คณิตศาสตร์วิศวกรรม: ชุดสรุปเร่งรัด

สรุปสูตร ขั้นตอนวิธีทำที่สำคัญของทุกหัวข้อ และโจทย์ฝึก 20 ข้อ พร้อมเฉลยละเอียดไว้ท้ายเล่ม

โจทย์ใหม่กลับไปที่รายวิชา

ในหน้าต่างพิมพ์ ให้เลือก “บันทึกเป็น PDF” เพื่อเก็บสำเนาไว้ในอุปกรณ์ของคุณ

1สูตรและวิธีทำ

ลิมิต

การแทนค่าโดยตรง: ลองแทน x = a ก่อน ถ้าได้ 0/0 ให้ลดรูป
แยกตัวประกอบและตัดกัน: xⁿ − aⁿ = (x − a)(xⁿ⁻¹ + a·xⁿ⁻² + … + aⁿ⁻¹)
สังยุค: (√x − √a)(√x + √a) = x − a
ลิมิตที่อนันต์: หารด้วยกำลังสูงสุดของ x ถ้าดีกรีเท่ากันจะได้อัตราส่วนของสัมประสิทธิ์นำ
ลิมิตพิเศษ: lim_x→∞ (1 + a/x)^bx = e^ab
กฎของโลปีตาล: lim f/g = lim f′/g′ (0/0 or ∞/∞)

อนุพันธ์

กฎกำลัง: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹
กฎผลคูณ: (uv)′ = u′v + uv′
กฎผลหาร: (u/v)′ = (u′v − uv′)/v²
กฎลูกโซ่: f(g(x))′ = f′(g(x))·g′(x)
อนุพันธ์ที่พบบ่อย: (eˣ)′ = eˣ, (ln x)′ = 1/x, (sin x)′ = cos x, (cos x)′ = −sin x

วิธีการ

ระบุโครงสร้าง: ผลบวก ผลคูณ ผลหาร หรือฟังก์ชันประกอบ
ใช้กฎกำลังกับแต่ละกำลังของ x
ใช้กฎผลคูณ กฎผลหาร หรือกฎลูกโซ่ตามความจำเป็น
ลดรูป และคำนวณที่จุดนั้นถ้าโจทย์ถาม

อินทิกรัล

กฎกำลัง: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
อินทิกรัลจำกัดเขต: ∫_a^b f dx = F(b) − F(a)
อินทิกรัลที่พบบ่อย: ∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
พื้นที่ระหว่างเส้นโค้ง: ∫_a^b (f − g) dx

วิธีการ

เขียนฟังก์ชันที่อินทิเกรตใหม่เป็นผลบวกของพจน์ง่าย ๆ เมื่อเป็นไปได้
ใช้กฎกำลัง: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) และอินทิกรัลมาตรฐานของ e^x, 1/x, sin และ cos
ใช้การแทนค่าเมื่อเห็นฟังก์ชันและอนุพันธ์ของมันอยู่ด้วยกัน
สำหรับอินทิกรัลจำกัดเขต คำนวณ F(b) − F(a)

จำนวนเชิงซ้อน

รูปเชิงสี่เหลี่ยม: z = a + jb, j² = −1, z̄ = a − jb
มอดูลัสและอาร์กิวเมนต์: |z| = √(a² + b²), tan θ = b/a (check the quadrant)
รูปเชิงขั้วและรูปเอกซ์โพเนนเชียล: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·e^jθ
การหาร: z₁/z₂ = z₁z̄₂/|z₂|²
ผลคูณและผลหาร: r₁∠θ₁ · r₂∠θ₂ = r₁r₂∠(θ₁ + θ₂), r₁∠θ₁ / r₂∠θ₂ = (r₁/r₂)∠(θ₁ − θ₂)
เดอมัวฟร์: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ
รากที่ n: z_k = R^1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0 … n − 1
สมการกำลังสองที่ p² < 4q: z = −p/2 ± j√(q − p²/4)

วิธีการ

เลือกรูปแบบที่เหมาะกับการดำเนินการ: รูปเชิงสี่เหลี่ยม a + jb สำหรับการบวกและลบ รูปเชิงขั้ว r∠θ สำหรับการคูณ หาร เลขยกกำลัง และราก
คูณกระจายด้วย j² = −1; หารโดยคูณทั้งตัวเศษและตัวส่วนด้วยสังยุคของตัวส่วน
แปลงด้วย r = √(a² + b²) และ θ จากภาพร่างของจุด (ตรวจจตุภาค) และกลับด้วย a = r cos θ, b = r sin θ
สำหรับเลขยกกำลังใช้เดอมัวฟร์ (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; สำหรับ zⁿ = R∠φ ให้เขียนรายการรากทั้ง n ราก R^1/n∠((φ + 360°k)/n)

สมการเชิงอนุพันธ์

การเติบโต/การสลายแบบเอกซ์โพเนนเชียล: dy/dt = ky → y = y₀e^kt
ครึ่งชีวิต: k = ln 2 / t_½
กฎการเย็นตัวของนิวตัน: T(t) = T_a + (T₀ − T_a)e^−kt
ตัวประกอบอินทิเกรต: y′ + p(x)y = q(x): μ = e^{∫p dx}, (μy)′ = μq
ถังผสม: dm/dt = r·c − (r/V)·m

เมทริกซ์และดีเทอร์มินันต์

ดีเทอร์มินันต์ 2×2: det = ad − bc
อินเวอร์สของ 2×2: A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
ผลิตภัณฑ์: (AB)_ij = Σ_k A_ikB_kj
ค่าเฉพาะ: det(A − λI) = 0
กฎของคราเมอร์: x_i = det(A_i)/det(A)

เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้

ขนาด: |a| = √(a_x² + a_y² + a_z²)
เวกเตอร์หนึ่งหน่วย: û = a/|a|
องค์ประกอบจากมุม: F_x = F·cos θ, F_y = F·sin θ
ผลคูณจุด: a·b = a_xb_x + a_yb_y + a_zb_z = |a||b|cos θ
โพรเจกชันสเกลาร์ของ a บน b: a·b/|b|
งาน: W = F·d
ผลคูณไขว้: a × b = (a_yb_z − a_zb_y, a_zb_x − a_xb_z, a_xb_y − a_yb_x)
พื้นที่: สี่เหลี่ยมด้านขนาน |a × b|, สามเหลี่ยม ½|a × b|
โมเมนต์รอบ O: M_O = r × F, r = A − O
ปริมาตรของทรงหกหน้าขนาน: V = |a·(b × c)|

วิธีการ

เขียนทุกเวกเตอร์เป็นองค์ประกอบ สำหรับแรงที่ให้ด้วยขนาดและมุม ใช้ F·cos θ และ F·sin θ
สำหรับความยาวและทิศทาง ใช้ขนาด √(x² + y² + z²) และเวกเตอร์หนึ่งหน่วย a/|a|
ใช้ผลคูณจุดสำหรับมุม โพรเจกชัน การตั้งฉาก และงาน: a·b = |a||b|cos θ
ใช้ผลคูณไขว้สำหรับเวกเตอร์ตั้งฉาก พื้นที่ และโมเมนต์: เขียนทั้งสามองค์ประกอบอย่างระมัดระวัง โดยคงลำดับ a × b

ความน่าจะเป็น

ส่วนเติมเต็ม: P(not A) = 1 − P(A)
กฎการบวก: P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
เหตุการณ์อิสระ: P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
ความน่าจะเป็นแบบมีเงื่อนไข: P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
ทวินาม: P(X = k) = C(n,k)·p^k(1 − p)^n−k

สถิติเชิงพรรณนา

ค่าเฉลี่ย: x̄ = Σx/n
ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานตัวอย่าง: s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
มัธยฐาน: ค่ากลางของข้อมูลที่เรียงลำดับแล้ว
คะแนนมาตรฐาน z: z = (x − μ)/σ
การแจกแจงปกติ: 68% อยู่ภายใน ±1σ, 95% อยู่ภายใน ±2σ

การแจกแจงปกติ

คะแนนมาตรฐาน z: z = (x − μ)/σ
ต่ำกว่า x: P(X < x) = Φ(z)
สูงกว่า x: P(X > x) = 1 − Φ(z)
ระหว่าง: Φ(z₂) − Φ(z₁)
เปอร์เซ็นไทล์: x = μ + z·σ

วิธีการ

แปลงค่าเป็นคะแนนมาตรฐาน z: z = (x − μ)/σ
ดูค่า Φ(z) ซึ่งเป็นพื้นที่ทางซ้ายของ z
สำหรับพื้นที่ทางขวาใช้ 1 − Φ(z) สำหรับช่วงให้ลบพื้นที่ทางซ้ายสองค่า
สำหรับเปอร์เซ็นไทล์ ให้ทำย้อนกลับ: หา z จากพื้นที่ แล้ว x = μ + z·σ

2โจทย์ฝึก

1.ลิมิตปานกลาง

จงหาลิมิต L = lim_x→∞ (1 − 1/x)^3x ตอบเป็นค่าทศนิยม

f(x) = (1 − 1/x)^3xx → ∞

L =

2.ลิมิตยาก

จงหาลิมิต L = lim_x→0 ln(1 + 5x)/sin(4x) เมื่อ x มีหน่วยเป็นเรเดียน

f(x) = ln(1 + 5x)/sin(4x)x → 0

L =

3.อนุพันธ์ปานกลาง

ให้ f(x) = (4x + 5)⁴ หา f′(0)

f(x) = (4x + 5)⁴x = 0

f′(0) =

4.อนุพันธ์ยาก

ให้ f(x) = x³ − 3x² − 9x − 6 หาพิกัด x x ของจุดต่ำสุดสัมพัทธ์

f(x) = x³ − 3x² − 9x − 6

x =

5.อินทิกรัลปานกลาง

บริเวณใต้ y = x จาก x = 0 ถึง x = 1 ถูกหมุนรอบแกน x จงหาปริมาตร V ของของแข็ง (กรวย)

y = x0 ≤ x ≤ 1

V =

6.อินทิกรัลยาก

หาพื้นที่ A ของบริเวณระหว่างพาราโบลา y = 4 − x² กับแกน x

y = 4 − x²

A =

7.จำนวนเชิงซ้อนปานกลาง

กำหนด z₁ = 4∠150° และ z₂ = 1.5∠−50° จงหาส่วนจินตภาพของ w = z₁/z₂

z₁ = 4∠150°z₂ = 1.5∠−50°

Im(w) =

8.จำนวนเชิงซ้อนยาก

รากของ zⁿ = w ที่ n = 4 และ w = 81∠−60° คือ z_k = R^1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, 2, 3 จงหาอาร์กิวเมนต์ของ z₃ เป็นองศา ระหว่าง −180° และ 180°

w = 81∠−60°n = 4k = 3

θ₃ = °

9.สมการเชิงอนุพันธ์ปานกลาง

จงแก้ y″ + 4y′ + 3y = 0 โดย y(0) = 2 และ y′(0) = 0 จงหา y(2)

y″ + 4y′ + 3y = 0y(0) = 2y′(0) = 0

y(2) =

10.สมการเชิงอนุพันธ์ยาก

จงแก้ y″ + 2y′ + 5y = 0 โดย y(0) = 1 และ y′(0) = 0 (ปล่อยจากหยุดนิ่ง) จงหา y(0.5) มุมเป็นเรเดียน

y″ + 2y′ + 5y = 0y(0) = 1y′(0) = 0

y(0.5) =

11.เมทริกซ์และดีเทอร์มินันต์ปานกลาง

ให้ C = AB สำหรับเมทริกซ์ที่แสดง หาสมาชิก c₂₂ (แถว 2 หลัก 2)

A = [2 6; −4 −4]B = [1 0; −1 3]

c₂₂ =

12.เมทริกซ์และดีเทอร์มินันต์ยาก

แก้ระบบสมการ 6x + 3y = −11 และ −x + 4y = 1 หา x

6x + 3y = −11−x + 4y = 1

x =

13.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้ปานกลาง

แรงคงที่ F = (5, −25, −30) N กระทำต่อวัตถุขณะที่มันเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงจากจุด A(−4, 5, −4) ไปยังจุด B(3, 5, −1) พิกัดมีหน่วยเป็นเมตร จงหางาน W ที่แรงทำ

F = (5, −25, −30) NA(−4, 5, −4) mB(3, 5, −1) m

W = J

14.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้ยาก

แรง F = (20, 10, 30) N กระทำที่จุด A(1, 1, 4) พิกัดมีหน่วยเป็นเมตร จงหาขนาด |M| ของโมเมนต์ของแรงรอบ จุด O(0, 2, 1)

F = (20, 10, 30) NA(1, 1, 4) mO(0, 2, 1) m

|M| = N·m

15.ความน่าจะเป็นปานกลาง

สำหรับการแจกแจงที่แสดง จงหาความแปรปรวน Var(X) ของ X

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0.1, 0.35, 0.2, 0.35

Var(X) =

16.ความน่าจะเป็นยาก

X มีการแจกแจงดังที่แสดง และ Y = 0.5X − 3 จงหาส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน σ_Y ของ Y

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0.05, 0.3, 0.35, 0.3Y = 0.5X − 3

σ_Y =

17.สถิติเชิงพรรณนาปานกลาง

หาส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานตัวอย่าง s ของข้อมูล: 38, 15, 22, 55, 40

n = 5

s =

18.สถิติเชิงพรรณนายาก

ปริมาณหนึ่งมีการแจกแจงปกติ ค่าเฉลี่ย 100 และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 12 สัดส่วน P ของค่าที่ต่ำกว่า 85.6 คือเท่าใด

μ = 100σ = 12x = 85.6

P =

19.การแจกแจงปกติปานกลาง

X มีการแจกแจงปกติที่มีค่าเฉลี่ย 120 mm และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.3 mm Y เป็นอิสระและมีการแจกแจงปกติที่มีค่าเฉลี่ย 80 mm และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.4 mm จงหาความน่าจะเป็น P ที่ X + Y มากกว่า 199.6 mm ปัดเศษ z เป็นสองตำแหน่งทศนิยม

μ_X = 120, σ_X = 0.3μ_Y = 80, σ_Y = 0.4X + Y > 199.6 mm

P =

20.การแจกแจงปกติยาก

เส้นผ่านศูนย์กลางรู D มีการแจกแจงปกติที่มีค่าเฉลี่ย 25.02 mm และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.02 mm เส้นผ่านศูนย์กลางเพลา d เป็นอิสระและมีการแจกแจงปกติที่มีค่าเฉลี่ย 25 mm และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.015 mm เพลาที่สุ่มเลือกสวมได้เมื่อ D − d > 0 จงหาความน่าจะเป็น P ที่มันสวมได้ ปัดเศษ z เป็นสองตำแหน่งทศนิยม

รู: μ = 25.02 mm, σ = 0.02 mmเพลา: μ = 25 mm, σ = 0.015 mm

P =

3สารละลาย

1.ลิมิต

คำตอบ: L = 0.04979

ลิมิต: ลองแทนค่าโดยตรงก่อน ถ้าได้ 0/0 ให้ทำให้เรียบง่ายก่อน: แยกตัวประกอบแล้วตัดตัวประกอบร่วม หรือคูณด้วยสังยุค เมื่อ x → ∞ ให้หารทั้งตัวเศษและตัวส่วนด้วยกำลังสูงสุดของ x กฎโลปีตาล: ถ้า f/g ให้ 0/0 หรือ ∞/∞ แล้ว lim f/g = lim f′/g′ โดยหาอนุพันธ์ของตัวเศษและตัวส่วนแยกกัน (ไม่ใช้กฎผลหาร)

หาลอการิทึม

ln L = lim_x→∞ 3·x·ln(1 − 1/x)

คำนวณค่า

ln(1 + u)/u → 1 เมื่อ u → 0 ดังนั้น x·ln(1 + a/x) → a

ln L = 3·(−1) = −3

ย้อนกลับลอการิทึม

L = e⁻³ = 0.04979

คำตอบ

L = 0.04979

2.ลิมิต

คำตอบ: L = 1.25

กฎของโลปีตาล

L = lim_x→0 [5/(1 + 5x)]/[4·cos 4x]

แทนค่า x = 0

L = 5/4 = 1.25

คำตอบ

L = 1.25

3.อนุพันธ์

คำตอบ: f′(0) = 2000

การหาอนุพันธ์: อนุพันธ์ f′(x) คือความชันของกราฟที่ x กฎกำลัง: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹ กฎผลคูณ: (uv)′ = u′v + uv′ กฎลูกโซ่: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x) ตรงที่ f′(x) = 0 กราฟมีเส้นสัมผัสในแนวนอน ซึ่งเป็นจุดสูงสุด จุดต่ำสุด หรือจุดโค้งเว้า

กฎลูกโซ่

f′(x) = 4·(4x + 5)³·4

แทนค่า

f′(0) = 4·5³·4 = 2000

คำตอบ

f′(0) = 2000

4.อนุพันธ์

คำตอบ: x = 3

อนุพันธ์

f′(x) = 3x² − 6x − 9 = 3·(x² − 2x − 3)

แก้สมการ f′(x) = 0

x = −1 หรือ x = 3

อันไหนคืออันไหน

f″(x) = 6x − 6: เป็นลบที่จุดสูงสุด เป็นบวกที่จุดต่ำสุด

f″(−1) = −12, f″(3) = 12

x = 3

คำตอบ

x = 3

5.อินทิกรัล

คำตอบ: V = 1.047

ปริมาตรของแข็งที่เกิดจากการหมุน: การหมุนบริเวณใต้ y = f(x) จาก x = a ถึง x = b รอบแกน x ได้ของแข็งที่หน้าตัดที่ x เป็นจานรัศมี f(x) การรวมจานเหล่านั้นให้ V = π∫ₐᵇ f(x)² dx เมื่อบริเวณอยู่ระหว่างเส้นโค้งนอก R(x) และเส้นโค้งใน r(x) แต่ละชิ้นเป็นวงแหวน: V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx ยกกำลังสองรัศมีก่อนลบกัน

วิธีจาน

V = π∫₀¹ 1x² dx

อินทิเกรต

V = π·1·1³/3 = 1.047

คำตอบ

V = 1.047

ตรวจสอบ: กรวยรัศมี 1 และสูง 1 มี (1/3)πr²h = 1.047

6.อินทิกรัล

คำตอบ: A = 10.67

อินทิกรัลจำกัดเขต: ∫ₐᵇ f(x) dx คือพื้นที่แบบมีเครื่องหมายระหว่างกราฟกับแกน x จาก a ถึง b หาปฏิยานุพันธ์ F (โดย F′ = f) แล้วคำนวณ F(b) − F(a) กฎกำลัง: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) พื้นที่ระหว่างเส้นโค้งสองเส้นคือ ∫(บน − ล่าง) dx

ค่าศูนย์

4 − x² = 0 → x = ±2

อินทิเกรต

A = [4x − x³/3]₋₂² = 5.333 − (−5.333) = 10.67

คำตอบ

A = 10.67

7.จำนวนเชิงซ้อน

คำตอบ: Im(w) = −0.9121

รูปเชิงขั้ว: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·e^jθ โดย r = |z| และ θ = arg z กลับเป็นรูปเชิงสี่เหลี่ยม: a = r cos θ, b = r sin θ อาร์กิวเมนต์ต้องคำนึงถึงจตุภาค: θ = atan(b/a) ใช้ได้เฉพาะเมื่อ a > 0; เมื่อ a < 0 ให้บวกหรือลบ 180° ในรูปเชิงขั้ว การคูณง่าย: คูณมอดูลัสและบวกอาร์กิวเมนต์ การหารให้หารมอดูลัสและลบอาร์กิวเมนต์

มอดูลัสและอาร์กิวเมนต์ของ w

|w| = 4 / 1.5 = 2.667

θ = 150° − (−50)° = 200° → −160°

รูปเชิงสี่เหลี่ยม

Re(w) = 2.667·cos(−160°) = −2.506

Im(w) = 2.667·sin(−160°) = −0.9121

Im(w) = −0.9121

คำตอบ

Im(w) = −0.9121

8.จำนวนเชิงซ้อน

คำตอบ: θ₃ = −105 °

เดอมัวฟร์และราก: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ สมการ zⁿ = R∠φ มีรากพอดี n ราก ทุกรากมีมอดูลัส R^1/n ที่อาร์กิวเมนต์ (φ + 360°·k)/n สำหรับ k = 0, 1, …, n − 1: รากวางห่างเท่า ๆ กันบนวงกลม ห่างกัน 360°/n สมการกำลังสอง z² + pz + q = 0 ที่ p² < 4q มีรากเชิงซ้อน z = −p/2 ± j√(q − p²/4) พหุนามที่มีสัมประสิทธิ์จริงมีรากเชิงซ้อนเป็นคู่สังยุค a ± jb เสมอ

มอดูลัสของราก

81^1/4 = 3

อาร์กิวเมนต์ของราก

θ₃ = (−60° + 360°·3)/4 = 255° → −105°

อาร์กิวเมนต์

θ₃ = −105°

คำตอบ

θ₃ = −105°

ราก 4 รากอยู่บนวงกลมรัศมี 3 ห่างกัน 90°

9.สมการเชิงอนุพันธ์

คำตอบ: y(2) = 0.4035

สมการเชิงเส้นอันดับสอง: สำหรับ y″ + b·y′ + c·y = 0 ลองใช้ y = e^rt: ได้สมการลักษณะเฉพาะ r² + b·r + c = 0 รากจริงสองค่า r₁ ≠ r₂ ให้ y = A·e^r₁t + B·e^r₂t (หน่วงเกิน) รากซ้ำ r ให้ y = (A + Bt)·e^rt (หน่วงวิกฤต) รากเชิงซ้อน −α ± jω ให้ y = e^−αt(A cos ωt + B sin ωt) (หน่วงน้อย สั่น) ค่าเริ่มต้น y(0) และ y′(0) กำหนด A และ B เมื่อเขียนเป็น y″ + 2ζω_ny′ + ω_n²y = 0 โดย ω_n คือความถี่ธรรมชาติและ ζ คืออัตราส่วนการหน่วง: ζ < 1 จะสั่น เมื่อมีอินพุตคงที่ y″ + by′ + cy = c·K คำตอบคือค่าคงตัว K บวกการตอบสนองอิสระ

รากลักษณะเฉพาะ

(r + 1)(r + 3) = 0 → r = −1, −3

ค่าคงที่จากค่าเริ่มต้น

A + B = 2, −1A − 3B = 0

A = 3, B = −1

คำนวณค่า

y(2) = 3·e⁻² + (−1)·e⁻⁶ = 0.4035

คำตอบ

y(2) = 0.4035

10.สมการเชิงอนุพันธ์

คำตอบ: y(0.5) = 0.5829

รากเชิงซ้อน

r = −1 ± 2j

ค่าคงที่

A = 1, B = 1·1/2 = 0.5

คำนวณค่า

y(0.5) = e^−0.5(1·cos 1 + 0.5·sin 1) = 0.5829

คำตอบ

y(0.5) = 0.5829

11.เมทริกซ์และดีเทอร์มินันต์

คำตอบ: c₂₂ = −12

เมทริกซ์: ดีเทอร์มินันต์ของเมทริกซ์ 2×2 คือ ad − bc สำหรับ 3×3 ให้กระจายตามแถว: แต่ละสมาชิกคูณดีเทอร์มินันต์ของเมทริกซ์ 2×2 ที่เหลือหลังตัดแถวและหลักของมันออก โดยเครื่องหมายสลับ + − + ค่าเฉพาะ λ เป็นคำตอบของ det(A − λI) = 0 สำหรับ 2×2 คือ λ² − (trace)·λ + det = 0

แถวคูณหลัก

c₂₂ = (−4)·0 + (−4)·3 = −12

คำตอบ

c₂₂ = −12

12.เมทริกซ์และดีเทอร์มินันต์

คำตอบ: x = −1.741

ดีเทอร์มินันต์ของเมทริกซ์สัมประสิทธิ์

det A = 6·4 − 3·(−1) = 27

แทนหลัก x

det Aₓ = (−11)·4 − 3·1 = −47

x = −47/27 = −1.741

คำตอบ

x = −1.741

y = −0.1852

13.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้

คำตอบ: W = −55 J

Dot product: a·b = a_xb_x + a_yb_y + a_zb_z = |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.

การกระจัด

d = B − A = (3, 5, −1) − (−4, 5, −4) = (7, 0, 3) m

งาน

W = F·d = 5·7 + (−25)·0 + (−30)·3 = −55 J

คำตอบ

W = −55 J

งานเป็นลบ: แรงส่วนใหญ่กระทำสวนทางกับการเคลื่อนที่

14.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้

คำตอบ: |M| = 73.48 N·m

Cross product: a × b = (a_yb_z − a_zb_y, a_zb_x − a_xb_z, a_xb_y − a_yb_x) 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 M_O = r × F, with r = A − O.

เวกเตอร์ตำแหน่งจาก O ไป A

r = A − O = (1, 1, 4) − (0, 2, 1) = (1, −1, 3) m

โมเมนต์ M = r × F

(r × F)_x = r_yF_z − r_zF_y = (−1)·30 − 3·10 = −60 N·m

(r × F)_y = r_zF_x − r_xF_z = 3·20 − 1·30 = 30 N·m

(r × F)_z = r_xF_y − r_yF_x = 1·10 − (−1)·20 = 30 N·m

ขนาด

|M| = √((−60)² + 30² + 30²) = 73.48 N·m

คำตอบ

|M| = 73.48 N·m

15.ความน่าจะเป็น

คำตอบ: Var(X) = 4.24

ตัวแปรสุ่มไม่ต่อเนื่อง: การแจกแจงความน่าจะเป็นแสดงรายการทุกค่า x ที่ตัวแปรเป็นได้พร้อมความน่าจะเป็น p(x) ความน่าจะเป็นอยู่ระหว่าง 0 ถึง 1 และรวมกันได้ 1 ค่าคาดหมาย (ค่าเฉลี่ย) คือ E(X) = Σx·p(x) ซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยในระยะยาว ความแปรปรวนคือ Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ² และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน σ = √Var(X) สำหรับการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้น Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) และ σ_Y = |a|·σ_X การบวกค่าคงที่ไม่เปลี่ยนการกระจาย

ค่าเฉลี่ย

μ = 0·0.1 + 2·0.35 + 4·0.2 + 6·0.35 = 3.6

ค่าเฉลี่ยของกำลังสอง

E(X²) = 0·0.1 + 4·0.35 + 16·0.2 + 36·0.35 = 17.2

ความแปรปรวน

Var(X) = 17.2 − 3.6² = 4.24

คำตอบ

Var(X) = 4.24

16.ความน่าจะเป็น

คำตอบ: σ_Y = 4.444

การกระจายของ X

μ = 29, Var(X) = 79, σ_X = 8.888

การเปลี่ยนแปลงเชิงเส้น

σ_Y = |0.5|·8.888 = 4.444

คำตอบ

σ_Y = 4.444

ค่าเฉลี่ยเลื่อนจริง: E(Y) = 0.5·29 − 3 = 11.5

17.สถิติเชิงพรรณนา

คำตอบ: s = 15.8

สถิติเชิงพรรณนา: ค่าเฉลี่ยคือผลรวมหารด้วย n มัธยฐานคือค่ากลางของข้อมูลที่เรียงลำดับแล้ว (ค่าเฉลี่ยของสองค่ากลางเมื่อ n เป็นจำนวนคู่) ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานตัวอย่างคือ s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)) คะแนนมาตรฐาน z = (x − μ)/σ บอกว่าค่าหนึ่งอยู่ห่างจากค่าเฉลี่ยกี่เท่าของส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน

ค่าเฉลี่ย

x̄ = 170/5 = 34

กำลังสองของความเบี่ยงเบน

Σ(x − x̄)² = 4² + (−19)² + (−12)² + 21² + 6² = 998

ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน

s = √(998/4) = 15.8

คำตอบ

s = 15.8

18.สถิติเชิงพรรณนา

คำตอบ: P = 0.1151

ทำให้เป็นมาตรฐาน

z = −1.2

ตารางการแจกแจงปกติมาตรฐาน

Φ(−1.2) = 0.1151

P = 0.1151

คำตอบ

P = 0.1151

19.การแจกแจงปกติ

คำตอบ: P = 0.7881

ผลบวกและผลต่างของตัวแปรปกติ: ถ้า X และ Y เป็นอิสระต่อกันและมีการแจกแจงปกติ X + Y และ X − Y ก็มีการแจกแจงปกติเช่นกัน ค่าเฉลี่ยบวกหรือลบกัน: E(X ± Y) = μ_X ± μ_Y ความแปรปรวนบวกกันเสมอ แม้เป็นผลต่าง: Var(X ± Y) = σ_X² + σ_Y² ดังนั้น σ = √(σ_X² + σ_Y²) ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานไม่บวกกันโดยตรง ผลรวมของ n รายการอิสระที่มีการแจกแจงเดียวกันมีค่าเฉลี่ย n·μ และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน σ·√n จากนั้นทำให้เป็นมาตรฐานตามปกติ: z = (x − ค่าเฉลี่ย)/σ แล้วอ่าน Φ(z)

การแจกแจงของผลรวม

μ = 200 mm, σ = √(0.3² + 0.4²) = 0.5 mm

ทำให้เป็นมาตรฐาน

z = (199.6 − 200)/0.5 = −0.8

หางด้านบน

P = 1 − Φ(−0.8) = 1 − 0.2119 = 0.7881

คำตอบ

P = 0.7881

20.การแจกแจงปกติ

คำตอบ: P = 0.7881

การแจกแจงของผลต่าง

μ = 25.02 − 25 = 0.02 mm, σ = 0.025 mm

ทำให้เป็นมาตรฐาน

z = (0 − 0.02)/0.025 = −0.8

ความน่าจะเป็น

P = 1 − Φ(−0.8) = 0.7881

คำตอบ

P = 0.7881

ExamProblems · examproblems.com/courses/engineering-mathematics