탱크에 소금 20 kg이 녹아 있는 물 200 L가 들어 있습니다. 리터당 소금 0.25 kg이 든 소금물이 5 L/min으로 들어오고, 잘 섞인 용액이 같은 속도로 흘러 나갑니다. 60분 후 탱크 속 소금의 양 m은(는) 얼마인가요?
V = 200 Lm0 = 20 kgc = 0.25 kg/Lr = 5 L/min
m = kg
11.행렬과 행렬식보통
주어진 3×3 행렬 A의 행렬식 det A를 구하세요.
A = [3 2 −2; −3 3 −1; 1 3 2]
det A =
12.행렬과 행렬식어려움
연립방정식 2x − 3y = −10, 5x + 6y = 11을 푸세요. x를 구하세요.
2x − 3y = −105x + 6y = 11
x =
13.벡터: 내적과 외적보통
벡터 a = (−1, −1, −3)와 b = (4, 5, 0) 사이의 각도 θ을(를) 도(°) 단위로 구하시오.
a = (−1, −1, −3)b = (4, 5, 0)
θ = °
14.벡터: 내적과 외적어려움
힘 F = (−40, −30, 0) N이 점 A(3, −4, −2)에 작용한다. 좌표의 단위는 미터이다. 점 O(−1, −3, 0)에 대한 힘의 모멘트의 y성분 My을(를) 구하시오.
F = (−40, −30, 0) NA(3, −4, −2) mO(−1, −3, 0) m
My = N·m
15.확률보통
표의 분포에 대해 X의 표준편차 σ을(를) 구하시오.
x: 0, 1, 2p(x): 0.3, 0.35, 0.35
σ =
16.확률어려움
게임 한 판을 하는 데 €3이 듭니다. 확률 0.15로 €9을, 확률 0.02로 €60을 따고, 그렇지 않으면 아무것도 따지 못합니다. 건 돈은 돌려받지 못합니다. 한 판당 기대 순이익 E(G)을(를) 구하시오.
건 돈 = €3€9: p = 0.15€60: p = 0.02
E(G) = €
17.기술통계보통
자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 32, 46, 27, 57, 17.
n = 5
s =
18.기술통계어려움
어떤 양은 평균 500, 표준편차 25인 정규분포를 따릅니다. 531.3보다 큰 값의 비율 P는 얼마일까요?
μ = 500σ = 25x = 531.3
P =
19.정규분포보통
표준 정규 곡선 아래에서 z의 오른쪽 색칠한 넓이가 0.9878이 되도록 z를 끌어 놓으세요. z을 소수 둘째 자리까지 구하세요.
A = 0.9878
z =
20.정규분포어려움
시험 점수은(는) 평균 65 점, 표준편차 10 점인 정규분포를 따릅니다. 전체의 97.5%가 그 아래에 있는 값 x(97.5 백분위수)을(를) 구하세요.
μ = 65σ = 10P = 97.5%
x = 점
3용액
1.극한
답: L = 0.3333
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.
켤레식 곱하기
f(x) = 2x/(√(9x2 + 2x) + 3x)
x로 나누기
f(x) = 2/(√(9 + 2/x) + 3)
x → ∞
L = 2/(3 + 3) = 0.3333
답
L = 0.3333
2.극한
답: L = 6.25
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.
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.
u와 dv 고르기
u = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2
원시함수
∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4
극한
(8·ln 4 − 4) − (0 − 0.25) = 7.34
답
I = 7.34
6.적분
답: A = 5.333
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.
교점
0.5x2 = 2x → x = 0, x = 4
위에서 아래를 빼서 적분하기
A = [x2 − 0.1667x3]04 = 5.333
답
A = 5.333
7.복소수
답: θ = −129.8 °
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 = −5, b = −6 → III
기준각
α = atan(6/5) = 50.19°
편각
θ = −(180° − α) = −129.8°
답
θ = −129.8°
극형식으로 z = 7.81∠−129.8°.
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: y(0.5) = 2.792
2계 선형 방정식: y″ + b·y′ + c·y = 0에서 y = ert를 시도하면 특성방정식 r² + b·r + c = 0을 얻습니다. 서로 다른 두 실근 r₁ ≠ r₂이면 y = A·er₁t + B·er₂t(과감쇠), 중근 r이면 y = (A + Bt)·ert(임계감쇠), 복소근 −α ± jω이면 y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt)(부족감쇠, 진동)입니다. 초기값 y(0)과 y′(0)이 A와 B를 정합니다. y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0으로 쓰면 ωn은 고유 진동수, ζ는 감쇠비이며, ζ < 1이면 진동합니다. 입력이 일정한 y″ + by′ + cy = c·K의 해는 정상값 K에 자유 응답을 더한 것입니다.
특성근
(r + 2)(r + 5) = 0 → r = −2, −5
초기값으로부터 구한 상수
A + B = 5, −2A − 5B = 0
A = 8.333, B = −3.333
계산하기
y(0.5) = 8.333·e−1 + (−3.333)·e−2.5 = 2.792
답
y(0.5) = 2.792
10.미분방정식
답: m = 43.31 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 = 5·0.25 − (5/200)·m = 1.25 − 0.025·m
풀기
적분 인자는 ert/V이며, 해는 평형량 c·V에 가까워집니다.
m(t) = 50 + (−30)·e−t/40
t 대입
m(60) = 50 + (−30)·0.2231 = 43.31 kg
답
m = 43.31 kg
11.행렬과 행렬식
답: det A = 61
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 = 9, M₁₂ = −5, M₁₃ = −12
여인수 전개
det A = 3·9 − 2·(−5) + (−2)·(−12) = 61
답
det A = 61
12.행렬과 행렬식
답: x = −1
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 = 2·6 − (−3)·5 = 27
x 열 바꾸기
det Aₓ = (−10)·6 − (−3)·11 = −27
x = −27/27 = −1
답
x = −1
y = 2.667
13.벡터: 내적과 외적
답: θ = 115.1 °
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.
내적
a·b = (−1)·4 + (−1)·5 + (−3)·0 = −9
크기들
|a| = √((−1)² + (−1)² + (−3)²) = 3.317
|b| = √(4² + 5² + 0²) = 6.403
위상각
cos θ = −9/(3.317·6.403) = −0.4238
θ = arccos(−0.4238) = 115.1°
답
θ = 115.1°
14.벡터: 내적과 외적
답: My = 80 N·m
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.
O에서 A로 가는 위치 벡터
r = A − O = (3, −4, −2) − (−1, −3, 0) = (4, −1, −2) m
이산 확률변수: 확률분포는 변수가 가질 수 있는 모든 값 x와 그 확률 p(x)를 나열합니다. 확률은 0과 1 사이이며 합이 1입니다. 기댓값(평균)은 E(X) = Σx·p(x)로, 장기적인 평균입니다. 분산은 Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ²이고, 표준편차는 σ = √Var(X)입니다. 일차 변환 Y = aX + b에서는 E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X), σY = |a|·σX입니다. 상수를 더해도 퍼짐은 변하지 않습니다.
평균
μ = 0·0.3 + 1·0.35 + 2·0.35 = 1.05
제곱의 평균
E(X²) = 0·0.3 + 1·0.35 + 4·0.35 = 1.75
분산
Var(X) = 1.75 − 1.05² = 0.6475
σ = √0.6475 = 0.8047
답
σ = 0.8047
16.확률
답: E(G) = −0.45 €
이산 확률변수: 확률분포는 변수가 가질 수 있는 모든 값 x와 그 확률 p(x)를 나열합니다. 확률은 0과 1 사이이며 합이 1입니다. 기댓값(평균)은 E(X) = Σx·p(x)로, 장기적인 평균입니다. 분산은 Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ²이고, 표준편차는 σ = √Var(X)입니다. 일차 변환 Y = aX + b에서는 E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X), σY = |a|·σX입니다. 상수를 더해도 퍼짐은 변하지 않습니다.
순 결과
G: 6 (p = 0.15), 57 (p = 0.02), −3 (p = 0.83)
기댓값
E(G) = 6·0.15 + 57·0.02 − 3·0.83 = −0.45 €
답
E(G) = −0.45 €
음수는 평균적으로 돈을 잃는다는 뜻입니다.
17.기술통계
답: s = 15.8
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 = −2.25
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 − 0.9878 = 0.0122
z-표를 거꾸로 읽기
표 안에서 0.0122을 찾아 z를 읽으세요.
z = −2.25
답
z = −2.25
20.정규분포
답: x = 84.6 점
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.