Пусть C = AB для показанных матриц. Найдите элемент c22 (строка 2, столбец 2).
A = [−6 −4; 0 −4]B = [−6 5; −4 1]
c22 =
12.Матрицы и определителиСложная
Найдите большее собственное значение λ показанной матрицы A.
A = [5 −2; 3 0]
λ =
13.Векторы: скалярное и векторное произведенияСредняя
Постоянная сила F = (−25, −15, 15) N действует на тело, которое движется по прямой из точки A(2, −1, 1) в точку B(2, 4, 0). Координаты даны в метрах. Найдите работу W этой силы.
F = (−25, −15, 15) NA(2, −1, 1) mB(2, 4, 0) m
W = J
14.Векторы: скалярное и векторное произведенияСложная
Найдите объём V параллелепипеда, рёбра которого из одной вершины равны a = (5, 3, 2), b = (−1, 4, 4) и c = (−2, −4, −5).
a = (5, 3, 2)b = (−1, 4, 4)c = (−2, −4, −5)
V =
15.ВероятностьСредняя
Для показанного распределения найдите дисперсию Var(X) величины X.
x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,3, 0,35
Var(X) =
16.ВероятностьСложная
X имеет показанное распределение, а Y = 5X − 3. Найдите стандартное отклонение σY величины Y.
Величина распределена нормально со средним 100 и стандартным отклонением 8. Какая доля P значений меньше 116?
μ = 100σ = 8x = 116
P =
19.Нормальное распределениеСредняя
Перетащите z так, чтобы закрашенная площадь между −z и z под стандартной нормальной кривой была равна 0,2358. Найдите z с точностью до двух знаков.
A = 0,2358
z =
20.Нормальное распределениеСложная
Диаметры отверстий D нормально распределены со средним 25,03 mm и стандартным отклонением 0,015 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 = 25,03 mm, σ = 0,015 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).
Разделите на старшую степень
(4 + (−5)/x2 + (−1)/x3)/(4 + 3/x2 + 7/x3)
Пусть x → ∞
L = 4/4 = 1
Ответ
L = 1
При равных степенях предел равен отношению старших коэффициентов.
2.Пределы
Ответ: L = 1,667
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).
Правило Лопиталя
L = limx→0 [5/(1 + 5x)]/[3·cos 3x]
Подставьте x = 0
L = 5/3 = 1,667
Ответ
L = 1,667
3.Производные
Ответ: f′(1.5) = 0,8857
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′ = e−0,5x·(2x + (−0,5)·x2)
Подставьте
f′(1,5) = 0,4724·(3 + (−1,125)) = 0,8857
Ответ
f′(1,5) = 0,8857
4.Производные
Ответ: x = −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.
Производная
f′(x) = 3x2 + 15x + 12 = 3·(x2 + 5x + 4)
Решите f′(x) = 0
x = −4 или x = −1
Что есть что
f″(x) = 6x + 15: отрицательна в максимуме, положительна в минимуме.
f″(−4) = −9, f″(−1) = 9
x = −4
Ответ
x = −4
5.Интегралы
Ответ: I = 1,386
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) = 2·ln x
Подставьте пределы
I = 2·(ln 2 − ln 1) = 2·ln 2 = 1,386
Ответ
I = 1,386
6.Интегралы
Ответ: A = 42,67
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.
Точки пересечения
0,5x2 = 4x → x = 0, x = 8
Интегрируйте верхнюю минус нижнюю
A = [2x2 − 0,1667x3]08 = 42,67
Ответ
A = 42,67
7.Комплексные числа
Ответ: A (−8 − j4)
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.
Действие w
|z·w| = 2·|z|, arg(z·w) = arg z + (−90)°
Точка
z·w = −8 − j4 → A
Ответ
A (−8 − j4)
8.Комплексные числа
Ответ: r = −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.
Проверьте по сумме корней: z₁ + z₂ + r = −6 + (−4) = −10 = −(10).
9.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(1.5) = 0,2489
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 + 2)² = 0 → r = −2
Константы
A = y(0) = 2
y′(0) = B − 2A → B = -2 + 4 = 2
Вычислите
y(1,5) = (2 + 2·1,5)·e−3 = 0,2489
Ответ
y(1,5) = 0,2489
10.Дифференциальные уравнения
Ответ: y(1.5) = 3,181
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 = e0,5t
(e0,5ty)′ = 7e−2,5t
Общее решение
y = 7/(−2,5)·e−3t + C·e−0,5t = −2,8·e−3t + C·e−0,5t
Начальное условие
4 = −2,8 + C → C = 6,8
Вычислите
y(1,5) = −2,8·0,01111 + 6,8·0,4724 = 3,181
Ответ
y(1,5) = 3,181
11.Матрицы и определители
Ответ: c22 = −4
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 = 0·5 + (−4)·1 = −4
Ответ
c22 = −4
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 − (5)λ + (6) = 0
Решите
λ = (5 ± √(1))/2 → λ = 2, 3
λ = 3
Ответ
λ = 3
13.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: W = −90 J
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.
Перемещение
d = B − A = (2, 4, 0) − (2, −1, 1) = (0, 5, −1) m
Работа
W = F·d = (−25)·0 + (−15)·5 + 15·(−1) = −90 J
Ответ
W = −90 J
Отрицательная работа: сила действует в основном против движения.
14.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: V = 35
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 b × c
(b × c)x = bycz − bzcy = 4·(−5) − 4·(−4) = −4
(b × c)y = bzcx − bxcz = 4·(−2) − (−1)·(−5) = −13
(b × c)z = bxcy − bycx = (−1)·(−4) − 4·(−2) = 12
Скалярное произведение с a
a·(b × c) = 5·(−4) + 3·(−13) + 2·12 = −35
V = |−35| = 35
Ответ
V = 35
15.Вероятность
Ответ: Var(X) = 0,7
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 = 0·0,35 + 1·0,3 + 2·0,35 = 1
Среднее квадратов
E(X²) = 0·0,35 + 1·0,3 + 4·0,35 = 1,7
Дисперсия
Var(X) = 1,7 − 1² = 0,7
Ответ
Var(X) = 0,7
16.Вероятность
Ответ: σY = 5,22
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) = 1,09, σX = 1,044
Линейное преобразование
σY = |5|·1,044 = 5,22
Ответ
σY = 5,22
Среднее действительно сдвигается: E(Y) = 5·1,9 − 3 = 6,5.
17.Описательная статистика
Ответ: s = 17,31
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 = 0,9772
Ответ
P = 0,9772
19.Нормальное распределение
Ответ: z = 0,3
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 + 0,2358)/2 = 0,6179
Читайте таблицу z в обратную сторону
Найдите 0,6179 внутри таблицы и считайте z.
z = 0,30
Ответ
z = 0,30
20.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,8849
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).