У числа z = 4·ej0,8 угол задан в радианах. Найдите его действительную часть a.
r = 4θ = 0,8 rad
a =
8.Комплексные числаСложная
Один корень уравнения z³ + 6z² + z − 34 = 0 равен z₁ = −4 + j. Коэффициенты действительны. Найдите действительный корень r.
z₁ = −4 + j
r =
9.Дифференциальные уравненияСредняя
Решите y″ + 3y′ + 2y = 0 при y(0) = 5 и y′(0) = 2. Найдите y(1).
y″ + 3y′ + 2y = 0y(0) = 5y′(0) = 2
y(1) =
10.Дифференциальные уравненияСложная
Решите задачу Коши y′ + 3y/x = 2x2 при x > 0, y(1) = −2. Найдите y(2).
y′ + 3y/x = 2x2y(1) = −2
y(2) =
11.Матрицы и определителиСредняя
Пусть C = AB для показанных матриц. Найдите элемент c12 (строка 1, столбец 2).
A = [−5 0; 5 −5]B = [−4 2; −4 4]
c12 =
12.Матрицы и определителиСложная
Решите систему 6x + 5y = 1 и −3x − 2y = 11. Найдите x.
6x + 5y = 1−3x − 2y = 11
x =
13.Векторы: скалярное и векторное произведенияСредняя
Найдите угол θ между векторами a = (−5, −2, −4) и b = (4, −6, 6) в градусах.
a = (−5, −2, −4)b = (4, −6, 6)
θ = °
14.Векторы: скалярное и векторное произведенияСложная
Найдите площадь A треугольника с вершинами A(−2, −1, −1), B(−3, −4, −2) и C(−3, −3, 2). Координаты даны в метрах.
A(−2, −1, −1)B(−3, −4, −2)C(−3, −3, 2)
A = m²
15.ВероятностьСредняя
Для показанного распределения найдите дисперсию Var(X) величины X.
x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0,15, 0,2, 0,1, 0,25, 0,3
Var(X) =
16.ВероятностьСложная
В тесте 10 вопросов с вариантами ответов. Студентка, которая угадывает, отвечает верно на каждый с вероятностью 0,4, независимо. Какова вероятность P ровно 4 верных ответов?
Величина распределена нормально со средним 50 и стандартным отклонением 8. Какая доля P значений меньше 54,8?
μ = 50σ = 8x = 54,8
P =
19.Нормальное распределениеСредняя
Пусть сроки службы батареек распределены нормально со средним 500 h и стандартным отклонением 40 h. Какая доля значений лежит между 462 и 542 h? Дайте P в виде десятичной дроби.
μ = 500σ = 40x1 = 462x2 = 542
P =
20.Нормальное распределениеСложная
Диаметры отверстий D нормально распределены со средним 25,04 mm и стандартным отклонением 0,015 mm. Диаметры валов d независимы и нормально распределены со средним 25 mm и стандартным отклонением 0,01 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 = 25,04 mm, σ = 0,015 mmвал: μ = 25 mm, σ = 0,01 mm
P =
3Растворы
1.Пределы
Ответ: L = 0,1353
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).
Возьмите логарифм
ln L = limx→∞ 2·x·ln(1 − 1/x)
Вычислите
ln(1 + u)/u → 1 при u → 0, поэтому x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 2·(−1) = −2
Избавьтесь от логарифма
L = e−2 = 0,1353
Ответ
L = 0,1353
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′(1) = 0,3333
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 для логарифма
f′(x) = 2x/(x2 + 5)
Подставьте
f′(1) = 2/6 = 0,3333
Ответ
f′(1) = 0,3333
4.Производные
Ответ: x = 1
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 − 18x + 15 = 3·(x2 − 6x + 5)
Решите f′(x) = 0
x = 1 или x = 5
Что есть что
f″(x) = 6x − 18: отрицательна в максимуме, положительна в минимуме.
f″(1) = −12, f″(5) = 12
x = 1
Ответ
x = 1
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: I = 3,602
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.
Первый шаг
∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx
Второй шаг
∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)
Пределы
4,482·(1,25) − 1·2 = 3,602
Ответ
I = 3,602
7.Комплексные числа
Ответ: a = 2,787
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 = 4·(cos 0,8 + j sin 0,8)
Компоненты (радианы)
a = 4·cos 0,8 = 2,787
b = 4·sin 0,8 = 2,869
a = 2,787
Ответ
a = 2,787
8.Комплексные числа
Ответ: r = 2
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.
Проверьте по сумме корней: z₁ + z₂ + r = −8 + 2 = −6 = −(6).
9.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(1) = 3,467
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 + 1)(r + 2) = 0 → r = −1, −2
Константы по начальным значениям
A + B = 5, −1A − 2B = 2
A = 12, B = −7
Вычислите
y(1) = 12·e−1 + (−7)·e−2 = 3,467
Ответ
y(1) = 3,467
10.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(2) = 2,375
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 = e∫3/x dx = x3
Интегрируйте
(x3y)′ = 2x5 → x3y = 2x6/6 + C
Начальное условие
−2 = 2/6 + C → C = −2,333
Вычислите
y(2) = (2·26/6 + (−2,333))/23 = 2,375
Ответ
y(2) = 2,375
11.Матрицы и определители
Ответ: c12 = −10
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
c12 = (−5)·2 + 0·4 = −10
Ответ
c12 = −10
12.Матрицы и определители
Ответ: x = −19
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·(−2) − 5·(−3) = 3
Замените столбец x
det Aₓ = 1·(−2) − 5·11 = −57
x = −57/3 = −19
Ответ
x = −19
y = 23
13.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: θ = 120,6 °
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.
Скалярное произведение
a·b = (−5)·4 + (−2)·(−6) + (−4)·6 = −32
Модули
|a| = √((−5)² + (−2)² + (−4)²) = 6,708
|b| = √(4² + (−6)² + 6²) = 9,381
Угол
cos θ = −32/(6,708·9,381) = −0,5085
θ = arccos(−0,5085) = 120,6°
Ответ
θ = 120,6°
14.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: A = 5,874 m²
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.
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.
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 = 0,6
Таблица нормального распределения
Φ(0,6) = 0,7257
P = 0,7257
Ответ
P = 0,7257
19.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,6821
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 = (462 − 500)/40 = −0,95
z₂ = (542 − 500)/40 = 1,05
Площадь между
P = Φ(1,05) − Φ(−0,95) = 0,8531 − 0,1711 = 0,6821
Ответ
P = 0,6821
20.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,9868
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).