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
limx→∞ (1 + a/x)bx = eab
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

  1. ระบุโครงสร้าง: ผลบวก ผลคูณ ผลหาร หรือฟังก์ชันประกอบ
  2. ใช้กฎกำลังกับแต่ละกำลังของ x
  3. ใช้กฎผลคูณ กฎผลหาร หรือกฎลูกโซ่ตามความจำเป็น
  4. ลดรูป และคำนวณที่จุดนั้นถ้าโจทย์ถาม

อินทิกรัล

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

วิธีการ

  1. เขียนฟังก์ชันที่อินทิเกรตใหม่เป็นผลบวกของพจน์ง่าย ๆ เมื่อเป็นไปได้
  2. ใช้กฎกำลัง: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) และอินทิกรัลมาตรฐานของ ex, 1/x, sin และ cos
  3. ใช้การแทนค่าเมื่อเห็นฟังก์ชันและอนุพันธ์ของมันอยู่ด้วยกัน
  4. 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·ejθ
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
zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0 … n − 1
สมการกำลังสองที่ p² < 4q
z = −p/2 ± j√(q − p²/4)

วิธีการ

  1. เลือกรูปแบบที่เหมาะกับการดำเนินการ: รูปเชิงสี่เหลี่ยม a + jb สำหรับการบวกและลบ รูปเชิงขั้ว r∠θ สำหรับการคูณ หาร เลขยกกำลัง และราก
  2. คูณกระจายด้วย j² = −1; หารโดยคูณทั้งตัวเศษและตัวส่วนด้วยสังยุคของตัวส่วน
  3. แปลงด้วย r = √(a² + b²) และ θ จากภาพร่างของจุด (ตรวจจตุภาค) และกลับด้วย a = r cos θ, b = r sin θ
  4. สำหรับเลขยกกำลังใช้เดอมัวฟร์ (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; สำหรับ zⁿ = R∠φ ให้เขียนรายการรากทั้ง n ราก R1/n∠((φ + 360°k)/n)

สมการเชิงอนุพันธ์

การเติบโต/การสลายแบบเอกซ์โพเนนเชียล
dy/dt = ky → y = y0ekt
ครึ่งชีวิต
k = ln 2 / t½
กฎการเย็นตัวของนิวตัน
T(t) = Ta + (T0 − Ta)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 = Σk AikBkj
ค่าเฉพาะ
det(A − λI) = 0
กฎของคราเมอร์
xi = det(Ai)/det(A)

เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้

ขนาด
|a| = √(ax² + ay² + az²)
เวกเตอร์หนึ่งหน่วย
û = a/|a|
องค์ประกอบจากมุม
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
ผลคูณจุด
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
โพรเจกชันสเกลาร์ของ a บน b
a·b/|b|
งาน
W = F·d
ผลคูณไขว้
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
พื้นที่
สี่เหลี่ยมด้านขนาน |a × b|, สามเหลี่ยม ½|a × b|
โมเมนต์รอบ O
MO = r × F, r = A − O
ปริมาตรของทรงหกหน้าขนาน
V = |a·(b × c)|

วิธีการ

  1. เขียนทุกเวกเตอร์เป็นองค์ประกอบ สำหรับแรงที่ให้ด้วยขนาดและมุม ใช้ F·cos θ และ F·sin θ
  2. สำหรับความยาวและทิศทาง ใช้ขนาด √(x² + y² + z²) และเวกเตอร์หนึ่งหน่วย a/|a|
  3. ใช้ผลคูณจุดสำหรับมุม โพรเจกชัน การตั้งฉาก และงาน: a·b = |a||b|cos θ
  4. 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)·pk(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

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

2โจทย์ฝึก

1.ลิมิตปานกลาง
xyy = L

หาลิมิต L = limx→∞ (2x3 − 3x − 5)/(4x3 + 5x + 2)

f(x) = (2x3 − 3x − 5)/(4x3 + 5x + 2)x → ∞
L =
2.ลิมิตยาก
xyx = 0

จงหาลิมิต L = limx→0 (1 − cos 3x)/(3x²) เมื่อ x มีหน่วยเป็นเรเดียน

f(x) = (1 − cos 3x)/(3x²)x → 0
L =
3.อนุพันธ์ปานกลาง
xyx = 1.5

ให้ f(x) = x·sin(x) โดย x เป็นเรเดียน หา f′(1.5)

f(x) = x·sin(x)x = 1.5 rad
f′(1.5) =
4.อนุพันธ์ยาก
xyx = −2

เส้นสัมผัสของ f(x) = 0.5x2 + 5x − 4 ที่ x = −2 ตัดแกน y ที่ y = b หา b

f(x) = 0.5x2 + 5x − 4x = −2
b =
5.อินทิกรัลปานกลาง
xy01

คำนวณ I = ∫01 e−0.5x dx

f(x) = e−0.5x[0, 1]
I =
6.อินทิกรัลยาก
xy−33

หาพื้นที่ A ของบริเวณระหว่างพาราโบลา y = 9 − x² กับแกน x

y = 9 − x²
A =
7.จำนวนเชิงซ้อนปานกลาง
ReIm22−2−244−4−4θz

จงเขียน z = −1 − j5 ในรูปเอกซ์โพเนนเชียล r·ejθ ให้ θ เป็นเรเดียน ระหว่าง −π และ π

z = −1 − j5
θ = rad
8.จำนวนเชิงซ้อนยาก
ReIm11−1−122−2−2θz

ใช้ทฤษฎีบทของเดอมัวฟร์เพื่อหาส่วนจริงของ z⁵ สำหรับ z = 1 + j√3

z = 1 + j√3n = 5
Re(z⁵) =
9.สมการเชิงอนุพันธ์ปานกลาง
tyy(0) = 5y(1.5) = ?

จงแก้ y″ + 4y′ + 3y = 0 โดย y(0) = 5 และ y′(0) = -2 จงหา y(1.5)

y″ + 4y′ + 3y = 0y(0) = 5y′(0) = -2
y(1.5) =
10.สมการเชิงอนุพันธ์ยาก
tyy(0) = 2y(0.25) = ?

จงแก้ y″ + y′ + 4.25y = 0 โดย y(0) = 2 และ y′(0) = 0 (ปล่อยจากหยุดนิ่ง) จงหา y(0.25) มุมเป็นเรเดียน

y″ + y′ + 4.25y = 0y(0) = 2y′(0) = 0
y(0.25) =
11.เมทริกซ์และดีเทอร์มินันต์ปานกลาง
A =41−4−5−3−3−4−23

หาดีเทอร์มินันต์ det A ของเมทริกซ์ 3×3 A ที่แสดง

A = [4 1 −4; −5 −3 −3; −4 −2 3]
det A =
12.เมทริกซ์และดีเทอร์มินันต์ยาก
A =−3−1−43b =36

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

−3x − y = 3−4x + 3y = 6
x =
13.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้ปานกลาง
xyzab

จงหามุม θ ระหว่างเวกเตอร์ a = (5, −4, 5) และ b = (3, 6, −6) ในหน่วยองศา

a = (5, −4, 5)b = (3, 6, −6)
θ = °
14.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้ยาก
xyzab

สำหรับ a = (−6, 0, 1) และ b = (5, −1, 6) จงหาองค์ประกอบ x ซึ่งคือ (a × b)x ของผลคูณไขว้ a × b

a = (−6, 0, 1)b = (5, −1, 6)
(a × b)x =
15.ความน่าจะเป็นปานกลาง
n = 12k = 5N = ?

เลือกคณะกรรมการ 5 คนจากกลุ่ม 12 คนได้กี่วิธี N ลำดับไม่สำคัญ

n = 12k = 5
N =
16.ความน่าจะเป็นยาก
n = 5, p = 0.25: P(X = 4) = ?k012345

ข้อสอบมีคำถามปรนัย 5 ข้อ นักเรียนที่เดาจะตอบถูกแต่ละข้อด้วยความน่าจะเป็น 0.25 อย่างอิสระ ความน่าจะเป็น P ที่จะตอบถูกพอดี 4 ข้อคือเท่าใด

n = 5p = 0.25k = 4
P =
17.สถิติเชิงพรรณนาปานกลาง
25303540455055

หาส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานตัวอย่าง s ของข้อมูล: 58, 49, 22, 28, 34

n = 5
s =
18.สถิติเชิงพรรณนายาก
z −2−1012

ปริมาณหนึ่งมีการแจกแจงปกติ ค่าเฉลี่ย 50 และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 12 สัดส่วน P ของค่าที่สูงกว่า 54.8 คือเท่าใด

μ = 50σ = 12x = 54.8
P =
19.การแจกแจงปกติปานกลาง
−3−2−10123zพื้นที่แรเงาทางขวาของ z = 0.9871

ลาก z ให้พื้นที่แรเงาใต้เส้นโค้งปกติมาตรฐานทางขวาของ z เป็น 0.9871 หา z เป็นทศนิยมสองตำแหน่ง

A = 0.9871
z =
20.การแจกแจงปกติยาก
10 cm0X − Y?

ส่วนสูง X ของผู้ชายและ Y ของผู้หญิงในกลุ่มหนึ่ง เป็นอิสระต่อกันและมีการแจกแจงปกติ: X มีค่าเฉลี่ย 180 cm และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 10 cm ส่วน Y มีค่าเฉลี่ย 170 cm และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 12 cm จงหาความน่าจะเป็น P ที่ X มากกว่า Y ปัดเศษ z เป็นสองตำแหน่งทศนิยม

μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =

3สารละลาย

1.ลิมิต

คำตอบ: L = 0.5

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)

หารด้วยกำลังสูงสุด

(2 + (−3)/x2 + (−5)/x3)/(4 + 5/x2 + 2/x3)

ให้ x → ∞

L = 2/4 = 0.5

คำตอบ

L = 0.5

เมื่อดีกรีเท่ากัน ลิมิตเท่ากับอัตราส่วนของสัมประสิทธิ์นำ

2.ลิมิต

คำตอบ: L = 1.5

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)

ใช้ครั้งแรก

3·sin 3x/(6x) → 0/0

ใช้ครั้งที่สอง

9·cos 3x/6

แทนค่า x = 0

L = 9/6 = 1.5

คำตอบ

L = 1.5
3.อนุพันธ์

คำตอบ: f′(1.5) = 1.104

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

กฎผลคูณและกฎลูกโซ่

f′(x) = sin(x) + x·cos(x)

แทนค่า

f′(1.5) = 0.9975 + 1.5·0.07074 = 1.104

คำตอบ

f′(1.5) = 1.104
4.อนุพันธ์

คำตอบ: b = −6

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

จุดและความชัน

f(−2) = −12
f′(x) = x + 5 → f′(−2) = 3

เส้นสัมผัสที่ x = 0

b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −12 − 3·(−2) = −6

คำตอบ

b = −6
5.อินทิกรัล

คำตอบ: I = 0.7869

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

ปฏิยานุพันธ์

F(x) = e−0.5x/(−0.5)

คำนวณที่ค่าขอบเขต

I = (e−0.5 − 1)/(−0.5) = (0.6065 − 1)/(−0.5) = 0.7869

คำตอบ

I = 0.7869
6.อินทิกรัล

คำตอบ: A = 36

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

9 − x² = 0 → x = ±3

อินทิเกรต

A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36

คำตอบ

A = 36
7.จำนวนเชิงซ้อน

คำตอบ: θ = −1.768 rad

รูปเชิงขั้ว: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ 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

มอดูลัส

r = √(1 + 25) = 5.099

อาร์กิวเมนต์เป็นเรเดียน

θ = −101.3° = −101.3·π/180 = −1.768 rad

รูปเอกซ์โพเนนเชียล

z = 5.099·e−j1.768

คำตอบ

θ = −1.768 rad
8.จำนวนเชิงซ้อน

คำตอบ: Re(z⁵) = 16

เดอมัวฟร์และราก: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ สมการ zⁿ = R∠φ มีรากพอดี n ราก ทุกรากมีมอดูลัส R1/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

รูปเชิงขั้ว

z = 1 + j√3 = 2∠60°

เดอมัวฟร์

z⁵ = (2)⁵∠300° = 32∠−60°

รูปเชิงสี่เหลี่ยม

z⁵ = 32·(cos −60° + j sin −60°) = 16 − j27.71
Re(z⁵) = 16

คำตอบ

Re(z⁵) = 16
9.สมการเชิงอนุพันธ์

คำตอบ: y(1.5) = 1.434

สมการเชิงเส้นอันดับสอง: สำหรับ y″ + b·y′ + c·y = 0 ลองใช้ y = ert: ได้สมการลักษณะเฉพาะ r² + b·r + c = 0 รากจริงสองค่า r₁ ≠ r₂ ให้ y = A·er₁t + B·er₂t (หน่วงเกิน) รากซ้ำ r ให้ y = (A + Bt)·ert (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″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 โดย ωn 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 = 5, −1A − 3B = -2
A = 6.5, B = −1.5

คำนวณค่า

y(1.5) = 6.5·e−1.5 + (−1.5)·e−4.5 = 1.434

คำตอบ

y(1.5) = 1.434
10.สมการเชิงอนุพันธ์

คำตอบ: y(0.25) = 1.76

สมการเชิงเส้นอันดับสอง: สำหรับ y″ + b·y′ + c·y = 0 ลองใช้ y = ert: ได้สมการลักษณะเฉพาะ r² + b·r + c = 0 รากจริงสองค่า r₁ ≠ r₂ ให้ y = A·er₁t + B·er₂t (หน่วงเกิน) รากซ้ำ r ให้ y = (A + Bt)·ert (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″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 โดย ωn คือความถี่ธรรมชาติและ ζ คืออัตราส่วนการหน่วง: ζ < 1 จะสั่น เมื่อมีอินพุตคงที่ y″ + by′ + cy = c·K คำตอบคือค่าคงตัว K บวกการตอบสนองอิสระ

รากเชิงซ้อน

r = −0.5 ± 2j

ค่าคงที่

A = 2, B = 0.5·2/2 = 0.5

คำนวณค่า

y(0.25) = e−0.125(2·cos 0.5 + 0.5·sin 0.5) = 1.76

คำตอบ

y(0.25) = 1.76
11.เมทริกซ์และดีเทอร์มินันต์

คำตอบ: det A = −25

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

ไมเนอร์ 2×2 ของแถวแรก

M₁₁ = −15, M₁₂ = −27, M₁₃ = −2

การกระจายโคแฟกเตอร์

det A = 4·(−15) − 1·(−27) + (−4)·(−2) = −25

คำตอบ

det A = −25
12.เมทริกซ์และดีเทอร์มินันต์

คำตอบ: x = −1.154

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

ดีเทอร์มินันต์ของเมทริกซ์สัมประสิทธิ์

det A = (−3)·3 − (−1)·(−4) = −13

แทนหลัก x

det Aₓ = 3·3 − (−1)·6 = 15
x = 15/(−13) = −1.154

คำตอบ

x = −1.154
y = 0.4615
13.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้

คำตอบ: θ = 122.2 °

ผลคูณจุด: a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ เป็นสเกลาร์ มันให้มุมระหว่างเวกเตอร์สองตัว cos θ = a·b/(|a|·|b|) และเป็นศูนย์เมื่อตั้งฉากกัน โพรเจกชันสเกลาร์ของ a บน b คือ a·b/|b| และแรงคงที่ F ที่เคลื่อนผ่านการกระจัด d ทำงาน W = F·d

ผลคูณจุด

a·b = 5·3 + (−4)·6 + 5·(−6) = −39

ขนาด

|a| = √(5² + (−4)² + 5²) = 8.124
|b| = √(3² + 6² + (−6)²) = 9

มุม

cos θ = −39/(8.124·9) = −0.5334
θ = arccos(−0.5334) = 122.2°

คำตอบ

θ = 122.2°
14.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้

คำตอบ: (a × b)x = 1

ผลคูณไขว้: a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) ตั้งฉากกับเวกเตอร์ทั้งสอง และ |a × b| = |a|·|b|·sin θ คือพื้นที่ของสี่เหลี่ยมด้านขนานที่เวกเตอร์ทั้งสองขึง (สามเหลี่ยมมีครึ่งหนึ่งของมัน) ลำดับมีผล: b × a = −(a × b) โมเมนต์ของแรง F ที่กระทำที่จุด A รอบจุด O คือ MO = r × F โดย r = A − O

ผลคูณไขว้ทีละองค์ประกอบ

(a × b)x = aybz − azby = 0·6 − 1·(−1) = 1
(a × b)y = azbx − axbz = 1·5 − (−6)·6 = 41
(a × b)z = axby − aybx = (−6)·(−1) − 0·5 = 6

องค์ประกอบที่ถาม

(a × b)x = 1

คำตอบ

(a × b)x = 1

ตรวจสอบ: a × b ตั้งฉากกับเวกเตอร์ทั้งสอง ผลคูณจุดของมันกับ a และกับ b จึงเป็นศูนย์

15.ความน่าจะเป็น

คำตอบ: N = 792

ความน่าจะเป็น: เมื่อผลลัพธ์มีโอกาสเกิดเท่ากัน P(A) = กรณีที่สนใจ/กรณีทั้งหมด สำหรับเหตุการณ์อิสระให้คูณกัน: P(A และ B) = P(A)·P(B) ส่วนเติมเต็มมักช่วยได้: P(อย่างน้อยหนึ่งครั้ง) = 1 − P(ไม่มีเลย) ทวินาม: ในการทดลองอิสระ n ครั้งที่ความน่าจะเป็นสำเร็จ p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ

การจัดหมู่

C(12, 5) = (12·11·10·9·8)/(5·4·3·2·1) = 792

คำตอบ

N = 792
16.ความน่าจะเป็น

คำตอบ: P = 0.01465

ความน่าจะเป็น: เมื่อผลลัพธ์มีโอกาสเกิดเท่ากัน P(A) = กรณีที่สนใจ/กรณีทั้งหมด สำหรับเหตุการณ์อิสระให้คูณกัน: P(A และ B) = P(A)·P(B) ส่วนเติมเต็มมักช่วยได้: P(อย่างน้อยหนึ่งครั้ง) = 1 − P(ไม่มีเลย) ทวินาม: ในการทดลองอิสระ n ครั้งที่ความน่าจะเป็นสำเร็จ p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ

สูตรทวินาม

P(X = 4) = 5·0.254·0.751 = 5·0.003906·0.75 = 0.01465

คำตอบ

P = 0.01465
17.สถิติเชิงพรรณนา

คำตอบ: s = 14.94

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

ค่าเฉลี่ย

x̄ = 191/5 = 38.2

กำลังสองของความเบี่ยงเบน

Σ(x − x̄)² = 19.8² + 10.8² + (−16.2)² + (−10.2)² + (−4.2)² = 892.8

ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน

s = √(892.8/4) = 14.94

คำตอบ

s = 14.94
18.สถิติเชิงพรรณนา

คำตอบ: P = 0.3446

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

ทำให้เป็นมาตรฐาน

z = 0.4

ตารางการแจกแจงปกติมาตรฐาน

Φ(0.4) = 0.6554
P = 1 − 0.6554 = 0.3446

คำตอบ

P = 0.3446
19.การแจกแจงปกติ

คำตอบ: z = −2.23

จากพื้นที่กลับเป็น z: Φ(z) คือพื้นที่ทางซ้ายของ z สำหรับพื้นที่หางซ้าย A หา z ที่ Φ(z) = A ในตาราง พื้นที่หางขวา A หมายความว่า Φ(z) = 1 − A พื้นที่ตรงกลาง A ระหว่าง −z และ z เหลือ (1 − A)/2 ในแต่ละหาง ดังนั้น Φ(z) = (1 + A)/2 สำหรับค่า x ใช้ x = μ + zσ

พื้นที่ทางซ้ายของ z

Φ(z) = 1 − 0.9871 = 0.0129

อ่านตาราง z ย้อนกลับ

หา 0.0129 ในตารางและอ่านค่า z

z = −2.23

คำตอบ

z = −2.23
20.การแจกแจงปกติ

คำตอบ: P = 0.7389

ผลบวกและผลต่างของตัวแปรปกติ: ถ้า X และ Y เป็นอิสระต่อกันและมีการแจกแจงปกติ X + Y และ X − Y ก็มีการแจกแจงปกติเช่นกัน ค่าเฉลี่ยบวกหรือลบกัน: E(X ± Y) = μX ± μY ความแปรปรวนบวกกันเสมอ แม้เป็นผลต่าง: Var(X ± Y) = σX² + σY² ดังนั้น σ = √(σX² + σY²) ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานไม่บวกกันโดยตรง ผลรวมของ n รายการอิสระที่มีการแจกแจงเดียวกันมีค่าเฉลี่ย n·μ และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน σ·√n จากนั้นทำให้เป็นมาตรฐานตามปกติ: z = (x − ค่าเฉลี่ย)/σ แล้วอ่าน Φ(z)

การแจกแจงของผลต่าง

μ = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15.62 cm

ทำให้เป็นมาตรฐาน

z = (0 − 10)/15.62 = −0.64

ความน่าจะเป็น

P = 1 − Φ(−0.64) = 0.7389

คำตอบ

P = 0.7389

ExamProblems · examproblems.com/courses/engineering-mathematics