Найдите площадь A области между параболой y = 4 − x² и осью x.
y = 4 − x²
A =
7.Комплексные числаСредняя
У числа z = 1,5·e−j1,8 угол задан в радианах. Найдите его мнимую часть b.
r = 1,5θ = −1,8 rad
b =
8.Комплексные числаСложная
Корни уравнения zⁿ = w при n = 2 и w = 25∠−90° равны zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1. Найдите аргумент z₀ в градусах, между −180° и 180°.
w = 25∠−90°n = 2k = 0
θ₀ = °
9.Дифференциальные уравненияСредняя
Решите y″ + 5y′ + 6y = 0 при y(0) = 3 и y′(0) = 6. Найдите y(2).
y″ + 5y′ + 6y = 0y(0) = 3y′(0) = 6
y(2) =
10.Дифференциальные уравненияСложная
Система подчиняется уравнению y″ + y′ + 16,25y = 16,25 при t ≥ 0, начиная из состояния покоя: y(0) = 0, y′(0) = 0. Найдите максимальное значение ymax её переходной характеристики.
y″ + y′ + 16,25y = 16,25y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.Матрицы и определителиСредняя
Найдите определитель det A показанной матрицы 3×3 A.
A = [2 −5 1; 0 −1 −5; 1 −5 −5]
det A =
12.Матрицы и определителиСложная
Найдите большее собственное значение λ показанной матрицы A.
A = [5 2; −6 −2]
λ =
13.Векторы: скалярное и векторное произведенияСредняя
Найдите угол θ между векторами a = (−5, 3, 0) и b = (−6, 6, −3) в градусах.
a = (−5, 3, 0)b = (−6, 6, −3)
θ = °
14.Векторы: скалярное и векторное произведенияСложная
Для a = (−3, 5, −2) и b = (4, 3, −2) найдите y-компоненту (a × b)y векторного произведения a × b.
a = (−3, 5, −2)b = (4, 3, −2)
(a × b)y =
15.ВероятностьСредняя
Правильный кубик бросают 4 раз. Какова вероятность P выбросить хотя бы одну шестёрку?
n = 4
P =
16.ВероятностьСложная
Испытывают 7 компонентов, каждый выходит из строя независимо с вероятностью 0,1. Какова вероятность P, что откажет не более одного?
Величина распределена нормально со средним 70 и стандартным отклонением 5. Какая доля P значений больше 62,5?
μ = 70σ = 5x = 62,5
P =
19.Нормальное распределениеСредняя
Пусть сроки доставки распределены нормально со средним 32 min и стандартным отклонением 6 min. Какая доля значений лежит между 20 и 42,8 min? Дайте P в виде десятичной дроби.
μ = 32σ = 6x1 = 20x2 = 42,8
P =
20.Нормальное распределениеСложная
Пусть результаты IQ-тестов распределены нормально со средним 100 баллов и стандартным отклонением 15 баллов. Найдите значение x, ниже которого лежат 99 % значений (99-й процентиль).
μ = 100σ = 15P = 99%
x = баллов
3Растворы
1.Пределы
Ответ: L = −0,5
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
(−1 + 6/x3)/(2 + 4/x2 + 5/x3)
Пусть x → ∞
L = −1/2 = −0,5
Ответ
L = −0,5
При равных степенях предел равен отношению старших коэффициентов.
2.Пределы
Ответ: L = 4
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
4·sin 4x/(4x) → 0/0
Второе применение
16·cos 4x/4
Подставьте x = 0
L = 16/4 = 4
Ответ
L = 4
3.Производные
Ответ: f′(1) = 0,077
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′(1) = 0,9093 + 2·(−0,4161) = 0,077
Ответ
f′(1) = 0,077
4.Производные
Ответ: x = −4
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.
Производная
f′(x) = 3x2 + 21x + 36 = 3·(x2 + 7x + 12)
Решите f′(x) = 0
x = −4 или x = −3
Что есть что
f″(x) = 6x + 21: отрицательна в максимуме, положительна в минимуме.
f″(−4) = −3, f″(−3) = 3
x = −4
Ответ
x = −4
5.Интегралы
Ответ: I = 1,5
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.
Замена переменной
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫12 u1 du
Проинтегрируйте и подставьте пределы
I = [u2/2]12 = (4 − 1)/2 = 1,5
Ответ
I = 1,5
6.Интегралы
Ответ: A = 10,67
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.
Нули
4 − x² = 0 → x = ±2
Интегрируйте
A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67
Ответ
A = 10,67
7.Комплексные числа
Ответ: b = −1,461
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.
Формула Эйлера
z = 1,5·(cos −1,8 + j sin −1,8)
Компоненты (радианы)
a = 1,5·cos −1,8 = −0,3408
b = 1,5·sin −1,8 = −1,461
b = −1,461
Ответ
b = −1,461
8.Комплексные числа
Ответ: θ₀ = −45 °
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.
Модуль корней
251/2 = 5
Аргумент корня
θ₀ = (−90° + 360°·0)/2 = −45°
Аргумент
θ₀ = −45°
Ответ
θ₀ = −45°
2 корней лежат на окружности радиуса 5 с угловым шагом 180°.
9.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(2) = 0,245
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.
Характеристические корни
(r + 2)(r + 3) = 0 → r = −2, −3
Константы по начальным значениям
A + B = 3, −2A − 3B = 6
A = 15, B = −12
Вычислите
y(2) = 15·e−4 + (−12)·e−6 = 0,245
Ответ
y(2) = 0,245
10.Дифференциальные уравнения
Ответ: ymax = 1,675
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.
Установившееся значение и корни
yss = 1, r = −0,5 ± 4j
Константы по начальным значениям
y(0) = 1 + A = 0 → A = −1
y′(0) = −0,5A + 4B = 0 → B = −0,125
Максимум
t = π/4 = 0,7854
ymax = 1·(1 + e−0,5·π/4) = 1,675
Ответ
ymax = 1,675
11.Матрицы и определители
Ответ: det A = −14
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.
Миноры 2×2 первой строки
M₁₁ = −20, M₁₂ = 5, M₁₃ = 1
Разложение по строке
det A = 2·(−20) − (−5)·5 + 1·1 = −14
Ответ
det A = −14
12.Матрицы и определители
Ответ: λ = 2
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 − (3)λ + (2) = 0
Решите
λ = (3 ± √(1))/2 → λ = 1, 2
λ = 2
Ответ
λ = 2
13.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: θ = 23,84 °
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.
Скалярное произведение
a·b = (−5)·(−6) + 3·6 + 0·(−3) = 48
Модули
|a| = √((−5)² + 3² + 0²) = 5,831
|b| = √((−6)² + 6² + (−3)²) = 9
Угол
cos θ = 48/(5,831·9) = 0,9147
θ = arccos(0,9147) = 23,84°
Ответ
θ = 23,84°
14.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: (a × b)y = −14
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 по компонентам
(a × b)x = aybz − azby = 5·(−2) − (−2)·3 = −4
(a × b)y = azbx − axbz = (−2)·4 − (−3)·(−2) = −14
(a × b)z = axby − aybx = (−3)·3 − 5·4 = −29
Искомая компонента
(a × b)y = −14
Ответ
(a × b)y = −14
Проверка: a × b перпендикулярно обоим векторам, поэтому его скалярные произведения с a и с b равны нулю.
15.Вероятность
Ответ: P = 0,5177
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)4 = 0,4823
P = 1 − 0,4823 = 0,5177
Ответ
P = 0,5177
16.Вероятность
Ответ: P = 0,8503
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.
Ноль и один отказ
P(X = 0) = 0,97 = 0,4783
P(X = 1) = 7·0,1·0,96 = 0,372
Сложите
P = 0,4783 + 0,372 = 0,8503
Ответ
P = 0,8503
17.Описательная статистика
Ответ: s = 15,18
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 = −1,5
Таблица нормального распределения
Φ(−1,5) = 0,06681
P = 1 − 0,06681 = 0,9332
Ответ
P = 0,9332
19.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,9413
Нормальное распределение: переведите значение x в z-оценку z = (x − μ)/σ, которая показывает, на сколько стандартных отклонений значение отстоит от среднего. Таблица z (или Φ(z)) даёт площадь слева от z, то есть P(X < x). Площадь справа равна 1 − Φ(z), а площадь между двумя значениями — разности их площадей слева.
z-оценки
z₁ = (20 − 32)/6 = −2
z₂ = (42,8 − 32)/6 = 1,8
Площадь между
P = Φ(1,8) − Φ(−2) = 0,9641 − 0,02275 = 0,9413
Ответ
P = 0,9413
20.Нормальное распределение
Ответ: x = 134,9 баллов
Нормальное распределение: переведите значение x в z-оценку z = (x − μ)/σ, которая показывает, на сколько стандартных отклонений значение отстоит от среднего. Таблица z (или Φ(z)) даёт площадь слева от z, то есть P(X < x). Площадь справа равна 1 − Φ(z), а площадь между двумя значениями — разности их площадей слева.