Решите, какая форма подходит для операции: алгебраическая a + jb для сложения и вычитания, полярная r∠θ для умножения, деления, степеней и корней.
Умножайте, раскрывая скобки с j² = −1; делите, умножая числитель и знаменатель на число, сопряжённое знаменателю.
Переводите по формулам r = √(a² + b²) и θ по чертежу точки (проверьте четверть), а обратно — по a = r cos θ, b = r sin θ.
Для степеней используйте формулу Муавра, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; для zⁿ = R∠φ перечислите все n корней R1/n∠((φ + 360°k)/n).
Дифференциальные уравнения
Экспоненциальный рост/убывание
dy/dt = ky → y = y0ekt
Период полураспада
k = ln 2 / t½
Закон охлаждения Ньютона
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Интегрирующий множитель
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Бак смешения
dm/dt = r·c − (r/V)·m
Матрицы и определители
определитель 2×2
det = ad − bc
Обратная матрица 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Продукт
(AB)ij = Σk AikBkj
Собственные значения
det(A − λI) = 0
Правило Крамера
xi = det(Ai)/det(A)
Векторы: скалярное и векторное произведения
Модуль
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Единичный вектор
û = a/|a|
Компоненты по углу
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Скалярное произведение
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Скалярная проекция a на b
a·b/|b|
Работа
W = F·d
Векторное произведение
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Площади
параллелограмм |a × b|, треугольник ½|a × b|
Момент относительно O
MO = r × F, r = A − O
Объём параллелепипеда
V = |a·(b × c)|
Метод
Записывайте каждый вектор в компонентах; для силы, заданной модулем и углом, используйте F·cos θ и F·sin θ.
Для длин и направлений используйте модуль √(x² + y² + z²) и единичный вектор a/|a|.
Скалярное произведение применяйте для углов, проекций, перпендикулярности и работы: a·b = |a||b|cos θ.
Векторное произведение применяйте для перпендикулярных векторов, площадей и моментов: аккуратно записывайте три компоненты, сохраняя порядок a × b.
Вероятность
Противоположное событие
P(not A) = 1 − P(A)
Правило сложения
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Независимые события
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Условная вероятность
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Биномиальное распределение
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k
Описательная статистика
Среднее
x̄ = Σx/n
Выборочное стандартное отклонение
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Медиана
срединное значение упорядоченных данных
z-оценка
z = (x − μ)/σ
Нормальное распределение
68% в пределах ±1σ, 95% в пределах ±2σ
Нормальное распределение
z-оценка
z = (x − μ)/σ
Меньше x
P(X < x) = Φ(z)
Больше x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Между
Φ(z2) − Φ(z1)
Процентиль
x = μ + z·σ
Метод
Переведите значение в z-оценку: z = (x − μ)/σ.
Найдите по таблице Φ(z) — площадь слева от z.
Для площади справа используйте 1 − Φ(z); для интервала вычтите две площади слева.
Для процентиля действуйте в обратном порядке: найдите z по площади, затем x = μ + z·σ.
2Тренировочные задачи
1.ПределыСредняя
Найдите предел L = limx→∞ (√(x2 − 7x) − x).
f(x) = √(x2 − 7x) − xx → ∞
L =
2.ПределыСложная
Найдите предел L = limx→0 (1 − cos 5x)/(2x²), где x в радианах.
f(x) = (1 − cos 5x)/(2x²)x → 0
L =
3.ПроизводныеСредняя
Пусть f(x) = (3x + 1)3. Найдите f′(0).
f(x) = (3x + 1)3x = 0
f′(0) =
4.ПроизводныеСложная
Касательная к f(x) = x2 + 5x − 1 в точке x = −2 пересекает ось y в точке y = b. Найдите b.
f(x) = x2 + 5x − 1x = −2
b =
5.ИнтегралыСредняя
Вычислите I = ∫₀2 x·sin x dx (x в радианах).
∫₀2 x·sin x dx
I =
6.ИнтегралыСложная
Найдите площадь A области между параболой y = 1 − x² и осью x.
y = 1 − x²
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
Найдите мнимую часть (−1 − j3)⁴.
z = −1 − j3n = 4
Im(z⁴) =
9.Дифференциальные уравненияСредняя
Чашку кофе температурой 95 °C оставили в комнате при 21 °C. Через 8 min температура равна 57 °C. Процесс подчиняется закону охлаждения Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ). Через какое время после начала, t, температура достигнет 84 °C?
T0 = 95 °CTa = 21 °CT(8) = 57 °CT = 84 °C
t = min
10.Дифференциальные уравненияСложная
В баке 100 L воды, в которой растворено 5 kg соли. Рассол с содержанием соли 0,1 kg на литр поступает со скоростью 10 L/min, а хорошо перемешанный раствор вытекает с той же скоростью. Сколько соли m будет в баке через 5 min?
V = 100 Lm0 = 5 kgc = 0,1 kg/Lr = 10 L/min
m = kg
11.Матрицы и определителиСредняя
Найдите определитель det A показанной матрицы 3×3 A.
A = [−4 1 4; 3 −1 2; −5 −2 5]
det A =
12.Матрицы и определителиСложная
Решите систему 5x − y = 0 и 3x − 5y = −7. Найдите x.
5x − y = 03x − 5y = −7
x =
13.Векторы: скалярное и векторное произведенияСредняя
Найдите скалярное произведение a·b векторов a = (1, 0, −5) и b = (−5, 5, 0).
a = (1, 0, −5)b = (−5, 5, 0)
a·b =
14.Векторы: скалярное и векторное произведенияСложная
Единичный вектор n̂ перпендикулярен обоим векторам a = (0, 1, 1) и b = (2, −2, 5) и имеет положительную z-компоненту. Найдите его x-компоненту n̂x.
a = (0, 1, 1)b = (2, −2, 5)n̂z > 0
n̂x =
15.ВероятностьСредняя
Правильный кубик бросают 6 раз. Какова вероятность P выбросить хотя бы одну шестёрку?
n = 6
P =
16.ВероятностьСложная
В тесте 12 вопросов с вариантами ответов. Студентка, которая угадывает, отвечает верно на каждый с вероятностью 0,3, независимо. Какова вероятность P ровно 4 верных ответов?
Величина распределена нормально со средним 170 и стандартным отклонением 5. Какая доля P значений меньше 164?
μ = 170σ = 5x = 164
P =
19.Нормальное распределениеСредняя
Перетащите z так, чтобы закрашенная площадь между −z и z под стандартной нормальной кривой была равна 0,9722. Найдите z с точностью до двух знаков.
A = 0,9722
z =
20.Нормальное распределениеСложная
Время круга X бегуна A и время круга Y бегуна B независимы и нормально распределены: X имеет среднее 52 s и стандартное отклонение 4 s, Y имеет среднее 48 s и стандартное отклонение 3 s. Найдите вероятность P того, что X больше Y. Округлите z до двух знаков после запятой.
μX = 52 s, σX = 4 sμY = 48 s, σY = 3 s
P =
3Растворы
1.Пределы
Ответ: L = −3,5
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).
Умножьте на сопряжённое
f(x) = −7x/(√(x2 − 7x) + x)
Разделите на x
f(x) = −7/(√(1 + (−7)/x) + 1)
Пусть x → ∞
L = −7/(1 + 1) = −3,5
Ответ
L = −3,5
2.Пределы
Ответ: L = 6,25
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
5·sin 5x/(4x) → 0/0
Второе применение
25·cos 5x/4
Подставьте x = 0
L = 25/4 = 6,25
Ответ
L = 6,25
3.Производные
Ответ: f′(0) = 9
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.
Цепное правило
f′(x) = 3·(3x + 1)2·3
Подставьте
f′(0) = 3·12·3 = 9
Ответ
f′(0) = 9
4.Производные
Ответ: b = −5
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(−2) = −7
f′(x) = 2x + 5 → f′(−2) = 1
Касательная при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −7 − 1·(−2) = −5
Ответ
b = −5
5.Интегралы
Ответ: I = 1,742
Интегрирование по частям: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, из правила произведения. Выбирайте u как множитель, который упрощается при дифференцировании (степень x или ln x), а dv — как множитель, который можно проинтегрировать (eˣ, sin x, cos x или x, когда u = ln x). Для определённого интеграла вычисляйте u·v на обоих пределах: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Множитель x² требует двух шагов.
Выберите u и dv
u = x, du = dx; dv = sin x dx, v = −cos x
Первообразная
∫x sin x dx = −x cos x + ∫cos x dx = −x cos x + sin x
Пределы
(−2·cos 2 + sin 2) − (0 + 0) = 1,742
Ответ
I = 1,742
6.Интегралы
Ответ: A = 1,333
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
1 − x² = 0 → x = ±1
Интегрируйте
A = [1x − x³/3]−11 = 0,6667 − (−0,6667) = 1,333
Ответ
A = 1,333
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 → II
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(z⁴) = −96
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.
Степени по шагам
z² = (−1 − j3)(−1 − j3) = −8 + j6
z³ = (−8 + j6)(−1 − j3) = 26 + j18
z⁴ = (26 + j18)(−1 − j3) = 28 − j96
Проверка по формуле Муавра
z = 3,162∠−108,4° → z⁴ = 100∠−73,74°
Im(z⁴) = −96
Ответ
Im(z⁴) = −96
9.Дифференциальные уравнения
Ответ: t = 1,787 min
Дифференциальные уравнения первого порядка: dy/dt = k·y имеет решение y = y₀·ekt (рост при k > 0, убывание при k < 0); период полураспада T даёт k = ln 2/T. Закон охлаждения Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ) даёт T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Линейное уравнение y′ + p(x)·y = q(x) решается с интегрирующим множителем μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, поэтому μy = ∫μq dx + C.
Константа охлаждения
k = ln(74/36)/8 = 0,09007 min⁻¹
Время достижения целевой температуры
t = ln(74/63)/0,09007 = 1,787 min
Ответ
t = 1,787 min
10.Дифференциальные уравнения
Ответ: m = 6,967 kg
Дифференциальные уравнения первого порядка: dy/dt = k·y имеет решение y = y₀·ekt (рост при k > 0, убывание при k < 0); период полураспада T даёт k = ln 2/T. Закон охлаждения Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ) даёт T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Линейное уравнение y′ + p(x)·y = q(x) решается с интегрирующим множителем μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, поэтому μy = ∫μq dx + C.
Составьте уравнение
dm/dt = 10·0,1 − (10/100)·m = 1 − 0,1·m
Решите
Интегрирующий множитель равен ert/V; решение стремится к равновесному значению c·V.
m(t) = 10 + (−5)·e−t/10
Подставьте t
m(5) = 10 + (−5)·0,6065 = 6,967 kg
Ответ
m = 6,967 kg
11.Матрицы и определители
Ответ: det A = −65
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 = −1, M₁₂ = 25, M₁₃ = −11
Разложение по строке
det A = (−4)·(−1) − 1·25 + 4·(−11) = −65
Ответ
det A = −65
12.Матрицы и определители
Ответ: x = 0,3182
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.
Определитель матрицы коэффициентов
det A = 5·(−5) − (−1)·3 = −22
Замените столбец x
det Aₓ = 0·(−5) − (−1)·(−7) = −7
x = −7/(−22) = 0,3182
Ответ
x = 0,3182
y = 1,591
13.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: a·b = −5
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 = 1·(−5) + 0·5 + (−5)·0 = (−5) + 0 + 0 = −5
Ответ
a·b = −5
Отрицательное: угол между векторами больше 90°.
14.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: n̂x = −0,9272
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
(a × b)x = aybz − azby = 1·5 − 1·(−2) = 7
(a × b)y = azbx − axbz = 1·2 − 0·5 = 2
(a × b)z = axby − aybx = 0·(−2) − 1·2 = −2
Нормирование
z-компонента a × b отрицательна, поэтому берите −(a × b).
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)6 = 0,3349
P = 1 − 0,3349 = 0,6651
Ответ
P = 0,6651
16.Вероятность
Ответ: P = 0,2311
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.
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 = −1,2
Таблица нормального распределения
Φ(−1,2) = 0,1151
P = 0,1151
Ответ
P = 0,1151
19.Нормальное распределение
Ответ: z = 2,2
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 + 0,9722)/2 = 0,9861
Читайте таблицу z в обратную сторону
Найдите 0,9861 внутри таблицы и считайте z.
z = 2,20
Ответ
z = 2,20
20.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,7881
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).