Оберіть форму, що підходить для операції: алгебраїчну a + jb для додавання й віднімання, полярну r∠θ для множення, ділення, степенів і коренів.
Розкривайте дужки з j² = −1; діліть, помноживши чисельник і знаменник на спряжене знаменника.
Перетворюйте за r = √(a² + b²) і θ за ескізом точки (перевірте чверть), а назад — за a = r cos θ, b = r sin θ.
Для степенів користуйтеся формулою Муавра, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; для zⁿ = R∠φ випишіть усі n коренів R1/n∠((φ + 360°k)/n).
Диференціальні рівняння
Експоненціальне зростання/спадання
dy/dt = ky → y = y0ekt
Період напіврозпаду
k = ln 2 / t½
Закон охолодження Ньютона
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
Інтегрувальний множник
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
Бак змішування
dm/dt = r·c − (r/V)·m
Матриці та визначники
визначник 2×2
det = ad − bc
Обернена матриця 2×2
A⁻¹ = (1/det)·[d −b; −c a]
Продукт
(AB)ij = Σk AikBkj
Власні значення
det(A − λI) = 0
Правило Крамера
xi = det(Ai)/det(A)
Вектори: скалярний і векторний добутки
Модуль
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Одиничний вектор
û = a/|a|
Компоненти за кутом
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Скалярний добуток
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Скалярна проєкція a на b
a·b/|b|
Робота
W = F·d
Векторний добуток
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Площі
паралелограм |a × b|, трикутник ½|a × b|
Момент відносно O
MO = r × F, r = A − O
Об’єм паралелепіпеда
V = |a·(b × c)|
Метод
Запишіть кожен вектор у компонентах; для сили, заданої модулем і кутом, використовуйте F·cos θ і F·sin θ.
Для довжин і напрямів використовуйте модуль √(x² + y² + z²) та одиничний вектор a/|a|.
Скалярний добуток використовуйте для кутів, проєкцій, перпендикулярності й роботи: a·b = |a||b|cos θ.
Векторний добуток використовуйте для перпендикулярних векторів, площ і моментів: акуратно запишіть три компоненти, зберігаючи порядок a × b.
Імовірність
Протилежна подія
P(not A) = 1 − P(A)
Правило додавання
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Незалежні події
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Умовна ймовірність
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Біноміальний розподіл
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k
Описова статистика
Середнє
x̄ = Σx/n
Вибіркове стандартне відхилення
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Медіана
серединне значення впорядкованих даних
z-оцінка
z = (x − μ)/σ
Нормальний розподіл
68% у межах ±1σ, 95% у межах ±2σ
Нормальний розподіл
z-оцінка
z = (x − μ)/σ
Менше за x
P(X < x) = Φ(z)
Більше за x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Між
Φ(z2) − Φ(z1)
Процентиль
x = μ + z·σ
Метод
Переведіть значення в z-оцінку: z = (x − μ)/σ.
Знайдіть Φ(z) — площу ліворуч від z.
Для площі праворуч використайте 1 − Φ(z); для інтервалу відніміть дві ліві площі.
Для процентиля дійте у зворотному порядку: знайдіть z для площі, потім x = μ + z·σ.
2Задачі для практики
1.ГраниціСередня
Знайдіть границю L = limx→∞ (−5x3 + x + 8)/(x3 + x + 8).
f(x) = (−5x3 + x + 8)/(x3 + x + 8)x → ∞
L =
2.ГраниціСкладна
Знайдіть границю L = limx→0 (1 − cos 4x)/(x²), де x у радіанах.
f(x) = (1 − cos 4x)/(x²)x → 0
L =
3.ПохідніСередня
Нехай f(x) = ln(3x2 + 4). Знайдіть f′(3).
f(x) = ln(3x2 + 4)x = 3
f′(3) =
4.ПохідніСкладна
Дотична до f(x) = 0,5x2 − 5x − 4 у точці x = 3 перетинає вісь y у точці y = b. Знайдіть b.
f(x) = 0,5x2 − 5x − 4x = 3
b =
5.ІнтегралиСередня
Обчисліть I = ∫02 2x·(x² + 1)1 dx.
f(x) = 2x·(x² + 1)1[0, 2]
I =
6.ІнтегралиСкладна
Обчисліть I = ∫₀2,5 x²·eˣ dx.
∫₀2,5 x²eˣ dx
I =
7.Комплексні числаСередня
Запишіть z = 7 + j5 у показниковій формі r·ejθ. Дайте θ у радіанах, між −π і π.
z = 7 + j5
θ = rad
8.Комплексні числаСкладна
Знайдіть дійсну частину (3 − j3)⁴.
z = 3 − j3n = 4
Re(z⁴) =
9.Диференціальні рівнянняСередня
Кувану сталеву деталь температурою 380 °C залишили остигати в цеху з температурою 30 °C. Через 20 min її температура становить 159 °C. Вона підпорядковується закону охолодження Ньютона, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Через який час від початку, t, вона досягне 95 °C?
T0 = 380 °CTa = 30 °CT(20) = 159 °CT = 95 °C
t = min
10.Диференціальні рівнянняСкладна
Система підпорядковується y″ + y′ + 25,25y = 126,3 для t ≥ 0, починаючи зі стану спокою: y(0) = 0, y′(0) = 0. Знайдіть y(1); кути в радіанах.
y″ + y′ + 25,25y = 126,3y(0) = 0y′(0) = 0
y(1) =
11.Матриці та визначникиСередня
Знайдіть визначник det A поданої матриці 3×3 A.
A = [−5 3 −4; 5 1 −4; 4 1 −4]
det A =
12.Матриці та визначникиСкладна
Розв'яжіть систему 6x + 2y = 6 і −2x − 6y = 0. Знайдіть x.
6x + 2y = 6−2x − 6y = 0
x =
13.Вектори: скалярний і векторний добуткиСередня
Знайдіть скалярну проєкцію compb a вектора a = (−6, −4, 7) на b = (−2, 5, −1), тобто компоненту a у напрямі b.
a = (−6, −4, 7)b = (−2, 5, −1)
compb a =
14.Вектори: скалярний і векторний добуткиСкладна
Знайдіть площу A паралелограма, натягнутого на a = (−4, 3, −6) і b = (−1, −2, 2).
a = (−4, 3, −6)b = (−1, −2, 2)
A =
15.ІмовірністьСередня
Для показаного розподілу знайдіть середнє квадратичне відхилення σ величини X.
x: 0, 1, 2p(x): 0,35, 0,35, 0,3
σ =
16.ІмовірністьСкладна
Тестують 9 компонентів, кожен виходить з ладу незалежно з імовірністю 0,6. Яка ймовірність P, що з ладу вийде щонайбільше один?
Оцінки за іспит розподілені нормально із середнім 500 і стандартним відхиленням 100. Знайдіть z-оцінку z для результату 380.
μ = 500σ = 100x = 380
z =
19.Нормальний розподілСередня
Нехай маси пакетів розподілені нормально із середнім 250 g і стандартним відхиленням 5 g. Яка частка значень лежить між 240 і 260,25 g? Подайте P у вигляді десяткового дробу.
μ = 250σ = 5x1 = 240x2 = 260,25
P =
20.Нормальний розподілСкладна
строки служби батарейок нормально розподілені із середнім 500 h і стандартним відхиленням 40 h. Перетягніть межу так, щоб заштриховані верхні 85% були праворуч від неї. Знайдіть межу x.
μ = 500 hσ = 40 h85%
x = h
3Розчини
1.Границі
Відповідь: L = −5
Границі: спершу спробуйте пряму підстановку. Якщо виходить 0/0, спочатку спростіть: розкладіть на множники й скоротіть спільний множник або помножте на спряжений вираз. При x → ∞ поділіть чисельник і знаменник на найвищий степінь x. Правило Лопіталя: якщо f/g дає 0/0 або ∞/∞, то lim f/g = lim f′/g′, причому чисельник і знаменник диференціюють окремо (а не за правилом частки).
Поділіть на найвищий степінь
(−5 + 1/x2 + 8/x3)/(1 + 1/x2 + 8/x3)
Нехай x → ∞
L = −5/1 = −5
Відповідь
L = −5
При однакових степенях границя дорівнює відношенню старших коефіцієнтів.
2.Границі
Відповідь: L = 8
Границі: спершу спробуйте пряму підстановку. Якщо виходить 0/0, спочатку спростіть: розкладіть на множники й скоротіть спільний множник або помножте на спряжений вираз. При x → ∞ поділіть чисельник і знаменник на найвищий степінь x. Правило Лопіталя: якщо f/g дає 0/0 або ∞/∞, то lim f/g = lim f′/g′, причому чисельник і знаменник диференціюють окремо (а не за правилом частки).
Перше застосування
4·sin 4x/(2x) → 0/0
Друге застосування
16·cos 4x/2
Підставте x = 0
L = 16/2 = 8
Відповідь
L = 8
3.Похідні
Відповідь: f′(3) = 0,5806
Диференціювання: похідна f′(x) — це нахил графіка в точці x. Степеневе правило: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Правило добутку: (uv)′ = u′v + uv′. Ланцюгове правило: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Де f′(x) = 0, графік має горизонтальну дотичну: максимум, мінімум або сідлову точку.
Ланцюгове правило для логарифма
f′(x) = 6x/(3x2 + 4)
Підставте
f′(3) = 18/31 = 0,5806
Відповідь
f′(3) = 0,5806
4.Похідні
Відповідь: b = −8,5
Диференціювання: похідна f′(x) — це нахил графіка в точці x. Степеневе правило: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Правило добутку: (uv)′ = u′v + uv′. Ланцюгове правило: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Де f′(x) = 0, графік має горизонтальну дотичну: максимум, мінімум або сідлову точку.
Точка і нахил
f(3) = −14,5
f′(x) = x − 5 → f′(3) = −2
Дотична при x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −14,5 − (−2)·3 = −8,5
Відповідь
b = −8,5
5.Інтеграли
Відповідь: I = 12
Визначені інтеграли: ∫ₐᵇ f(x) dx — це площа зі знаком між графіком і віссю x від a до b. Знайдіть первісну F (F′ = f) і обчисліть F(b) − F(a). Степеневе правило: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Площа між двома кривими — це ∫(верхня − нижня) dx.
Заміна змінної
u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u1 du
Проінтегруйте й підставте межі
I = [u2/2]15 = (25 − 1)/2 = 12
Відповідь
I = 12
6.Інтеграли
Відповідь: I = 37,59
Інтегрування частинами: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, з правила добутку. Оберіть за u множник, що спрощується після диференціювання (степінь x або ln x), а за dv — множник, який можна проінтегрувати (eˣ, sin x, cos x або x, коли u = ln x). Для визначеного інтеграла обчисліть u·v на обох межах: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Множник x² потребує двох кіл.
Перший крок
∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx
Другий крок
∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)
Границі
12,18·(3,25) − 1·2 = 37,59
Відповідь
I = 37,59
7.Комплексні числа
Відповідь: θ = 0,6202 rad
Полярна форма: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ, де r = |z| і θ = arg z. Назад до алгебраїчної форми: a = r cos θ, b = r sin θ. Для аргументу потрібна чверть: θ = atan(b/a) лише за a > 0; за a < 0 додайте або відніміть 180°. У полярній формі множення просте: перемножте модулі й додайте аргументи; для ділення поділіть модулі й відніміть аргументи.
Модуль
r = √(49 + 25) = 8,602
Аргумент у радіанах
θ = 35,54° = 35,54·π/180 = 0,6202 rad
Показникова форма
z = 8,602·ej0,6202
Відповідь
θ = 0,6202 rad
8.Комплексні числа
Відповідь: Re(z⁴) = −324
Формула Муавра та корені: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. Рівняння zⁿ = R∠φ має рівно n коренів, усі з модулем R1/n, з аргументами (φ + 360°·k)/n для k = 0, 1, …, n − 1: вони лежать рівномірно на колі, на відстані 360°/n один від одного. Квадратне рівняння z² + pz + q = 0 за p² < 4q має комплексні корені z = −p/2 ± j√(q − p²/4); многочлен з дійсними коефіцієнтами завжди має комплексні корені спряженими парами a ± jb.
Степені крок за кроком
z² = (3 − j3)(3 − j3) = −j18
z³ = (−j18)(3 − j3) = −54 − j54
z⁴ = (−54 − j54)(3 − j3) = −324
Перевірка за Муавром
z = 4,243∠−45° → z⁴ = 324∠180°
Re(z⁴) = −324
Відповідь
Re(z⁴) = −324
9.Диференціальні рівняння
Відповідь: t = 33,73 min
Диференціальні рівняння першого порядку: dy/dt = k·y має розв’язок y = y₀·ekt (зростання при k > 0, спадання при k < 0); період напіврозпаду T дає k = ln 2/T. Закон охолодження Ньютона dT/dt = −k·(T − Tₐ) дає T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Лінійне рівняння y′ + p(x)·y = q(x) розв’язують з інтегрувальним множником μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, тож μy = ∫μq dx + C.
Стала охолодження
k = ln(350/129)/20 = 0,04991 min⁻¹
Час до досягнення цільової температури
t = ln(350/65)/0,04991 = 33,73 min
Відповідь
t = 33,73 min
10.Диференціальні рівняння
Відповідь: y(1) = 4,431
Лінійні рівняння другого порядку: для y″ + b·y′ + c·y = 0 шукайте y = ert: це дає характеристичне рівняння r² + b·r + c = 0. Два дійсні корені r₁ ≠ r₂ дають y = A·er₁t + B·er₂t (надкритичне демпфування); подвійний корінь r дає y = (A + Bt)·ert (критичне демпфування); комплексні корені −α ± jω дають y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (докритичне демпфування, коливання). Початкові значення y(0) і y′(0) визначають A і B. У вигляді y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0 величина ωn — власна частота, а ζ — коефіцієнт демпфування: при ζ < 1 є коливання. При сталому вході y″ + by′ + cy = c·K розв’язок — усталене значення K плюс вільна складова.
Усталене значення та корені
yss = 5, r = −0,5 ± 5j
Сталі за початковими значеннями
y(0) = 5 + A = 0 → A = −5
y′(0) = −0,5A + 5B = 0 → B = −0,5
Обчисліть
y(1) = 5·(1 − e−0,5(cos 5 + 0,1·sin 5)) = 4,431
Відповідь
y(1) = 4,431
11.Матриці та визначники
Відповідь: det A = 8
Матриці: визначник матриці 2×2 дорівнює ad − bc. Для 3×3 розкладіть за рядком: кожен елемент множиться на визначник матриці 2×2, що залишається після викреслення його рядка і стовпця, зі знаками, що чергуються: + − +. Власні значення λ задовольняють det(A − λI) = 0; для 2×2 це λ² − (слід)·λ + det = 0.
Мінори 2×2 першого рядка
M₁₁ = 0, M₁₂ = −4, M₁₃ = 1
Розклад за рядком
det A = (−5)·0 − 3·(−4) + (−4)·1 = 8
Відповідь
det A = 8
12.Матриці та визначники
Відповідь: x = 1,125
Матриці: визначник матриці 2×2 дорівнює ad − bc. Для 3×3 розкладіть за рядком: кожен елемент множиться на визначник матриці 2×2, що залишається після викреслення його рядка і стовпця, зі знаками, що чергуються: + − +. Власні значення λ задовольняють det(A − λI) = 0; для 2×2 це λ² − (слід)·λ + det = 0.
Визначник матриці коефіцієнтів
det A = 6·(−6) − 2·(−2) = −32
Замініть стовпець x
det Aₓ = 6·(−6) − 2·0 = −36
x = −36/(−32) = 1,125
Відповідь
x = 1,125
y = −0,375
13.Вектори: скалярний і векторний добутки
Відповідь: compb a = −2,739
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.
Скалярний добуток
a·b = (−6)·(−2) + (−4)·5 + 7·(−1) = −15
Довжина b
|b| = √((−2)² + 5² + (−1)²) = 5,477
Скалярна проєкція
compb a = a·b/|b| = −15/5,477 = −2,739
Відповідь
compb a = −2,739
Від’ємна: a має компоненту, напрямлену проти b.
14.Вектори: скалярний і векторний добутки
Відповідь: A = 18,79
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.
Векторний добуток
(a × b)x = aybz − azby = 3·2 − (−6)·(−2) = −6
(a × b)y = azbx − axbz = (−6)·(−1) − (−4)·2 = 14
(a × b)z = axby − aybx = (−4)·(−2) − 3·(−1) = 11
Площа
A = |a × b| = √((−6)² + 14² + 11²) = 18,79
Відповідь
A = 18,79
15.Імовірність
Відповідь: σ = 0,8047
Дискретні випадкові величини: розподіл імовірностей перелічує всі значення x, яких може набувати величина, з імовірністю p(x); імовірності лежать між 0 і 1 та в сумі дають 1. Математичне сподівання (середнє) — E(X) = Σx·p(x), довгострокове середнє. Дисперсія — Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², а середнє квадратичне відхилення σ = √Var(X). Для лінійної зміни Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) і σY = |a|·σX; додавання сталої не змінює розкид.
Середнє
μ = 0·0,35 + 1·0,35 + 2·0,3 = 0,95
Середнє квадратів
E(X²) = 0·0,35 + 1·0,35 + 4·0,3 = 1,55
Дисперсія
Var(X) = 1,55 − 0,95² = 0,6475
σ = √0,6475 = 0,8047
Відповідь
σ = 0,8047
16.Імовірність
Відповідь: P = 0,003801
Імовірність: за рівноможливих наслідків P(A) = сприятливі/усі. Для незалежних подій імовірності множать: P(A і B) = P(A)·P(B). Часто допомагає протилежна подія: P(хоча б одна) = 1 − P(жодної). Біноміальний розподіл: у n незалежних випробуваннях з імовірністю успіху p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.
Нуль і одна відмова
P(X = 0) = 0,49 = 0,0002621
P(X = 1) = 9·0,6·0,48 = 0,003539
Додайте
P = 0,0002621 + 0,003539 = 0,003801
Відповідь
P = 0,003801
17.Описова статистика
Відповідь: s = 17,7
Описова статистика: середнє — сума, поділена на n; медіана — середнє значення впорядкованих даних (середнє двох середніх при парному n). Вибіркове стандартне відхилення s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). z-оцінка z = (x − μ)/σ показує, на скільки стандартних відхилень значення віддалене від середнього.
Описова статистика: середнє — сума, поділена на n; медіана — середнє значення впорядкованих даних (середнє двох середніх при парному n). Вибіркове стандартне відхилення s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). z-оцінка z = (x − μ)/σ показує, на скільки стандартних відхилень значення віддалене від середнього.
Стандартизуйте
z = (380 − 500)/100 = −1,2
Відповідь
z = −1,2
19.Нормальний розподіл
Відповідь: P = 0,9571
Нормальний розподіл: переведіть значення x у z-оцінку z = (x − μ)/σ, яка показує, на скільки стандартних відхилень значення віддалене від середнього. Таблиця z (або Φ(z)) дає площу ліворуч від z, тобто P(X < x). Площа праворуч дорівнює 1 − Φ(z), а площа між двома значеннями — різниці їхніх площ ліворуч.
z-оцінки
z₁ = (240 − 250)/5 = −2
z₂ = (260,25 − 250)/5 = 2,05
Площа між
P = Φ(2,05) − Φ(−2) = 0,9798 − 0,02275 = 0,9571
Відповідь
P = 0,9571
20.Нормальний розподіл
Відповідь: x = 458 h
Від площі назад до z: Φ(z) — це площа ліворуч від z. Для лівої площі хвоста A знайдіть у таблиці z, для якого Φ(z) = A. Права площа хвоста A означає Φ(z) = 1 − A. Центральна площа A між −z і z лишає (1 − A)/2 у кожному хвості, тож Φ(z) = (1 + A)/2. Для значення x використовуйте x = μ + zσ.