي كل قيمة x يمكن أن يأخذها المتغير مع احتمالها p(x)؛ والاحتمالات بين 0 و1 ومجموعها 1. القيمة المتوقعة (المتوسط) هي E(X) = Σx·p(x)، أي المتوسط على المدى الطويل. والتباين Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ²، والانحراف المعياري σ = √Var(X). للتغيير الخطي Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b وVar(Y) = a²·Var(X) وσY = |a|·σX؛ وإضافة ثابت لا تغيّر التشتت.
المتغيرات العشوائية المتقطعة: يسرد التوزيع الاحتمالي كل قيمة x يمكن أن يأخذها المتغير مع احتمالها p(x)؛ والاحتمالات بين 0 و1 ومجموعها 1. القيمة المتوقعة (المتوسط) هي E(X) = Σx·p(x)، أي المتوسط على المدى الطويل. والتباين Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ²، والانحراف المعياري σ = √Var(X). للتغيير الخطي Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b وVar(Y) = a²·Var(X) وσY = |a|·σX؛ وإضافة ثابت لا تغيّر التشتت.
تشتت X
μ = 1,95, Var(X) = 0,9475, σX = 0,9734
التغيير الخطي
σY = |10|·0,9734 = 9,734
الإجابة
σY = 9,734
المتوسط يتحرك فعلًا: E(Y) = 10·1,95 + 5 = 24,5.
17.الإحصاء الوصفي
الإجابة: s = 18,88
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 = −1,5
جدول التوزيع الطبيعي المعياري
Φ(−1,5) = 0,06681
P = 1 − 0,06681 = 0,9332
الإجابة
P = 0,9332
19.التوزيع الطبيعي
الإجابة: z = 0,55
من مساحة إلى z: Φ(z) هي المساحة على يسار z. لمساحة ذيل أيسر A، أوجد z التي تحقق Φ(z) = A في الجدول. ومساحة ذيل أيمن A تعني Φ(z) = 1 − A. ومساحة مركزية A بين −z وz تترك (1 − A)/2 في كل ذيل، إذن Φ(z) = (1 + A)/2. ولقيمة x استخدم x = μ + zσ.
المساحة على يسار z
Φ(z) = 1 − 0,2912 = 0,7088
اقرأ جدول z بالعكس
ابحث عن 0,7088 داخل الجدول واقرأ z.
z = 0,55
الإجابة
z = 0,55
20.التوزيع الطبيعي
الإجابة: x = 466 h
من مساحة إلى z: Φ(z) هي المساحة على يسار z. لمساحة ذيل أيسر A، أوجد z التي تحقق Φ(z) = A في الجدول. ومساحة ذيل أيمن A تعني Φ(z) = 1 − A. ومساحة مركزية A بين −z وz تترك (1 − A)/2 في كل ذيل، إذن Φ(z) = (1 + A)/2. ولقيمة x استخدم x = μ + zσ.