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→∞ (1 + 0,5/x)x. Podaj wartość dziesiętną.

f(x) = (1 + 0,5/x)xx → ∞
L =
2.GraniceTrudny
xyx = 0

Oblicz granicę L = limx→0 (e2x − 1 − 2x)/x².

f(x) = (e2x − 1 − 2x)/x²x → 0
L =
3.PochodneŚredni
xyx = 2

Dana jest funkcja f(x) = (3x + 5)4. Wyznacz f′(2).

f(x) = (3x + 5)4x = 2
f′(2) =
4.PochodneTrudny
xy

Dana jest funkcja f(x) = x3 − 7,5x2 + 12x + 4. Wyznacz współrzędną x x maksimum lokalnego.

f(x) = x3 − 7,5x2 + 12x + 4
x =
5.CałkiŚredni
xy14y = x ln x

Oblicz I = ∫₁4 x·ln x dx.

∫₁4 x ln x dx
I =
6.CałkiTrudny
xyy = 0,5x2​y = x

Wyznacz pole A obszaru ograniczonego przez y = 0,5x2 i y = x.

y = 0,5x2y = x
A =
7.Liczby zespoloneŚredni
ReIm11−1−122−2−2θz

Zapisz z = 2,5∠−115° w postaci algebraicznej a + jb i podaj część rzeczywistą a.

r = 2,5θ = −115°
a =
8.Liczby zespoloneTrudny
ReIm22−2−244−4−466−6−6z₀z₁

Pierwiastki zⁿ = w z n = 2 i w = 36∠180° to zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1. Znajdź część urojoną z₁.

w = 36∠180°n = 2k = 1
Im(z₁) =
9.Równania różniczkoweŚredni
tyy(0) = 1y(0,5) = ?

Rozwiąż y″ + 4y′ + 3y = 0 z y(0) = 1 i y′(0) = 0. Wyznacz y(0,5).

y″ + 4y′ + 3y = 0y(0) = 1y′(0) = 0
y(0.5) =
10.Równania różniczkoweTrudny
tyK = 5ymax​ = ?

Układ spełnia równanie y″ + 3y′ + 6,25y = 31,25 dla t ≥ 0, startując ze spoczynku: y(0) = 0, y′(0) = 0. Wyznacz wartość szczytową ymax jego odpowiedzi skokowej.

y″ + 3y′ + 6,25y = 31,25y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.Macierze i wyznacznikiŚredni
A =−2−140−25−151

Wyznacz wyznacznik det A pokazanej macierzy 3×3 A.

A = [−2 −1 4; 0 −2 5; −1 5 1]
det A =
12.Macierze i wyznacznikiTrudny
A =−3−364b =9−11

Rozwiąż układ −3x − 3y = 9 i 6x + 4y = −11. Wyznacz x.

−3x − 3y = 96x + 4y = −11
x =
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyŚredni
xyzab

Znajdź kąt θ między wektorami a = (2, −3, −3) i b = (5, 0, 5), w stopniach.

a = (2, −3, −3)b = (5, 0, 5)
θ = °
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowyTrudny
xyzABC

Znajdź pole A trójkąta o wierzchołkach A(−4, −4, 1), B(−4, −2, 2) i C(0, −3, 1). Współrzędne podano w metrach.

A(−4, −4, 1)B(−4, −2, 2)C(0, −3, 1)
A = m²
15.PrawdopodobieństwoŚredni
n = 7k = 3N = ?

Na ile sposobów N można wybrać komisję 3 osób z grupy 7 osób? Kolejność nie ma znaczenia.

n = 7k = 3
N =
16.PrawdopodobieństwoTrudny
xp(x)00,3510,320,35μ

X ma pokazany rozkład, a Y = 2X − 3. Wyznacz odchylenie standardowe σY zmiennej Y.

x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,3, 0,35Y = 2X − 3
σY =
17.Statystyka opisowaŚredni
2025303540455055

Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 18, 41, 57, 31, 36, 30.

n = 6
s =
18.Statystyka opisowaTrudny
z −2−1012

Wyniki egzaminu mają rozkład normalny ze średnią 70 i odchyleniem standardowym 12. Wyznacz wynik z z dla wyniku 77,2.

μ = 70σ = 12x = 77,2
z =
19.Rozkład normalnyŚredni
400 kg404 kgT = X₁ + … + X₁₆?

Masy worków cementu są niezależne i mają rozkład normalny ze średnią 25 kg i odchyleniem standardowym 0,5 kg. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że łączna masa 16 z nich przekroczy 404 kg. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

μ = 25 kgσ = 0,5 kgn = 16> 404 kg
P =
20.Rozkład normalnyTrudny
157164171178185192199cmdół 75%

Rozkład wzrostu dorosłych mężczyzn jest normalny ze średnią 178 cm i odchyleniem standardowym 7 cm. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane dolne 75% leżało na lewo od niej. Znajdź wartość graniczną x.

μ = 178 cmσ = 7 cm75%
x = cm

3Roztwory

1.Granice

Odpowiedź: L = 1,649

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).

Zlogarytmuj

ln L = limx→∞ x·ln(1 + 0,5/x)

Oblicz

ln(1 + u)/u → 1 przy u → 0, więc x·ln(1 + a/x) → a.

ln L = 1·0,5 = 0,5

Odwróć logarytm

L = e0,5 = 1,649

Odpowiedź

L = 1,649
2.Granice

Odpowiedź: L = 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).

Pierwsze zastosowanie

(2·e2x − 2)/(2x) → 0/0

Drugie zastosowanie

4·e2x/2

Podstaw x = 0

L = 4·1/2 = 2

Odpowiedź

L = 2
3.Pochodne

Odpowiedź: f′(2) = 15972

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 łańcuchowa

f′(x) = 4·(3x + 5)3·3

Podstaw

f′(2) = 4·113·3 = 15972

Odpowiedź

f′(2) = 15972
4.Pochodne

Odpowiedź: x = 1

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.

Pochodna

f′(x) = 3x2 − 15x + 12 = 3·(x2 − 5x + 4)

Rozwiąż f′(x) = 0

x = 1 lub x = 4

Które jest które

f″(x) = 6x − 15: ujemna w maksimum, dodatnia w minimum.

f″(1) = −9, f″(4) = 9
x = 1

Odpowiedź

x = 1
5.Całki

Odpowiedź: I = 7,34

Całkowanie przez części: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, co wynika z reguły różniczkowania iloczynu. Za u wybierz czynnik, który po zróżniczkowaniu staje się prostszy (potęga x lub ln x), a za dv czynnik, który umiesz scałkować (eˣ, sin x, cos x albo x, gdy u = ln x). Dla całki oznaczonej oblicz u·v na obu granicach: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Czynnik x² wymaga dwóch rund.

Wybierz u i dv

u = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2

Funkcja pierwotna

∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4

Granice

(8·ln 4 − 4) − (0 − 0,25) = 7,34

Odpowiedź

I = 7,34
6.Całki

Odpowiedź: A = 0,6667

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.

Punkty przecięcia

0,5x2 = x → x = 0, x = 2

Całkuj górną minus dolną

A = [0,5x2 − 0,1667x3]02 = 0,6667

Odpowiedź

A = 0,6667
7.Liczby zespolone

Odpowiedź: a = −1,057

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.

Składowe

a = 2,5·cos(−115°) = −1,057
b = 2,5·sin(−115°) = −2,266

Postać algebraiczna

z = −1,057 − j2,266
a = −1,057

Odpowiedź

a = −1,057
8.Liczby zespolone

Odpowiedź: Im(z₁) = −6

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.

Moduł pierwiastków

361/2 = 6

Argument pierwiastka

θ₁ = (180° + 360°·1)/2 = 270° → −90°

Postać algebraiczna

z₁ = 6·(cos −90° + j sin −90°) = −j6
Im(z₁) = −6

Odpowiedź

Im(z₁) = −6

Pierwiastki (2) leżą na okręgu o promieniu 6, w odstępach 180°.

9.Równania różniczkowe

Odpowiedź: y(0.5) = 0,7982

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 + 3) = 0 → r = −1, −3

Stałe z wartości początkowych

A + B = 1, −1A − 3B = 0
A = 1,5, B = −0,5

Oblicz

y(0,5) = 1,5·e−0,5 + (−0,5)·e−1,5 = 0,7982

Odpowiedź

y(0,5) = 0,7982
10.Równania różniczkowe

Odpowiedź: ymax = 5,474

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.

Wartość ustalona i pierwiastki

yss = 5, r = −1,5 ± 2j

Stałe z wartości początkowych

y(0) = 5 + A = 0 → A = −5
y′(0) = −1,5A + 2B = 0 → B = −3,75

Szczyt

t = π/2 = 1,571
ymax = 5·(1 + e−1,5·π/2) = 5,474

Odpowiedź

ymax = 5,474
11.Macierze i wyznaczniki

Odpowiedź: det A = 51

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 = −27, M₁₂ = 5, M₁₃ = −2

Rozwinięcie Laplace'a

det A = (−2)·(−27) − (−1)·5 + 4·(−2) = 51

Odpowiedź

det A = 51
12.Macierze i wyznaczniki

Odpowiedź: x = 0,5

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.

Wyznacznik macierzy współczynników

det A = (−3)·4 − (−3)·6 = 6

Zastąp kolumnę x

det Aₓ = 9·4 − (−3)·(−11) = 3
x = 3/6 = 0,5

Odpowiedź

x = 0,5
y = −3,5
13.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy

Odpowiedź: θ = 98,67 °

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.

Iloczyn skalarny

a·b = 2·5 + (−3)·0 + (−3)·5 = −5

Długości

|a| = √(2² + (−3)² + (−3)²) = 4,69
|b| = √(5² + 0² + 5²) = 7,071

Kąt

cos θ = −5/(4,69·7,071) = −0,1508
θ = arccos(−0,1508) = 98,67°

Odpowiedź

θ = 98,67°
14.Wektory: iloczyn skalarny i wektorowy

Odpowiedź: A = 4,5 m²

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.

Wektory krawędzi

AB = B − A = (0, 2, 1)
AC = C − A = (4, 1, 0)

Iloczyn wektorowy

(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 2·0 − 1·1 = −1
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = 1·4 − 0·0 = 4
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = 0·1 − 2·4 = −8
|AB × AC| = √((−1)² + 4² + (−8)²) = 9

Pole trójkąta

A = ½·9 = 4,5 m²

Odpowiedź

A = 4,5 m²
15.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: N = 35

Prawdopodobieństwo: przy jednakowo prawdopodobnych wynikach P(A) = sprzyjające/wszystkie. Dla zdarzeń niezależnych mnożymy: P(A i B) = P(A)·P(B). Często pomaga zdarzenie przeciwne: P(co najmniej jedno) = 1 − P(żadne). Rozkład dwumianowy: w n niezależnych próbach z prawdopodobieństwem sukcesu p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Kombinacje

C(7, 3) = (7·6·5)/(3·2·1) = 35

Odpowiedź

N = 35
16.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: σY = 1,673

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.

Rozrzut X

μ = 1, Var(X) = 0,7, σX = 0,8367

Zmiana liniowa

σY = |2|·0,8367 = 1,673

Odpowiedź

σY = 1,673

Średnia się przesuwa: E(Y) = 2·1 − 3 = −1.

17.Statystyka opisowa

Odpowiedź: s = 13,03

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 = 213/6 = 35,5

Kwadraty odchyleń

Σ(x − x̄)² = (−17,5)² + 5,5² + 21,5² + (−4,5)² + 0,5² + (−5,5)² = 849,5

Odchylenie standardowe

s = √(849,5/5) = 13,03

Odpowiedź

s = 13,03
18.Statystyka opisowa

Odpowiedź: z = 0,6

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 = (77,2 − 70)/12 = 0,6

Odpowiedź

z = 0,6
19.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,02275

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 = 400 kg, σT = 0,5·√16 = 2 kg

Standaryzuj

z = (404 − 400)/2 = 2

Prawdopodobieństwo

P = 1 − Φ(2) = 0,02275

Odpowiedź

P = 0,02275
20.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 182,7 cm

Od pola z powrotem do z: Φ(z) to pole na lewo od z. Dla pola lewego ogona A znajdź w tablicy z, dla którego Φ(z) = A. Pole prawego ogona A oznacza Φ(z) = 1 − A. Pole środkowe A między −z a z zostawia (1 − A)/2 w każdym ogonie, więc Φ(z) = (1 + A)/2. Dla wartości x użyj x = μ + zσ.

Pole po lewej

Φ(z) = 0,75

z z tablicy

z ≈ 0,67

Z powrotem do pierwotnych jednostek

x = 178 + 0,67·7 = 182,7 cm

Odpowiedź

x = 182,7 cm

ExamProblems · examproblems.com/courses/engineering-mathematics