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→∞ (−x3 + x + 7)/(4x3 + 5x + 7).
f(x) = (−x3 + x + 7)/(4x3 + 5x + 7)x → ∞
L =
2.ПределыСложная
Найдите предел L = limx→0 (1 − cos 4x)/(4x²), где x в радианах.
f(x) = (1 − cos 4x)/(4x²)x → 0
L =
3.ПроизводныеСредняя
Пусть f(x) = ln(2x2 + 5). Найдите f′(−1).
f(x) = ln(2x2 + 5)x = −1
f′(−1) =
4.ПроизводныеСложная
Касательная к f(x) = x2 + x + 5 в точке x = 1 пересекает ось y в точке y = b. Найдите b.
f(x) = x2 + x + 5x = 1
b =
5.ИнтегралыСредняя
Область под y = √(x) от x = 0 до x = 3 вращается вокруг оси x. Найдите объём V полученного тела (параболоида).
y = √(x)0 ≤ x ≤ 3
V =
6.ИнтегралыСложная
Найдите площадь A области между параболой y = 4 − x² и осью x.
y = 4 − x²
A =
7.Комплексные числаСредняя
Даны z₁ = 3∠150° и z₂ = 1,5∠80°. Найдите мнимую часть w = z₁·z₂.
z₁ = 3∠150°z₂ = 1,5∠80°
Im(w) =
8.Комплексные числаСложная
Корни уравнения zⁿ = w при n = 2 и w = 16∠0° равны zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1. Найдите действительную часть z₁.
w = 16∠0°n = 2k = 1
Re(z₁) =
9.Дифференциальные уравненияСредняя
Решите y″ + 8y′ + 16y = 0 при y(0) = 2 и y′(0) = -2. Найдите y(1).
y″ + 8y′ + 16y = 0y(0) = 2y′(0) = -2
y(1) =
10.Дифференциальные уравненияСложная
В баке 400 L воды, в которой растворено 5 kg соли. 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 95 min?
V = 400 Lm0 = 5 kgc = 0,25 kg/Lr = 2 L/min
m = kg
11.Матрицы и определителиСредняя
Найдите определитель det A показанной матрицы 3×3 A.
A = [−4 2 −2; 4 0 3; 2 −1 4]
det A =
12.Матрицы и определителиСложная
Найдите большее собственное значение λ показанной матрицы A.
A = [2 6; 1 −3]
λ =
13.Векторы: скалярное и векторное произведенияСредняя
Найдите угол θ между векторами a = (5, −4, −4) и b = (−2, −1, −2) в градусах.
a = (5, −4, −4)b = (−2, −1, −2)
θ = °
14.Векторы: скалярное и векторное произведенияСложная
Для a = (3, 6, 1) и b = (3, 4, −3) найдите x-компоненту (a × b)x векторного произведения a × b.
a = (3, 6, 1)b = (3, 4, −3)
(a × b)x =
15.ВероятностьСредняя
В мешочке 8 красных и 9 синих шаров. Вы вынимаете два шара, не возвращая первый. Какова вероятность P, что оба красные?
8 / 9
P =
16.ВероятностьСложная
Игра стоит €3. Вы выигрываете €9 с вероятностью 0,25 и €30 с вероятностью 0,02; в остальных случаях вы ничего не выигрываете. Ставка не возвращается. Найдите ожидаемый чистый выигрыш E(G) за одну игру.
Баллы за экзамен распределены нормально со средним 170 и стандартным отклонением 20. Найдите z-оценку z для результата 146.
μ = 170σ = 20x = 146
z =
19.Нормальное распределениеСредняя
Перетащите z так, чтобы закрашенная площадь под стандартной нормальной кривой справа от z была равна 0,8133. Найдите z с точностью до двух знаков.
A = 0,8133
z =
20.Нормальное распределениеСложная
Диаметры отверстий D нормально распределены со средним 25,05 mm и стандартным отклонением 0,01 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 = 0,01 mmвал: μ = 25 mm, σ = 0,02 mm
P =
3Растворы
1.Пределы
Ответ: L = −0,25
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).
Разделите на старшую степень
(−1 + 1/x2 + 7/x3)/(4 + 5/x2 + 7/x3)
Пусть x → ∞
L = −1/4 = −0,25
Ответ
L = −0,25
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
4·sin 4x/(8x) → 0/0
Второе применение
16·cos 4x/8
Подставьте x = 0
L = 16/8 = 2
Ответ
L = 2
3.Производные
Ответ: f′(−1) = −0,5714
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) = 4x/(2x2 + 5)
Подставьте
f′(−1) = −4/7 = −0,5714
Ответ
f′(−1) = −0,5714
4.Производные
Ответ: b = 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.
Точка и наклон
f(1) = 7
f′(x) = 2x + 1 → f′(1) = 3
Касательная при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 7 − 3·1 = 4
Ответ
b = 4
5.Интегралы
Ответ: V = 14,14
Объёмы тел вращения: вращение области под y = f(x) от x = a до x = b вокруг оси x даёт тело, сечение которого при x — круг радиуса f(x). Суммирование кругов даёт V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Когда область лежит между внешней кривой R(x) и внутренней кривой r(x), каждый слой — кольцо (шайба): V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Возводите радиусы в квадрат до вычитания.
Метод дисков
V = π∫₀3 x dx
Интегрируйте
V = π·1·3²/2 = 14,14
Ответ
V = 14,14
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: Im(w) = −3,447
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| = 3 · 1,5 = 4,5
θ = 150° + 80° = 230° → −130°
Алгебраическая форма
Re(w) = 4,5·cos(−130°) = −2,893
Im(w) = 4,5·sin(−130°) = −3,447
Im(w) = −3,447
Ответ
Im(w) = −3,447
8.Комплексные числа
Ответ: Re(z₁) = −4
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
161/2 = 4
Аргумент корня
θ₁ = (0° + 360°·1)/2 = 180°
Алгебраическая форма
z₁ = 4·(cos 180° + j sin 180°) = −4
Re(z₁) = −4
Ответ
Re(z₁) = −4
2 корней лежат на окружности радиуса 4 с угловым шагом 180°.
9.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(1) = 0,1465
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 + 4)² = 0 → r = −4
Константы
A = y(0) = 2
y′(0) = B − 4A → B = -2 + 8 = 6
Вычислите
y(1) = (2 + 6·1)·e−4 = 0,1465
Ответ
y(1) = 0,1465
10.Дифференциальные уравнения
Ответ: m = 40,92 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 + (−95)·e−t/200
Подставьте t
m(95) = 100 + (−95)·0,6219 = 40,92 kg
Ответ
m = 40,92 kg
11.Матрицы и определители
Ответ: det A = −24
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 = 3, M₁₂ = 10, M₁₃ = −4
Разложение по строке
det A = (−4)·3 − 2·10 + (−2)·(−4) = −24
Ответ
det A = −24
12.Матрицы и определители
Ответ: λ = 3
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 − (−1)λ + (−12) = 0
Решите
λ = (−1 ± √(49))/2 → λ = −4, 3
λ = 3
Ответ
λ = 3
13.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: θ = 84,93 °
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·(−2) + (−4)·(−1) + (−4)·(−2) = 2
Модули
|a| = √(5² + (−4)² + (−4)²) = 7,55
|b| = √((−2)² + (−1)² + (−2)²) = 3
Угол
cos θ = 2/(7,55·3) = 0,0883
θ = arccos(0,0883) = 84,93°
Ответ
θ = 84,93°
14.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: (a × b)x = −22
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 = 6·(−3) − 1·4 = −22
(a × b)y = azbx − axbz = 1·3 − 3·(−3) = 12
(a × b)z = axby − aybx = 3·4 − 6·3 = −6
Искомая компонента
(a × b)x = −22
Ответ
(a × b)x = −22
Проверка: a × b перпендикулярно обоим векторам, поэтому его скалярные произведения с a и с b равны нулю.
15.Вероятность
Ответ: P = 0,2059
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.
Первое и второе извлечение
P = 8/17 · 7/16 = 56/272 = 0,2059
Ответ
P = 0,2059
16.Вероятность
Ответ: E(G) = −0,15 €
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.
Чистые исходы
G: 6 (p = 0,25), 27 (p = 0,02), −3 (p = 0,73)
Математическое ожидание
E(G) = 6·0,25 + 27·0,02 − 3·0,73 = −0,15 €
Ответ
E(G) = −0,15 €
Отрицательное значение означает, что в среднем вы теряете деньги.
17.Описательная статистика
Ответ: s = 20,54
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 = (146 − 170)/20 = −1,2
Ответ
z = −1,2
19.Нормальное распределение
Ответ: z = −0,89
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 − 0,8133 = 0,1867
Читайте таблицу z в обратную сторону
Найдите 0,1867 внутри таблицы и считайте z.
z = −0,89
Ответ
z = −0,89
20.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,9875
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).