6 °C의 탄산음료 캔을 냉장고에서 꺼내 22 °C인 방에 둡니다. 7분 후 온도는 13 °C입니다. 이것은 뉴턴의 냉각 법칙 dT/dt = −k·(T − Tₐ)를 따릅니다. 시작 후 얼마나 지나야(t) 18 °C에 도달하나요?
T0 = 6 °CTa = 22 °CT(7) = 13 °CT = 18 °C
t = min
10.미분방정식어려움
탱크에 소금 5 kg이 녹아 있는 물 1000 L가 들어 있습니다. 리터당 소금 0.1 kg이 든 소금물이 5 L/min으로 들어오고, 잘 섞인 용액이 같은 속도로 흘러 나갑니다. 100분 후 탱크 속 소금의 양 m은(는) 얼마인가요?
V = 1000 Lm0 = 5 kgc = 0.1 kg/Lr = 5 L/min
m = kg
11.행렬과 행렬식보통
주어진 3×3 행렬 A의 행렬식 det A를 구하세요.
A = [−2 2 −5; −5 −3 −1; 4 −4 1]
det A =
12.행렬과 행렬식어려움
연립방정식 6x + 3y = −4, x + 3y = 12을 푸세요. x를 구하세요.
6x + 3y = −4x + 3y = 12
x =
13.벡터: 내적과 외적보통
a = (−3, −5, 3)를 b = (−4, 5, −3) 위에 투영한 스칼라 투영 compb a, 즉 a의 b 방향 성분을 구하시오.
a = (−3, −5, 3)b = (−4, 5, −3)
compb a =
14.벡터: 내적과 외적어려움
a = (−2, −5, −1), b = (1, −2, −2)일 때 외적 a × b의 y성분 (a × b)y을(를) 구하시오.
a = (−2, −5, −1)b = (1, −2, −2)
(a × b)y =
15.확률보통
표의 분포에 대해 X의 표준편차 σ을(를) 구하시오.
x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0.2, 0.15, 0.15, 0.15, 0.35
σ =
16.확률어려움
어떤 시험에 객관식 문제가 9개 있습니다. 찍어서 푸는 학생은 각 문제를 독립적으로 확률 0.4로 맞힙니다. 정확히 1개를 맞힐 확률 P는 얼마일까요?
n = 9p = 0.4k = 1
P =
17.기술통계보통
자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 26, 14, 48, 28, 50, 38.
n = 6
s =
18.기술통계어려움
어떤 양은 평균 60, 표준편차 10인 정규분포를 따릅니다. 72.5보다 큰 값의 비율 P는 얼마일까요?
μ = 60σ = 10x = 72.5
P =
19.정규분포보통
표준 정규 곡선 아래에서 −z와 z 사이의 색칠한 넓이가 0.9371이 되도록 z를 끌어 놓으세요. z을 소수 둘째 자리까지 구하세요.
A = 0.9371
z =
20.정규분포어려움
봉지 무게은(는) 평균 250 g, 표준편차 5 g인 정규분포를 따릅니다. 전체의 95%가 그 아래에 있는 값 x(95 백분위수)을(를) 구하세요.
μ = 250σ = 5P = 95%
x = g
3용액
1.극한
답: L = 20.09
극한: 먼저 직접 대입해 보세요. 0/0이 나오면 먼저 식을 간단히 하세요: 인수분해해서 공통인수를 약분하거나, 켤레식을 곱합니다. x → ∞일 때는 분자와 분모를 x의 최고차항으로 나눕니다. 로피탈 정리: f/g가 0/0 또는 ∞/∞ 꼴이면 lim f/g = lim f′/g′이며, 분자와 분모를 (몫의 미분법이 아니라) 각각 따로 미분합니다.
로그 취하기
ln L = limx→∞ 3·x·ln(1 + 1/x)
계산하기
u → 0일 때 ln(1 + u)/u → 1이므로 x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 3·1 = 3
로그 되돌리기
L = e3 = 20.09
답
L = 20.09
2.극한
답: L = 2.25
극한: 먼저 직접 대입해 보세요. 0/0이 나오면 먼저 식을 간단히 하세요: 인수분해해서 공통인수를 약분하거나, 켤레식을 곱합니다. x → ∞일 때는 분자와 분모를 x의 최고차항으로 나눕니다. 로피탈 정리: f/g가 0/0 또는 ∞/∞ 꼴이면 lim f/g = lim f′/g′이며, 분자와 분모를 (몫의 미분법이 아니라) 각각 따로 미분합니다.
정적분: ∫ₐᵇ f(x) dx는 a부터 b까지 그래프와 x축 사이의 부호 있는 넓이입니다. 원시함수 F(F′ = f)를 구하고 F(b) − F(a)를 계산합니다. 거듭제곱 법칙: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). 두 곡선 사이의 넓이는 ∫(위 − 아래) dx입니다.
원시함수
F(x) = 2·ln x
위끝과 아래끝 대입하기
I = 2·(ln 3 − ln 1) = 2·ln 3 = 2.197
답
I = 2.197
6.적분
답: I = 98.43
부분적분: ∫u·dv = u·v − ∫v·du이며, 곱의 미분법에서 나옵니다. u는 미분하면 더 간단해지는 인수(x의 거듭제곱 또는 ln x)로, dv는 적분할 수 있는 인수(eˣ, sin x, cos x, 또는 u = ln x일 때의 x)로 고르세요. 정적분에서는 u·v를 양 끝에서 계산합니다: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. x² 인수는 두 번 적용해야 합니다.
첫 번째 단계
∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx
두 번째 단계
∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)
극한
20.09·(5) − 1·2 = 98.43
답
I = 98.43
7.복소수
답: θ = 150.9 °
극형식: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ이며 r = |z|, θ = arg z입니다. 직각 형식으로 되돌리면 a = r cos θ, b = r sin θ입니다. 편각은 사분면을 따져야 합니다. θ = atan(b/a)는 a > 0일 때만 맞고, a < 0이면 180°를 더하거나 뺍니다. 극형식에서는 곱셈이 쉽습니다. 절댓값을 곱하고 편각을 더하며, 나눗셈은 절댓값을 나누고 편각을 뺍니다.
사분면
a = −9, b = 5 → II
기준각
α = atan(5/9) = 29.05°
편각
θ = 180° − α = 150.9°
답
θ = 150.9°
극형식으로 z = 10.3∠150.9°.
8.복소수
답: a = −2
드무아브르와 거듭제곱근: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. 방정식 zⁿ = R∠φ는 정확히 n개의 근을 가지며, 모두 절댓값이 R1/n이고 편각은 k = 0, 1, …, n − 1에 대해 (φ + 360°·k)/n입니다. 근들은 원 위에 360°/n 간격으로 고르게 놓입니다. p² < 4q인 이차방정식 z² + pz + q = 0은 복소수 근 z = −p/2 ± j√(q − p²/4)를 가지며, 실수 계수 다항식의 복소수 근은 항상 켤레 쌍 a ± jb로 나타납니다.
판별식
p² − 4q = 16 − 80 = −64 < 0
근의 공식
z = (−4 ± j√64)/2 = −2 + j4, −2 − j4
답
a = −2
답
a = −2
9.미분방정식
답: t = 16.87 min
1계 미분방정식: dy/dt = k·y의 해는 y = y₀·ekt입니다(k > 0이면 성장, k < 0이면 감소). 반감기가 T이면 k = ln 2/T입니다. 뉴턴의 냉각 법칙 dT/dt = −k·(T − Tₐ)의 해는 T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt입니다. 선형 방정식 y′ + p(x)·y = q(x)는 적분 인자 μ = e∫p dx로 풉니다: (μy)′ = μq이므로 μy = ∫μq dx + C.
냉각 상수
k = ln(-16/-9)/7 = 0.08219 min⁻¹
목표 온도까지 걸리는 시간
t = ln(-16/(−4))/0.08219 = 16.87 min
답
t = 16.87 min
10.미분방정식
답: m = 42.38 kg
1계 미분방정식: dy/dt = k·y의 해는 y = y₀·ekt입니다(k > 0이면 성장, k < 0이면 감소). 반감기가 T이면 k = ln 2/T입니다. 뉴턴의 냉각 법칙 dT/dt = −k·(T − Tₐ)의 해는 T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt입니다. 선형 방정식 y′ + p(x)·y = q(x)는 적분 인자 μ = e∫p dx로 풉니다: (μy)′ = μq이므로 μy = ∫μq dx + C.
방정식 세우기
dm/dt = 5·0.1 − (5/1000)·m = 0.5 − 0.005·m
풀기
적분 인자는 ert/V이며, 해는 평형량 c·V에 가까워집니다.
m(t) = 100 + (−95)·e−t/200
t 대입
m(100) = 100 + (−95)·0.6065 = 42.38 kg
답
m = 42.38 kg
11.행렬과 행렬식
답: det A = −144
행렬: 2×2 행렬의 행렬식은 ad − bc입니다. 3×3은 한 행을 따라 전개합니다: 각 성분에 그 행과 열을 지우고 남은 2×2 행렬의 행렬식을 곱하고, 부호는 + − +로 번갈아 붙입니다. 고윳값 λ는 det(A − λI) = 0을 만족하며, 2×2에서는 λ² − (대각합)·λ + det = 0입니다.
첫째 행의 2×2 소행렬식
M₁₁ = −7, M₁₂ = −1, M₁₃ = 32
여인수 전개
det A = (−2)·(−7) − 2·(−1) + (−5)·32 = −144
답
det A = −144
12.행렬과 행렬식
답: x = −3.2
행렬: 2×2 행렬의 행렬식은 ad − bc입니다. 3×3은 한 행을 따라 전개합니다: 각 성분에 그 행과 열을 지우고 남은 2×2 행렬의 행렬식을 곱하고, 부호는 + − +로 번갈아 붙입니다. 고윳값 λ는 det(A − λI) = 0을 만족하며, 2×2에서는 λ² − (대각합)·λ + det = 0입니다.
계수 행렬의 행렬식
det A = 6·3 − 3·1 = 15
x 열 바꾸기
det Aₓ = (−4)·3 − 3·12 = −48
x = −48/15 = −3.2
답
x = −3.2
y = 5.067
13.벡터: 내적과 외적
답: compb a = −3.111
내적:a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ는 스칼라입니다. 두 벡터 사이의 각도를 cos θ = a·b/(|a|·|b|)로 구할 수 있고, 두 벡터가 수직이면 0입니다. a를 b 위에 투영한 스칼라 투영은 a·b/|b|이며, 일정한 힘 F가 변위 d만큼 움직이는 동안 한 일은 W = F·d입니다.
내적
a·b = (−3)·(−4) + (−5)·5 + 3·(−3) = −22
b의 길이
|b| = √((−4)² + 5² + (−3)²) = 7.071
스칼라 투영
compb a = a·b/|b| = −22/7.071 = −3.111
답
compb a = −3.111
음수: a는 b와 반대 방향의 성분을 가집니다.
14.벡터: 내적과 외적
답: (a × b)y = −5
외적:a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)는 두 벡터에 모두 수직이고, |a × b| = |a|·|b|·sin θ는 두 벡터가 만드는 평행사변형의 넓이입니다(삼각형은 그 절반). 순서가 중요합니다: b × a = −(a × b). 점 A에 작용하는 힘 F의 점 O에 대한 모멘트는 MO = r × F이며, r = A − O입니다.
확률: 결과가 모두 같은 정도로 일어날 때 P(A) = 유리한 경우의 수/전체 경우의 수. 독립 사건은 곱합니다: P(A 그리고 B) = P(A)·P(B). 여사건이 자주 도움이 됩니다: P(적어도 하나) = 1 − P(하나도 없음). 이항분포: 성공 확률 p인 독립 시행 n번에서 P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
이항분포 공식
P(X = 1) = 9·0.41·0.68 = 9·0.4·0.0168 = 0.06047
답
P = 0.06047
17.기술통계
답: s = 13.91
기술통계: 평균은 합을 n으로 나눈 값이고, 중앙값은 정렬된 자료의 가운데 값입니다(n이 짝수면 가운데 두 값의 평균). 표본 표준편차는 s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). z점수 z = (x − μ)/σ는 어떤 값이 평균에서 표준편차 몇 개만큼 떨어져 있는지를 나타냅니다.
기술통계: 평균은 합을 n으로 나눈 값이고, 중앙값은 정렬된 자료의 가운데 값입니다(n이 짝수면 가운데 두 값의 평균). 표본 표준편차는 s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). z점수 z = (x − μ)/σ는 어떤 값이 평균에서 표준편차 몇 개만큼 떨어져 있는지를 나타냅니다.
표준화하기
z = 1.25
표준정규분포표
Φ(1.25) = 0.8944
P = 1 − 0.8944 = 0.1056
답
P = 0.1056
19.정규분포
답: z = 1.86
넓이에서 z로 되돌아가기: Φ(z)는 z의 왼쪽 넓이입니다. 왼쪽 꼬리 넓이 A이면 표에서 Φ(z) = A인 z를 찾습니다. 오른쪽 꼬리 넓이 A이면 Φ(z) = 1 − A입니다. −z와 z 사이의 가운데 넓이 A이면 양쪽 꼬리에 (1 − A)/2씩 남으므로 Φ(z) = (1 + A)/2입니다. 값 x에는 x = μ + zσ를 쓰세요.
z의 왼쪽 넓이
Φ(z) = (1 + 0.9371)/2 = 0.9686
z-표를 거꾸로 읽기
표 안에서 0.9686을 찾아 z를 읽으세요.
z = 1.86
답
z = 1.86
20.정규분포
답: x = 258.2 g
정규분포: 값 x를 z점수 z = (x − μ)/σ로 바꾸면 평균에서 표준편차 몇 개만큼 떨어져 있는지 알 수 있습니다. z표(또는 Φ(z))는 z 왼쪽의 넓이, 즉 P(X < x)를 줍니다. 오른쪽 넓이는 1 − Φ(z)이고, 두 값 사이의 넓이는 두 넓이의 차입니다.