Найдите площадь A области между параболой y = 4 − x² и осью x.
y = 4 − x²
A =
7.Комплексные числаСредняя
Даны z₁ = 2,5∠−60° и z₂ = 3∠−50°. Найдите аргумент θ числа w = z₁/z₂ в градусах, между −180° и 180°.
z₁ = 2,5∠−60°z₂ = 3∠−50°
θ = °
8.Комплексные числаСложная
Один корень уравнения z³ − 3z² − 8z + 30 = 0 равен z₁ = 3 + j. Коэффициенты действительны. Найдите действительный корень r.
z₁ = 3 + j
r =
9.Дифференциальные уравненияСредняя
Решите y″ + 8y′ + 15y = 0 при y(0) = 2 и y′(0) = -4. Найдите y(0,5).
y″ + 8y′ + 15y = 0y(0) = 2y′(0) = -4
y(0.5) =
10.Дифференциальные уравненияСложная
В баке 400 L чистой воды. Рассол с содержанием соли 0,25 kg на литр поступает со скоростью 2 L/min, а хорошо перемешанный раствор вытекает с той же скоростью. Сколько соли m будет в баке через 25 min?
V = 400 Lm0 = 0 kgc = 0,25 kg/Lr = 2 L/min
m = kg
11.Матрицы и определителиСредняя
Пусть C = AB для показанных матриц. Найдите элемент c12 (строка 1, столбец 2).
A = [−5 4; −4 1]B = [4 0; 6 2]
c12 =
12.Матрицы и определителиСложная
Найдите большее собственное значение λ показанной матрицы A.
A = [0 2; 5 3]
λ =
13.Векторы: скалярное и векторное произведенияСредняя
Найдите скалярную проекцию compb a вектора a = (−6, −7, −2) на b = (−1, −3, 3), то есть компоненту a в направлении b.
a = (−6, −7, −2)b = (−1, −3, 3)
compb a =
14.Векторы: скалярное и векторное произведенияСложная
Найдите объём V параллелепипеда, рёбра которого из одной вершины равны a = (−2, 0, 3), b = (1, −4, −2) и c = (−3, −2, −4).
a = (−2, 0, 3)b = (1, −4, −2)c = (−3, −2, −4)
V =
15.ВероятностьСредняя
Для показанного распределения найдите стандартное отклонение σ величины X.
x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,35, 0,3, 0,1, 0,25
σ =
16.ВероятностьСложная
X имеет показанное распределение, а Y = 10X + 5. Найдите стандартное отклонение σY величины Y.
Баллы за экзамен распределены нормально со средним 100 и стандартным отклонением 12. Найдите z-оценку z для результата 88.
μ = 100σ = 12x = 88
z =
19.Нормальное распределениеСредняя
Массы объектов (пассажиры с багажом) независимы и нормально распределены со средним 85 kg и стандартным отклонением 12 kg. Найдите вероятность P того, что общая масса 5 из них меньше 384,8 kg. Округлите z до двух знаков после запятой.
μ = 85 kgσ = 12 kgn = 5< 384.8 kg
P =
20.Нормальное распределениеСложная
Распределение «результаты IQ-тестов» нормальное: среднее 100 баллов, стандартное отклонение 15 баллов. Перетащите границу так, чтобы закрашенные верхние 95% были справа от неё. Найдите границу x.
μ = 100 балловσ = 15 баллов95%
x = баллов
3Растворы
1.Пределы
Ответ: L = −3
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
(−3 + 1/x2 + (−7)/x3)/(1 + 6/x2 + 5/x3)
Пусть x → ∞
L = −3/1 = −3
Ответ
L = −3
При равных степенях предел равен отношению старших коэффициентов.
2.Пределы
Ответ: L = 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).
Первое применение
(−2·e−2x + 2)/(2x) → 0/0
Второе применение
4·e−2x/2
Подставьте x = 0
L = 4·1/2 = 2
Ответ
L = 2
3.Производные
Ответ: f′(1.5) = 45,38
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.
Правило произведения
f′(x) = u′v + uv′ = ex·(3x2 + 1·x3)
Подставьте
f′(1,5) = 4,482·(6,75 + 3,375) = 45,38
Ответ
f′(1,5) = 45,38
4.Производные
Ответ: x = −3
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 + 6x − 9 = 3·(x2 + 2x − 3)
Решите f′(x) = 0
x = −3 или x = 1
Что есть что
f″(x) = 6x + 6: отрицательна в максимуме, положительна в минимуме.
f″(−3) = −12, f″(1) = 12
x = −3
Ответ
x = −3
5.Интегралы
Ответ: I = 19,09
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) = ex/1
Подставьте пределы
I = (e3 − 1)/1 = (20,09 − 1)/1 = 19,09
Ответ
I = 19,09
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: θ = −10 °
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| = 2,5 / 3 = 0,8333
θ = −60° − (−50)° = −10°
Аргумент
θ = −10°
Ответ
θ = −10°
8.Комплексные числа
Ответ: r = −3
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 = 6 + (−3) = 3 = −(−3).
9.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(0.5) = 0,5873
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 + 3)(r + 5) = 0 → r = −3, −5
Константы по начальным значениям
A + B = 2, −3A − 5B = -4
A = 3, B = −1
Вычислите
y(0,5) = 3·e−1,5 + (−1)·e−2,5 = 0,5873
Ответ
y(0,5) = 0,5873
10.Дифференциальные уравнения
Ответ: m = 11,75 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 = 2·0,25 − (2/400)·m = 0,5 − 0,005·m
Решите
Интегрирующий множитель равен ert/V; решение стремится к равновесному значению c·V.
m(t) = 100 + (−100)·e−t/200
Подставьте t
m(25) = 100 + (−100)·0,8825 = 11,75 kg
Ответ
m = 11,75 kg
11.Матрицы и определители
Ответ: c12 = 8
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)·0 + 4·2 = 8
Ответ
c12 = 8
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 − (3)λ + (−10) = 0
Решите
λ = (3 ± √(49))/2 → λ = −2, 5
λ = 5
Ответ
λ = 5
13.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: compb a = 4,818
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 = (−6)·(−1) + (−7)·(−3) + (−2)·3 = 21
Длина b
|b| = √((−1)² + (−3)² + 3²) = 4,359
Скалярная проекция
compb a = a·b/|b| = 21/4,359 = 4,818
Ответ
compb a = 4,818
14.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: V = 66
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.
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 = 1,9, Var(X) = 2,19, σX = 1,48
Линейное преобразование
σY = |10|·1,48 = 14,8
Ответ
σY = 14,8
Среднее действительно сдвигается: E(Y) = 10·1,9 + 5 = 24.
17.Описательная статистика
Ответ: s = 12,45
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 = (88 − 100)/12 = −1
Ответ
z = −1
19.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,06681
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).
Распределение суммы
μT = 425 kg, σT = 12·√5 = 26,83 kg
Стандартизуйте
z = (384,8 − 425)/26,83 = −1,5
Вероятность
P = Φ(−1,5) = 0,06681
Ответ
P = 0,06681
20.Нормальное распределение
Ответ: x = 75,4 баллов
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.