Найдите площадь A области, ограниченной y = 2x2 и y = x.
y = 2x2y = x
A =
7.Комплексные числаСредняя
Даны z₁ = 1,5∠−60° и z₂ = 1,5∠45°. Найдите аргумент θ числа w = z₁/z₂ в градусах, между −180° и 180°.
z₁ = 1,5∠−60°z₂ = 1,5∠45°
θ = °
8.Комплексные числаСложная
Решите z² − 3z + 6,25 = 0. Корни равны a ± jb; найдите действительную часть a.
p = −3q = 6,25
a =
9.Дифференциальные уравненияСредняя
Банку газировки температурой 4 °C достали из холодильника в комнату при 29 °C. Через 17 min температура равна 23 °C. Процесс подчиняется закону охлаждения Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ). Найдите константу k в min⁻¹.
T0 = 4 °CTa = 29 °CT(17) = 23 °C
k = min⁻¹
10.Дифференциальные уравненияСложная
Система подчиняется уравнению y″ + y′ + 16,25y = 32,5 при t ≥ 0, начиная из состояния покоя: y(0) = 0, y′(0) = 0. Найдите максимальное значение ymax её переходной характеристики.
y″ + y′ + 16,25y = 32,5y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
11.Матрицы и определителиСредняя
Найдите определитель det A показанной матрицы 3×3 A.
A = [1 1 0; −2 5 5; −1 2 −4]
det A =
12.Матрицы и определителиСложная
Решите систему −2x + 2y = 3 и 3x − 5y = 5. Найдите x.
−2x + 2y = 33x − 5y = 5
x =
13.Векторы: скалярное и векторное произведенияСредняя
Постоянная сила F = (5, −20, −25) N действует на тело, которое движется по прямой из точки A(−3, −2, 0) в точку B(−1, −2, 1). Координаты даны в метрах. Найдите работу W этой силы.
F = (5, −20, −25) NA(−3, −2, 0) mB(−1, −2, 1) m
W = J
14.Векторы: скалярное и векторное произведенияСложная
Сила F = (−40, −30, −30) N действует в точке A(−1, 0, 2). Координаты даны в метрах. Найдите x-компоненту Mx момента силы относительно точка O(1, 1, −1).
F = (−40, −30, −30) NA(−1, 0, 2) mO(1, 1, −1) m
Mx = N·m
15.ВероятностьСредняя
Для показанного распределения найдите стандартное отклонение σ величины X.
x: 0, 2, 4, 6p(x): 0,25, 0,25, 0,3, 0,2
σ =
16.ВероятностьСложная
Испытывают 5 компонентов, каждый выходит из строя независимо с вероятностью 0,1. Какова вероятность P, что откажет не более одного?
Величина распределена нормально со средним 60 и стандартным отклонением 5. Какая доля P значений меньше 62?
μ = 60σ = 5x = 62
P =
19.Нормальное распределениеСредняя
Пусть значения роста взрослых мужчин распределены нормально со средним 178 cm и стандартным отклонением 7 cm. Какая доля значений лежит между 172,4 и 188,85 cm? Дайте P в виде десятичной дроби.
μ = 178σ = 7x1 = 172,4x2 = 188,85
P =
20.Нормальное распределениеСложная
Распределение «массы пакетов» нормальное: среднее 250 g, стандартное отклонение 5 g. Перетащите границу так, чтобы закрашенные верхние 20% были справа от неё. Найдите границу x.
μ = 250 gσ = 5 g20%
x = g
3Растворы
1.Пределы
Ответ: L = 20,09
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→∞ 3·x·ln(1 + 1/x)
Вычислите
ln(1 + u)/u → 1 при u → 0, поэтому x·ln(1 + a/x) → a.
ln L = 3·1 = 3
Избавьтесь от логарифма
L = e3 = 20,09
Ответ
L = 20,09
2.Пределы
Ответ: L = 1,5
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
3·sin 3x/(6x) → 0/0
Второе применение
9·cos 3x/6
Подставьте x = 0
L = 9/6 = 1,5
Ответ
L = 1,5
3.Производные
Ответ: f′(−2) = −0,8
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 + 1)
Подставьте
f′(−2) = −4/5 = −0,8
Ответ
f′(−2) = −0,8
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 − 15x + 12 = 3·(x2 − 5x + 4)
Решите f′(x) = 0
x = 1 или x = 4
Что есть что
f″(x) = 6x − 15: отрицательна в максимуме, положительна в минимуме.
f″(1) = −9, f″(4) = 9
x = 1
Ответ
x = 1
5.Интегралы
Ответ: I = 0,7869
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.
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
2x2 = x → x = 0, x = 0,5
Интегрируйте верхнюю минус нижнюю
A = [0,5x2 − 0,6667x3]00,5 = 0,04167
Ответ
A = 0,04167
7.Комплексные числа
Ответ: θ = −105 °
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| = 1,5 / 1,5 = 1
θ = −60° − 45° = −105°
Аргумент
θ = −105°
Ответ
θ = −105°
8.Комплексные числа
Ответ: a = 1,5
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 = 9 − 25 = −16 < 0
Формула корней квадратного уравнения
z = (3 ± j√16)/2 = 1,5 + j2, 1,5 − j2
Ответ
a = 1,5
Ответ
a = 1,5
9.Дифференциальные уравнения
Ответ: k = 0,08395 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−17k = -6/-25
Найдите k
k = ln(-25/-6)/17 = 0,08395 min⁻¹
Ответ
k = 0,08395 min⁻¹
10.Дифференциальные уравнения
Ответ: ymax = 3,35
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.
Установившееся значение и корни
yss = 2, r = −0,5 ± 4j
Константы по начальным значениям
y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −0,5A + 4B = 0 → B = −0,25
Максимум
t = π/4 = 0,7854
ymax = 2·(1 + e−0,5·π/4) = 3,35
Ответ
ymax = 3,35
11.Матрицы и определители
Ответ: det A = −43
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 = −30, M₁₂ = 13, M₁₃ = 1
Разложение по строке
det A = 1·(−30) − 1·13 + 0·1 = −43
Ответ
det A = −43
12.Матрицы и определители
Ответ: x = −6,25
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 = (−2)·(−5) − 2·3 = 4
Замените столбец x
det Aₓ = 3·(−5) − 2·5 = −25
x = −25/4 = −6,25
Ответ
x = −6,25
y = −4,75
13.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: W = −15 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, 1) − (−3, −2, 0) = (2, 0, 1) m
Работа
W = F·d = 5·2 + (−20)·0 + (−25)·1 = −15 J
Ответ
W = −15 J
Отрицательная работа: сила действует в основном против движения.
14.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: Mx = 120 N·m
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.
Радиус-вектор из O в A
r = A − O = (−1, 0, 2) − (1, 1, −1) = (−2, −1, 3) m
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 = 0·0,25 + 2·0,25 + 4·0,3 + 6·0,2 = 2,9
Среднее квадратов
E(X²) = 0·0,25 + 4·0,25 + 16·0,3 + 36·0,2 = 13
Дисперсия
Var(X) = 13 − 2,9² = 4,59
σ = √4,59 = 2,142
Ответ
σ = 2,142
16.Вероятность
Ответ: P = 0,9185
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) = 0,95 = 0,5905
P(X = 1) = 5·0,1·0,94 = 0,3281
Сложите
P = 0,5905 + 0,3281 = 0,9185
Ответ
P = 0,9185
17.Описательная статистика
Ответ: s = 18,23
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 = 0,4
Таблица нормального распределения
Φ(0,4) = 0,6554
P = 0,6554
Ответ
P = 0,6554
19.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,7276
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 = (172,4 − 178)/7 = −0,8
z₂ = (188,85 − 178)/7 = 1,55
Площадь между
P = Φ(1,55) − Φ(−0,8) = 0,9394 − 0,2119 = 0,7276
Ответ
P = 0,7276
20.Нормальное распределение
Ответ: x = 254,2 g
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.