Величина распределена нормально со средним 70 и стандартным отклонением 20. Какая доля P значений больше 110?
μ = 70σ = 20x = 110
P =
19.Нормальное распределениеСредняя
Перетащите z так, чтобы закрашенная площадь между −z и z под стандартной нормальной кривой была равна 0,3182. Найдите z с точностью до двух знаков.
A = 0,3182
z =
20.Нормальное распределениеСложная
Диаметры отверстий D нормально распределены со средним 25,05 mm и стандартным отклонением 0,02 mm. Диаметры валов d независимы и нормально распределены со средним 25 mm и стандартным отклонением 0,02 mm. Случайно выбранный вал подходит, если D − d > 0. Найдите вероятность P того, что он подходит. Округлите z до двух знаков после запятой.
отверстие: μ = 25,05 mm, σ = 0,02 mmвал: μ = 25 mm, σ = 0,02 mm
P =
3Растворы
1.Пределы
Ответ: L = 1
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) = 2x/(√(x2 + 2x) + x)
Разделите на x
f(x) = 2/(√(1 + 2/x) + 1)
Пусть x → ∞
L = 2/(1 + 1) = 1
Ответ
L = 1
2.Пределы
Ответ: L = 1,125
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
3·sin 3x/(8x) → 0/0
Второе применение
9·cos 3x/8
Подставьте x = 0
L = 9/8 = 1,125
Ответ
L = 1,125
3.Производные
Ответ: f′(2) = 300
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·(4x − 3)2·4
Подставьте
f′(2) = 3·52·4 = 300
Ответ
f′(2) = 300
4.Производные
Ответ: x = 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.
Производная
f′(x) = 3x2 − 21x + 30 = 3·(x2 − 7x + 10)
Решите f′(x) = 0
x = 2 или x = 5
Что есть что
f″(x) = 6x − 21: отрицательна в максимуме, положительна в минимуме.
f″(2) = −9, f″(5) = 9
x = 5
Ответ
x = 5
5.Интегралы
Ответ: I = 3,75
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 u3 du
Проинтегрируйте и подставьте пределы
I = [u4/4]12 = (16 − 1)/4 = 3,75
Ответ
I = 3,75
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: Im(w) = −0,1294
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.
Модуль и аргумент w
|w| = 2 / 4 = 0,5
θ = 55° − (−140)° = 195° → −165°
Алгебраическая форма
Re(w) = 0,5·cos(−165°) = −0,483
Im(w) = 0,5·sin(−165°) = −0,1294
Im(w) = −0,1294
Ответ
Im(w) = −0,1294
8.Комплексные числа
Ответ: D (3∠30°)
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 и аргументы корней
|z| = 3
θ = 30°, 120°, −150°, −60°
Точка
D = 3∠30°
Ответ
D (3∠30°)
9.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(1.5) = 0,781
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 + 1)² = 0 → r = −1
Константы
A = y(0) = 2
y′(0) = B − 1A → B = -1 + 2 = 1
Вычислите
y(1,5) = (2 + 1·1,5)·e−1,5 = 0,781
Ответ
y(1,5) = 0,781
10.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(1) = 2,634
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.
Интегрирующий множитель
μ = e2t
(e2ty)′ = 9et
Общее решение
y = 9/1·e−t + C·e−2t = 9·e−t + C·e−2t
Начальное условие
4 = 9 + C → C = −5
Вычислите
y(1) = 9·0,3679 + (−5)·0,1353 = 2,634
Ответ
y(1) = 2,634
11.Матрицы и определители
Ответ: c22 = −54
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
c22 = 4·(−6) + (−6)·5 = −54
Ответ
c22 = −54
12.Матрицы и определители
Ответ: x = −5,5
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.
Определитель матрицы коэффициентов
det A = 6·6 − (−6)·(−4) = 12
Замените столбец x
det Aₓ = (−1)·6 − (−6)·(−10) = −66
x = −66/12 = −5,5
Ответ
x = −5,5
y = −5,333
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.
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 = (−4)·(−3) − 0·(−4) = 12
(a × b)y = azbx − axbz = 0·6 − 6·(−3) = 18
(a × b)z = axby − aybx = 6·(−4) − (−4)·6 = 0
Искомая компонента
(a × b)x = 12
Ответ
(a × b)x = 12
Проверка: a × b перпендикулярно обоим векторам, поэтому его скалярные произведения с a и с b равны нулю.
15.Вероятность
Ответ: σ = 0,9695
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.
Среднее
μ = 0·0,15 + 1·0,3 + 2·0,35 + 3·0,2 = 1,6
Среднее квадратов
E(X²) = 0·0,15 + 1·0,3 + 4·0,35 + 9·0,2 = 3,5
Дисперсия
Var(X) = 3,5 − 1,6² = 0,94
σ = √0,94 = 0,9695
Ответ
σ = 0,9695
16.Вероятность
Ответ: σY = 6,869
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.
Разброс X
μ = 1,75, Var(X) = 1,888, σX = 1,374
Линейное преобразование
σY = |5|·1,374 = 6,869
Ответ
σY = 6,869
Среднее действительно сдвигается: E(Y) = 5·1,75 + 1 = 9,75.
17.Описательная статистика
Ответ: s = 17,17
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 = 2
Таблица нормального распределения
Φ(2) = 0,9772
P = 1 − 0,9772 = 0,02275
Ответ
P = 0,02275
19.Нормальное распределение
Ответ: z = 0,41
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 + 0,3182)/2 = 0,6591
Читайте таблицу z в обратную сторону
Найдите 0,6591 внутри таблицы и считайте z.
z = 0,41
Ответ
z = 0,41
20.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,9616
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).