工業数学:直前対策パック

公式集、全トピックの解法の要点、20 問の演習問題。完全な解答は巻末にあります。

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1公式と解法

極限

直接代入
まず x = a を代入する。0/0 なら式を簡単にする
因数分解して約分
xⁿ − aⁿ = (x − a)(xⁿ⁻¹ + a·xⁿ⁻² + … + aⁿ⁻¹)
共役な式
(√x − √a)(√x + √a) = x − a
無限大での極限
x の最高次の累乗で割る。次数が等しければ最高次の係数の比になる
特別な極限
limx→∞ (1 + a/x)bx = eab
ロピタルの定理
lim f/g = lim f′/g′ (0/0 or ∞/∞)

微分

べき乗の微分
(xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹
積の法則
(uv)′ = u′v + uv′
商の微分法
(u/v)′ = (u′v − uv′)/v²
連鎖律
f(g(x))′ = f′(g(x))·g′(x)
主な導関数
(eˣ)′ = eˣ, (ln x)′ = 1/x, (sin x)′ = cos x, (cos x)′ = −sin x

解き方

  1. 式の構造を見分けます:和、積、商、または合成関数。
  2. x の各累乗にべき乗の微分法を適用します。
  3. 必要に応じて積の微分法、商の微分法、合成関数の微分法を使います。
  4. 整理し、指定があればその点での値を求めます。

積分

べき乗の微分
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
定積分
∫ab f dx = F(b) − F(a)
主な不定積分
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
曲線で囲まれた面積
∫ab (f − g) dx

解き方

  1. できれば被積分関数を簡単な項の和に書き直します。
  2. べき乗の積分公式を適用します:∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1)。ex、1/x、sin、cos には基本の積分公式を使います。
  3. 関数とその導関数が一緒に現れていたら置換積分を使います。
  4. 定積分では F(b) − F(a) を計算します。

複素数

直交形式
z = a + jb, j² = −1, z̄ = a − jb
絶対値と偏角
|z| = √(a² + b²), tan θ = b/a (check the quadrant)
極形式と指数形式
z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ
割り算
z₁/z₂ = z₁z̄₂/|z₂|²
積と商
r₁∠θ₁ · r₂∠θ₂ = r₁r₂∠(θ₁ + θ₂), r₁∠θ₁ / r₂∠θ₂ = (r₁/r₂)∠(θ₁ − θ₂)
ド・モアブル
(r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ
n 乗根
zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0 … n − 1
p² < 4q の 2 次方程式
z = −p/2 ± j√(q − p²/4)

解き方

  1. 演算に合った形を選びましょう:足し算と引き算には直交形式 a + jb、掛け算・割り算・冪・累乗根には極形式 r∠θ です。
  2. 展開するときは j² = −1 を使います。割り算は、分子と分母に分母の共役複素数を掛けて行います。
  3. 変換には r = √(a² + b²) と、点の図(象限を確認)から求めた θ を使い、戻すには a = r cos θ、b = r sin θ を使います。
  4. 冪にはド・モアブルの定理 (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ を使います。zⁿ = R∠φ では、n 個の解 R1/n∠((φ + 360°k)/n) をすべて挙げます。

微分方程式

指数関数的な増加・減少
dy/dt = ky → y = y0ekt
半減期
k = ln 2 / t½
ニュートンの冷却法則
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
積分因子
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
混合タンク
dm/dt = r·c − (r/V)·m

行列と行列式

2×2 の行列式
det = ad − bc
2×2 の逆行列
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
製品
(AB)ij = Σk AikBkj
固有値
det(A − λI) = 0
クラメルの公式
xi = det(Ai)/det(A)

ベクトル:内積と外積

大きさ
|a| = √(ax² + ay² + az²)
単位ベクトル
û = a/|a|
角度から成分を求める
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
内積
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
a の b 上へのスカラー射影
a·b/|b|
仕事
W = F·d
外積
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
面積
平行四辺形 |a × b|, 三角形 ½|a × b|
O まわりのモーメント
MO = r × F, r = A − O
平行六面体の体積
V = |a·(b × c)|

解き方

  1. すべてのベクトルを成分で書きます。大きさと角度で与えられた力には F·cos θ と F·sin θ を使います。
  2. 長さと向きには、大きさ √(x² + y² + z²) と単位ベクトル a/|a| を使います。
  3. 角度、射影、垂直性、仕事には内積を使います:a·b = |a||b|cos θ。
  4. 垂直なベクトル、面積、モーメントには外積を使います:3 つの成分を慎重に書き、順序 a × b を守ります。

確率

余事象
P(not A) = 1 − P(A)
加法定理
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
独立な事象
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
条件付き確率
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
二項分布
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

記述統計

平均
x̄ = Σx/n
標本標準偏差
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
中央値
並べ替えたデータの真ん中の値
z スコア
z = (x − μ)/σ
正規分布
±1σ 以内に 68%、±2σ 以内に 95%

正規分布

z スコア
z = (x − μ)/σ
x 未満
P(X < x) = Φ(z)
x より大きい
P(X > x) = 1 − Φ(z)
2 つの値の間
Φ(z2) − Φ(z1)
パーセンタイル
x = μ + z·σ

解き方

  1. 値を z スコアに変換します:z = (x − μ)/σ。
  2. z より左側の面積 Φ(z) を表で調べます。
  3. 右側の面積は 1 − Φ(z)、区間の面積は 2 つの左側の面積の差です。
  4. パーセンタイルでは逆にたどります:面積から z を求め、x = μ + z·σ とします。

2演習問題

1.極限ふつう
xyy = L

極限 L = limx→∞ (5x2 − 5x + 2)/(2x2 + 3x + 7) を求めなさい。

f(x) = (5x2 − 5x + 2)/(2x2 + 3x + 7)x → ∞
L =
2.極限むずかしい
xyx = 0

極限 L = limx→0 (1 − cos 3x)/(x²) を求めなさい。x の単位はラジアンとします。

f(x) = (1 − cos 3x)/(x²)x → 0
L =
3.微分ふつう
xyx = 1

f(x) = (2x − 1)3 とします。f′(1) を求めなさい。

f(x) = (2x − 1)3x = 1
f′(1) =
4.微分むずかしい
xyx = −1

f(x) = −x2 + 4x の x = −1 における接線は、y 軸と y = b で交わります。b を求めなさい。

f(x) = −x2 + 4xx = −1
b =
5.積分ふつう
xy3y = √(x)

y = √(x) の下の x = 0 から x = 3 までの領域を x 軸のまわりに回転させます。立体(放物面体)の体積 V を求めなさい。

y = √(x)0 ≤ x ≤ 3
V =
6.積分むずかしい
xyy = x2​y = 4x

y = x2 と y = 4x で囲まれた部分の面積 A を求めなさい。

y = x2y = 4x
A =
7.複素数ふつう
ReIm55−5−51010−10−101515−15−15z₁z₂w

z₁ = 5∠−35°、z₂ = 3∠110° のとき、w = z₁·z₂ の実部を求めてください。

z₁ = 5∠−35°z₂ = 3∠110°
Re(w) =
8.複素数むずかしい
ReIm22−2−244−4−4z₁z₂

z³ + 13z² + 65z + 125 = 0 の解の 1 つは z₁ = −4 + j3 です。係数は実数です。実数の解 r を求めてください。

z₁ = −4 + j3
r =
9.微分方程式ふつう
tyy(0) = 3y(1.5) = ?

y(0) = 3、y′(0) = 6 として y″ + 4y′ + 3y = 0 を解きなさい。y(1.5) を求めなさい。

y″ + 4y′ + 3y = 0y(0) = 3y′(0) = 6
y(1.5) =
10.微分方程式むずかしい
tyK = 2ymax​ = ?

系が t ≥ 0 で y″ + y′ + 25.25y = 50.5 に従い、静止状態 y(0) = 0、y′(0) = 0 から始まります。ステップ応答のピーク値 ymax を求めなさい。

y″ + y′ + 25.25y = 50.5y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.行列と行列式ふつう
A =−2−3−31543−13

示された 3×3 行列 A の行列式 det A を求めなさい。

A = [−2 −3 −3; 1 5 4; 3 −1 3]
det A =
12.行列と行列式むずかしい
A =−4−3−56b =−6−11

連立方程式 −4x − 3y = −6、−5x + 6y = −11 を解きなさい。x を求めなさい。

−4x − 3y = −6−5x + 6y = −11
x =
13.ベクトル:内積と外積ふつう
xyzdFAB

一定の力 F = (−10, −20, 25) N が、点 A(2, −4, −2) から点 B(−3, 3, −4) まで直線上を動く物体に作用している。座標の単位はメートルである。この力がする仕事 W を求めよ。

F = (−10, −20, 25) NA(2, −4, −2) mB(−3, 3, −4) m
W = J
14.ベクトル:内積と外積むずかしい
xyzab

a = (2, 5, 3)、b = (0, 3, 2) のとき、外積 a × b の y 成分 (a × b)y を求めよ。

a = (2, 5, 3)b = (0, 3, 2)
(a × b)y =
15.確率ふつう
n = 11k = 4N = ?

11 人のグループから 4 人の委員会を選ぶ方法 N は何通りですか?順序は問いません。

n = 11k = 4
N =
16.確率むずかしい
n = 10, p = 0.2: P(X = 1) = ?k012345678910

あるテストには選択問題が 10 問あります。当てずっぽうで答える学生は、各問を独立に確率 0.2 で正解します。ちょうど 1 問正解する確率 P はいくつですか?

n = 10p = 0.2k = 1
P =
17.記述統計ふつう
101520253035404550

データの標本標準偏差 s を求めなさい:44, 10, 52, 11, 32, 50, 21。

n = 7
s =
18.記述統計むずかしい
z −2−1012

ある量は平均 500、標準偏差 40 の正規分布に従います。540 より小さい値の割合 P はいくつですか?

μ = 500σ = 40x = 540
P =
19.正規分布ふつう
82.75123.25P = ?

IQ スコアは、平均 100 点、標準偏差 15 点 の正規分布に従います。82.75 から 123.25 点 の間にある割合はいくらですか?P を小数で答えなさい。

μ = 100σ = 15x1 = 82.75x2 = 123.25
P =
20.正規分布むずかしい
10 cm0X − Y?

ある集団の男性の身長 X と女性の身長 Y は独立な正規変数です:X は平均 180 cm、標準偏差 10 cm、Y は平均 170 cm、標準偏差 12 cm です。X が Y より大きい確率 P を求めなさい。z は小数第 2 位に丸めなさい。

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =

3溶液

1.極限

答え: L = 2.5

極限:まず直接代入してみます。0/0 になる場合は、先に式を簡単にします:因数分解して共通因数を約分するか、共役な式を掛けます。x → ∞ では、分子と分母を x の最高次の累乗で割ります。ロピタルの定理:f/g が 0/0 または ∞/∞ になるなら、lim f/g = lim f′/g′ です。分子と分母を別々に微分します(商の微分法は使いません)。

最高次の累乗で割る

(5 + (−5)/x + 2/x2)/(2 + 3/x + 7/x2)

x → ∞ とする

L = 5/2 = 2.5

答え

L = 2.5

次数が等しければ、極限は最高次の係数の比になります。

2.極限

答え: L = 4.5

極限:まず直接代入してみます。0/0 になる場合は、先に式を簡単にします:因数分解して共通因数を約分するか、共役な式を掛けます。x → ∞ では、分子と分母を x の最高次の累乗で割ります。ロピタルの定理:f/g が 0/0 または ∞/∞ になるなら、lim f/g = lim f′/g′ です。分子と分母を別々に微分します(商の微分法は使いません)。

1 回目の適用

3·sin 3x/(2x) → 0/0

2 回目の適用

9·cos 3x/2

x = 0 を代入する

L = 9/2 = 4.5

答え

L = 4.5
3.微分

答え: f′(1) = 6

微分:導関数 f′(x) は x におけるグラフの傾きです。べき乗の法則:(xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹。積の法則:(uv)′ = u′v + uv′。連鎖律:(f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x)。f′(x) = 0 のところではグラフの接線が水平になり、極大・極小・鞍点のいずれかです。

連鎖律

f′(x) = 3·(2x − 1)2·2

代入する

f′(1) = 3·12·2 = 6

答え

f′(1) = 6
4.微分

答え: b = 1

微分:導関数 f′(x) は x におけるグラフの傾きです。べき乗の法則:(xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹。積の法則:(uv)′ = u′v + uv′。連鎖律:(f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x)。f′(x) = 0 のところではグラフの接線が水平になり、極大・極小・鞍点のいずれかです。

接点と傾き

f(−1) = −5
f′(x) = −2x + 4 → f′(−1) = 6

x = 0 での接線の値

b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −5 − 6·(−1) = 1

答え

b = 1
5.積分

答え: V = 14.14

回転体の体積:x = a から x = b までの y = f(x) の下の領域を x 軸のまわりに回転させると、x での断面が半径 f(x) の円板である立体ができます。円板を足し合わせると V = π∫ₐᵇ f(x)² dx になります。領域が外側の曲線 R(x) と内側の曲線 r(x) の間にあるときは、各スライスはワッシャー(円環)で、V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx です。引く前に半径を 2 乗しましょう。

円板法

V = π∫₀3 x dx

積分する

V = π·1·3²/2 = 14.14

答え

V = 14.14
6.積分

答え: A = 10.67

定積分:∫ₐᵇ f(x) dx は、a から b までのグラフと x 軸の間の符号付き面積です。原始関数 F(F′ = f)を求め、F(b) − F(a) を計算します。べき乗の法則:∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1)。2 曲線の間の面積は ∫(上 − 下) dx です。

交点

x2 = 4x → x = 0, x = 4

上から下を引いて積分する

A = [2x2 − 0.3333x3]04 = 10.67

答え

A = 10.67
7.複素数

答え: Re(w) = 3.882

極形式:z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ、r = |z|、θ = arg z です。直交形式に戻すには:a = r cos θ、b = r sin θ。偏角には象限の考慮が必要です:θ = atan(b/a) が使えるのは a > 0 のときだけで、a < 0 のときは 180° を足すか引きます。極形式では掛け算が簡単です:絶対値を掛けて偏角を足します。割り算では絶対値を割って偏角を引きます。

w の絶対値と偏角

|w| = 5 · 3 = 15
θ = −35° + 110° = 75°

直交形式

Re(w) = 15·cos(75°) = 3.882
Im(w) = 15·sin(75°) = 14.49
Re(w) = 3.882

答え

Re(w) = 3.882
8.複素数

答え: r = −5

ド・モアブルの定理と累乗根:(r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ。方程式 zⁿ = R∠φ にはちょうど n 個の解があり、すべて絶対値は R1/n で、偏角は (φ + 360°·k)/n(k = 0, 1, …, n − 1)です:円周上に 360°/n ずつ等間隔に並びます。p² < 4q のとき、2 次方程式 z² + pz + q = 0 は複素数の解 z = −p/2 ± j√(q − p²/4) をもちます。実数係数の多項式の複素数の解は、必ず共役な対 a ± jb として現れます。

共役な対

z₂ = −4 − j3
(z − z₁)(z − z₂) = z² − 2·(−4)·z + ((−4)² + 3²) = z² + 8z + 25

2 次式でくくり出す

z³ + 13z² + 65z + 125 = (z² + 8z + 25)(z + 5)

実数の解

r = −5

答え

r = −5

解の和で確かめましょう:z₁ + z₂ + r = −8 + (−5) = −13 = −(13)。

9.微分方程式

答え: y(1.5) = 1.623

2 階線形方程式:y″ + b·y′ + c·y = 0 では y = ert とおきます。これから特性方程式 r² + b·r + c = 0 が得られます。異なる 2 つの実根 r₁ ≠ r₂ のときは y = A·er₁t + B·er₂t(過減衰)、重根 r のときは y = (A + Bt)·ert(臨界減衰)、複素根 −α ± jω のときは y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt)(不足減衰、振動)となります。初期値 y(0) と y′(0) から A と B が決まります。y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 の形に書くと、ωn は固有角周波数、ζ は減衰比で、ζ < 1 なら振動します。入力が一定の y″ + by′ + cy = c·K では、解は定常値 K に自由応答を加えたものです。

特性方程式の根

(r + 1)(r + 3) = 0 → r = −1, −3

初期値から求める定数

A + B = 3, −1A − 3B = 6
A = 7.5, B = −4.5

計算する

y(1.5) = 7.5·e−1.5 + (−4.5)·e−4.5 = 1.623

答え

y(1.5) = 1.623
10.微分方程式

答え: ymax = 3.461

2 階線形方程式:y″ + b·y′ + c·y = 0 では y = ert とおきます。これから特性方程式 r² + b·r + c = 0 が得られます。異なる 2 つの実根 r₁ ≠ r₂ のときは y = A·er₁t + B·er₂t(過減衰)、重根 r のときは y = (A + Bt)·ert(臨界減衰)、複素根 −α ± jω のときは y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt)(不足減衰、振動)となります。初期値 y(0) と y′(0) から A と B が決まります。y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 の形に書くと、ωn は固有角周波数、ζ は減衰比で、ζ < 1 なら振動します。入力が一定の y″ + by′ + cy = c·K では、解は定常値 K に自由応答を加えたものです。

定常値と根

yss = 2, r = −0.5 ± 5j

初期値から求める定数

y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −0.5A + 5B = 0 → B = −0.2

ピーク

t = π/5 = 0.6283
ymax = 2·(1 + e−0.5·π/5) = 3.461

答え

ymax = 3.461
11.行列と行列式

答え: det A = −17

行列:2×2 行列の行列式は ad − bc です。3×3 では 1 つの行に沿って展開します:各成分に、その行と列を除いた 2×2 行列の行列式を掛け、符号は + − + と交互にします。固有値 λ は det(A − λI) = 0 を満たし、2×2 では λ² −(トレース)·λ + det = 0 です。

第 1 行の 2×2 小行列式

M₁₁ = 19, M₁₂ = −9, M₁₃ = −16

余因子展開

det A = (−2)·19 − (−3)·(−9) + (−3)·(−16) = −17

答え

det A = −17
12.行列と行列式

答え: x = 1.769

行列:2×2 行列の行列式は ad − bc です。3×3 では 1 つの行に沿って展開します:各成分に、その行と列を除いた 2×2 行列の行列式を掛け、符号は + − + と交互にします。固有値 λ は det(A − λI) = 0 を満たし、2×2 では λ² −(トレース)·λ + det = 0 です。

係数行列の行列式

det A = (−4)·6 − (−3)·(−5) = −39

x の列を置き換える

det Aₓ = (−6)·6 − (−3)·(−11) = −69
x = −69/(−39) = 1.769

答え

x = 1.769
y = −0.359
13.ベクトル:内積と外積

答え: W = −140 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.

変位

d = B − A = (−3, 3, −4) − (2, −4, −2) = (−5, 7, −2) m

仕事

W = F·d = (−10)·(−5) + (−20)·7 + 25·(−2) = −140 J

答え

W = −140 J

負の仕事:力はおもに運動に逆らって作用しています。

14.ベクトル:内積と外積

答え: (a × b)y = −4

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.

外積を成分ごとに計算する

(a × b)x = aybz − azby = 5·2 − 3·3 = 1
(a × b)y = azbx − axbz = 3·0 − 2·2 = −4
(a × b)z = axby − aybx = 2·3 − 5·0 = 6

求める成分

(a × b)y = −4

答え

(a × b)y = −4

検算:a × b は両方のベクトルに垂直なので、a および b との内積は 0 です。

15.確率

答え: N = 330

確率:どの結果も同様に確からしいとき、P(A) = 該当する場合の数/全体の場合の数。独立な事象は掛け合わせます:P(A かつ B) = P(A)·P(B)。余事象がよく役立ちます:P(少なくとも 1 回) = 1 − P(1 回もない)。二項分布:成功確率 p の独立な試行を n 回行うと、P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ。

組合せ

C(11, 4) = (11·10·9·8)/(4·3·2·1) = 330

答え

N = 330
16.確率

答え: P = 0.2684

確率:どの結果も同様に確からしいとき、P(A) = 該当する場合の数/全体の場合の数。独立な事象は掛け合わせます:P(A かつ B) = P(A)·P(B)。余事象がよく役立ちます:P(少なくとも 1 回) = 1 − P(1 回もない)。二項分布:成功確率 p の独立な試行を n 回行うと、P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ。

二項分布の公式

P(X = 1) = 10·0.21·0.89 = 10·0.2·0.1342 = 0.2684

答え

P = 0.2684
17.記述統計

答え: s = 17.85

記述統計:平均は合計を n で割ったもの、中央値は並べ替えたデータの真ん中の値です(n が偶数なら真ん中 2 つの平均)。標本標準偏差は s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))。z スコア z = (x − μ)/σ は、値が平均から標準偏差何個分離れているかを表します。

平均

x̄ = 220/7 = 31.43

偏差の 2 乗

Σ(x − x̄)² = 12.57² + (−21.43)² + 20.57² + (−20.43)² + 0.5714² + 18.57² + (−10.43)² = 1912

標準偏差

s = √(1912/6) = 17.85

答え

s = 17.85
18.記述統計

答え: P = 0.8413

記述統計:平均は合計を n で割ったもの、中央値は並べ替えたデータの真ん中の値です(n が偶数なら真ん中 2 つの平均)。標本標準偏差は s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))。z スコア z = (x − μ)/σ は、値が平均から標準偏差何個分離れているかを表します。

標準化する

z = 1

標準正規分布表

Φ(1) = 0.8413
P = 0.8413

答え

P = 0.8413
19.正規分布

答え: P = 0.8144

正規分布:値 x を z スコア z = (x − μ)/σ に変換します。これは平均から標準偏差何個分離れているかを表します。z 表(または Φ(z))は z より左側の面積、つまり P(X < x) を与えます。右側の面積は 1 − Φ(z)、2 つの値の間の面積はそれぞれの左側の面積の差です。

z スコア

z₁ = (82.75 − 100)/15 = −1.15
z₂ = (123.25 − 100)/15 = 1.55

間の面積

P = Φ(1.55) − Φ(−1.15) = 0.9394 − 0.1251 = 0.8144

答え

P = 0.8144
20.正規分布

答え: P = 0.7389

正規変数の和と差:X と Y が独立で正規分布に従うなら、X + Y と X − Y も正規分布に従います。平均は足したり引いたりします:E(X ± Y) = μX ± μY。分散は差の場合でも常に足します:Var(X ± Y) = σX² + σY²、したがって σ = √(σX² + σY²) です。標準偏差を直接足すことはありません。同じ分布に従う独立な n 個の合計は、平均 n·μ、標準偏差 σ·√n です。そのあとはいつもどおり標準化します:z = (x − 平均)/σ とし、Φ(z) を読み取ります。

差の分布

μ = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15.62 cm

標準化する

z = (0 − 10)/15.62 = −0.64

確率

P = 1 − Φ(−0.64) = 0.7389

答え

P = 0.7389

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