Пусть f(x) = x·sin(2x), x в радианах. Найдите f′(0,5).
f(x) = x·sin(2x)x = 0,5 rad
f′(0.5) =
4.ПроизводныеСложная
Касательная к f(x) = 2x2 + 3x + 4 в точке x = 1 пересекает ось y в точке y = b. Найдите b.
f(x) = 2x2 + 3x + 4x = 1
b =
5.ИнтегралыСредняя
Вычислите I = ∫01 e0,5x dx.
f(x) = e0,5x[0, 1]
I =
6.ИнтегралыСложная
Найдите площадь A области, ограниченной y = 2x2 и y = x.
y = 2x2y = x
A =
7.Комплексные числаСредняя
Найдите аргумент θ числа z = −6 − j3 в градусах как главное значение между −180° и 180°.
z = −6 − j3
θ = °
8.Комплексные числаСложная
Используйте формулу Муавра, чтобы найти мнимую часть z⁶ для z = 1 + j.
z = 1 + jn = 6
Im(z⁶) =
9.Дифференциальные уравненияСредняя
Решите y″ + 6y′ + 9y = 0 при y(0) = 1 и y′(0) = 2. Найдите y(2).
y″ + 6y′ + 9y = 0y(0) = 1y′(0) = 2
y(2) =
10.Дифференциальные уравненияСложная
Система подчиняется уравнению y″ + y′ + 4,25y = 42,5 при t ≥ 0, начиная из состояния покоя: y(0) = 0, y′(0) = 0. Найдите y(0,75); углы в радианах.
y″ + y′ + 4,25y = 42,5y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.75) =
11.Матрицы и определителиСредняя
Пусть C = AB для показанных матриц. Найдите элемент c11 (строка 1, столбец 1).
A = [6 −4; −2 4]B = [−2 3; 6 4]
c11 =
12.Матрицы и определителиСложная
Найдите большее собственное значение λ показанной матрицы A.
A = [0 1; 5 4]
λ =
13.Векторы: скалярное и векторное произведенияСредняя
Найдите скалярное произведение a·b векторов a = (3, −2, 1) и b = (1, 6, 3).
a = (3, −2, 1)b = (1, 6, 3)
a·b =
14.Векторы: скалярное и векторное произведенияСложная
Найдите объём V параллелепипеда, рёбра которого из одной вершины равны a = (3, −5, −3), b = (−5, −5, 0) и c = (−2, 1, −4).
a = (3, −5, −3)b = (−5, −5, 0)c = (−2, 1, −4)
V =
15.ВероятностьСредняя
Правильный кубик бросают 7 раз. Какова вероятность P выбросить хотя бы одну шестёрку?
n = 7
P =
16.ВероятностьСложная
Игра стоит €1. Вы выигрываете €4 с вероятностью 0,2 и €10 с вероятностью 0,05; в остальных случаях вы ничего не выигрываете. Ставка не возвращается. Найдите ожидаемый чистый выигрыш E(G) за одну игру.
Величина распределена нормально со средним 70 и стандартным отклонением 12. Какая доля P значений меньше 74,8?
μ = 70σ = 12x = 74,8
P =
19.Нормальное распределениеСредняя
Перетащите z так, чтобы закрашенная площадь между −z и z под стандартной нормальной кривой была равна 0,9707. Найдите z с точностью до двух знаков.
A = 0,9707
z =
20.Нормальное распределениеСложная
Рост мужчин X и женщин Y в группе независимы и нормально распределены: X имеет среднее 180 cm и стандартное отклонение 10 cm, Y имеет среднее 170 cm и стандартное отклонение 12 cm. Найдите вероятность P того, что X больше Y. Округлите z до двух знаков после запятой.
μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
3Растворы
1.Пределы
Ответ: L = 1,2
Пределы: сначала попробуйте прямую подстановку. Если получается 0/0, сначала упростите: разложите на множители и сократите общий множитель или умножьте на сопряжённое выражение. При x → ∞ разделите числитель и знаменатель на старшую степень x. Правило Лопиталя: если f/g даёт 0/0 или ∞/∞, то lim f/g = lim f′/g′, причём числитель и знаменатель дифференцируются по отдельности (а не по правилу для частного).
Разделите на старшую степень
(6 + 4/x + 2/x2)/(5 + 4/x + 8/x2)
Пусть x → ∞
L = 6/5 = 1,2
Ответ
L = 1,2
При равных степенях предел равен отношению старших коэффициентов.
2.Пределы
Ответ: L = 0,125
Пределы: сначала попробуйте прямую подстановку. Если получается 0/0, сначала упростите: разложите на множители и сократите общий множитель или умножьте на сопряжённое выражение. При x → ∞ разделите числитель и знаменатель на старшую степень x. Правило Лопиталя: если f/g даёт 0/0 или ∞/∞, то lim f/g = lim f′/g′, причём числитель и знаменатель дифференцируются по отдельности (а не по правилу для частного).
Первое применение
(−0,5·e−0,5x + 0,5)/(2x) → 0/0
Второе применение
0,25·e−0,5x/2
Подставьте x = 0
L = 0,25·1/2 = 0,125
Ответ
L = 0,125
3.Производные
Ответ: f′(0.5) = 1,382
Дифференцирование: производная f′(x) — это наклон графика в точке x. Степенное правило: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Правило произведения: (uv)′ = u′v + uv′. Цепное правило: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Где f′(x) = 0, у графика горизонтальная касательная: максимум, минимум или седловая точка.
Правила произведения и цепное
f′(x) = sin(2x) + 2x·cos(2x)
Подставьте
f′(0,5) = 0,8415 + 1·0,5403 = 1,382
Ответ
f′(0,5) = 1,382
4.Производные
Ответ: b = 2
Дифференцирование: производная f′(x) — это наклон графика в точке x. Степенное правило: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Правило произведения: (uv)′ = u′v + uv′. Цепное правило: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Где f′(x) = 0, у графика горизонтальная касательная: максимум, минимум или седловая точка.
Точка и наклон
f(1) = 9
f′(x) = 4x + 3 → f′(1) = 7
Касательная при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 9 − 7·1 = 2
Ответ
b = 2
5.Интегралы
Ответ: I = 1,297
Определённые интегралы: ∫ₐᵇ f(x) dx — это площадь со знаком между графиком и осью x от a до b. Найдите первообразную F (F′ = f) и вычислите F(b) − F(a). Степенное правило: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Площадь между двумя кривыми — ∫(верхняя − нижняя) dx.
Первообразная
F(x) = e0,5x/0,5
Подставьте пределы
I = (e0,5 − 1)/0,5 = (1,649 − 1)/0,5 = 1,297
Ответ
I = 1,297
6.Интегралы
Ответ: A = 0,04167
Определённые интегралы: ∫ₐᵇ f(x) dx — это площадь со знаком между графиком и осью x от a до b. Найдите первообразную F (F′ = f) и вычислите F(b) − F(a). Степенное правило: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Площадь между двумя кривыми — ∫(верхняя − нижняя) dx.
Точки пересечения
2x2 = x → x = 0, x = 0,5
Интегрируйте верхнюю минус нижнюю
A = [0,5x2 − 0,6667x3]00,5 = 0,04167
Ответ
A = 0,04167
7.Комплексные числа
Ответ: θ = −153,4 °
Полярная форма: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ, где r = |z| и θ = arg z. Обратно к алгебраической форме: a = r cos θ, b = r sin θ. Для аргумента нужна четверть: θ = atan(b/a) только при a > 0; при a < 0 прибавьте или вычтите 180°. В полярной форме умножение простое: перемножьте модули и сложите аргументы; при делении разделите модули и вычтите аргументы.
Четверть
a = −6, b = −3 → III
Опорный угол
α = atan(3/6) = 26,57°
Аргумент
θ = −(180° − α) = −153,4°
Ответ
θ = −153,4°
В полярной форме z = 6,708∠−153,4°.
8.Комплексные числа
Ответ: Im(z⁶) = −8
Формула Муавра и корни: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. Уравнение zⁿ = R∠φ имеет ровно n корней, все с модулем R1/n, при аргументах (φ + 360°·k)/n для k = 0, 1, …, n − 1: они лежат равномерно на окружности, через 360°/n. Квадратное уравнение z² + pz + q = 0 при p² < 4q имеет комплексные корни z = −p/2 ± j√(q − p²/4); многочлен с действительными коэффициентами всегда имеет комплексные корни парами сопряжённых a ± jb.
Полярная форма
z = 1 + j = √2∠45°
Муавр
z⁶ = (√2)⁶∠270° = 8∠−90°
Алгебраическая форма
z⁶ = 8·(cos −90° + j sin −90°) = −j8
Im(z⁶) = −8
Ответ
Im(z⁶) = −8
9.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(2) = 0,02727
Линейные уравнения второго порядка: для y″ + b·y′ + c·y = 0 ищите решение в виде y = ert: это даёт характеристическое уравнение r² + b·r + c = 0. Два различных вещественных корня r₁ ≠ r₂ дают y = A·er₁t + B·er₂t (апериодический режим, передемпфированный); двойной корень r даёт y = (A + Bt)·ert (критическое затухание); комплексные корни −α ± jω дают y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (колебательный режим, недодемпфированный). Начальные значения y(0) и y′(0) определяют A и B. В записи y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 величина ωn — собственная частота, а ζ — коэффициент демпфирования: при ζ < 1 возникают колебания. При постоянном входе y″ + by′ + cy = c·K решение равно установившемуся значению K плюс свободный отклик.
Двойной корень
(r + 3)² = 0 → r = −3
Константы
A = y(0) = 1
y′(0) = B − 3A → B = 2 + 3 = 5
Вычислите
y(2) = (1 + 5·2)·e−6 = 0,02727
Ответ
y(2) = 0,02727
10.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(0.75) = 7,8
Линейные уравнения второго порядка: для y″ + b·y′ + c·y = 0 ищите решение в виде y = ert: это даёт характеристическое уравнение r² + b·r + c = 0. Два различных вещественных корня r₁ ≠ r₂ дают y = A·er₁t + B·er₂t (апериодический режим, передемпфированный); двойной корень r даёт y = (A + Bt)·ert (критическое затухание); комплексные корни −α ± jω дают y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (колебательный режим, недодемпфированный). Начальные значения y(0) и y′(0) определяют A и B. В записи y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 величина ωn — собственная частота, а ζ — коэффициент демпфирования: при ζ < 1 возникают колебания. При постоянном входе y″ + by′ + cy = c·K решение равно установившемуся значению K плюс свободный отклик.
Матрицы: определитель матрицы 2×2 равен ad − bc. Для 3×3 разложите по строке: каждый элемент умножается на определитель матрицы 2×2, оставшейся после вычёркивания его строки и столбца, с чередующимися знаками + − +. Собственные значения λ удовлетворяют det(A − λI) = 0; для 2×2 это λ² − (след)·λ + det = 0.
Строка на столбец
c11 = 6·(−2) + (−4)·6 = −36
Ответ
c11 = −36
12.Матрицы и определители
Ответ: λ = 5
Матрицы: определитель матрицы 2×2 равен ad − bc. Для 3×3 разложите по строке: каждый элемент умножается на определитель матрицы 2×2, оставшейся после вычёркивания его строки и столбца, с чередующимися знаками + − +. Собственные значения λ удовлетворяют det(A − λI) = 0; для 2×2 это λ² − (след)·λ + det = 0.
Характеристическое уравнение
λ² − (4)λ + (−5) = 0
Решите
λ = (4 ± √(36))/2 → λ = −1, 5
λ = 5
Ответ
λ = 5
13.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: a·b = −6
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.
Перемножьте соответствующие компоненты и сложите
a·b = 3·1 + (−2)·6 + 1·3 = 3 + (−12) + 3 = −6
Ответ
a·b = −6
Отрицательное: угол между векторами больше 90°.
14.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: V = 205
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.
Векторное произведение b × c
(b × c)x = bycz − bzcy = (−5)·(−4) − 0·1 = 20
(b × c)y = bzcx − bxcz = 0·(−2) − (−5)·(−4) = −20
(b × c)z = bxcy − bycx = (−5)·1 − (−5)·(−2) = −15
Скалярное произведение с a
a·(b × c) = 3·20 + (−5)·(−20) + (−3)·(−15) = 205
V = |205| = 205
Ответ
V = 205
15.Вероятность
Ответ: P = 0,7209
Вероятность: при равновозможных исходах P(A) = благоприятные/все. Для независимых событий вероятности перемножают: P(A и B) = P(A)·P(B). Часто помогает противоположное событие: P(хотя бы одно) = 1 − P(ни одного). Биномиальное распределение: в n независимых испытаниях с вероятностью успеха p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
Противоположное событие
P(нет шестёрки) = (5/6)7 = 0,2791
P = 1 − 0,2791 = 0,7209
Ответ
P = 0,7209
16.Вероятность
Ответ: E(G) = 0,3 €
Дискретные случайные величины: распределение вероятностей перечисляет все значения x, которые может принять величина, с их вероятностями p(x); вероятности лежат между 0 и 1, а их сумма равна 1. Математическое ожидание (среднее) равно E(X) = Σx·p(x), это долгосрочное среднее значение. Дисперсия равна Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², а стандартное отклонение σ = √Var(X). При линейном преобразовании Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) и σY = |a|·σX; прибавление константы не меняет разброс.
Чистые исходы
G: 3 (p = 0,2), 9 (p = 0,05), −1 (p = 0,75)
Математическое ожидание
E(G) = 3·0,2 + 9·0,05 − 1·0,75 = 0,3 €
Ответ
E(G) = 0,3 €
Положительное значение означает, что в среднем вы выигрываете деньги.
17.Описательная статистика
Ответ: s = 16,25
Описательная статистика: среднее — сумма, делённая на n; медиана — середина упорядоченных данных (среднее двух средних значений при чётном n). Выборочное стандартное отклонение s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). z-оценка z = (x − μ)/σ показывает, на сколько стандартных отклонений значение отстоит от среднего.
Описательная статистика: среднее — сумма, делённая на n; медиана — середина упорядоченных данных (среднее двух средних значений при чётном n). Выборочное стандартное отклонение s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). z-оценка z = (x − μ)/σ показывает, на сколько стандартных отклонений значение отстоит от среднего.
Стандартизуйте
z = 0,4
Таблица нормального распределения
Φ(0,4) = 0,6554
P = 0,6554
Ответ
P = 0,6554
19.Нормальное распределение
Ответ: z = 2,18
От площади обратно к z: Φ(z) — это площадь слева от z. Для площади левого хвоста A найдите в таблице z с Φ(z) = A. Площадь правого хвоста A означает Φ(z) = 1 − A. Центральная площадь A между −z и z оставляет (1 − A)/2 в каждом хвосте, поэтому Φ(z) = (1 + A)/2. Для значения x используйте x = μ + zσ.
Площадь слева от z
Φ(z) = (1 + 0,9707)/2 = 0,9854
Читайте таблицу z в обратную сторону
Найдите 0,9854 внутри таблицы и считайте z.
z = 2,18
Ответ
z = 2,18
20.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,7389
Суммы и разности нормальных величин: если X и Y независимы и нормальны, то X + Y и X − Y тоже нормальны. Средние складываются или вычитаются: E(X ± Y) = μX ± μY. Дисперсии всегда складываются, в том числе для разности: Var(X ± Y) = σX² + σY², поэтому σ = √(σX² + σY²). Стандартные отклонения напрямую никогда не складываются. Сумма n независимых элементов с одинаковым распределением имеет среднее n·μ и стандартное отклонение σ·√n. Затем стандартизируйте как обычно: z = (x − среднее)/σ и найдите Φ(z).