탱크에 순수한 물 400 L가 들어 있습니다. 리터당 소금 0.05 kg이 든 소금물이 4 L/min으로 들어오고, 잘 섞인 용액이 같은 속도로 흘러 나갑니다. 60분 후 탱크 속 소금의 양 m은(는) 얼마인가요?
V = 400 Lm0 = 0 kgc = 0.05 kg/Lr = 4 L/min
m = kg
11.행렬과 행렬식보통
주어진 3×3 행렬 A의 행렬식 det A를 구하세요.
A = [−3 −3 −4; 4 −4 −3; 0 1 5]
det A =
12.행렬과 행렬식어려움
연립방정식 −x − 5y = −8, −3x − 6y = 9을 푸세요. x를 구하세요.
−x − 5y = −8−3x − 6y = 9
x =
13.벡터: 내적과 외적보통
a = (0, −1, 7)를 b = (−3, −1, 1) 위에 투영한 스칼라 투영 compb a, 즉 a의 b 방향 성분을 구하시오.
a = (0, −1, 7)b = (−3, −1, 1)
compb a =
14.벡터: 내적과 외적어려움
단위 벡터 n̂은(는) a = (−1, 5, −5)와 b = (−5, 0, −2)에 모두 수직이고 z성분이 양수이다. 그 y성분 n̂y을(를) 구하시오.
a = (−1, 5, −5)b = (−5, 0, −2)n̂z > 0
n̂y =
15.확률보통
공정한 주사위를 2번 던집니다. 6이 적어도 한 번 나올 확률 P는 얼마일까요?
n = 2
P =
16.확률어려움
어떤 시험에 객관식 문제가 6개 있습니다. 찍어서 푸는 학생은 각 문제를 독립적으로 확률 0.5로 맞힙니다. 정확히 2개를 맞힐 확률 P는 얼마일까요?
n = 6p = 0.5k = 2
P =
17.기술통계보통
자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 19, 41, 29, 19, 39, 13, 40.
n = 7
s =
18.기술통계어려움
어떤 양은 평균 60, 표준편차 8인 정규분포를 따릅니다. 56보다 작은 값의 비율 P는 얼마일까요?
μ = 60σ = 8x = 56
P =
19.정규분포보통
상자의 질량은 독립이며 평균 12 kg, 표준편차 0.8 kg인 정규분포를 따릅니다. 그중 8개의 총 질량이 97.1 kg을(를) 초과할 확률 P을(를) 구하시오. z는 소수 둘째 자리로 반올림하시오.
μ = 12 kgσ = 0.8 kgn = 8> 97.1 kg
P =
20.정규분포어려움
1번 라인 제품의 질량 X와 2번 라인 제품의 질량 Y은(는) 독립이며 정규분포를 따릅니다. X는 평균 500 g, 표준편차 8 g이고 Y는 평균 490 g, 표준편차 6 g입니다. X가 Y보다 클 확률 P을(를) 구하시오. z는 소수 둘째 자리로 반올림하시오.
μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
3용액
1.극한
답: L = −1.333
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.
최고차항으로 나누기
(−4 + 2/x + 9/x2)/(3 + 2/x + 4/x2)
x → ∞
L = −4/3 = −1.333
답
L = −1.333
차수가 같으면 극한은 최고차항 계수의 비입니다.
2.극한
답: L = 0.5
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.
회전체의 부피: y = f(x)의 아래, x = a에서 x = b까지의 영역을 x축 둘레로 회전시키면 x에서의 단면이 반지름 f(x)인 원판인 입체가 만들어집니다. 원판들을 더하면 V = π∫ₐᵇ f(x)² dx입니다. 영역이 바깥 곡선 R(x)와 안쪽 곡선 r(x) 사이에 있으면 각 조각은 와셔(고리)이며, V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx입니다. 반지름을 빼기 전에 먼저 제곱하세요.
원판법
V = π∫₀2 4x² dx
적분하기
V = π·4·2³/3 = 33.51
답
V = 33.51
확인: 반지름 4, 높이 2인 원뿔은 (1/3)πr²h = 33.51입니다.
6.적분
답: A = 42.67
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 = 4x → x = 0, x = 8
위에서 아래를 빼서 적분하기
A = [2x2 − 0.1667x3]08 = 42.67
답
A = 42.67
7.복소수
답: b = −3.625
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.
성분
a = 4·cos(−115°) = −1.69
b = 4·sin(−115°) = −3.625
직각 형식
z = −1.69 − j3.625
b = −3.625
답
b = −3.625
8.복소수
답: θ₁ = 75 °
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.
근의 절댓값
811/4 = 3
근의 편각
θ₁ = (−60° + 360°·1)/4 = 75°
편각
θ₁ = 75°
답
θ₁ = 75°
4개의 근이 반지름 3인 원 위에 90° 간격으로 놓입니다.
9.미분방정식
답: y(2) = 0.01442
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.
중근
(r + 4)² = 0 → r = −4
상수
A = y(0) = 5
y′(0) = B − 4A → B = -1 + 20 = 19
계산하기
y(2) = (5 + 19·2)·e−8 = 0.01442
답
y(2) = 0.01442
10.미분방정식
답: m = 9.024 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 = 4·0.05 − (4/400)·m = 0.2 − 0.01·m
풀기
적분 인자는 ert/V이며, 해는 평형량 c·V에 가까워집니다.
m(t) = 20 + (−20)·e−t/100
t 대입
m(60) = 20 + (−20)·0.5488 = 9.024 kg
답
m = 9.024 kg
11.행렬과 행렬식
답: det A = 95
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 = −17, M₁₂ = 20, M₁₃ = 4
여인수 전개
det A = (−3)·(−17) − (−3)·20 + (−4)·4 = 95
답
det A = 95
12.행렬과 행렬식
답: x = −10.33
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 = (−1)·(−6) − (−5)·(−3) = −9
x 열 바꾸기
det Aₓ = (−8)·(−6) − (−5)·9 = 93
x = 93/(−9) = −10.33
답
x = −10.33
y = 3.667
13.벡터: 내적과 외적
답: compb a = 2.412
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 = 0·(−3) + (−1)·(−1) + 7·1 = 8
b의 길이
|b| = √((−3)² + (−1)² + 1²) = 3.317
스칼라 투영
compb a = a·b/|b| = 8/3.317 = 2.412
답
compb a = 2.412
14.벡터: 내적과 외적
답: n̂y = 0.6495
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.
여사건
P(6이 안 나옴) = (5/6)2 = 0.6944
P = 1 − 0.6944 = 0.3056
답
P = 0.3056
16.확률
답: P = 0.2344
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 = 2) = 15·0.52·0.54 = 15·0.25·0.0625 = 0.2344
답
P = 0.2344
17.기술통계
답: s = 11.69
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 = −0.5
표준정규분포표
Φ(−0.5) = 0.3085
P = 0.3085
답
P = 0.3085
19.정규분포
답: P = 0.3121
정규 변수의 합과 차: X와 Y가 독립이고 정규분포를 따르면 X + Y와 X − Y도 정규분포를 따릅니다. 평균은 더하거나 뺍니다: E(X ± Y) = μX ± μY. 분산은 차일 때도 항상 더합니다: Var(X ± Y) = σX² + σY²이므로 σ = √(σX² + σY²)입니다. 표준편차를 직접 더해서는 안 됩니다. 같은 분포를 따르는 독립인 n개 항목의 합은 평균 n·μ, 표준편차 σ·√n입니다. 그다음 평소처럼 표준화하여 z = (x − 평균)/σ를 구하고 Φ(z)를 읽습니다.
합계의 분포
μT = 96 kg, σT = 0.8·√8 = 2.263 kg
표준화하기
z = (97.1 − 96)/2.263 = 0.49
확률
P = 1 − Φ(0.49) = 0.3121
답
P = 0.3121
20.정규분포
답: P = 0.8413
정규 변수의 합과 차: X와 Y가 독립이고 정규분포를 따르면 X + Y와 X − Y도 정규분포를 따릅니다. 평균은 더하거나 뺍니다: E(X ± Y) = μX ± μY. 분산은 차일 때도 항상 더합니다: Var(X ± Y) = σX² + σY²이므로 σ = √(σX² + σY²)입니다. 표준편차를 직접 더해서는 안 됩니다. 같은 분포를 따르는 독립인 n개 항목의 합은 평균 n·μ, 표준편차 σ·√n입니다. 그다음 평소처럼 표준화하여 z = (x − 평균)/σ를 구하고 Φ(z)를 읽습니다.