Область между прямой y = 2x и параболой y = 2x² вращается вокруг оси x. Найдите объём V полученного тела.
y = 2xy = 2x²
V =
7.Комплексные числаСредняя
Запишите z = −6 − j3 в показательной форме r·ejθ. Укажите θ в радианах, между −π и π.
z = −6 − j3
θ = rad
8.Комплексные числаСложная
Ровно одна из точек A–D является корнем уравнения z⁴ = 81∠60°. Нажмите на неё.
w = 81∠60°n = 4
1A (5,4∠−120°)
2B (3∠165°)
3C (3∠−165°)
4D (3∠−120°)
9.Дифференциальные уравненияСредняя
Чашку кофе температурой 82 °C оставили в комнате при 21 °C. Через 19 min температура равна 45 °C. Процесс подчиняется закону охлаждения Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ). Найдите константу k в min⁻¹.
T0 = 82 °CTa = 21 °CT(19) = 45 °C
k = min⁻¹
10.Дифференциальные уравненияСложная
В баке 200 L чистой воды. Рассол с содержанием соли 0,2 kg на литр поступает со скоростью 20 L/min, а хорошо перемешанный раствор вытекает с той же скоростью. Сколько соли m будет в баке через 15 min?
V = 200 Lm0 = 0 kgc = 0,2 kg/Lr = 20 L/min
m = kg
11.Матрицы и определителиСредняя
Найдите определитель det A показанной матрицы 3×3 A.
A = [1 3 3; 3 −2 1; 1 −2 −1]
det A =
12.Матрицы и определителиСложная
Решите систему 5x − y = 8 и 6x − 6y = −6. Найдите x.
5x − y = 86x − 6y = −6
x =
13.Векторы: скалярное и векторное произведенияСредняя
Найдите скалярную проекцию compb a вектора a = (2, −7, −6) на b = (−4, −4, 5), то есть компоненту a в направлении b.
a = (2, −7, −6)b = (−4, −4, 5)
compb a =
14.Векторы: скалярное и векторное произведенияСложная
Для a = (−3, −1, 5) и b = (1, −2, −6) найдите y-компоненту (a × b)y векторного произведения a × b.
a = (−3, −1, 5)b = (1, −2, −6)
(a × b)y =
15.ВероятностьСредняя
Для показанного распределения найдите дисперсию Var(X) величины X.
x: 10, 20, 30, 40p(x): 0,1, 0,35, 0,35, 0,2
Var(X) =
16.ВероятностьСложная
Испытывают 8 компонентов, каждый выходит из строя независимо с вероятностью 0,1. Какова вероятность P, что откажет не более одного?
Величина распределена нормально со средним 170 и стандартным отклонением 12. Какая доля P значений меньше 155,6?
μ = 170σ = 12x = 155,6
P =
19.Нормальное распределениеСредняя
X нормальна со средним 120 mm и стандартным отклонением 0,3 mm; Y независима и нормальна со средним 80 mm и стандартным отклонением 0,4 mm. Найдите вероятность P того, что X + Y больше 200,5 mm. Округлите z до двух знаков после запятой.
μX = 120, σX = 0,3μY = 80, σY = 0,4X + Y > 200,5 mm
P =
20.Нормальное распределениеСложная
Пусть массы пакетов распределены нормально со средним 250 g и стандартным отклонением 5 g. Найдите значение x, ниже которого лежат 25 % значений (25-й процентиль).
μ = 250σ = 5P = 25%
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 = 6,25
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).
Первое применение
5·sin 5x/(4x) → 0/0
Второе применение
25·cos 5x/4
Подставьте x = 0
L = 25/4 = 6,25
Ответ
L = 6,25
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: x = 2
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 − 9x + 6 = 3·(x2 − 3x + 2)
Решите f′(x) = 0
x = 1 или x = 2
Что есть что
f″(x) = 6x − 9: отрицательна в максимуме, положительна в минимуме.
f″(1) = −3, f″(2) = 3
x = 2
Ответ
x = 2
5.Интегралы
Ответ: I = 2,333
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.
Замена переменной
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫12 u2 du
Проинтегрируйте и подставьте пределы
I = [u3/3]12 = (8 − 1)/3 = 2,333
Ответ
I = 2,333
6.Интегралы
Ответ: V = 1,676
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.
Точки пересечения
2x = 2x² → x = 0, x = 1
Метод колец (шайб)
V = π∫₀1 ((2x)² − (2x²)²) dx
Интегрируйте
V = π(4·1³/3 − 4·1⁵/5) = π·0,5333 = 1,676
Ответ
V = 1,676
7.Комплексные числа
Ответ: θ = −2,678 rad
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
r = √(36 + 9) = 6,708
Аргумент в радианах
θ = −153,4° = −153,4·π/180 = −2,678 rad
Показательная форма
z = 6,708·e−j2,678
Ответ
θ = −2,678 rad
8.Комплексные числа
Ответ: C (3∠−165°)
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 и аргументы корней
|z| = 3
θ = 15°, 105°, −165°, −75°
Точка
C = 3∠−165°
Ответ
C (3∠−165°)
9.Дифференциальные уравнения
Ответ: k = 0,0491 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 = 24/61
Найдите k
k = ln(61/24)/19 = 0,0491 min⁻¹
Ответ
k = 0,0491 min⁻¹
10.Дифференциальные уравнения
Ответ: m = 31,07 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 = 20·0,2 − (20/200)·m = 4 − 0,1·m
Решите
Интегрирующий множитель равен ert/V; решение стремится к равновесному значению c·V.
m(t) = 40 + (−40)·e−t/10
Подставьте t
m(15) = 40 + (−40)·0,2231 = 31,07 kg
Ответ
m = 31,07 kg
11.Матрицы и определители
Ответ: det A = 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.
Миноры 2×2 первой строки
M₁₁ = 4, M₁₂ = −4, M₁₃ = −4
Разложение по строке
det A = 1·4 − 3·(−4) + 3·(−4) = 4
Ответ
det A = 4
12.Матрицы и определители
Ответ: x = 2,25
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 = 5·(−6) − (−1)·6 = −24
Замените столбец x
det Aₓ = 8·(−6) − (−1)·(−6) = −54
x = −54/(−24) = 2,25
Ответ
x = 2,25
y = 3,25
13.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: compb a = −1,325
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 = 2·(−4) + (−7)·(−4) + (−6)·5 = −10
Длина b
|b| = √((−4)² + (−4)² + 5²) = 7,55
Скалярная проекция
compb a = a·b/|b| = −10/7,55 = −1,325
Ответ
compb a = −1,325
Отрицательная: у a есть компонента, направленная против b.
14.Векторы: скалярное и векторное произведения
Ответ: (a × b)y = −13
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 = (−1)·(−6) − 5·(−2) = 16
(a × b)y = azbx − axbz = 5·1 − (−3)·(−6) = −13
(a × b)z = axby − aybx = (−3)·(−2) − (−1)·1 = 7
Искомая компонента
(a × b)y = −13
Ответ
(a × b)y = −13
Проверка: a × b перпендикулярно обоим векторам, поэтому его скалярные произведения с a и с b равны нулю.
15.Вероятность
Ответ: Var(X) = 82,75
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.
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) = 0,98 = 0,4305
P(X = 1) = 8·0,1·0,97 = 0,3826
Сложите
P = 0,4305 + 0,3826 = 0,8131
Ответ
P = 0,8131
17.Описательная статистика
Ответ: s = 13,26
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 = −1,2
Таблица нормального распределения
Φ(−1,2) = 0,1151
P = 0,1151
Ответ
P = 0,1151
19.Нормальное распределение
Ответ: P = 0,1587
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
μ = 200 mm, σ = √(0,3² + 0,4²) = 0,5 mm
Стандартизуйте
z = (200,5 − 200)/0,5 = 1
Верхний хвост
P = 1 − Φ(1) = 1 − 0,8413 = 0,1587
Ответ
P = 0,1587
20.Нормальное распределение
Ответ: x = 246,6 g
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.