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→∞ (√(4x2 + 8x) − 2x).
f(x) = √(4x2 + 8x) − 2xx → ∞
L =
2.ПределыСложная
Найдите предел L = limx→0 (1 − cos 2x)/(3x²), где x в радианах.
f(x) = (1 − cos 2x)/(3x²)x → 0
L =
3.ПроизводныеСредняя
Пусть f(x) = x·sin(x), x в радианах. Найдите f′(0,5).
f(x) = x·sin(x)x = 0,5 rad
f′(0.5) =
4.ПроизводныеСложная
Касательная к f(x) = 2x2 − 5x + 2 в точке x = 2 пересекает ось y в точке y = b. Найдите b.
f(x) = 2x2 − 5x + 2x = 2
b =
5.ИнтегралыСредняя
Вычислите I = ∫02 e2x dx.
f(x) = e2x[0, 2]
I =
6.ИнтегралыСложная
Найдите площадь A области, ограниченной y = x2 и y = x.
y = x2y = x
A =
7.Комплексные числаСредняя
Даны z₁ = 2,5∠30° и z₂ = 2∠45°. Найдите аргумент θ числа w = z₁·z₂ в градусах, между −180° и 180°.
z₁ = 2,5∠30°z₂ = 2∠45°
θ = °
8.Комплексные числаСложная
Уравнение z² − 5z + 22,25 = 0 имеет два комплексных корня. Найдите их модуль |z|.
p = −5q = 22,25
|z| =
9.Дифференциальные уравненияСредняя
Чашку кофе температурой 89 °C оставили в комнате при 21 °C. Через 19 min температура равна 29 °C. Процесс подчиняется закону охлаждения Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ). Найдите константу k в min⁻¹.
T0 = 89 °CTa = 21 °CT(19) = 29 °C
k = min⁻¹
10.Дифференциальные уравненияСложная
В баке 500 L воды, в которой растворено 20 kg соли. Рассол с содержанием соли 0,2 kg на литр поступает со скоростью 5 L/min, а хорошо перемешанный раствор вытекает с той же скоростью. Через сколько минут t в баке будет 52 kg соли?
V = 500 Lm0 = 20 kgc = 0,2 kg/Lr = 5 L/min
t = min
11.Матрицы и определителиСредняя
Пусть C = AB для показанных матриц. Найдите элемент c12 (строка 1, столбец 2).
A = [2 3; −2 −6]B = [3 −2; 5 4]
c12 =
12.Матрицы и определителиСложная
Найдите большее собственное значение λ показанной матрицы A.
A = [2 6; 1 3]
λ =
13.Векторы: скалярное и векторное произведенияСредняя
Постоянная сила F = (5, 25, −10) N действует на тело, которое движется по прямой из точки A(1, 2, 1) в точку B(−1, 2, 2). Координаты даны в метрах. Найдите работу W этой силы.
F = (5, 25, −10) NA(1, 2, 1) mB(−1, 2, 2) m
W = J
14.Векторы: скалярное и векторное произведенияСложная
Найдите объём V параллелепипеда, рёбра которого из одной вершины равны a = (2, −5, 3), b = (5, 2, −3) и c = (−3, 4, −4).
a = (2, −5, 3)b = (5, 2, −3)c = (−3, 4, −4)
V =
15.ВероятностьСредняя
Правильный кубик бросают 6 раз. Какова вероятность P выбросить хотя бы одну шестёрку?
n = 6
P =
16.ВероятностьСложная
Испытывают 10 компонентов, каждый выходит из строя независимо с вероятностью 0,1. Какова вероятность P, что откажет не более одного?
Величина распределена нормально со средним 50 и стандартным отклонением 5. Какая доля P значений меньше 45?
μ = 50σ = 5x = 45
P =
19.Нормальное распределениеСредняя
Пусть результаты IQ-тестов распределены нормально со средним 100 баллов и стандартным отклонением 15 баллов. Какая доля значений лежит между 78,25 и 112,75 баллов? Дайте P в виде десятичной дроби.
μ = 100σ = 15x1 = 78,25x2 = 112,75
P =
20.Нормальное распределениеСложная
Пусть значения роста взрослых мужчин распределены нормально со средним 178 cm и стандартным отклонением 7 cm. Найдите значение x, ниже которого лежат 80 % значений (80-й процентиль).
μ = 178σ = 7P = 80%
x = cm
3Растворы
1.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).
Умножьте на сопряжённое
f(x) = 8x/(√(4x2 + 8x) + 2x)
Разделите на x
f(x) = 8/(√(4 + 8/x) + 2)
Пусть x → ∞
L = 8/(2 + 2) = 2
Ответ
L = 2
2.Пределы
Ответ: L = 0,6667
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·sin 2x/(6x) → 0/0
Второе применение
4·cos 2x/6
Подставьте x = 0
L = 4/6 = 0,6667
Ответ
L = 0,6667
3.Производные
Ответ: f′(0.5) = 0,9182
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.
Правила произведения и цепное
f′(x) = sin(x) + x·cos(x)
Подставьте
f′(0,5) = 0,4794 + 0,5·0,8776 = 0,9182
Ответ
f′(0,5) = 0,9182
4.Производные
Ответ: b = −6
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(2) = 0
f′(x) = 4x − 5 → f′(2) = 3
Касательная при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 0 − 3·2 = −6
Ответ
b = −6
5.Интегралы
Ответ: I = 26,8
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) = e2x/2
Подставьте пределы
I = (e4 − 1)/2 = (54,6 − 1)/2 = 26,8
Ответ
I = 26,8
6.Интегралы
Ответ: A = 0,1667
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
x2 = x → x = 0, x = 1
Интегрируйте верхнюю минус нижнюю
A = [0,5x2 − 0,3333x3]01 = 0,1667
Ответ
A = 0,1667
7.Комплексные числа
Ответ: θ = 75 °
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 · 2 = 5
θ = 30° + 45° = 75°
Аргумент
θ = 75°
Ответ
θ = 75°
8.Комплексные числа
Ответ: |z| = 4,717
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.
Дискриминант
p² − 4q = 25 − 89 = −64 < 0
Формула корней квадратного уравнения
z = (5 ± j√64)/2 = 2,5 + j4, 2,5 − j4
Ответ
|z| = √(2,5² + 4²) = √22,25 = 4,717
Ответ
|z| = 4,717
9.Дифференциальные уравнения
Ответ: k = 0,1126 min⁻¹
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.
Отношение разностей температур
e−19k = 8/68
Найдите k
k = ln(68/8)/19 = 0,1126 min⁻¹
Ответ
k = 0,1126 min⁻¹
10.Дифференциальные уравнения
Ответ: t = 51,08 min
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.
Результат
m(t) = 100 + (−80)·e−t/100
Найдите t
e−t/100 = (100 − 52)/(100 − 20) = 0,6
t = 100·ln(1,667) = 51,08 min
Ответ
t = 51,08 min
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 = 2·(−2) + 3·4 = 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 − (5)λ + (0) = 0
Решите
λ = (5 ± √(25))/2 → λ = 0, 5
λ = 5
Ответ
λ = 5
13.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: W = −20 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 = (−1, 2, 2) − (1, 2, 1) = (−2, 0, 1) m
Работа
W = F·d = 5·(−2) + 25·0 + (−10)·1 = −20 J
Ответ
W = −20 J
Отрицательная работа: сила действует в основном против движения.
14.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: V = 59
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 = 2·(−4) − (−3)·4 = 4
(b × c)y = bzcx − bxcz = (−3)·(−3) − 5·(−4) = 29
(b × c)z = bxcy − bycx = 5·4 − 2·(−3) = 26
Скалярное произведение с a
a·(b × c) = 2·4 + (−5)·29 + 3·26 = −59
V = |−59| = 59
Ответ
V = 59
15.Вероятность
Ответ: P = 0,6651
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.
Противоположное событие
P(нет шестёрки) = (5/6)6 = 0,3349
P = 1 − 0,3349 = 0,6651
Ответ
P = 0,6651
16.Вероятность
Ответ: P = 0,7361
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.
Ноль и один отказ
P(X = 0) = 0,910 = 0,3487
P(X = 1) = 10·0,1·0,99 = 0,3874
Сложите
P = 0,3487 + 0,3874 = 0,7361
Ответ
P = 0,7361
17.Описательная статистика
Ответ: s = 13,55
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 = −1
Таблица нормального распределения
Φ(−1) = 0,1587
P = 0,1587
Ответ
P = 0,1587
19.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,7288
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.
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.