Matematyka dla inżynierów: zestaw na powtórkę

Wzory, najważniejsze kroki metod dla każdego tematu i 20 zadań do ćwiczenia, z pełnymi rozwiązaniami na końcu.

Nowe zadaniaWróć do przedmiotu

W oknie drukowania wybierz „Zapisz jako PDF”, aby zachować kopię na swoim urządzeniu.

1Wzory i metody

Granice

Bezpośrednie podstawienie
najpierw spróbuj x = a; 0/0 oznacza, że trzeba uprościć
Rozłóż na czynniki i skróć
xⁿ − aⁿ = (x − a)(xⁿ⁻¹ + a·xⁿ⁻² + … + aⁿ⁻¹)
Sprzężenie
(√x − √a)(√x + √a) = x − a
Granice w nieskończoności
podziel przez najwyższą potęgę x; przy równych stopniach wynikiem jest iloraz współczynników przy najwyższych potęgach
Granica specjalna
limx→∞ (1 + a/x)bx = eab
Reguła de l'Hospitala
lim f/g = lim f′/g′ (0/0 or ∞/∞)

Pochodne

Pochodna potęgi
(xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹
Reguła iloczynu
(uv)′ = u′v + uv′
Pochodna ilorazu
(u/v)′ = (u′v − uv′)/v²
Reguła łańcuchowa
f(g(x))′ = f′(g(x))·g′(x)
Podstawowe pochodne
(eˣ)′ = eˣ, (ln x)′ = 1/x, (sin x)′ = cos x, (cos x)′ = −sin x

Metoda

  1. Rozpoznaj strukturę: suma, iloczyn, iloraz czy złożenie.
  2. Zastosuj wzór na pochodną potęgi do każdej potęgi x.
  3. W razie potrzeby użyj reguły iloczynu, ilorazu lub łańcuchowej.
  4. Uprość i, jeśli trzeba, oblicz wartość w punkcie.

Całki

Pochodna potęgi
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Całka oznaczona
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Podstawowe całki
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Pole między krzywymi
∫ab (f − g) dx

Metoda

  1. Tam, gdzie to możliwe, zapisz funkcję podcałkową jako sumę prostych wyrazów.
  2. Zastosuj wzór na całkę potęgi: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) oraz całki podstawowe dla ex, 1/x, sin i cos.
  3. Użyj podstawienia, gdy widzisz razem funkcję i jej pochodną.
  4. Dla całki oznaczonej oblicz F(b) − F(a).

Liczby zespolone

Postać algebraiczna
z = a + jb, j² = −1, z̄ = a − jb
Moduł i argument
|z| = √(a² + b²), tan θ = b/a (check the quadrant)
Postać biegunowa i wykładnicza
z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ
Dzielenie
z₁/z₂ = z₁z̄₂/|z₂|²
Iloczyn i iloraz
r₁∠θ₁ · r₂∠θ₂ = r₁r₂∠(θ₁ + θ₂), r₁∠θ₁ / r₂∠θ₂ = (r₁/r₂)∠(θ₁ − θ₂)
Wzór de Moivre’a
(r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ
Pierwiastki n-tego stopnia
zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0 … n − 1
Trójmian kwadratowy z p² < 4q
z = −p/2 ± j√(q − p²/4)

Metoda

  1. Zdecyduj, która postać pasuje do działania: algebraiczna a + jb do dodawania i odejmowania, biegunowa r∠θ do mnożenia, dzielenia, potęg i pierwiastków.
  2. Wymnażaj z j² = −1; dziel, mnożąc licznik i mianownik przez liczbę sprzężoną do mianownika.
  3. Zamieniaj przez r = √(a² + b²) i θ ze szkicu punktu (sprawdź ćwiartkę), a z powrotem przez a = r cos θ, b = r sin θ.
  4. Dla potęg użyj wzoru de Moivre’a, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; dla zⁿ = R∠φ wypisz wszystkie n pierwiastków R1/n∠((φ + 360°k)/n).

Równania różniczkowe

Wzrost/zanik wykładniczy
dy/dt = ky → y = y0ekt
Okres połowicznego rozpadu
k = ln 2 / t½
Prawo stygnięcia Newtona
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Czynnik całkujący
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Zbiornik z mieszaniem
dm/dt = r·c − (r/V)·m

Macierze i wyznaczniki

wyznacznik 2×2
det = ad − bc
Macierz odwrotna 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Produkt
(AB)ij = Σk AikBkj
Wartości własne
det(A − λI) = 0
Wzory Cramera
xi = det(Ai)/det(A)

Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy

Długość
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Wersor
û = a/|a|
Składowe z kąta
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Iloczyn skalarny
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Rzut skalarny a na b
a·b/|b|
Praca
W = F·d
Iloczyn wektorowy
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Pola
równoległobok |a × b|, trójkąt ½|a × b|
Moment względem O
MO = r × F, r = A − O
Objętość równoległościanu
V = |a·(b × c)|

Metoda

  1. Zapisz każdy wektor w składowych; dla siły podanej przez wartość i kąt użyj F·cos θ i F·sin θ.
  2. Do długości i kierunków użyj długości √(x² + y² + z²) i wersora a/|a|.
  3. Iloczyn skalarny stosuj do kątów, rzutów, prostopadłości i pracy: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Iloczyn wektorowy stosuj do wektorów prostopadłych, pól i momentów: starannie zapisz trzy składowe, zachowując kolejność a × b.

Prawdopodobieństwo

Zdarzenie przeciwne
P(not A) = 1 − P(A)
Reguła dodawania
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Zdarzenia niezależne
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Prawdopodobieństwo warunkowe
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Rozkład dwumianowy
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

Statystyka opisowa

Średnia
x̄ = Σx/n
Odchylenie standardowe z próby
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Mediana
środkowa wartość uporządkowanych danych
Wynik z
z = (x − μ)/σ
Rozkład normalny
68% w zakresie ±1σ, 95% w zakresie ±2σ

Rozkład normalny

Wynik z
z = (x − μ)/σ
Poniżej x
P(X < x) = Φ(z)
Powyżej x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Pomiędzy
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentyl
x = μ + z·σ

Metoda

  1. Zamień wartość na wynik standaryzowany: z = (x − μ)/σ.
  2. Odczytaj Φ(z), pole na lewo od z.
  3. Dla pola na prawo użyj 1 − Φ(z); dla przedziału odejmij dwa pola lewostronne.
  4. Dla percentyla licz wstecz: wyznacz z dla pola, a potem x = μ + z·σ.

2Zadania do ćwiczenia

1.GraniceŚredni
xyy = L

Oblicz granicę L = limx→∞ (√(4x2 + 9x) − 2x).

f(x) = √(4x2 + 9x) − 2xx → ∞
L =
2.GraniceTrudny
xyx = 0

Oblicz granicę L = limx→0 ln(1 + x)/sin(5x), z x w radianach.

f(x) = ln(1 + x)/sin(5x)x → 0
L =
3.PochodneŚredni
xyx = 1,5

Dana jest funkcja f(x) = x3·ex. Wyznacz f′(1,5).

f(x) = x3·exx = 1,5
f′(1.5) =
4.PochodneTrudny
xyx = −2

Styczna do f(x) = 0,5x2 + 3x + 5 w x = −2 przecina oś y w y = b. Wyznacz b.

f(x) = 0,5x2 + 3x + 5x = −2
b =
5.CałkiŚredni
xy02

Oblicz I = ∫02 e2x dx.

f(x) = e2x[0, 2]
I =
6.CałkiTrudny
xy1,667y = 5xy = 3x²

Obszar między prostą y = 5x a parabolą y = 3x² obraca się wokół osi x. Wyznacz objętość V otrzymanej bryły.

y = 5xy = 3x²
V =
7.Liczby zespoloneŚredni
ReIm55−5−5θz

Znajdź argument θ liczby z = −7 − j5 w stopniach, jako wartość główną między −180° a 180°.

z = −7 − j5
θ = °
8.Liczby zespoloneTrudny
ReIm11−1−122−2−2z₁z₂

Jednym z pierwiastków równania z³ + z + 10 = 0 jest z₁ = 1 + j2. Współczynniki są rzeczywiste. Znajdź pierwiastek rzeczywisty r.

z₁ = 1 + j2
r =
9.Równania różniczkoweŚredni
tyy(0) = 2y(1,5) = ?

Rozwiąż y″ + 5y′ + 4y = 0 z y(0) = 2 i y′(0) = -2. Wyznacz y(1,5).

y″ + 5y′ + 4y = 0y(0) = 2y′(0) = -2
y(1.5) =
10.Równania różniczkoweTrudny
xy12(1, −2)y(2) = ?

Rozwiąż zagadnienie początkowe y′ + y/x = 2 dla x > 0, z y(1) = −2. Wyznacz y(2).

y′ + y/x = 2y(1) = −2
y(2) =
11.Macierze i wyznacznikiŚredni
A =−33−12−3−305−5

Wyznacz wyznacznik det A pokazanej macierzy 3×3 A.

A = [−3 3 −1; 2 −3 −3; 0 5 −5]
det A =
12.Macierze i wyznacznikiTrudny
A =−3−377

Wyznacz większą wartość własną λ pokazanej macierzy A.

A = [−3 −3; 7 7]
λ =
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
xyzab

Znajdź iloczyn skalarny a·b wektorów a = (4, −2, −4) i b = (−5, −7, 0).

a = (4, −2, −4)b = (−5, −7, 0)
a·b =
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
xyzrFOA

Siła F = (20, 0, 40) N działa w punkcie A(−3, 0, 2). Współrzędne podano w metrach. Znajdź wartość |M| momentu tej siły względem punkt O(−2, 2, 1).

F = (20, 0, 40) NA(−3, 0, 2) mO(−2, 2, 1) m
|M| = N·m
15.PrawdopodobieństwoŚredni
xp(x)100,25200,3300,35400,1μ = 23

Dla pokazanego rozkładu wyznacz wariancję Var(X) zmiennej X.

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,25, 0,3, 0,35, 0,1
Var(X) =
16.PrawdopodobieństwoTrudny
€p(x)−30,8930,1270,01

Gra kosztuje €3. Wygrywasz €6 z prawdopodobieństwem 0,1 i €30 z prawdopodobieństwem 0,01; w pozostałych przypadkach nic nie wygrywasz. Stawka nie jest zwracana. Wyznacz oczekiwany zysk netto E(G) na jedną grę.

stawka = €3€6: p = 0,1€30: p = 0,01
E(G) = €
17.Statystyka opisowaŚredni
22242628303234

Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 29, 35, 22, 26, 22, 28, 21.

n = 7
s =
18.Statystyka opisowaTrudny
z −2−1012

Wielkość ma rozkład normalny ze średnią 170 i odchyleniem standardowym 12. Jaka część P wartości leży poniżej 146?

μ = 170σ = 12x = 146
P =
19.Rozkład normalnyŚredni
340 kg304 kgT = X₁ + … + X₄?

Masy pasażerów z bagażem są niezależne i mają rozkład normalny ze średnią 85 kg i odchyleniem standardowym 12 kg. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że łączna masa 4 z nich przekroczy 304 kg. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

μ = 85 kgσ = 12 kgn = 4> 304 kg
P =
20.Rozkład normalnyTrudny
μ = 32x = ?80%

Rozkład czasów dostawy jest normalny ze średnią 32 min i odchyleniem standardowym 6 min. Wyznacz wartość x, poniżej której leży 80% wszystkich wartości (80. percentyl).

μ = 32σ = 6P = 80%
x = min

3Roztwory

1.Granice

Odpowiedź: L = 2,25

Granice: najpierw spróbuj bezpośredniego podstawienia. Jeśli daje 0/0, najpierw uprość: rozłóż na czynniki i skróć wspólny czynnik albo pomnóż przez sprzężenie. Przy x → ∞ podziel licznik i mianownik przez najwyższą potęgę x. Reguła de l'Hospitala: jeśli f/g daje 0/0 lub ∞/∞, to lim f/g = lim f′/g′, przy czym licznik i mianownik różniczkuje się osobno (nie regułą ilorazu).

Pomnóż przez sprzężenie

f(x) = 9x/(√(4x2 + 9x) + 2x)

Podziel przez x

f(x) = 9/(√(4 + 9/x) + 2)

Niech x → ∞

L = 9/(2 + 2) = 2,25

Odpowiedź

L = 2,25
2.Granice

Odpowiedź: L = 0,2

Granice: najpierw spróbuj bezpośredniego podstawienia. Jeśli daje 0/0, najpierw uprość: rozłóż na czynniki i skróć wspólny czynnik albo pomnóż przez sprzężenie. Przy x → ∞ podziel licznik i mianownik przez najwyższą potęgę x. Reguła de l'Hospitala: jeśli f/g daje 0/0 lub ∞/∞, to lim f/g = lim f′/g′, przy czym licznik i mianownik różniczkuje się osobno (nie regułą ilorazu).

Reguła de l'Hospitala

L = limx→0 [1/(1 + x)]/[5·cos 5x]

Podstaw x = 0

L = 1/5 = 0,2

Odpowiedź

L = 0,2
3.Pochodne

Odpowiedź: f′(1.5) = 45,38

Różniczkowanie: pochodna f′(x) to nachylenie wykresu w punkcie x. Reguła potęgowa: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Reguła iloczynu: (uv)′ = u′v + uv′. Reguła łańcuchowa: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Gdzie f′(x) = 0, wykres ma poziomą styczną: maksimum, minimum albo punkt siodłowy.

Reguła iloczynu

f′(x) = u′v + uv′ = ex·(3x2 + 1·x3)

Podstaw

f′(1,5) = 4,482·(6,75 + 3,375) = 45,38

Odpowiedź

f′(1,5) = 45,38
4.Pochodne

Odpowiedź: b = 3

Różniczkowanie: pochodna f′(x) to nachylenie wykresu w punkcie x. Reguła potęgowa: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Reguła iloczynu: (uv)′ = u′v + uv′. Reguła łańcuchowa: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Gdzie f′(x) = 0, wykres ma poziomą styczną: maksimum, minimum albo punkt siodłowy.

Punkt i nachylenie

f(−2) = 1
f′(x) = x + 3 → f′(−2) = 1

Styczna w x = 0

b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 1 − 1·(−2) = 3

Odpowiedź

b = 3
5.Całki

Odpowiedź: I = 26,8

Całki oznaczone: ∫ₐᵇ f(x) dx to pole ze znakiem między wykresem a osią x od a do b. Znajdź funkcję pierwotną F (F′ = f) i oblicz F(b) − F(a). Reguła potęgowa: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Pole między dwiema krzywymi to ∫(górna − dolna) dx.

Funkcja pierwotna

F(x) = e2x/2

Podstaw granice

I = (e4 − 1)/2 = (54,6 − 1)/2 = 26,8

Odpowiedź

I = 26,8
6.Całki

Odpowiedź: V = 48,48

Objętości brył obrotowych: obrót obszaru pod krzywą y = f(x) od x = a do x = b wokół osi x tworzy bryłę, której przekrojem w punkcie x jest koło o promieniu f(x). Dodanie tych kół daje V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Gdy obszar leży między krzywą zewnętrzną R(x) a wewnętrzną r(x), każdy plasterek jest pierścieniem: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Promienie podnieś do kwadratu przed odejmowaniem.

Punkty przecięcia

5x = 3x² → x = 0, x = 1,667

Metoda pierścieni

V = π∫₀1,667 ((5x)² − (3x²)²) dx

Całkuj

V = π(25·1,667³/3 − 9·1,667⁵/5) = π·15,43 = 48,48

Odpowiedź

V = 48,48
7.Liczby zespolone

Odpowiedź: θ = −144,5 °

Postać biegunowa: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ, gdzie r = |z| i θ = arg z. Powrót do postaci algebraicznej: a = r cos θ, b = r sin θ. Argument wymaga ustalenia ćwiartki: θ = atan(b/a) tylko dla a > 0; dla a < 0 dodaj lub odejmij 180°. W postaci biegunowej mnożenie jest łatwe: pomnóż moduły i dodaj argumenty; przy dzieleniu podziel moduły i odejmij argumenty.

Ćwiartka

a = −7, b = −5 → III

Kąt odniesienia

α = atan(5/7) = 35,54°

Argument

θ = −(180° − α) = −144,5°

Odpowiedź

θ = −144,5°

W postaci biegunowej z = 8,602∠−144,5°.

8.Liczby zespolone

Odpowiedź: r = −2

Wzór de Moivre’a i pierwiastki: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. Równanie zⁿ = R∠φ ma dokładnie n pierwiastków, wszystkie o module R1/n, o argumentach (φ + 360°·k)/n dla k = 0, 1, …, n − 1: leżą równomiernie na okręgu, co 360°/n. Równanie kwadratowe z² + pz + q = 0 z p² < 4q ma pierwiastki zespolone z = −p/2 ± j√(q − p²/4); wielomian o współczynnikach rzeczywistych ma pierwiastki zespolone zawsze w parach sprzężonych a ± jb.

Para sprzężona

z₂ = 1 − j2
(z − z₁)(z − z₂) = z² − 2·1·z + (1² + 2²) = z² − 2z + 5

Wydziel czynnik kwadratowy

z³ + z + 10 = (z² − 2z + 5)(z + 2)

Pierwiastek rzeczywisty

r = −2

Odpowiedź

r = −2

Sprawdź sumą pierwiastków: z₁ + z₂ + r = 2 + (−2) = 0 = −(0).

9.Równania różniczkowe

Odpowiedź: y(1.5) = 0,4463

Liniowe równania drugiego rzędu: dla y″ + b·y′ + c·y = 0 spróbuj y = ert: otrzymasz równanie charakterystyczne r² + b·r + c = 0. Dwa różne pierwiastki rzeczywiste r₁ ≠ r₂ dają y = A·er₁t + B·er₂t (tłumienie nadkrytyczne); pierwiastek podwójny r daje y = (A + Bt)·ert (tłumienie krytyczne); pierwiastki zespolone −α ± jω dają y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (tłumienie podkrytyczne, drgania). Wartości początkowe y(0) i y′(0) wyznaczają A i B. Zapisane jako y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn jest częstością drgań własnych, a ζ współczynnikiem tłumienia: dla ζ < 1 występują drgania. Przy stałym wymuszeniu y″ + by′ + cy = c·K rozwiązaniem jest wartość ustalona K plus odpowiedź swobodna.

Pierwiastki charakterystyczne

(r + 1)(r + 4) = 0 → r = −1, −4

Stałe z wartości początkowych

A + B = 2, −1A − 4B = -2
A = 2, B = 0

Oblicz

y(1,5) = 2·e−1,5 + 0·e−6 = 0,4463

Odpowiedź

y(1,5) = 0,4463
10.Równania różniczkowe

Odpowiedź: y(2) = 0,5

Równania różniczkowe pierwszego rzędu: dy/dt = k·y ma rozwiązanie y = y₀·ekt (wzrost dla k > 0, zanik dla k < 0); okres połowicznego rozpadu T daje k = ln 2/T. Prawo stygnięcia Newtona, dT/dt = −k·(T − Tₐ), daje T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Równanie liniowe y′ + p(x)·y = q(x) rozwiązuje się czynnikiem całkującym μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, więc μy = ∫μq dx + C.

Czynnik całkujący

μ = e∫1/x dx = x1

Całkuj

(x1y)′ = 2x → x1y = 2x2/2 + C

Warunek początkowy

−2 = 2/2 + C → C = −3

Oblicz

y(2) = (2·22/2 + (−3))/21 = 0,5

Odpowiedź

y(2) = 0,5
11.Macierze i wyznaczniki

Odpowiedź: det A = −70

Macierze: wyznacznik macierzy 2×2 to ad − bc. Dla 3×3 rozwiń względem wiersza: każdy element razy wyznacznik macierzy 2×2, która zostaje po skreśleniu jego wiersza i kolumny, ze znakami na przemian + − +. Wartości własne λ spełniają det(A − λI) = 0; dla 2×2 to λ² − (ślad)·λ + det = 0.

Minory 2×2 pierwszego wiersza

M₁₁ = 30, M₁₂ = −10, M₁₃ = 10

Rozwinięcie Laplace'a

det A = (−3)·30 − 3·(−10) + (−1)·10 = −70

Odpowiedź

det A = −70
12.Macierze i wyznaczniki

Odpowiedź: λ = 4

Macierze: wyznacznik macierzy 2×2 to ad − bc. Dla 3×3 rozwiń względem wiersza: każdy element razy wyznacznik macierzy 2×2, która zostaje po skreśleniu jego wiersza i kolumny, ze znakami na przemian + − +. Wartości własne λ spełniają det(A − λI) = 0; dla 2×2 to λ² − (ślad)·λ + det = 0.

Równanie charakterystyczne

λ² − (4)λ + (0) = 0

Rozwiąż

λ = (4 ± √(16))/2 → λ = 0, 4
λ = 4

Odpowiedź

λ = 4
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy

Odpowiedź: a·b = −6

Iloczyn skalarny: a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, jest skalarem. Pozwala wyznaczyć kąt między dwoma wektorami, cos θ = a·b/(|a|·|b|), i jest równy zero, gdy wektory są prostopadłe. Rzut skalarny a na b wynosi a·b/|b|, a stała siła F na przemieszczeniu d wykonuje pracę W = F·d.

Pomnóż odpowiadające sobie składowe i dodaj

a·b = 4·(−5) + (−2)·(−7) + (−4)·0 = (−20) + 14 + 0 = −6

Odpowiedź

a·b = −6

Ujemny: kąt między wektorami jest większy niż 90°.

14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy

Odpowiedź: |M| = 107,7 N·m

Iloczyn wektorowy: a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) jest prostopadły do obu wektorów, a |a × b| = |a|·|b|·sin θ to pole równoległoboku, który rozpinają (trójkąt ma połowę tego pola). Kolejność ma znaczenie: b × a = −(a × b). Moment siły F przyłożonej w punkcie A względem punktu O to MO = r × F, gdzie r = A − O.

Wektor położenia od O do A

r = A − O = (−3, 0, 2) − (−2, 2, 1) = (−1, −2, 1) m

Moment M = r × F

(r × F)x = ryFz − rzFy = (−2)·40 − 1·0 = −80 N·m
(r × F)y = rzFx − rxFz = 1·20 − (−1)·40 = 60 N·m
(r × F)z = rxFy − ryFx = (−1)·0 − (−2)·20 = 40 N·m

Długość

|M| = √((−80)² + 60² + 40²) = 107,7 N·m

Odpowiedź

|M| = 107,7 N·m
15.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: Var(X) = 91

Dyskretne zmienne losowe: rozkład prawdopodobieństwa wymienia każdą wartość x, jaką może przyjąć zmienna, wraz z jej prawdopodobieństwem p(x); prawdopodobieństwa mieszczą się między 0 a 1 i sumują się do 1. Wartość oczekiwana (średnia) to E(X) = Σx·p(x), średnia w długim okresie. Wariancja to Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², a odchylenie standardowe σ = √Var(X). Dla zmiany liniowej Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) i σY = |a|·σX; dodanie stałej nie zmienia rozrzutu.

Średnia

μ = 10·0,25 + 20·0,3 + 30·0,35 + 40·0,1 = 23

Średnia kwadratów

E(X²) = 100·0,25 + 400·0,3 + 900·0,35 + 1600·0,1 = 620

Wariancja

Var(X) = 620 − 23² = 91

Odpowiedź

Var(X) = 91
16.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: E(G) = −2,1 €

Dyskretne zmienne losowe: rozkład prawdopodobieństwa wymienia każdą wartość x, jaką może przyjąć zmienna, wraz z jej prawdopodobieństwem p(x); prawdopodobieństwa mieszczą się między 0 a 1 i sumują się do 1. Wartość oczekiwana (średnia) to E(X) = Σx·p(x), średnia w długim okresie. Wariancja to Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², a odchylenie standardowe σ = √Var(X). Dla zmiany liniowej Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) i σY = |a|·σX; dodanie stałej nie zmienia rozrzutu.

Wyniki netto

G: 3 (p = 0,1), 27 (p = 0,01), −3 (p = 0,89)

Wartość oczekiwana

E(G) = 3·0,1 + 27·0,01 − 3·0,89 = −2,1 €

Odpowiedź

E(G) = −2,1 €

Wartość ujemna oznacza, że średnio tracisz pieniądze.

17.Statystyka opisowa

Odpowiedź: s = 5,014

Statystyka opisowa: średnia to suma podzielona przez n; mediana to środkowa wartość uporządkowanych danych (średnia dwóch środkowych, gdy n jest parzyste). Odchylenie standardowe z próby to s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Wynik z = (x − μ)/σ mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej.

Średnia

x̄ = 183/7 = 26,14

Kwadraty odchyleń

Σ(x − x̄)² = 2,857² + 8,857² + (−4,143)² + (−0,1429)² + (−4,143)² + 1,857² + (−5,143)² = 150,9

Odchylenie standardowe

s = √(150,9/6) = 5,014

Odpowiedź

s = 5,014
18.Statystyka opisowa

Odpowiedź: P = 0,02275

Statystyka opisowa: średnia to suma podzielona przez n; mediana to środkowa wartość uporządkowanych danych (średnia dwóch środkowych, gdy n jest parzyste). Odchylenie standardowe z próby to s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Wynik z = (x − μ)/σ mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej.

Standaryzuj

z = −2

Tablica rozkładu normalnego

Φ(−2) = 0,02275
P = 0,02275

Odpowiedź

P = 0,02275
19.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,9332

Sumy i różnice zmiennych normalnych: jeśli X i Y są niezależne i mają rozkład normalny, to X + Y i X − Y również mają rozkład normalny. Średnie dodają się lub odejmują: E(X ± Y) = μX ± μY. Wariancje zawsze się dodają, także dla różnicy: Var(X ± Y) = σX² + σY², więc σ = √(σX² + σY²). Odchylenia standardowe nigdy nie dodają się bezpośrednio. Suma n niezależnych elementów o tym samym rozkładzie ma średnią n·μ i odchylenie standardowe σ·√n. Potem standaryzuj jak zwykle: z = (x − średnia)/σ i odczytaj Φ(z).

Rozkład sumy całkowitej

μT = 340 kg, σT = 12·√4 = 24 kg

Standaryzuj

z = (304 − 340)/24 = −1,5

Prawdopodobieństwo

P = 1 − Φ(−1,5) = 0,9332

Odpowiedź

P = 0,9332
20.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 37,05 min

Rozkład normalny: zamień wartość x na wynik z, z = (x − μ)/σ, który mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej. Tablica rozkładu normalnego (czyli Φ(z)) podaje pole na lewo od z, czyli P(X < x). Pole na prawo to 1 − Φ(z), a pole między dwiema wartościami to różnica ich dwóch pól.

z dla percentyla

Φ(z) = 0,8 → z = 0,8416

Powrót do x

x = 32 + 0,8416·6 = 37,05 min

Odpowiedź

x = 37,05 min

ExamProblems · examproblems.com/courses/engineering-mathematics